基于纯试剂模拟的烧结体的制备及高温铺展范围测定方法
阅读说明：本技术 基于纯试剂模拟的烧结体的制备及高温铺展范围测定方法 (Method for preparing sintered body based on pure reagent simulation and measuring high-temperature spreading range ) 是由 翟晓波 王刚 吴开基 何茂成 李牧明 于 2021-01-28 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种基于纯试剂模拟的烧结体的制备及高温铺展范围测定方法,属于铁矿粉烧结技术领域。将赤铁矿柱体、铁酸一钙柱体从上到下依次置于柱形的纯试剂混合物基底的表面正中心上后进行烧结,铁酸一钙柱体高温熔化后形成的熔体,通过化学反应将位于其上层的赤铁矿柱体和位于其下层的纯试剂混合物的柱体基底,黏结起来成为基于纯试剂模拟的烧结体。待烧结体冷却后,采集烧结体的俯视图片,获得烧结体的高温铺展面积,高温铺展面积占纯试剂混合物的柱体底面积的百分比,即为烧结体的高温铺展范围。本发明解决了现有烧结体结构偏离实际烧结生产、由于基底成分复杂而无法考察脉石含量影响的技术问题,从而为铁矿粉烧结的矿种优选提供依据。(The invention relates to a method for preparing a sintering body based on pure reagent simulation and measuring a high-temperature spreading range, and belongs to the technical field of iron ore powder sintering. And (2) placing the hematite column and the monocalcium ferrite column on the surface center of the cylindrical pure reagent mixture substrate from top to bottom in sequence, and sintering, wherein a melt formed by melting the monocalcium ferrite column at high temperature bonds the hematite column on the upper layer and the pure reagent mixture column substrate on the lower layer through chemical reaction to form a sintered body based on pure reagent simulation. And after the sintered body is cooled, collecting a top view picture of the sintered body to obtain a high-temperature spreading area of the sintered body, wherein the percentage of the high-temperature spreading area to the bottom area of the column of the pure reagent mixture is the high-temperature spreading range of the sintered body. The invention solves the technical problems that the structure of the existing sintered body deviates from the actual sintering production and the influence of the gangue content cannot be inspected due to the complex substrate components, thereby providing a basis for the optimization of ore types sintered by iron ore powder.)
技术领域
本发明属于铁矿粉烧结技术领域，涉及一种基于纯试剂模拟的烧结体的制备及高温铺展范围测定方法。
背景技术
高温熔体固结是铁矿粉烧结的主要固结方式。铁矿粉、熔剂、固体燃料等颗粒，在水分作用下制粒形成具有一定冷强度的准颗粒。典型准颗粒的核心为粒度较大的核矿石颗粒，黏附粉层为粒度较小的铁矿粉和熔剂颗粒。随着烧结料层内温度快速上升，黏附粉层中发生固相反应。产生的低熔点矿物在更高的温度下熔化，形成具有一定铺展能力的高温熔体。高温熔体与邻近的核矿石黏结形成烧结体。料层内烧结体进一步固结，成为烧结矿。
现有的烧结体结构，主要体现为以下两种：其一是，铁矿粉圆柱体位于CaO纯试剂柱体上表面，以同化温度表征铁矿粉与熔剂反应生成熔体的能力；其二是，高温熔体与特定的脉石矿物、铁矿粉或返矿等基底分别构成烧结体，以渗透深度和渗透体积指数表征高温熔体向基底内部的渗透行为。然而，上述研究中涉及的烧结体结构，仅仅考虑高温熔体垂直下方基底对烧结体高温铺展范围的影响，忽略了高温熔体上方存在核矿石的影响。此外，上述烧结体的基底若不是简单的脉石矿物，就是成分复杂的铁矿粉，无法科学地考察基底脉石成分对烧结体高温铺展范围的影响。
因此，构建一种贴近真实结构的烧结体，并基于纯试剂模拟考察基底脉石含量对烧结体高温铺展范围的影响，对于理解烧结矿的结构和优化配矿技术具有重要的意义。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于纯试剂模拟的烧结体的制备及高温铺展范围测定方法，主要解决现有烧结体结构偏离实际烧结生产、由于基底成分复杂而无法考察脉石含量影响的技术问题，从而为铁矿粉烧结的矿种优选提供依据。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于纯试剂模拟的烧结体的制备方法，包括以下步骤：
将赤铁矿柱体、铁酸一钙柱体依次端面放置于柱形的纯试剂混合物基底的端面上，组成组合体，铁酸一钙柱体放置于赤铁矿柱体与纯试剂混合物基底之间；对组合体进行烧结，铁酸一钙柱体高温熔化后形成的熔体将位于上层的赤铁矿柱体及位于下层的纯试剂混合物基底黏结起来成为基于纯试剂模拟的烧结体。
可选地，赤铁矿柱体、铁酸一钙柱体、纯试剂混合物基底均为圆柱体，赤铁矿柱体、铁酸一钙柱体及纯试剂混合物基底共轴放置。
可选地，赤铁矿柱体的直径为8～10mm，高度为6～8mm；铁酸一钙柱体的直径为8～10mm，高度为6～8mm；纯试剂混合物基底的直径为20～30mm，高度为10～15mm。
可选地，赤铁矿柱体由直径不大于0.074mm的赤铁矿粉体压制成形而成。
可选地，铁酸一钙柱体的制备包括如下步骤：将CaO试剂与Fe2O3试剂按26：74的质量比混合均匀，制成直径20～30mm、高度10～20mm的圆柱体后煅烧，煅烧后的圆柱体制成粒径小于0.074mm粉体，而后重新压制成形。
可选地，铁酸一钙柱体的煅烧制度为：在全程空气条件下，室温→900℃→900℃→1200℃→1200℃，对应时间段分别为100min、50min、30min、500min，1200℃保温结束后加热炉断电，铁酸一钙柱体随炉冷却。
可选地，纯试剂混合物基底的制备包括如下步骤：将Fe2O3试剂、SiO2试剂、CaO试剂、Al2O3试剂、MgO试剂按混匀方案的质量比混合均匀后压制成形。
可选地，混匀方案中Fe2O3试剂的质量比例介于89％～98％，SiO2试剂的质量比例介于0～8％，CaO试剂的质量比例介于0～1％，Al2O3试剂的质量比例介于0～4％，MgO试剂的质量比例介于0～1％。
可选地，烧结的温度制度为：全程空气条件下，室温→600℃→1000℃→1150℃→1280℃→1280℃→1150℃→1000℃，对应时间段分别为4min、1min、1.5min、1min、4min、1.5min、2min，1000℃后随炉空冷至室温。
一种基于纯试剂模拟的烧结体的高温铺展范围测定方法，待使用如上任一项所述方法所制备的基于纯试剂模拟的烧结体冷却后，采集基于纯试剂模拟的烧结体俯视图片，利用图像分析软件界定高温熔体铺展边缘，获得基于纯试剂模拟的烧结体高温铺展面积，高温铺展面积占纯试剂混合物基底的端面面积的百分比，即为基于纯试剂模拟的烧结体高温铺展范围。
本发明的有益效果在于：
1)本发明方法采用的基于纯试剂模拟的烧结体由铁酸一钙柱体和上、下两层柱体烧结而成，充分考虑了周围核矿石对高温熔体的影响，完善了已有的烧结体结构；
2)本发明方法将各种纯试剂混合体作为基底，可以模拟在高温熔体与周围核矿石接触的条件下，考察基底中SiO2、Al2O3等脉石含量对烧结体高温铺展范围的影响。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为本发明中铁酸一钙的XRD图谱。
图2为基于纯试剂模拟的烧结体结构及其高温铺展的示意图。
图3为基于纯试剂模拟的烧结体高温铺展俯视实物图。
图4为基底中SiO2纯试剂比例对烧结体高温铺展范围的影响规律；
图5为基底中Al2O3纯试剂比例对烧结体高温铺展范围的影响规律。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
表1为本发明实施例赤铁矿的主要化学成分(按重量百分比计)。将赤铁矿制备成粒径小于0.074mm的粉体，然后将0.5g粉体通过压样机压制成Φ8mm*6mm的圆柱体。
表1本发明实施例赤铁矿的主要化学成分，单位：重量百分比
将分析纯的CaO试剂与Fe2O3试剂按26：74的质量比在混匀设备中混匀，将混匀粉通过压样机压制成Φ20mm*10mm的圆柱体，置于加热炉中煅烧。煅烧制度为：全程空气条件下，室温→900℃→900℃→1200℃→1200℃，对应时间段分别为100min、50min、30min、500min，1200℃保温结束后加热炉断电，铁酸一钙随炉冷却。
将冷却后的铁酸一钙试样取出，制成粒径小于0.074mm粉体，接着将0.5g铁酸一钙粉体通过压样机压制成Φ8mm*6mm的圆柱体。铁酸一钙粉体的XRD图谱如图1所示。通过对比PDF标准卡片可以看出，铁酸一钙粉体中全部为CaFe2O4的矿物，符合试验要求。
表2显示了纯试剂的混匀方案。基准方案Base中Fe2O3、SiO2、CaO、Al2O3、MgO纯试剂的比例分别为93.80％、4.00％、0.10％、2.00％、0.10％。在此基础上，使SiO2纯试剂比例间隔2％上下变化，其余纯试剂按各自占比反向调整，分别得到了S系列方案S0、S2、S6、S8；使Al2O3纯试剂比例间隔1％上下变化，其余纯试剂按各自占比反向调整，分别得到了A系列方案A0、A1、A3、A4。按表2所示各种混匀方案中的质量比，将Fe2O3、SiO2、CaO、Al2O3、MgO等纯试剂在混匀设备中混匀，将3.5g混匀粉通过压样机压制成Φ20mm*10mm的圆柱体。
表2本发明纯试剂混匀方案，单位：重量百分比
将铁酸一钙柱体、赤铁矿柱体依次置于各种纯试剂混合物的柱体基底上表面正中心，随后用加热炉对其烧结制得基于纯试剂模拟的烧结体。如图2所示，基于纯试剂模拟的烧结体由铁酸一钙高温熔化形成的熔体通过物理及化学反应将位于其上层的赤铁矿柱体和位于其下层的各种纯试剂混合物基底黏结而成。温度制度为：全程空气条件下，室温→600℃→1000℃→1150℃→1280℃→1280℃→1150℃→1000℃，对应时间段分别为4min、1min、1.5min、1min、4min、1.5min、2min，1000℃后加热炉断电，基于纯试剂模拟的烧结体空冷至室温。
待试样冷却后，采集基于纯试剂模拟的烧结体俯视图片(如图3所示)，利用图像分析软件界定高温熔体铺展边缘，并获得基于纯试剂模拟的烧结体高温铺展面积。采用图像分析法，也可测定各种纯试剂混合物的柱体底面积。高温铺展面积占各种纯试剂混合物的柱体底面积的百分比，即为基于纯试剂模拟的烧结体高温铺展范围。
表3显示了基于纯试剂模拟的烧结体高温铺展范围。
表3基于纯试剂模拟的烧结体高温铺展范围
根据表2和表3中数据，可分别绘制如图4和图5所示的关系图。从图中可以看出，随着纯试剂混合体基底中SiO2试剂比例、Al2O3试剂比例的升高，基于纯试剂模拟的烧结体高温铺展范围呈扩大趋势。对比图4和图5中拟合曲线的斜率和R2值可知，相比于Al2O3试剂，SiO2试剂对基于纯试剂模拟的烧结体高温铺展范围的影响更加显著。这样就获得了基底中脉石SiO2含量和Al2O3含量对基于纯试剂模拟的烧结体高温铺展范围的影响规律。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。