本發(fā)明涉及鐵礦粉燒結(jié)特性檢測領(lǐng)域，更具體的說，涉及一種基于位移突變檢測鐵礦粉同化溫度的裝置。

背景技術(shù)：

現(xiàn)如今在我國鋼鐵生產(chǎn)流程中，鐵礦燒結(jié)是為高爐提供冶金性能優(yōu)良的煉鐵原料的重要工序。隨著鋼鐵企業(yè)對于高爐產(chǎn)品質(zhì)量與企業(yè)經(jīng)濟效益的追求，鋼鐵企業(yè)需要擴大原料來源以降低生產(chǎn)成本，但是，不同來源鐵礦粉其性能有很大差別，需要合理搭配使用才能滿足高爐生產(chǎn)對燒結(jié)礦的要求。如果采用燒結(jié)杯模擬燒結(jié)生成過程，其工作量大，實驗周期長。通過鐵礦粉基礎(chǔ)性能研究來合理搭配使用不同鐵礦粉就顯示出其優(yōu)越性，能夠大量節(jié)省人力物力資料，提高工作效率。

其中，鐵礦粉的同化性是鐵礦粉燒結(jié)基礎(chǔ)特性之一，即鐵礦粉與CaO反應(yīng)的能力，它表征的是鐵礦粉在燒結(jié)過程生成液相的難易程度。根據(jù)熱力學理論可知，如果鐵礦粉的同化溫度越低，其在燒結(jié)時越容易反應(yīng)形成液相，但是，對于非均質(zhì)燒結(jié)礦而言，基于對燒結(jié)礦的固結(jié)和燒結(jié)料層透氣性的考慮，并不希望作為核礦石的粗粒礦石過分熔化，以避免起固結(jié)骨架作用的核礦石減少以及燒結(jié)料層透氣性惡化而影響燒結(jié)礦的質(zhì)量和產(chǎn)量。因此，在優(yōu)化配礦過程中，希望將同化性好的鐵礦粉與同化性差的鐵礦粉搭配使用，使混合礦的同化性處于適宜區(qū)間，從而提高燒結(jié)礦的產(chǎn)質(zhì)量。但是，對于鐵礦粉同化溫度的檢測還沒有專門的檢測設(shè)備，亟需開發(fā)出一種專門應(yīng)用于鐵礦粉同化溫度檢測的裝置。

目前對于鐵礦粉最低同化溫度的測量，在文獻《鐵礦粉與CaO同化能力的試驗研究》(吳勝利，劉宇，杜建新，等.北京科技大學學報，2002，24(3)：258-261)中提出同化性檢測方法是：將磨細的鐵礦粉和分析純CaO試劑壓餅，將鐵礦粉小餅試樣放置于CaO小餅試樣上，放進一種微型燒結(jié)裝置中按照一定升溫制度對試樣進行加熱，判斷鐵礦粉同化特性的方法是以鐵礦粉小餅與CaO小餅接觸面上生成略大于鐵礦粉小餅一圈的化合物為同化特征，以達到此同化特征的溫度為鐵礦粉的最低同化溫度，并以此評價鐵礦粉同化特性的優(yōu)劣。該實驗方法必須通過嘗試不同溫度的試驗后才能判斷其最低同化溫度，費時費力，人為操作因素對實驗結(jié)果產(chǎn)生不可避免的影響，且是通過肉眼判斷其最低同化溫度；不僅準確性較差，而且檢測過程中人為的主觀性較強。

經(jīng)檢索，專利文獻：一種測量鐵礦粉與CaO同化反應(yīng)性能的方法(CN201510829051.X)，一種鐵礦粉同化特性的測量方法(CN201410603085.2)，一種可視化鐵礦粉高溫冶金性能的測定裝置(CN201210385867.4)等，上述技術(shù)方案是通過攝像裝置觀察實驗爐中試樣突變情況，以此來確定鐵礦粉與CaO發(fā)生同化的最低溫度；但是通過觀察確定同化溫度的個人主觀性太大，使得同化溫度的檢測誤差較大，且檢測過程復雜。

在文獻《測定鐵礦粉同化特性新方法的探索》(吳鏗，王夢，趙勇，等.東北大學學報，2013，34(7)：961-965)中提出的測定鐵礦粉同化最低溫度的方法是：將磨細的鐵礦粉和分析純CaO試劑壓餅，將鐵礦粉小餅試樣與CaO小餅試樣上，并放入高溫爐中記性焙燒，同時升溫焙燒過程中進行攝像、記錄時間和溫度；再利用XRD圖譜確定同化反應(yīng)開始時間與溫度；雖然該測定方法結(jié)合XRD技術(shù)輔助判斷鐵礦粉最低同化溫度，但是鐵礦粉與CaO同化初始狀態(tài)依然需要人通過肉眼去對照XRD圖譜，結(jié)果存在誤差。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

1.發(fā)明要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明的目的在于克服目前鐵礦粉的同化溫度檢測主觀性較大的問題，提供一種基于位移突變檢測鐵礦粉同化溫度的裝置，在檢查的過程中對試樣進行加熱，并檢測鐵礦粉在加熱過程中的位移突變，可以根據(jù)位移突變判斷鐵礦粉的同化溫度。

2.技術(shù)方案

為達到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：

本發(fā)明的一種基于位移突變檢測鐵礦粉同化溫度的裝置，包括加熱單元，該加熱單元內(nèi)設(shè)置有試樣臺，加熱單元用于對試樣臺上的鐵礦粉試樣進行升溫加熱；檢測單元，該檢測單元包括測量桿、位移傳感器和施力機構(gòu)；所述測量桿上設(shè)置有測溫熱電偶，該測溫熱電偶用于檢測鐵礦粉試樣的溫度；施力機構(gòu)用于驅(qū)動測量桿向鐵礦粉試樣施加壓力；位移傳感器用于檢測測量桿的位移突變。

優(yōu)選地，測量桿與試樣臺對應(yīng)設(shè)置，所述測溫熱電偶的測溫端設(shè)置于測量桿靠近試樣臺的一端，該測溫熱電偶用于檢測鐵礦粉試樣的溫度。

優(yōu)選地，所述的測量桿的底部設(shè)置有試樣施壓部件，該試樣施壓部件的底面面積大于測量鐵礦粉試樣的橫截面積。

優(yōu)選地，所述的測溫熱電偶的設(shè)置有熱電偶水平段，測溫端設(shè)置于熱電偶水平段的末端，該熱電偶水平段的末端延伸至鐵礦粉試樣的邊緣位置。

優(yōu)選地，所述的測溫端與輔助測溫桿相連，該輔助測溫桿沿豎直方向設(shè)置；輔助測溫桿與鐵礦粉試樣邊緣的距離為L，則1mm<L<2mm。

優(yōu)選地，輔助測溫桿由碳化硅制成。

優(yōu)選地，所述的試樣臺頂部設(shè)置有工作平面，該工作平面平行于試樣施壓部件的底面。

優(yōu)選地，CaO壓片設(shè)置于工作平面上，該CaO壓片用于放置鐵礦粉試樣，輔助測溫桿的底部與CaO壓片表面接觸。

優(yōu)選地，加熱單元的加熱爐內(nèi)設(shè)置有試樣臺，試樣臺頂部設(shè)置有工作平面，該工作平面位于加熱爐的中部區(qū)域。

優(yōu)選地，還包括控制處理單元，加熱單元和檢測單元與控制處理單元相連，控制處理單元用于控制加熱單元的升溫過程；同時控制處理單元用于處理位移傳感器的位移信號和施力機構(gòu)的壓力信號。

3.有益效果

采用本發(fā)明提供的技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果：

(1)本發(fā)明的一種基于位移突變檢測鐵礦粉同化溫度的裝置，包括加熱單元和檢測單元，在檢查的過程中通過加熱單元對試樣進行加熱，并通過檢測單元檢測鐵礦粉在加熱過程中的位移突變，測量桿發(fā)生位移突變時的溫度即為鐵礦粉的同化溫度，從而準確、客觀的檢測出鐵礦粉的同化溫度；相對于通過肉眼或圖像分析系統(tǒng)觀察鐵礦粉試樣與CaO壓片之間出現(xiàn)潤濕角等形變來判斷鐵礦粉同化溫度方法，提高了同化溫度檢測的準確性、檢測效率，為燒結(jié)生產(chǎn)提供可靠的鐵礦粉燒結(jié)性能的數(shù)據(jù)；

(2)本發(fā)明的一種基于位移突變檢測鐵礦粉同化溫度的裝置，測溫端位于試樣施壓部件的邊緣位置，即熱電偶水平段的末端延伸至鐵礦粉試樣的邊緣位置，測溫熱電偶的測溫端靠近鐵礦粉試樣的邊緣位置，提高了鐵礦粉試樣周圍溫度檢測的準確性，進而提高了鐵礦粉同化溫度檢測的準確性；

(3)本發(fā)明的一種基于位移突變檢測鐵礦粉同化溫度的裝置，測溫端與輔助測溫桿相連，輔助測溫桿設(shè)置于試樣施壓部件的邊緣位置，且輔助測溫桿沿豎直方向設(shè)置，輔助測溫桿與鐵礦粉試樣邊緣平行設(shè)置，輔助測溫桿的底部與CaO壓片表面接觸，使得輔助測溫桿可迅速的將鐵礦粉試樣在豎直維度的溫度傳遞至測溫熱電偶，提高了同化溫度檢測的準確性；

(4)本發(fā)明的一種基于位移突變檢測鐵礦粉同化溫度的裝置，加熱單元和檢測單元與控制處理單元相連，控制處理單元的施力控制模塊用于控制施力機構(gòu)，從而控制測量桿向鐵礦粉試樣施加恒定壓力；信息采集模塊用于采集和處理用于處理位移傳感器的位移信號和施力機構(gòu)的壓力信號，實現(xiàn)了鐵礦粉同化溫度的自動化檢測，提高了檢測效率和檢測的準確性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1的局部放大結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為圖2的A區(qū)域的局部放大結(jié)構(gòu)示意圖。

示意圖中的標號說明：

100、加熱單元；110、試樣臺；111、CaO壓片；112、工作平面；113、爐內(nèi)熱電偶；120、加熱爐；

200、檢測單元；210、測量桿；211、試樣施壓部件；220、位移傳感器；230、施力機構(gòu)；240、測溫熱電偶；241、熱電偶水平段；242、輔助測溫桿；243、測溫端；

300、控制處理單元；

400、鐵礦粉試樣。

具體實施方式

下文對本發(fā)明的示例性實施例的詳細描述參考了附圖，該附圖形成描述的一部分，在該附圖中作為示例示出了本發(fā)明可實施的示例性實施例。盡管這些示例性實施例被充分詳細地描述以使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明，但應(yīng)當理解可實現(xiàn)其他實施例且可在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下對本發(fā)明作各種改變。下文對本發(fā)明的實施例的更詳細的描述并不用于限制所要求的本發(fā)明的范圍，而僅僅為了進行舉例說明且不限制對本發(fā)明的特點和特征的描述，以提出執(zhí)行本發(fā)明的最佳方式，并足以使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明。因此，本發(fā)明的范圍僅由所附權(quán)利要求來限定。

下文對本發(fā)明的詳細描述和示例實施例可結(jié)合附圖來更好地理解，其中本發(fā)明的元件和特征由附圖標記標識。

實施例1

結(jié)合圖1、圖2和圖3，本實施例的一種基于位移突變檢測鐵礦粉同化溫度的裝置，包括加熱單元100和檢測單元200；其中加熱單元100包括試樣臺110和加熱爐120，試樣臺110設(shè)置于加熱爐120內(nèi)，加熱單元100用于對試樣臺110上的鐵礦粉試樣400進行升溫加熱；加熱爐120通過電加熱絲對試樣臺110上的鐵礦粉試樣400進行升溫加熱(如圖1所示)，當然加熱爐120也可以通過其他方式進行加熱，例如：紅外加熱等。

檢測單元200包括測量桿210、位移傳感器220和施力機構(gòu)230；測量桿210的頂部與施力機構(gòu)230相連，施力機構(gòu)230用于驅(qū)動測量桿210向鐵礦粉試樣400施加壓力；測量桿210的底部設(shè)置有試樣施壓部件211，該試樣施壓部件211的底面面積大于測量試樣的橫截面積，所述測量試樣即為鐵礦粉試樣400，本實施例試樣施壓部件211的底面直徑為

測量桿210上設(shè)置有測溫熱電偶240，該測溫熱電偶240設(shè)置于測量桿210的內(nèi)部，測溫熱電偶240的測溫端243設(shè)置于測量桿210靠近試樣臺110的一端，該測溫熱電偶240用于檢測鐵礦粉試樣400的溫度。位移傳感器220用于檢測測量桿210的位移突變，該位移傳感器220為高精度的光柵位移傳感器，進而準確的檢測出測量桿210的位移突變。并采集得到測量桿210發(fā)生位移突變時的溫度，該溫度即為鐵礦粉的同化溫度。

本實施例的測量桿210與試樣臺110對應(yīng)設(shè)置，即測量桿210的軸心與試樣臺110的軸心在同一條直線上；試樣臺110頂部設(shè)置有工作平面112，CaO壓片111設(shè)置于工作平面112上，CaO壓片111設(shè)置于工作平面112的中央部位，該CaO壓片111用于放置鐵礦粉試樣400，CaO壓片111在高溫條件下與鐵礦粉發(fā)生同化反應(yīng)，CaO壓片111的加工方法為：用天平稱量2g純度為98.0％的CaO粉末，在20MPa壓力下壓制成的CaO壓片111。工作平面112平行于試樣施壓部件211的底面，使得鐵礦粉試樣400在工作平面112與試樣施壓部件211之間受力更均勻，提高位移突變檢測的準確性，進而提高同化溫度檢測的準確性。

采用本發(fā)明的鐵礦粉同化溫度的檢測方法：為在加熱的過程中測量桿210向鐵礦粉試樣400施加壓力，檢測升溫過程中鐵礦粉試樣400的溫度及測量桿210的位移突變，測量桿210發(fā)生位移突變時的溫度即為鐵礦粉的同化溫度；具體步驟如下：

步驟一、制備試樣

本實施例的鐵礦粉為楊迪粉，將楊迪粉干燥后壓制成鐵礦粉試樣400，將待測鐵礦粉磨成粒度<0.147μm的細粉狀，其中200目的通過率為80％，在105℃下干燥4h，在10MPa壓力下壓制成的鐵礦粉試樣400(其中直徑為高度為5mm)；將鐵礦粉試樣400放置在CaO壓片111上方正中央處，保證測量鐵礦粉試樣400放置的穩(wěn)定性；

步驟二、檢測同化溫度

將楊迪粉的鐵礦粉試樣400放置于加熱單元100的CaO壓片111上；加熱單元100的加熱爐120對鐵礦粉試樣400進行加熱，加熱爐120的升溫速率為10℃/min，當鐵礦粉試樣400溫度達到1000～1150℃時，本實施例優(yōu)選1100℃，施力機構(gòu)230驅(qū)動測量桿210向鐵礦粉試樣400施加壓力，試樣施壓部件211對鐵礦粉試樣400施加恒定壓力為0.5～20N，本實施例優(yōu)選1N，并記錄此時的位移量為0；繼續(xù)升溫過程中，調(diào)整加熱爐120的升溫速率為2℃/min，升溫的過程中測溫熱電偶240檢測鐵礦粉試樣400的溫度、位移傳感器220檢測測量桿210的位移突變，在測量桿210發(fā)生位移突變時測溫熱電偶240檢測的溫度為1210℃，位移突變至0.5mm；測量桿210發(fā)生位移突變時的溫度即為鐵礦粉的同化溫度。而現(xiàn)有技術(shù)中通過觀察檢測的同化溫度為1223℃，本發(fā)明大大提高了檢測的準確性。

本發(fā)明的申請人通過長時間的研究探索，研究發(fā)現(xiàn)鐵礦粉在400-1000℃時會發(fā)生固相反應(yīng)，并使得鐵礦粉試樣400在固相反應(yīng)之后具有較好的機械強度，而在400℃之前由于鐵礦粉的強度較差，如果向鐵礦粉試樣400施加壓力，易造成鐵礦粉試樣400損壞或者發(fā)生位移變化而影響后續(xù)檢測；400-1000℃時由于鐵礦粉的發(fā)生固化反應(yīng)的過程中會發(fā)生內(nèi)部結(jié)構(gòu)的固化或者晶體變形，如果在此處就施加壓力，易造成后續(xù)位移突變檢測同化溫度的不準確性；在1000～1150℃時施加的恒定力較小，在鐵礦粉在同化之前具有較好的機械強度，并不會發(fā)生形變或者變形，此時位移傳感器220基本沒有測量到位移變化，位移傳感器220的位置也基本固定下來；當達到同化溫度時，鐵礦粉試樣400和CaO壓片111發(fā)生同化反應(yīng)，鐵礦粉試樣400和CaO壓片111界面開始生成液相，由于測量桿210恒定壓力的作用，測量桿210向下發(fā)生明顯位移突變(即測量桿210的位置具有較大的位移變化)，位移傳感器220檢測到位移突變，并以該時刻所對應(yīng)的溫度作為被測鐵礦粉的同化溫度。

由于同化過程中的液相生成是始于CaO與鐵礦粉的固相反應(yīng)生成的低熔點化合物，在同化反應(yīng)開始時，低熔點化合物生成量較少，而且由于低熔點化合物的流動性較差，鐵礦粉試樣400的變形程度很?。划斖^程剛剛開始時，很難通過觀察的方法確定鐵礦粉是否發(fā)生同化；當發(fā)生明顯的形變時，此時檢測得到的溫度已經(jīng)超過了鐵礦粉實際最低的同化溫度，因此影響了鐵礦粉同化溫度檢測的準確性。本發(fā)明創(chuàng)造性提出的通過基于測量桿210發(fā)生位移突變檢測同化溫度的方法，在對試樣進行施壓的狀態(tài)下，檢測試樣的形狀變化，并基于試樣施壓狀態(tài)的形狀變化，判斷鐵礦粉的同化溫度，實現(xiàn)了鐵礦粉同化溫度的準確、客觀的檢測；相對于僅通過肉眼或圖像分析系統(tǒng)觀察鐵礦粉試樣400與CaO壓片111之間出現(xiàn)潤濕角等形變來判斷鐵礦粉同化溫度方法，提高了同化溫度檢測的準確性、檢測效率高，為燒結(jié)生產(chǎn)提供可靠鐵礦粉燒結(jié)性能的數(shù)據(jù)。

實施例2

本實施例的基本內(nèi)容同實施例1，不同之處在于：測溫熱電偶240的設(shè)置有熱電偶水平段241，測溫端243設(shè)置于熱電偶水平段241的末端(如圖2所示)，該熱電偶水平段241設(shè)置于試樣施壓部件211內(nèi)，測溫端243位于試樣施壓部件211的邊緣位置，即熱電偶水平段241的末端延伸至鐵礦粉試樣400的邊緣位置，測溫熱電偶240的測溫端243靠近鐵礦粉試樣400的邊緣位置，從而提高了鐵礦粉試樣400周圍溫度檢測的準確性，進而提高了鐵礦粉同化溫度檢測的準確性，為燒結(jié)生產(chǎn)提供可靠鐵礦粉燒結(jié)性能的數(shù)據(jù)。

實施例3

本實施例的基本內(nèi)容同實施例1，不同之處在于：測溫端243與輔助測溫桿242相連，輔助測溫桿242設(shè)置于試樣施壓部件211的邊緣位置，且輔助測溫桿242沿豎直方向設(shè)置；輔助測溫桿242與鐵礦粉試樣400邊緣的距離為L，則1mm<L<2mm，本實施例L＝1.5mm，該輔助測溫桿242的材料為碳化硅；輔助測溫桿242與鐵礦粉試樣400邊緣平行設(shè)置，輔助測溫桿242的底部與CaO壓片111表面接觸。本實施例的輔助測溫桿242靠近鐵礦粉試樣400邊緣，使得輔助測溫桿242可迅速的將鐵礦粉試樣400在豎直維度的溫度傳遞至測溫熱電偶240，使得測溫熱電偶240直接檢測得到鐵礦粉試樣400所處區(qū)域的平均溫度，從而提高了同化溫度檢測的準確性。

此外，加熱單元100的加熱爐120內(nèi)設(shè)置有試樣臺110，試樣臺110頂部設(shè)置有工作平面112，該工作平面112位于加熱爐120的中部區(qū)域，該中部區(qū)域為恒溫區(qū)域。從而保證鐵礦粉試樣400處于相對恒定的檢測溫度下，避免鐵礦粉試樣400在不同位置處的溫度差異，提高了同化溫度檢測的準確性和客觀性。

實施例4

本實施例的基本內(nèi)容同實施例1，不同之處在于：還包括控制處理單元300，加熱單元100和檢測單元200與控制處理單元300相連，控制處理單元300包括溫度控制模塊、施力控制模塊和信息采集模塊，溫度控制模塊用于控制加熱單元100的升溫過程，溫度控制模塊可以調(diào)節(jié)加熱單元100的升溫速率。

控制處理單元300的施力控制模塊用于控制施力機構(gòu)230，從而控制測量桿210向鐵礦粉試樣400施加恒定壓力；信息采集模塊用于采集和處理用于處理位移傳感器220的位移信號和施力機構(gòu)230的壓力信號。從而實現(xiàn)了鐵礦粉同化溫度的自動化檢測，提高了檢測效率和檢測結(jié)果的準確性。

實施例5

本實施例的基本內(nèi)容同實施例1，不同之處在于：試樣施壓部件211的底部也設(shè)置有一層CaO壓片111，在檢測的過程中試樣施壓部件211底部的CaO壓片111與鐵礦粉試樣400的頂部接觸，從而實現(xiàn)了鐵礦粉試樣400在加熱的過程中，同時與上部和下部的CaO壓片111同時反應(yīng)，在升溫的過程中向鐵礦粉試樣400施加壓力，當鐵礦粉發(fā)生同化時，突變效果更明顯，進而提高了檢測的準確性。

實施例6

本實施例的基本內(nèi)容同實施例1，不同之處在于：試樣臺110上設(shè)置有爐內(nèi)熱電偶113(如圖3所示)，該爐內(nèi)熱電偶113用于檢測鐵礦粉試樣400底部的溫度，從而用于與測溫熱電偶240的結(jié)果進行對應(yīng)和修正，提高了溫度檢測的準確性。

在上文中結(jié)合具體的示例性實施例詳細描述了本發(fā)明。但是，應(yīng)當理解，可在不脫離由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍的情況下進行各種修改和變型。詳細的描述和附圖應(yīng)僅被認為是說明性的，而不是限制性的，如果存在任何這樣的修改和變型，那么它們都將落入在此描述的本發(fā)明的范圍內(nèi)。此外，背景技術(shù)旨在為了說明本技術(shù)的研發(fā)現(xiàn)狀和意義，并不旨在限制本發(fā)明或本申請和本發(fā)明的應(yīng)用領(lǐng)域。

更具體地，盡管在此已經(jīng)描述了本發(fā)明的示例性實施例，但是本發(fā)明并不局限于這些實施例，而是包括本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)前面的詳細描述可認識到的經(jīng)過修改、省略、例如各個實施例之間的組合、適應(yīng)性改變和/或替換的任何和全部實施例。權(quán)利要求中的限定可根據(jù)權(quán)利要求中使用的語言而進行廣泛的解釋，且不限于在前述詳細描述中或在實施該申請期間描述的示例，這些示例應(yīng)被認為是非排他性的。例如，在本發(fā)明中，術(shù)語“優(yōu)選地”不是排他性的，這里它的意思是“優(yōu)選地，但是并不限于”。在任何方法或過程權(quán)利要求中列舉的任何步驟可以以任何順序執(zhí)行并且不限于權(quán)利要求中提出的順序。因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)當僅由所附權(quán)利要求及其合法等同物來確定，而不是由上文給出的說明和示例來確定。