影響球團(tuán)礦抗壓強(qiáng)度測(cè)定準(zhǔn)確度的因素淺探

顏秉浩

（石橫特鋼新疆昆玉鋼鐵生技部，新疆 奎屯 833200）

球團(tuán)礦作為高爐冶煉的一種常用人造礦石，是由鐵精礦粉或其它含鐵粉料添加少量添加劑混合后，在加水潤(rùn)濕的條件下，通過(guò)造球機(jī)滾動(dòng)成球，再經(jīng)過(guò)干燥焙燒，固結(jié)成為具有一定強(qiáng)度和冶金性能的球型含鐵原料，這是球團(tuán)礦的基本生產(chǎn)工藝。球團(tuán)礦在進(jìn)入高爐之前和之后，經(jīng)過(guò)多次裝卸、轉(zhuǎn)運(yùn)、堆積和運(yùn)動(dòng)，要經(jīng)受碰撞、沖擊、擠壓和摩擦等各種嚴(yán)酷的機(jī)械作用。在這些機(jī)械作用下將有一部分球團(tuán)礦破碎而產(chǎn)生小塊和粉末，從而影響爐況順行和生產(chǎn)指標(biāo)。而球團(tuán)礦抗壓強(qiáng)度就表征球團(tuán)礦在這些機(jī)械運(yùn)動(dòng)中承壓、抗摩擦的程度，從試驗(yàn)角度，它是指球團(tuán)礦受壓的最大破碎載荷。目前，試驗(yàn)方法基本是采用GB/T 14201-2018的方法，將單個(gè)球團(tuán)礦樣品放置在抗壓試驗(yàn)機(jī)的兩個(gè)壓板中間施加負(fù)荷直至破裂為止，此時(shí)最大負(fù)荷即為抗壓強(qiáng)度值。此標(biāo)準(zhǔn)在2018年進(jìn)行了修訂換版，對(duì)設(shè)備、分析步驟和試驗(yàn)報(bào)告等要求進(jìn)行了細(xì)化。近兩年，我們?cè)诠┬桦p方的實(shí)驗(yàn)比對(duì)交流時(shí)，仍發(fā)現(xiàn)存在較大的檢測(cè)偏差，本文結(jié)合當(dāng)時(shí)比對(duì)時(shí)的雙方差距，對(duì)可能影響球團(tuán)礦抗壓強(qiáng)度測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確性的因素進(jìn)行驗(yàn)證分析，得到相關(guān)結(jié)論，對(duì)今后實(shí)驗(yàn)室球團(tuán)礦抗壓強(qiáng)度測(cè)定給出指導(dǎo)性意見(jiàn)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器

電子試驗(yàn)機(jī) WDW-10E（時(shí)代試金）

1.2 測(cè)量方法

采用GB/T 14201-2018《高爐和直接還原用鐵球團(tuán)礦抗壓強(qiáng)度的測(cè)定方法》。試驗(yàn)前球團(tuán)礦在烘箱中于105℃下干燥后冷卻至室溫，從中選取直徑為10.0mm～12.5mm的球團(tuán)礦作為試樣，試驗(yàn)球團(tuán)礦個(gè)數(shù)為60個(gè)，在電腦控制的抗壓試驗(yàn)機(jī)上連續(xù)測(cè)定，取60個(gè)球測(cè)定數(shù)據(jù)的平均值作為最終結(jié)果。

2 結(jié)果與討論

2.1 樣品選擇對(duì)結(jié)果的影響

標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)樣品的要求是“隨機(jī)篩選出顆粒完整的干態(tài)球團(tuán)礦試樣量至少1kg，球團(tuán)礦的粒度范圍是10.0mm～12.5mm。在測(cè)試試樣前，試樣應(yīng)在105℃±5℃的烘箱中烘干至恒重，并冷卻至室溫。”在實(shí)際的檢測(cè)中，各實(shí)驗(yàn)室對(duì)粒度和恒重沒(méi)有異議，但對(duì)于“顆粒完整”樣品狀態(tài)的理解存在不同。為了更好的說(shuō)明問(wèn)題，本文對(duì)球團(tuán)礦樣品常存在幾種狀態(tài)進(jìn)行了梳理，共有五種。

（1）形狀不規(guī)則的，橢球體或餅狀體。

（2）樣品有細(xì)微裂紋的。

（3）樣品有擠壓缺口的（樣品沒(méi)有損失）。

（4）樣品部分表皮脫落。

（5）半球樣品。

（1）橢球體或餅狀體

（2）樣品有細(xì)微裂紋

（3）樣品有擠壓缺口（樣品沒(méi)有損失）

（4）樣品部分表皮脫落

（5）半球樣品

對(duì)比了三家實(shí)驗(yàn)室在不同的樣品形狀選擇條件下的檢測(cè)結(jié)果，最大差距為394.5daN，具體見(jiàn)表1。

表1 選擇不同形狀樣品的測(cè)定結(jié)果

A的做法，表面上看評(píng)價(jià)的是整批物料的全部質(zhì)量情況，但忽視了較差樣品測(cè)定值波動(dòng)對(duì)整體檢測(cè)結(jié)果的影響。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，較差樣品即使參與實(shí)驗(yàn)，當(dāng)測(cè)定值低于10daN，會(huì)被剔除，本樣品就是無(wú)效樣品，當(dāng)一次試驗(yàn)出現(xiàn)多個(gè)剔除數(shù)據(jù)時(shí)，說(shuō)明樣品的選擇是有問(wèn)題的。

B的做法，相當(dāng)于對(duì)一批原料中最好狀態(tài)樣品的檢測(cè)。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T4000-2017 焦炭反應(yīng)性和反應(yīng)后強(qiáng)度試驗(yàn)方法》，就采取了這種方法：在制備反應(yīng)性和反應(yīng)后強(qiáng)度樣品的時(shí)候，標(biāo)準(zhǔn)中明確提出“棄去泡焦和爐頭焦”。這種做法基于的理由是：每爐焦炭中泡焦和爐頭焦是有限的，是按一定比例存在的；二是泡焦和爐頭焦在試驗(yàn)備選樣品中存在比例不一致，如果選取會(huì)造成測(cè)定結(jié)果的不規(guī)律的波動(dòng)，不利于檢測(cè)結(jié)果與生產(chǎn)工藝的對(duì)應(yīng)評(píng)價(jià)。但在球團(tuán)抗壓試驗(yàn)中，不建議采用此種方法。一是因?yàn)榍驁F(tuán)中的不規(guī)則樣品不是按固定比例存在的，此部分樣品參不參與試驗(yàn)對(duì)結(jié)果的影響較大。二是球團(tuán)抗壓強(qiáng)度測(cè)定要至少要進(jìn)行進(jìn)行60次試驗(yàn)，（剔除測(cè)定值低于10daN的結(jié)果）取平均值作為測(cè)定結(jié)果，從統(tǒng)計(jì)上來(lái)講已經(jīng)規(guī)避了單次波動(dòng)對(duì)最終結(jié)果的影響。所以，不建議只選最好的樣品來(lái)檢測(cè)。

C的做法，考慮兩方面，首先，（4）、（5）樣品都有損失，不符合“完整”的概念，此類(lèi)樣品一定棄去。其次，（1）橢球體或餅狀體其形狀與正常球團(tuán)差距過(guò)大，在試驗(yàn)機(jī)上施壓時(shí)，壓不同部位，其測(cè)定結(jié)果差距很大。比如壓餅狀體的餅面，接觸面積大，破碎時(shí)的力值肯定大。曾做過(guò)實(shí)驗(yàn)，在平均強(qiáng)度2200daN的樣品中，此類(lèi)樣品最大值可達(dá)4000daN。而壓橢球體時(shí)其很容易在長(zhǎng)短軸的中心部位裂開(kāi)，讀數(shù)值僅有幾百daN。這兩種樣品讀數(shù)值的波動(dòng)過(guò)大。

通過(guò)A、B、C三種方法的對(duì)比試驗(yàn)，剔除極端樣品，在人肉眼可視的情況下，選擇 “完整”球團(tuán)礦樣品，確定了C種操作方法是最合適的方法。

2.2 試驗(yàn)機(jī)的影響

試驗(yàn)機(jī)的影響主要來(lái)源于三方面，一是示值誤差，試驗(yàn)機(jī)為1.0級(jí)，示值誤差為±1.0%。二是檢定校準(zhǔn)引入的誤差。如果校準(zhǔn)過(guò)程中對(duì)設(shè)備進(jìn)行了調(diào)整，就會(huì)引入校準(zhǔn)誤差。三是計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)引入的誤差。為使此三方面誤差受控，在設(shè)備的使用過(guò)程中應(yīng)做好兩方面工作。一是定期由國(guó)家計(jì)量機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢定校準(zhǔn)。二是有效實(shí)施設(shè)備的期間核查。建議使用經(jīng)檢定的測(cè)力環(huán)進(jìn)行核查，通過(guò)測(cè)力環(huán)讀數(shù)與試驗(yàn)機(jī)電腦輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了整個(gè)試驗(yàn)機(jī)系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.3 施壓速度的影響

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14201-2018規(guī)定的速度是10~20mm/min之間選一固定速度，在此范圍內(nèi)選擇不同速度對(duì)最終結(jié)果是否有影響，我們進(jìn)行了驗(yàn)證。挑取非常完整的球狀樣品縮分成3份，保持其它條件不變，分別使用10mm/min、15mm/min、20mm/min三種施壓速度進(jìn)行試驗(yàn)，具體見(jiàn)表2。

表2 不同施壓速度下抗壓強(qiáng)度測(cè)定結(jié)果

經(jīng)驗(yàn)證分析，三組數(shù)據(jù)極差為12.2daN，可以得出結(jié)論：采取標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定范圍內(nèi)不同的固定速度對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響不大，可根據(jù)試驗(yàn)設(shè)備的具體情況選擇。

2.4 內(nèi)控樣品的使用

球團(tuán)抗壓強(qiáng)度暫無(wú)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，選取生產(chǎn)工藝穩(wěn)定時(shí)期產(chǎn)出的球團(tuán)礦樣品，經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的篩選，進(jìn)行重復(fù)性試驗(yàn)。測(cè)定結(jié)果同時(shí)與行業(yè)權(quán)威檢測(cè)機(jī)構(gòu)比對(duì)，最終得到合理的參考值。具體見(jiàn)表3、表4。

表3 內(nèi)控樣品測(cè)定結(jié)果重復(fù)性

表4 外部實(shí)驗(yàn)室比對(duì)結(jié)果

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)方法中幾個(gè)可能對(duì)測(cè)定結(jié)果有較大影響的因素進(jìn)行驗(yàn)證、分析，得到結(jié)論。

（1）樣品的選擇對(duì)最終測(cè)定結(jié)果的影響最大，本文建議剔除極端形狀樣品，在人肉眼可視的情況下，選擇 “完整”的球團(tuán)礦樣品，以得到相對(duì)穩(wěn)定的結(jié)果。在具體實(shí)踐中，供需雙方可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行約定。

（2）根據(jù)試驗(yàn)室設(shè)備的具體情況，選擇合適的施壓速度。

（3）通過(guò)檢定校準(zhǔn)和期間核查，控制好試驗(yàn)機(jī)的穩(wěn)定性。

（4）可通過(guò)內(nèi)外部比對(duì)制定試驗(yàn)室內(nèi)控樣品，以保證結(jié)果的穩(wěn)定性。