影響球團礦抗壓強度測定準(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，在加水潤濕的條件下，通過造球機滾動成球，再經(jīng)過干燥焙燒，固結(jié)成為具有一定強度和冶金性能的球型含鐵原料，這是球團礦的基本生產(chǎn)工藝。球團礦在進入高爐之前和之后，經(jīng)過多次裝卸、轉(zhuǎn)運、堆積和運動，要經(jīng)受碰撞、沖擊、擠壓和摩擦等各種嚴(yán)酷的機械作用。在這些機械作用下將有一部分球團礦破碎而產(chǎn)生小塊和粉末，從而影響爐況順行和生產(chǎn)指標(biāo)。而球團礦抗壓強度就表征球團礦在這些機械運動中承壓、抗摩擦的程度，從試驗角度，它是指球團礦受壓的最大破碎載荷。目前，試驗方法基本是采用GB/T 14201-2018的方法，將單個球團礦樣品放置在抗壓試驗機的兩個壓板中間施加負(fù)荷直至破裂為止，此時最大負(fù)荷即為抗壓強度值。此標(biāo)準(zhǔn)在2018年進行了修訂換版，對設(shè)備、分析步驟和試驗報告等要求進行了細(xì)化。近兩年，我們在供需雙方的實驗比對交流時，仍發(fā)現(xiàn)存在較大的檢測偏差，本文結(jié)合當(dāng)時比對時的雙方差距，對可能影響球團礦抗壓強度測定結(jié)果準(zhǔn)確性的因素進行驗證分析，得到相關(guān)結(jié)論，對今后實驗室球團礦抗壓強度測定給出指導(dǎo)性意見。

1 實驗部分

1.1 儀器

電子試驗機 WDW-10E（時代試金）

1.2 測量方法

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

2 結(jié)果與討論

2.1 樣品選擇對結(jié)果的影響

標(biāo)準(zhǔn)中對樣品的要求是“隨機篩選出顆粒完整的干態(tài)球團礦試樣量至少1kg，球團礦的粒度范圍是10.0mm～12.5mm。在測試試樣前，試樣應(yīng)在105℃±5℃的烘箱中烘干至恒重，并冷卻至室溫。”在實際的檢測中，各實驗室對粒度和恒重沒有異議，但對于“顆粒完整”樣品狀態(tài)的理解存在不同。為了更好的說明問題，本文對球團礦樣品常存在幾種狀態(tài)進行了梳理，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（樣品沒有損失）

（4）樣品部分表皮脫落

（5）半球樣品

對比了三家實驗室在不同的樣品形狀選擇條件下的檢測結(jié)果，最大差距為394.5daN，具體見表1。

表1 選擇不同形狀樣品的測定結(jié)果

A的做法，表面上看評價的是整批物料的全部質(zhì)量情況，但忽視了較差樣品測定值波動對整體檢測結(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驗，當(dāng)測定值低于10daN，會被剔除，本樣品就是無效樣品，當(dāng)一次試驗出現(xiàn)多個剔除數(shù)據(jù)時，說明樣品的選擇是有問題的。

B的做法，相當(dāng)于對一批原料中最好狀態(tài)樣品的檢測。國家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T4000-2017 焦炭反應(yīng)性和反應(yīng)后強度試驗方法》，就采取了這種方法：在制備反應(yīng)性和反應(yīng)后強度樣品的時候，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備選樣品中存在比例不一致，如果選取會造成測定結(jié)果的不規(guī)律的波動，不利于檢測結(jié)果與生產(chǎn)工藝的對應(yīng)評價。但在球團抗壓試驗中，不建議采用此種方法。一是因為球團中的不規(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對結(jié)果的影響較大。二是球團抗壓強度測定要至少要進行進行60次試驗，（剔除測定值低于10daN的結(jié)果）取平均值作為測定結(jié)果，從統(tǒng)計上來講已經(jīng)規(guī)避了單次波動對最終結(jié)果的影響。所以，不建議只選最好的樣品來檢測。

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，此類樣品一定棄去。其次，（1）橢球體或餅狀體其形狀與正常球團差距過大，在試驗機上施壓時，壓不同部位，其測定結(jié)果差距很大。比如壓餅狀體的餅面，接觸面積大，破碎時的力值肯定大。曾做過實驗，在平均強度2200daN的樣品中，此類樣品最大值可達(dá)4000daN。而壓橢球體時其很容易在長短軸的中心部位裂開，讀數(shù)值僅有幾百daN。這兩種樣品讀數(shù)值的波動過大。

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

2.2 試驗機的影響

試驗機的影響主要來源于三方面，一是示值誤差，試驗機為1.0級，示值誤差為±1.0%。二是檢定校準(zhǔn)引入的誤差。如果校準(zhǔn)過程中對設(shè)備進行了調(diào)整，就會引入校準(zhǔn)誤差。三是計算機數(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)備的使用過程中應(yīng)做好兩方面工作。一是定期由國家計量機構(gòu)進行檢定校準(zhǔn)。二是有效實施設(shè)備的期間核查。建議使用經(jīng)檢定的測力環(huán)進行核查，通過測力環(huán)讀數(shù)與試驗機電腦輸出的數(shù)據(jù)進行對比，驗證了整個試驗機系統(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)選擇不同速度對最終結(jié)果是否有影響，我們進行了驗證。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三種施壓速度進行試驗，具體見表2。

表2 不同施壓速度下抗壓強度測定結(jié)果

經(jīng)驗證分析，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)不同的固定速度對測定結(jié)果的影響不大，可根據(jù)試驗設(shè)備的具體情況選擇。

2.4 內(nèi)控樣品的使用

球團抗壓強度暫無國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，選取生產(chǎn)工藝穩(wěn)定時期產(chǎn)出的球團礦樣品，經(jīng)過嚴(yán)格的篩選，進行重復(fù)性試驗。測定結(jié)果同時與行業(yè)權(quán)威檢測機構(gòu)比對，最終得到合理的參考值。具體見表3、表4。

表3 內(nèi)控樣品測定結(jié)果重復(fù)性

表4 外部實驗室比對結(jié)果

3 結(jié)語

通過對標(biāo)準(zhǔn)方法中幾個可能對測定結(jié)果有較大影響的因素進行驗證、分析，得到結(jié)論。

（1）樣品的選擇對最終測定結(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”的球團礦樣品，以得到相對穩(wěn)定的結(jié)果。在具體實踐中，供需雙方可根據(jù)實際情況進行約定。

（2）根據(jù)試驗室設(shè)備的具體情況，選擇合適的施壓速度。

（3）通過檢定校準(zhǔn)和期間核查，控制好試驗機的穩(wěn)定性。

（4）可通過內(nèi)外部比對制定試驗室內(nèi)控樣品，以保證結(jié)果的穩(wěn)定性。