国家标准 GB/T13241一2017 代替GB/T13241一1991 铁矿石还原性的测定方法 1ofreduetbility IronoreSDetermination 2017-09-07发布 2018-06-01实施国家质量监督检验检疫总局发布国家标准化管理委员会国家标准
GB/T13241一2017 铁矿石还原性的测定方法警示 -本标准的使用可能涉及到某些危险的材料、操作和设备,但并未对与此有关的所有安全问题都提出建议用户在使用本标准之前有责任采用适当的安全和保护措施,并保证符合国家有关法规规定的条件范围本标准规定了铁矿石还原性能测定方法的试验条件、试验设备、试样制备,试验步骤、结果的计算和试验报告注，所规定的试验方法的特点是;在固定床中用co和N 的混合气体进行等温还原;试样具有一定的粒度范围本方法适用于以还原度和还原速率表示的铁矿石包括天然铁矿石烧结矿将球团矿,以下简称铁矿石)的还原性的测定规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 GB/T6003.1试验筛技术要求和检验第1部分;金属丝编织网试验筛 GB/T6003.2试验筛技术要求和检验第2部分;金属穿孔板试验筛 GB/T6005试验筛金属丝编织网,穿孔板和电成型薄板筛孔的基本尺寸 GB/T6730.5铁矿石全铁含量的测定三氯化钛还原法 GB/T6730.8铁矿石亚铁含量的测定重铬酸钾滴定法 GB/T8170数值修约规则与极限数值的表示和判定 GB/T10322.1铁矿石取样和制样方法 GB/T20565铁矿石和直接还原铁术语术语和定义 GB/T20565界定的以及下列术语和定义适应于本文件 3.1 eofreduction 还原度degree R 以三价铁状态为基准(即假定铁矿石中的铁全部以Fe.O,形式存在,并把这些Fe.,O中的氧算作 00%),还原一定时间后所达到的脱氧的程度,以质量分数(%)表示 3.2 还原度指数reduetionindex RI 将粒度为10.0mm~12.5mm的铁矿石试料置于固定床中,通人15L.由30%co和70%N，组成
GB/T13241一2017 的还原气体,在900C的温度下,以三价铁状态为基准,3h后的还原度,以质量分数(%)表示 3.3 还原速率reduectionveeity 以1min为时间单位,以三价铁状态为基准,铁矿石在还原过程中单位时间内还原度的变化值,以质量分数(%)表示 3.4 还原速率指数reductioveloeityindex RVI 以三价铁状态为基准,当原子比o/Fe为0.9时的还原速率,以(%/min)表示原理将一定粒度范围的试料置于固定床中,用由cO和N，组成的还原气体,在900C的温度下进行等温还原每隔一定时间称试样质量,以三价铁状态为基准,计算还原3h后的还原度和原子比o/Fe等于0.9时的还原速率 5 试验条件 5.1一般条件本标准所用的气体体积和流量采用标准状态下(0和101.325kPa)的体积和流量 5.2还原气体成分(体积分数) Co30%士0.5% N70%士0.5% 5.3还原气体的纯度(体积分数 CO99.9% N;>99.99% 5.4还原气体的流量在整个试验期间,还原气体的标态流量保持15L/min士0.5L/min 5.5试验温度铁矿石试料在900C温度下进行等温还原,在整个试验期间,进人料层的气体温度,料层温度保持在900笔士5C之间试验设备 o 6.1气体的净化配置系统气体的净化、配置系统包括
GB/T13241一2017 N，质量流量控制器;量程20L/min,精度不低于士1.5%F.s a bcO质量流量控制器;量程5L/min,精度不低于士1.5%F.S c 洗气十配气室容积;<5L 使用CO发生炉发生c0时,C0的净化系统除外质量流量控制器每年至少校准一次在没有瓶装cO的地方,可以参见附录A中的CO发生炉及净化系统制造c0气体 6.2还原管还原管与筛板结构示意图见图1,反应管内径75mm士1mm,由耐热不起皮金属制成,能耐 900C以上的温度单位为毫米 75士1 Sy 说明: 气体出口; 上部控温点中部控温点; 下部控温点; 铁矿石试料; -筛板; -底装反应管气体均配管; 气体人口图1还原管与筛板结构示意图 6.3还原炉三段式加热炉,在线显示恒温区温度,试验时保证试料在900C士5恒温区之内三段独立控温管式加热电阻炉结构示意图见图2
GB/T13241一2017 说明下段内嵌纤维加热套; -试料底部监控热电偶 -中段内嵌鳍纤维加热套试料中部监控热电偶上段内嵌错纤维加热套试料上部监控热电偶图2三段独立控温管式加热电阻炉结构示意图 6.4温度控制装置 6.4.1温度控制装置有三路温度显示系统,实时显示试料层上、中、下温度,保证还原气体与试料反应时,进人试料层的气体温度、整个试料层温度稳定在900C士5C范围之内 6.4.2温度控制精度为900C士5C,温度控制精度等级应不低于0.2级 6.5热电偶三点式监控热电偶结构示意图见图3,应不低于工业级l级,热电偶测量端分别位于试料中心的上部、中部和下部
GB/T13241一2017 单位为毫米说明上段控温电偶 -中段控温电偶下段控温电偶图3三点式监控热电偶结构示意图 6.6辅助设备 6.6.1热重天平;分辨率不低于0.01g 6.6.2cO报警仪;固定式,便携式各一台,现场操作人员应随身携带 6.6.3试验用筛;符合GB/T6003.1,GB/T6003.2和GB/T6005规定,正方形筛孔为16.0mm,12.5mm 和10.0 mm 6.6.4 二分器;槽宽32mm 6.6.5数粒机;粒度范围$10.0mm一12.5 mm 试样制备 7.1取样和制样试验试样应按照GB/T10322.1的规定进行取样和制样试验试样应在105C士5C的温度下烘干,烘干时间不小于2h.然后冷却至室温,并保存在干燥器中 7.2还原性试验用的试样 7.2.1试样总量试验试样的总量不少于2.5kg,以干基计算 7.2.2球团矿通过筛分得到粒度范围10,.0mm12.5mm 的试样不少于2.5kg 7.2.3天然铁矿石和烧结矿筛出大于12.5mm的试样,并小心破碎大于12.5mm的部分直至全部通过16.0mm的筛子,然后合并各部分进行筛分,从试样中筛除大于12.5mm和小于10.0mm部分然后将得到的10.01 mm一 nmm12.5 12.5t mm这部分试样混匀,保证10,0 mm的试样不少于2.5kg
GB/T13241一2017 7.3试料缩分试样用二分器缩分成4份，每份取出100g混成一份试样,大约400g,作为测定TFe和FaO的试样,其余的分开密封保存,作为还原性试验试样 8 试验步骤 8.1实验测定次数对同一个试样,至少进行两次试验 8.2试料量取一份还原性试验试样,称取500g(士1粒)试料,精确至0.01g,记录为m, 注重复性试验,试料粒度差<1粒 8.3还原实验工艺流程警示由于含一氧化碳的还原气体是有毒和危险的,试验应在有良好通风环境中或在抽风罩下进行,为了保证操作人员的安全,应根据国家有关的安全规则,采取防护措施试验现场，co含量 <50x10-,试验人员进入试验现场应携带co报警仪,且不要长期处于试验环境中 8.3.1铁矿石中温还原实验工艺流程图见图4,将试料放到还原管的多孔板上,铺平,插人热电偶后将密封盖密封,还原管放人还原炉内,试料处于还原炉恒温区中心部位还原管放人还原炉内时,还原炉温度<200C 15 16 17 N 说明: cO钢瓶; 10 三点控温热电偶; -N 钢瓶; 11 热重天平; CO减压阀 12 下加热段; N 减压阀 13 中加热段; CO质量流量控制器; 上加热段; 14 -N质量流量控制器; 15 还原炉体; -还原气稳压室; 16 电动升降机构; 流量计 17 反应管系统控制柜; 图4铁矿石中温还原实验工艺流程图
GB/T13241一2017 8.3.2还原炉开始升温,升温速度不得大于10C/nmin 200C一900,通氮气保护,流量为5L/min. 900时,增大氮气流量至15L/min,恒温30min,称量试料和还原管总质量,精确至0.lg,记录为mi 然后,以15L/nmin士0.5L/min的还原气体取代保护氮气,还原180min,用热重天平连续记录还原过程中试料与还原管总质量,精确至0.1g,记录为m, 还原过程中,保证进人试料层的气体温度,试料层整体温度保持在900C土5C之内 8.3.3还原结束后,切断还原气体,通人氮气,流量为15L/min,排除试验设备管路与反应管内还原气体,5min 后关闭氮气,还原管出炉,试验结束结果计算 9.1还原度的计算用式(1)计算时间的还原度R,,计算R，时,为180min 以三价铁状态为基准,用质量分数(% 表示 10.111w m1一mn R,(% ×100×100 lo.430w干m又0.430w 式中试料的质量,单位为克(g); m0 还原开始前试料和还原管总质量,单位为克(g) m11 还原1分钟后试料和还原管总质量,单位为克(g): m 试验前试样中用GB/T6730.8测得的亚铁含量,用质量分数(%)表示; W w 试验前试样中用GB/T6730.5测得的全铁含量,用质量分数(%)表示注1公式的推导参见附录B 注2:商检试验时,建议采用交货批量的w和w,而不用7.3中的500g试样的w和w 画出还原度R,%)/n min)曲线 9.2还原速率指数的计算从还原曲线读出还原度达到30%和60%时相对应的时间,单位为分(min) 还原速率指数RVI),用原子比O/Fe为0.9时的还原速率(%/min)表示,按式(2)计算 RVI=dR/d=33.6/te一t ( 式中还原度达到30%时的时间,单位为分(min); t0 -还原度达到60%时的时间,单位为分(min) teo 33.6 常数在某种情况下,试验达不到60%的还原度,此时按式(3)计算较低的还原度 RVI=dR/d=K/(,一) 3 式中还原度到达y%)时的时间,单位为分(min); K -取决于y(%)的常数:当y为50%时,K=20.0;当y为55%时,K=26.5 注1:原子比O/Fe=0.9,相当于还原度为40% 注2:公式的推导参见附录B. 9.3允许误差和试验次数还原度指数RI的允许误差,对一对试验结果,两个结果之差值,烧结矿不超过5%(绝对值),球团
GB/T13241一2017 矿不超过3%(绝对值),天然矿由供需双方商定如果两个结果之差值在上述范围内,试验可以结束如果不在上述范围内,则应按附录C中规定的程序进行 g.4最终结果表示还原度指数RI应按附录C的规定按实验结果的平均数报出,用%表示,精确到小数点后一位数字,按GB/T8170规定进行修约还原速率指数RV的试验结果的取值与还原度指数RI的取值相一致,并以其平均数报出,用 %/min 表示,精确到0.01%/ min 以3h的还原度指数RI作为考核指标,还原速率指数RVI作为参考指标 10试验报告本标准的试验结果应与其他试验,特别是那些表示铁矿石在还原时的其他冶金性能的试验结果联系起来考虑试验报告应包括以下内容试验单位; a b 试验报告发表日期; 参照本标准; c 试样说明(包括还原前全铁和亚铁量含量); d 试料质量及粒数还原度指数RI和还原速率指数RV1 如果需要,列出相应时间的质量损失 g
GB/T13241一2017 附录 A 资料性附录 -氧化碳发生炉警示- 氧化碳是无色,无味对人体有伤害的有毒气体本实验使用一氧化碳发生炉时,一氧化碳要随产随用,不允许储存使用完毕后,要用氮气或空气清扫试验设备及管路,室内应安装一氧化碳报警仪,试验在有良好通风条件的场合中进行,室内的一氧化碳浓度不允许超过50×10- A.1原理将木炭装人金属反应器中,加热到900C通人氮气,通过干馏,使木炭脱水、脱氢及去除其他挥发分,然后通人cO 气体,与木炭反应生成cO气体 A.2原料 N,CO,木炭; N,;纯度99.99%; cO.;纯度99.5%; 木炭;灰分<5.0%;固定碳>70%;小于10mm的颗粒<10% A.3设备 CO发生炉工艺流程图见图A.1,包括反应罐 a 材质GH3044,带汽水分离器 b 加热炉工作温度:1000C 控温装置控温范围,常温至1000C d 净化装置净化气体末端安装三级过滤器脱水剂;变色硅胶 CO，吸附剂;碱石灰气体流量计 N 流量控制器:量程0L/min5L/min,精度<1.0%F.S; CO流量控制器;量程0I/min5L/min,精度<1.0%F.S cco流量检测器;量程oL/min一5L/mm,精度<1.0%F.s.
GB/T13241一2017 7 6 15 N co. 说明: CO钢瓶; 11 气体出口; -N 钢瓶 12 反应管 13 cO流量控制器; 脱水器; 14 -脱co; N流量控制器; 控温仪; 15 气体分析 16 混气罐; 控温热电偶; 转换阀; -加热端子; 17 18 CO出口; -加热炉体; 9 排空出口气体人口; 木炭 10- 图A.1CO发生炉工艺流程图 A.4C0发生步骤 A.4.1木炭干僧 Co发生炉启动,200时向炉内通人流量为5L/min的氮气,加热到950C时,开始恒温干僧,以脱除木炭中的水分与挥发分恒温60min后,停止干过程 A.4.2co发生、洗气与配气发生炉内通人2.25L/nmin士0.01L/mincCO co经过脱水,脱cO,.,脱尘,进人co流量检测器通过调节cO，流量,使Co流量达到4.50L/nmin士0.01L/nin Co气体进人混合器与N.(10.5L/nmin士 0.01L/nmin)混合,试验开始 A.4.3气路清洗试验结束后,CO切换为N,,流量为5L/min 排清反应罐、管路、洗气系统中的cO,试验结束 10
GB/T13241一2017 附录 B 资料性附录还原性公式的推导 B.1还原度表示从铁氧化物中排除氧的难易程度,通常表示如下从铁氧化物中排除的氧量还原度(%)三 .(B.1 原先铁结合的氧量 B.2在式(B.1)中,假定所有与铁结合的氧都以Fe.O的形式存在,但实际上大部分铁矿石都存在一些 Fe,OFe0甚至金属铁因此,根据还原时试样的质量损失和试样原先的理论含氧量与实际含氧量之差的和来评价还原度而试样原先的理论含氧量是根据所有的铁都结合为Fe.O计算的实际含氧量是根据试样中实际存在的Fe.O、Fe,O,FeO的含量计算的,R，按式(B.2)进行计算 o71X 71.85 m11一m1a R,(% ×100十 ×100 (B.2 48 48 w2 ml0w2× m0× 1l1，" . 100 将式(B.2)化简后即可得出式(B.3): 0.1llW 1一 R,(%) -×100×10o B.3 0.430W， m×0.430e 在式(B.3)中,假定从铁矿石中去除氧的速率对其瞬时含氧量来说(在动力学上)属于一级反应 dO K×O (B.4 d dO (B.5 dR 100 R B.6 o 10 式中 -锄矿石在还原过程中的瞬时含氧量 O O. 与铁结合的总氧量(按Fe.O计算); 时间为时的还原度,用质量分数(%)表示; R -时间,单位为分(min) 从式(B,.4),式(B,5),式(B.6)中推导出还原速率 dR R =K×( ×100 (B.7 d 10o 式(B.7)积分后得到式(B.8) R leglo(- =一0.434K×1 B.8 100 30%和60%之间的还原度按式(B.9)计算一log10(1一60/100)十logl0(1一30/100 0,56 K一 (B.9 0,434(tw0一!30) tn0一t0 在Fe,O的情况下,O/Fe原子比0.9与R=40%有同样的意义,把R=40%和式(B.8)代人式(B.7),得到K值(在o/Fe =0.9时),即 dR 33.6 RVI B.10 dt tsn0 t39
GB/T13241一2017 附录 C 规范性附录) 重复性和试验次数还原度指数RI两个试验结果之极差的大小,将决定是否需要进行补充试验极差范围的等级列于表C.1 表c.1极差范围极差等级 B 烧结矿 5.0 6.0 6.6 3.6 3.9 球团矿 3.0 注;块矿的A,B.c值由供需双方商定最终试验结果数值的确定程序见， a)~d),平均指数精确到小数点后一位数字如果|.r C,则一次就要再做两次试验,得出，和工(,舍去其中的工和.工mm,取其中两个中间值的平均值 r1,r,r，和.r，分别为第一次、第二次、第三次,第四次试验的结果 r和工a分别为本次检验的3或4个结果中的最大值和最小值

铁矿石还原性的测定方法GB/T13241-2017

铁矿石是钢铁工业的重要原料，还原性是衡量铁矿石质量的一个重要指标。GB/T13241-2017《铁矿石还原性的测定方法》规定了一种测定铁矿石还原性的方法。

一、试样制备

将待测样品经过粉碎、混匀后，取出约100g放入电炉中加热，使其均匀升温至900℃±5℃。保持30分钟，然后降温至室温，作为试样。

二、实验仪器和设备

实验所需的仪器和设备有：电阻炉、瓷坩埚、镁球、电子天平、数显温度计等。

三、实验步骤

1. 将试样放入瓷坩埚中，放入电阻炉中。

2. 加热至800℃±5℃，保持15分钟。

3. 在加热的同时，将镁球也放入电阻炉中。

4. 当试样温度达到800℃时，取出镁球，让其冷却至室温。

5. 将冷却后的镁球粉碎成1～2mm大小的颗粒。

6. 取出加热后的试样，将其表面清洁干净。

7. 在天平上称取0.5g左右的铁矿石试样，与3g左右的镁球粉末混合均匀，装入瓷坩埚中。

8. 将瓷坩埚放回电阻炉中，加热至1100℃±5℃。

9. 保持加热30分钟，然后降温至室温。

10. 取出瓷坩埚，称取其中的金属铁重量，并计算还原率。

四、实验结果及分析

按照GB/T13241-2017规定的方法进行测定，得到的实验结果应该是准确可靠的。通过实验可以得知铁矿石的还原率，从而评价铁矿石的质量。

总之，GB/T13241-2017规定了一种科学、可靠的测定铁矿石还原性的方法，为钢铁工业提供了技术支持。