烧结杯试验(sinter pot  test)

使用杯状小型试验设备，模拟生产条件进行铁矿石烧结的试验。试验包括原料的制备、烧结、成品处理和检验以及技术指标计算等几个步骤。世界上大部分高炉炼铁使用烧结矿作为炉料，但是烧结矿质量的改进，烧结机产量的提高，无一不是在烧结杯试验的基础上获得的。通过烧结杯试验，可进行烧结矿的固结机理和数学模型的研究，来改进工艺提高烧结矿的产量和质量，也可通过烧结杯试验进行新原料、新工艺的研究。烧结杯试验具有对生产的较好的模拟性，也可为设计部门提供可靠的依据。

原料的制备 主要包括原料的中和、混匀和制粒3部分。

(1)中和。为保证试验用原料的化学成分及粒度组成基本相近，试验前各种原料必须单独进行中和处理。澳大利亚BHr，公司中心研究所的中和器是一个圆形偏心漏斗，下有一个可旋转的圆筒，筒内有10个容积相同的扇形容器，原料从漏斗进到旋转的扇形容器中时便进行了中和。大多数试验室采用人工中和。

(2)混匀。多数采用机械混合，以圆筒}昆合机较为普遍。德国鲁奇(Lurgi)公司采用的圆盘混料机，盘底水平放置，中间有3个叶片，可在三个不同半径上与圆盘作反向运动，结构简单，加水方便，混匀效果好。

(3)制粒。一般采用圆筒混合机起制粒作用。制粒后经冰冻法或液氮法测定混合料的粒度组成。

烧结 设备主要由烧结杯、给料器、点火器、抽风除尘系统几部分组成。

(1)烧结杯。烧结试验的主体设备，多为耐热钢制成筒体，有方形及圆形两种，底部有箅条，杯的高度固定或可调，杯体内壁略有斜度，以便顺利卸出烧结饼。为了隔热，杯外壁附有绝热材料。澳大利亚向国际标准化组织(ISO)推荐的烧结杯的炉箅面积为0.15m²，即φ400mm的圆杯或400mm×400mm的方杯，料层高度为500mm。此外，世界各国还有为不同研究目的而设计的各种特殊结构的烧结杯。

(2)给料器。作用是将混合料装入烧结杯中。大烧结杯采用机械装料，小烧结杯则用人工装料。有的试验室模拟生产实际，采用辊式给料器。

(3)点火器。由点火烧嘴及点火罩组成，烧嘴的配置随着烧结杯的大小及点火器功能而不同。采用气体燃料点火，点火温度在1100～1200℃之间。点火负压一般控制在烧结负压的60％～70％。通过点火器向烧结混合料表层供热，与此同时在抽风作用下使混合料中的碳在高温下燃烧实现矿粉的烧结。中国北京钢铁研究总院的φ320mm点火器由19个烧嘴组成，液化石油气通过蒸发器进入燃烧室，由调速风机供给助燃空气，点火温度分布均匀，升降温速度快，可用于点火也可作保温预热用。

(4)抽风除尘系统。由抽风机和除尘器组成，通常采用离心风机，西德鲁奇公司采用风量50m³／min，压力11.76kPa的两台风机串联供一个烧结杯使用。

烧结杯和风机之间设有除尘器，废气管道上设有取样孔，可进行废气取样，对废气中CO、CO₂、SO₂、NO_x进行分析。图1为烧结杯试验装置。

试验操作 先在烧结杯炉箅上铺上粒度6.3～10mm，高约50mm的铺底料，然后把混合料装至规定的高度，将已点燃并达到规定温度1100～1200℃的点火器移至烧结杯上进行点火，与此同时启动抽风机，保持规定的负压(60％～70％烧结负压)。点火1～2min后，移去点火器，同时将烧结负压提高至规定的数值

(一般8000～12000kPa)。自点火开始便记录废气温度及抽风负压的变化及至废气温度达到最高点。废气温度达到最高点后一分钟，风机减压，在烧结饼冷却至废气温度100℃时停止抽风。烧结时间规定为点火开始至废气温度达到最高点所经历的时间。风机停止后，将烧结饼卸出。

成品处理及检验 为了模拟烧结机尾部的破碎、筛分整粒工艺，将烧结杯卸出的烧结饼放入规定尺寸(560mm×420mm×200mm)的料箱内，提升高度为2m进行落下破碎，落下次数的设计与工厂条件相同，然后进行筛分分级处理。粒级>6.3mm的为成品，<6.3mm为返矿。大烧结杯还设有单辊破碎机在落下试验之前进行初碎。对成品烧结矿使用转鼓来检验其耐冲击和耐磨性能。烧结试验室所用转鼓与工业检验转鼓的规格相同，为了与烧结杯的尺寸匹配，通常将国际标准化组织规定的转鼓宽度按一定比例缩小至1/2或1/5，称为1/2ISO或1/5ISO转鼓，其转鼓指数计算方法与国际标准相同(见转鼓指数及抗磨指数)。根据试验记录进行以下烧结技术指标的计算：

烧损率=（入杯湿料重-烧结后料重）/入杯湿料重×100%

成品率=(落下破碎后>6.3mm烧结矿重-铺底料重)/烧结矿重-铺底料重 ×100％

垂直烧结速度=料层高度(mm)/烧结时间 (min)

固体燃耗=固体燃料消耗量(kg)/成品烧结矿量(t)

利用系数=60×成品矿净重(t)/杯子炉箅面积(m²) × 烧结时间(h)

转鼓指数=转鼓后>6.3mm试样重量/入转鼓试样重量 ×100%

返矿平衡值应等于1.0土0.05，超过此值范围则试验结果无指导意义，此时可改变燃料配加量等措施来实现上述要求。传统的烧结杯试验作业流程如图2所示。

试验结果与实际生产的对比 由于烧结杯试验在烧结原料、操作过程及烧结工艺参数的选择基本上是模拟生产实际，因而在烧结产品的化学成分、矿物组成、冶金性能及烧结技术指标上对实际生产有很强的模拟性。但是由于烧结杯试验是间歇操作，杯体侧面积与容积之比高，气流边沿效应大，散热量大，因而在相同作业条件下，其烧结饼成品的转鼓强度偏低，固体燃耗偏高；再因漏风率小，烧结利用系数也偏高，因而烧结杯的一些技术指标与实际生产的指标存在一定差异。但对比各研究单位及企业在长期试验中都有自己的相应的修正系数，因而通过烧结杯试验结果即可进行大型烧结机的设计，并预测新原料及新工艺的烧结技术经济指标。