一种基于落下-反弹特性检测铁矿生球落下强度的方法

1.本发明属于球团落下强度检测技术领域，更具体地说，涉及一种基于落下-反弹特性检测铁矿生球落下强度的方法。


背景技术：

2.铁精矿或含铁粉料、添加剂在造球机上造球生成合格生球团后，自动下落至转运皮带上，并皮带运输机将生球团转运至干燥、焙烧设备，在生球团转运的过程中，生球团要发生多次下落和碰撞，如果生球团落下强度达不到生产标准，将致使生球团在干燥、焙烧之前发生裂纹或粉碎。使得生球团焙烧后产生大量裂纹或者焙烧过程中产生大量粉末，不仅严重危害生球团焙烧设备的工艺操作，诱发各种事故，使作业率、产品的产量和质量指标造成严重影响，并且危害高炉操作和顺行。
3.目前，氧化球团、含碳球团、型煤等球团的落下强度检测基本全部由人工完成，检测人员反复弯腰下蹲再起立，通过肉眼甄别球团表面是否由裂纹的产生，劳动强度非常大，再加上生产现场光线不佳，对检测人员的用眼强度和责任心都提出了非常高的要求。部分企业通过设备开发和机械改造，但大多从落下高度、底部钢板等方面的规范化着手，提高了检测精度，部分减轻了检测人员劳动强度。因此，亟需一种基于落下-反弹特性检测铁矿生球落下强度的方法，以球团自由落下撞击钢板后是否弹起代替传统肉眼观察，避免了检测过程中检测人员反复检查球团表面是否产生裂纹，在减轻了检测人员劳动强度的同时，也提高了检测效率和准确性。


技术实现要素：

4.1.要解决的问题
5.针对于现有技术球团表面裂纹判定完全依靠肉眼完成，存在着检测效率低、误差大、劳动强度大等不足，本发明拟提供一种基于落下-反弹特性检测铁矿生球落下强度的方法，以球团自由落下撞击钢板后是否弹起代替传统肉眼观察，避免了检测过程中检测人员反复检查球团表面是否产生裂纹，在减轻了检测人员劳动强度的同时，也提高了检测效率和准确性。
6.2.技术方案
7.为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
8.一种基于落下-反弹特性检测铁矿生球落下强度的方法，包括以下操作步骤：
9.s1:选取球团，选取m个生球团，所述生球团的直径范围为12mm～16mm；
10.s2:球团落下检测，将s1步骤中选取的生球团从固定的高度以自由落体状态下落至接球钢板上，通过生球团在接球钢板上的弹起状态判断生球团表面是否产生裂纹，若生球团与接球钢板碰撞后弹起，说明生球团表面未产生裂纹，再次从相同的高度进行自由落体运动，直至生球团与接球钢板碰撞后无法弹起，此时该生球团的表面产生裂纹甚至出现破损，则该生球团的落下强度检测实验结束，该生球团的弹起次数作为该生球团的落下强
度pm＝(n-1)，其中pm表示第m个生球团的落下强度，n表示弹起次数，同理按照上述操作步骤，依次检测m个球团的落下强度；
11.s3:数据处理，m个生球团的平均落下强度
12.优选地，步骤s2中在接球钢板周边设置摄像机部件，通过摄像机部件捕捉拍摄生球团与接球钢板碰撞后的图像数据，经过图像处理器的分析结果判断生球团是否弹起。
13.优选地，步骤s2中在接球钢板底部设置压力传感器，通过压力传感器捕捉采集生球团落下与接球钢板碰撞后有无二次受力，若压力传感器检测到二次受力，则表明生球团与接球钢板碰撞后弹起；若压力传感器未检测到二次受力，则表明生球团与接球钢板碰撞后无法弹起。
14.优选地，plc控制单元接收所述摄像机部件图像处理器对生球团弹起状态的分析结果或所述压力传感器检测到的生球团二次受力结果，并由plc控制单元记录生球团的弹起次数。
15.优选地，plc控制单元与蜂鸣器相连，当plc控制单元接收到接收所述摄像机部件或所述压力传感器检测判断生球团无法弹起的数据结果时，则发送信号至蜂鸣器，蜂鸣器发出警报，提示检测人员该生球团的落下强度检测实验结束。
16.优选地，生球团可选取氧化球团、含碳球团或型煤球团进行落下强度检测。
17.优选地，生球团的形状为球形、半球形、椭球型或枕型中的一种或多种。
18.3.有益效果
19.相比于现有技术，本发明的有益效果为：
20.(1)本发明的一种基于落下-反弹特性检测铁矿生球落下强度的方法，通过检测球团落下至钢板上是否弹起，来替代操作人员通过肉眼检查球团表面是否产生裂纹，通过从球团落下的能量转换角度解释裂解和非裂解生球撞击平板的弹起效果，从而做到代替缓慢的肉眼检测裂纹的过程，极大地缩短了生球落下的检测时间，提高了工作的效率。
21.(2)本发明的一种基于落下-反弹特性检测铁矿生球落下强度的方法，生球团在第0-(n-1)次碰撞过程发生弹性回弹，初始动能大部分转化为弹性势能，并通过弹性势能转化为反弹时所需要的动能，塑性变形仅消耗了很少一部分能量。根据塑性变形的特点可知，当材料所受到的能量超过极限屈服强度时，材料将发生塑性变形。对于生球团而言，影响屈服强度的主要因素为内部颗粒间的范德华力、毛细力、黏性力等作用力。生球团塑性变形是一个累积过程，对于每一次落下-弹起过程，颗粒间都会发生轻微滑移，滑移的距离也在不断累积，但是仍然没有摆脱颗粒间作用力的限制，所以此时塑性变形消耗的能量非常有限，生球团也不会有显裂纹的出现。在第n次碰撞时刚好不再弹起，生球团表面出现显裂纹甚至破裂，是塑性变形区域的扩大，铁矿颗粒间出现大范围的滑移甚至部分颗粒直接摆脱本体弹出，塑性变形几乎带走了全部的能量。
22.(3)本发明的一种基于落下-反弹特性检测铁矿生球落下强度的方法，使用摄像机部件对球团落下撞击钢板的弹起效果进行捕捉，对于摄像机部件的精度要求较低，只要能够分辨出球团撞击钢板后是否能够弹起即可，避免了在复杂的检测实验现场使用高精度的仪器对短暂碰撞过程的球团裂解信息进行检测。球团落下是否弹起这一判断条件更易于摄像机部件进行识别，极大降低了落下检测过程中使用精密检测设备的成本。此外，使用plc
控制单元来进行数据处理，有效提高了检测的效率，能够实现球团落下强度检测数据的快速处理。
23.(4)本发明的一种基于落下-反弹特性检测铁矿生球落下强度的方法，压力传感器用来检测球团落下的状态，记录球团撞击接球钢板是否弹起，并将相关的信号传输至plc控制单元，再经过plc控制单元给蜂鸣器发出信号，蜂鸣器仅当球团撞击钢板无法弹起时发出警报，提醒操作员球团的落下强度检测已经完成，将检测球团撞击接球钢板无法弹起的信号转化为蜂鸣器的报警信号，提高了球团落下强度检测的效率和准确性。
附图说明
24.图1为实施例1中摄像机拍摄到的球团落下弹起的图像，其中(1)为：球团下落过程图，(2)为：球团撞击底板图，(3)为：球团完好弹起过程图，(4)为：球团完好弹起至最高点图；
25.图2为实施例1中图拍摄到的球团落下无法弹起并破损的图像，其中(1)为：球团下落过程图，(2)为：球团撞击底板图，(3)为：球团撞击底板无法弹起并裂解图，(4)为：球团最终破损形态图。
26.图3为实施例2中压力传感器检测到生球团下落两次的受力情况图；
27.图4为实施例2中压力传感器检测到落下一次的受力情况图。
具体实施方式
28.下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
29.本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴；除此之外，本发明的各个实施例之间并不是相互独立的，而是可以进行组合的。
30.实施例1
31.本实施例的一种基于落下-反弹特性检测铁矿生球落下强度的方法，包括以下操作步骤：
32.s1:选取球团，选取m个生球团，所述生球团的直径范围为12mm～16mm，具体地，本实施例中将制备好的生球团依次通过16mm、12mm的圆孔筛，筛选出生球团直径12mm～16mm的合格生球团，生球团数量m＝10，合格生球团通过保鲜膜、干燥皿密封保存，尽量保持生球团内的水分。所述生球团可选取氧化球团、含碳球团或型煤球团进行落下强度检测；所述生球团的形状为球形、半球形、椭球型或枕型中的一种或多种。具体地，本实施例中生球团选取球形氧化球团进行落下强度检测。
33.其中生球团制备方案如下：以国内某典型钢铁企业的使用的a精矿和f膨润土制备球团。设定f膨润土添加量依次为0.6％、0.8％、1.0％、1.2％和1.4％，标记为工况1～工况
5，其他造球工艺参数保持一致。生球团制备方案如表1所示：
34.表1生球团制备表
[0035][0036]
s2:球团落下检测，将s1步骤中选取的生球团从固定的高度以自由落体状态下落至接球钢板上，该固定高度可根据需求选择0.5m，1.0m或者2.0m的预设高度，具体地，本实施例中预设高度为0.5m，接球钢板的厚度为0.5m。本实施例中通过生球团在接球钢板上的弹起状态判断生球团表面是否产生裂纹，若生球团与接球钢板碰撞后反向弹起，并与接球钢板发生分离，说明生球团表面未产生裂纹或破损，将该生球团再次从相同的高度进行自由落体运动，直至生球团与接球钢板碰撞后无法弹起，此时该生球团的表面产生裂纹甚至出现破损，则该生球团的落下强度检测实验结束，该生球团的弹起次数作为该生球团的落下强度pm＝(n-1)，其中pm表示第m个生球团的落下强度，n表示弹起次数，同理按照上述操作步骤，依次检测m个球团的落下强度。本实施例中通过检测生球团落下至接球钢板上是否弹起，来替代操作人员通过肉眼检查球团表面是否产生裂纹，通过从生球团落下的能量转换角度解释裂解和非裂解生球撞击钢板的弹起效果，从而做到代替缓慢的肉眼检测裂纹的过程，极大地缩短了生球落下的检测时间，提高了工作的效率。
[0037]
本实施例中生球团落下与接球钢板碰撞后能否弹起取决于碰撞过程的能量走向，特别是加载过程的能量走向，该过程是一个能量累加过程，能量主要走向为储存在弹性形变区域的弹性势能和塑性形变能量的消耗，塑性变形消耗的能量多少还与生球团的塑性强弱有关。生球团在第0-(n-1)次碰撞过程发生弹性回弹，初始动能大部分转化为弹性势能，并通过弹性势能转化为反弹时所需要的动能，塑性变形仅消耗了很少一部分能量。根据塑性变形的特点可知，当材料所受到的能量超过极限屈服强度时，材料将发生塑性变形。对于生球团而言，影响屈服强度的主要因素为内部颗粒间的范德华力、毛细力、黏性力等作用力。生球团塑性变形是一个累积过程，对于每一次落下-弹起过程，颗粒间都会发生轻微滑移，滑移的距离也在不断累积，但是仍然没有摆脱颗粒间作用力的限制，所以此时塑性变形消耗的能量非常有限，生球团也不会有显裂纹的出现。在第n次碰撞时刚好不再弹起，生球团表面出现显裂纹甚至破裂，是塑性变形区域的扩大，铁矿颗粒间出现大范围的滑移甚至
部分颗粒直接摆脱本体弹出，塑性变形几乎带走了全部的能量。
[0038]
本实施例中步骤s2中在接球钢板周边设置摄像机部件，通过摄像机部件捕捉拍摄生球团与接球钢板碰撞后的图像数据，经过图像处理器的分析结果判断生球团是否弹起。本实施例中摄像机部件与plc控制单元相连，且plc控制单元接收所述摄像机部件图像处理器对生球团弹起状态的分析结果，并由plc控制单元记录生球团的弹起次数。本实施例中使用摄像机部件对生球团落下撞击钢板的弹起效果进行捕捉，对于摄像机部件的精度要求较低，只要能够分辨出生球团撞击钢板后是否能够弹起即可，避免了在复杂的检测实验现场使用高精度的仪器对短暂碰撞过程的球团裂解信息进行检测。生球团落下是否弹起这一判断条件更易于摄像机部件进行识别，极大降低了落下检测过程中使用精密检测设备的成本。此外，使用plc控制单元来进行数据处理，有效提高了检测的效率，能够实现生球团落下强度检测数据的快速处理。
[0039]
本实施例中plc控制单元与蜂鸣器相连，当plc控制单元接收到接收所述摄像机部件判断生球团无法弹起的数据结果时，则发送信号至蜂鸣器，蜂鸣器发出警报，提示检测人员该生球团的落下强度检测实验结束。具体地，本实施例中摄像机部件用来捕捉生球团落下的状态，记录生球团撞击钢板是否弹起，经过摄像机的图像处理器处理捕捉到的球团撞击瞬间图像，再经过plc控制单元给蜂鸣器发出信号，蜂鸣器仅当生球团撞击接球钢板无法弹起时发出警报，提醒操作员该生球团的落下强度检测已经完成，并将检测生球团撞击接球钢板无法弹起的信号转化为蜂鸣器的报警信号，提高了生球团落下强度检测的效率和准确性。
[0040]
本实施例的检测方法与传统方法不同处在于，不再使用肉眼观察生球团表面是否产生裂纹或破碎，以生球团是否弹起作为生球团表面是否产生裂纹或破碎的依据，记录生球团与钢板的接触过程，后期通过计算机图像处理修正落下次数，后期图像处理时间不计入总检测时间，其他检测步骤与传统方法相同。
[0041]
s3:数据处理，由plc控制单元内的运算程序算得m个生球团的平均落下强度并记录。采取三组平行实验，记录监测点落下强度及检测消耗时间如表2所示。
[0042]
表2为实施例1的检测结果表
[0043][0044]
对比例1
[0045]
本对比例采用传统的生球团落下强度检测方法，本对比例中从合格生球团中随机挑选生球团若干，采用传统方法检测落下强度，检测方法如下：
[0046]
①
将球团从距离钢板0.5m的高度自由落在10mm厚的钢板上；
[0047]
②
球团落下后，仔细观察球团表面是否产生裂纹或者直接破裂；
[0048]
③
若球团表面产生裂纹或者直接破碎，则实验停止，若无，则重复步骤
①②
；
[0049]
④
球团在第n次落下时产生裂纹或破碎，则单个生球团的落下强度pm＝(n-1)，其中pm表示第m个生球团的落下强度，n表示弹起次数。
[0050]
以10个球团的落下强度平均值作为该批次球团的落下强度
[0051]
注意，若单个球团落下强度与其他球团出现较大差异，则补充测量。采取三组平行实验，记录检测的落下强度以及检测消耗时间如表3所示。工况1-5采用传统方法和本专利提出的方法检测球团落下强度结果如表4所示。
[0052]
表3为对比例1的检测结果表
[0053][0054][0055]
表4为实施例1与对比例1的检测结果对比表
[0056][0057]
对比两种检测方法可以发现，利用实施例1的检测方法中消耗的时间相较对比例1中的传统方法中消耗的时间要短得多，且所有检测结果的相对误差均未超过5％，完全能够替代原有检测方法。采用实施例1的检测方法能够大幅度的减轻了检测人员劳动强度，提高检测效率和精度。
[0058]
实施例2
[0059]
本实施例的的一种基于落下-反弹特性检测铁矿生球落下强度的方法，包括以下操作步骤：
[0060]
s1:选取球团，选取m个生球团，所述生球团的直径范围为12mm～16mm，具体地，本实施例中将制备好的生球团依次通过16mm、12mm的圆孔筛，筛选出生球团直径12mm～16mm的合格生球团，生球团数量m＝30，合格生球团通过保鲜膜、干燥皿密封保存，尽量保持生球团内的水分。具体地，本实施例中生球团选取球形氧化球团进行落下强度检测。
[0061]
s2:球团落下检测，将s1步骤中选取的生球团从固定的高度以自由落体状态下落至接球钢板上，该固定高度为0.5m。本实施例中通过生球团在接球钢板上的弹起状态判断生球团表面是否产生裂纹，若生球团与接球钢板碰撞后反向弹起，并与接球钢板发生分离，说明生球团表面未产生裂纹或破损，将该生球团再次从相同的高度进行自由落体运动，直至生球团与接球钢板碰撞后无法弹起，此时该生球团的表面产生裂纹甚至出现破损，则该生球团的落下强度检测实验结束，该生球团的弹起次数作为该生球团的落下强度pm＝(n-1)，其中pm表示第m个生球团的落下强度，n表示弹起次数，同理按照上述操作步骤，依次检测m个球团的落下强度。
[0062]
本实施例中步骤s2中在接球钢板底部设置压力传感器，通过压力传感器捕捉采集生球团落下与接球钢板碰撞后有无二次受力，若压力传感器检测到二次受力，则表明生球
团与接球钢板碰撞后弹起，该生球团的表面产生裂纹甚至出现破损，则继续进行下次自由落体运动；若压力传感器未检测到二次受力，则表明生球团与接球钢板碰撞后无法弹起，此时该生球团的表面产生裂纹甚至出现破损，则该生球团的落下强度检测实验结束。
[0063]
本实施例中压力传感器与plc控制单元相连，且plc控制单元接收所述摄像机部件图像处理器对生球团弹起状态的分析结果或所述压力传感器检测到的生球团二次受力结果，并由plc控制单元记录生球团的弹起次数。所述plc控制单元与蜂鸣器相连，当plc控制单元接收到接收所述摄像机部件或所述压力传感器检测判断生球团无法弹起的数据结果时，则发送信号至蜂鸣器，蜂鸣器发出警报，提示检测人员该生球团的落下强度检测实验结束。本实施例中压力传感器用来检测球团落下的状态，记录球团撞击接球钢板是否弹起，并将相关的信号传输至plc控制单元，再经过plc控制单元给蜂鸣器发出信号，蜂鸣器仅当球团撞击钢板无法弹起时发出警报，提醒操作员球团的落下强度检测已经完成，将检测球团撞击接球钢板无法弹起的信号转化为蜂鸣器的报警信号，提高了球团落下强度检测的效率和准确性。
[0064]
在上文中结合具体的示例性实施例详细描述了本发明。但是，应当理解，可在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下进行各种修改和变型。详细的描述和附图应仅被认为是说明性的，而不是限制性的，如果存在任何这样的修改和变型，那么它们都将落入在此描述的本发明的范围内。此外，背景技术旨在为了说明本技术的研发现状和意义，并不旨在限制本发明或本技术和本发明的应用领域。
[0065]
更具体地，尽管在此已经描述了本发明的示例性实施例，但是本发明并不局限于这些实施例，而是包括本领域技术人员根据前面的详细描述可认识到的经过修改、省略、例如各个实施例之间的组合、适应性改变和/或替换的任何和全部实施例。权利要求中的限定可根据权利要求中使用的语言而进行广泛的解释，且不限于在前述详细描述中或在实施该申请期间描述的示例，这些示例应被认为是非排他性的。在任何方法或过程权利要求中列举的任何步骤可以以任何顺序执行并且不限于权利要求中提出的顺序。因此，本发明的范围应当仅由所附权利要求及其合法等同物来确定，而不是由上文给出的说明和示例来确定。