高爐用鐵球團礦抗壓強度值不確定度評定分析

段家華,吳光耀，嚴 海，曹 重

(武昆股份玉溪新興鋼鐵有限公司，云南 玉溪 653100)

高爐用鐵球團礦在高爐入爐前后經(jīng)過多次裝卸和堆積，在整個過程中不可避免地發(fā)生擠壓、碰撞、沖擊等機械運動，使球團礦表皮小塊掉落、球團破碎成粉，在進入高爐后導致高爐生產(chǎn)不穩(wěn)。其抗壓強度決定了球團礦在高爐中的機械強度指標；球團礦抗壓強度高低，粉末的多少直接決定著其在高爐內的料層透氣性好壞；球團礦壓強度高還能減少工業(yè)粉塵的排放。本文對球團礦抗壓強度值測量不確定度進行評定，旨在衡量球團礦抗壓強度測量結果。目前，還沒有查閱到球團礦抗壓強度值測量不確定度評定相關文章或報道，但測量其不確定度可以很好地監(jiān)控高爐用球團礦質量波動情況及其機械強度的均勻性，可以有效督促高爐用球團礦供貨廠家改善球團礦質量，保障公司使用球團礦的穩(wěn)定性，從而促進高爐冶煉，保證公司高爐生產(chǎn)順利進行。目前國內測定球團礦抗壓強度的方法來源于《高爐和直接還原用鐵球團礦抗壓強度的測定》(GB/T14201—2018)，而國外測定方法來源于ISO4700鐵礦石球團礦抗壓強度的測定標準，通過比較壓板能力、試驗速度、試樣數(shù)量及結果報出均保持同一范圍。近年來，通常采用電子萬能試驗機檢測球團礦抗壓強度，但存在操作繁瑣、試驗速度慢、操作人員需要連續(xù)性跟蹤試驗等特點，已不適應當前繁重的生產(chǎn)任務。本文采用技術較成熟的全自動冶金球團抗壓試驗機解決以上問題，提高了檢測精度。

1 概 述

壓板以一個特定的速度把壓力負荷施加到一定粒度范圍內的單個球團礦上，直至球團礦完全破裂時所受最大壓力負荷，對所有球團試樣重復這個過程，計算得到的所有測量值的算術平均值就是抗壓強度值。依據(jù)《高爐和直接還原用鐵球團礦抗壓強度的測定》(GB/T14201—2018)[1]，《測量不確定度評定與表示》(JJF1059.1—2012)[2]；環(huán)境條件：室溫；測量設備：北京泰格瑞祥全自動冶金球團抗壓試驗機(型號RE2014Q)；測量方法：將混勻縮分制備的試樣用 12.5 mm 的方孔標準板篩進行篩分，形成粒度為-12.5～+10 mm 的抗壓強度試樣，試樣在烘箱(105±5℃)中烘干 2 h，冷卻至室溫，每組檢測試樣隨機選取試樣顆粒60顆，用全自動冶金球團抗壓試驗機逐份測量，每2組測量結果平均值作為一個報出值。

2 測量不確定度重要來源分析

按照鐵球團礦測量過程分析，高爐用鐵球團礦測量不確定度評定主要和以下幾個分量有關：

1)測量重復性引入的不確定度；

2)球團礦抗壓試驗機測力儀引入的不確定度；

3)標準測力儀引入的不確定度；

4)計算機采集系統(tǒng)帶來的相對標準不確定度。

3 測量不確定度分量的評定[3-6]

建立數(shù)學模型：

(1)

式(1)中：P為球團礦抗壓平均值；Pi為球團抗壓分值

3.1 重復性測量不確定度評定UA(P)，屬于A類評定

按照試驗方法隨機選取符合試驗條件的鐵球團礦60顆/份的試樣5組進行重復測量，計算其平均值，數(shù)據(jù)計算相同條件下測量重復性標準偏差, 采用貝塞爾法:

相對標準不確定度UA(P)=33.82/2119=1.59%。

3.2 球團礦抗壓試驗機測力儀分量不確定度評定UB1(P)

球團礦抗壓試驗機測力儀分量不確定度來自于測力儀校準證書給定的擴展不確定度，屬于B類評定。校準證書所給的擴展不確定度U=0.4%,則區(qū)間半寬度a=U=0.4%,按照均勻分布,球團礦抗壓試驗機測力儀分量不確定度:

3.3 標準測力儀分量不確定度評定UB2(P)

3.4 計算機采集系統(tǒng)分量不確定度評定UB3(P)

根據(jù)JJF1103—2003 計量技術規(guī)范，計算機采集系統(tǒng)所引入的B類標準不確定度UB3(P)為0.2%。

UB3(P)= 0.2%

3.5 B類相對標準不確定度

3.6 合成標準不確定度評定 UC(P)

3.7 擴展不確定度評定

取置信度為95%，則k=2，擴展不確定度

U95rel(P)=k×UC(P)=2×1.62%=3.2%。

3.8 分析結果表示

用全自動冶金抗壓試驗機測定高爐用鐵球團礦抗壓值的報出結果可以表示為:

P=2 119 ±(2 119×3.2%)=2 119 ±67.8 ,k=2

4 實驗數(shù)據(jù)對比

為了證明本方法檢測結果準確性及再現(xiàn)性，隨機抽取4個樣品與公司有仲裁資格的技術中心、公司巡檢部、本實驗室電子萬能試驗機(現(xiàn)用方法)檢測結果進行比較，各檢測方法檢測結果見表1。

表1 各檢測方法檢測結果對比

表1數(shù)據(jù)證明本方法檢測結果準確性更接近公司技術中心及公司巡檢部的檢測結果，優(yōu)于電子萬能試驗機的檢測結果。

5 結 論

根據(jù)以上不確定度分量的評定，可以看出用全自動冶金抗壓試驗機測定高爐用鐵球團礦抗壓值的測量不確定度主要來源為重復性測量所引起的A類測量不確定度，通過日常分析發(fā)現(xiàn)重復性測量不確定度偏大是因為廠家所供鐵球團礦造球工藝波動，顆粒間抗壓強度偏差較大，本方法的測量不確定度U95rel(P)=3.2%，k=2。對不同實驗室檢測結果進行比較證明，本方法檢測準確度更高，檢測再現(xiàn)性優(yōu)于現(xiàn)有方法，且分析速度更快，檢測過程操作人員不需要連續(xù)性操作，節(jié)省了人力物力。