碱金属对焦炭热性能的影响

结合宣钢高炉碱害严重的问题，模拟高炉软融带，通过浸渍法使焦炭表面吸附不同浓度的碳酸钠和碳酸钾，在900℃、1000℃、1100℃、1200℃分别测定吸附碱金属后焦炭的反应性及反应后强度。结果表明：在实验的温度范围内，随着温度的升高焦炭的反应性越高，反应后强度越差。钾、钠对碳溶反应起正催化作用，焦炭中碱金属浓度越高，碳溶反应的速率就越快。     

高炉碱金属富集区域钾、钠加剧焦炭劣化新认识及其量化控制模型

碱金属对高炉内焦炭的破坏大多通过研究碱金属碳酸盐对焦炭气化反应的影响,从而得出钾、钠破坏性相近,在控制碱金属入炉时也基本不对二者进行区分;但高炉调研表明在碱金属富集明显加剧的区域碱金属碳酸盐已分解且焦炭中钾含量均大于钠.本文通过热力学计算得知在碱富集区域碱金属主要以单质蒸气而非碳酸盐或氧化物形式存在,据此设计了模拟此区域有无CO₂时钾、钠单质蒸气在焦炭上的自主吸附和破坏实验,结合原子吸收光谱法、X射线衍射法和扫描电镜-能谱分析发现钾蒸气和焦炭中灰分大量结合形成钾霞石后体积膨胀、裂纹扩展导致碱金属富集区域钾在焦炭上的吸附和破坏能力均远大于钠,因此建议尽量采用低灰分焦炭并严格控制入炉钾负荷.进一步研究体系中不同钾蒸气含量对气化反应的影响规律,得出当钾蒸气与焦炭的气固质量比率超过3%后焦炭反应性陡升.依据碱金属富集区域钾、钠在焦炭上的不同吸附和破坏性,建立了钾、钠各自入炉上限及总量上限的量化控制模型.      

碱金属对焦炭光学组织的影响

 为了研究碱金属对高炉焦炭光学组织的影响,在10%质量浓度的单质钾气氛中进行焦炭的吸附和溶损试验,然后对原始焦炭、无碱反应后焦炭、加碱反应后焦炭的光学组织进行鉴定。结果发现,与各向异性组织相比,焦炭的各向同性组织强度低、反应性高,并且各向同性程度越高,反应性越高;但是焦炭加碱后,碱金属对各向同性组织的催化作用没有对各向异性强,以至于各向异性组织的反应性要高于各向同性组织。原因是各向异性组织对碱金属的吸附较强,且碱金属在其内部渗透能力较强,从而生成更多的层间化合物。另外,可以在炼焦过程中适当增加气煤比例,不仅能节约炼焦成本,还能提高焦炭的抗碱性能。     

锌对焦炭反应性能的影响

通过气相吸附法制备吸附不同锌含量的焦炭试样,并对吸附锌的焦炭的反应性进行了检测。研究结果表明：1 000℃条件下焦炭锌的吸附量最大。锌的吸附不仅发生在焦炭表面,还进入焦炭内部;锌对焦炭的溶损反应具有正催化作用。随着锌吸附量的加大,焦炭的反应性增强。     

锌含量对焦炭热性能的影响

本文通过溶液浸泡使焦炭表面吸附不同浓度的醋酸锌,研究其对焦炭热反应性及反应后强度的影响,并将其与碱金属钠对焦炭质量影响程度进行对比。结果表明:锌和钠浸入焦炭后使其热性能变差,当浸入相同浓度的锌和钠时,钠对焦炭热性能的破坏性更明显。     

锌对焦炭强度的影响

近些年,有关碱金属对焦炭溶损反应的催化作用已进行了较深入细致的研究,对碱金属以外的金属对焦炭溶损反应的催化作用也引起人们的关注,并取得了一些结果,然而对锌的研究大多是停留在其对耐火材料的侵蚀和结瘤等几个方面的研究,忽视了锌对焦炭溶损反应的催化作用而造成的焦炭粉化等情况。通过气相吸附法制备吸附不同锌含量的焦炭试样,并对吸...     

入炉碱负荷与焦炭劣化的关系

为了研究首钢高炉入炉碱负荷与炉内焦炭劣化的关系,利用碱金属循环富集模型计算碱金属在高炉内的最大富集量及在高炉内部不同部位的分布,然后进行焦炭在不同浓度碱蒸气下的熔损试验,通过反推计算最终得到了在不同入炉碱负荷情况下焦炭劣化的程度。结果表面,钾和钠在首钢高炉内最大的富集量分别为34.89和7.44kg/t,炉内焦炭已经发生严重劣化,反应性CRI为53.14%,反应后强度CSR为61.69%。要想控制住碱金属对首钢高炉的危害,入炉K2O和Na2O质量必须分别限制在0.48和3.11kg/t以内。     

碳溶反应过程焦炭气孔结构变化规律

 利用焦炭反应性装置测定不同温度下焦炭的碳溶反应,采用比表面积及孔径分析仪、SEM表征焦炭的气孔结构参数,分别利用BET方程和BJH法计算焦炭的比表面积、孔体积和平均孔径,由吸附等温线计算焦炭表面分形特征变化,考察焦炭碳溶反应过程中孔结构的变化规律。研究表明,随着温度的升高,焦炭吸附曲线类型由I类向II类吸附等温线转变,比表面积以及孔容均先增加后减小,2～10 nm的孔径变化明显。1 000 ℃之前焦炭的溶损反应过程主要受化学反应速率影响,1 000 ℃之后受扩散控制的主导性提高,不同焦炭的气孔结构变化影响了溶损反应行为。分形维数与孔结构有一定的相关性,可以反映焦炭溶损过程气孔的变化。     

区分和控制钾、钠对高炉冶炼的不利影响

通过对国内外多座高炉碱金属富集调研结果的统计分析,以及模拟高炉碱富集区域钾、钠对焦炭劣化影响的试验,发现碱富集区域钾蒸气在焦炭上的吸附能力和破坏性都远大于钠,认为高炉现场应严格控制入炉钾负荷,建议将高温下抗碱金属蒸气破坏的能力作为焦炭新增的质量指标,并提出了入炉碱金属上限值的计算公式。     

富碱焦炭在不同反应条件下的溶损劣化模式

采用高温热还原法制取K、Na蒸汽,并对四种工业焦炭进行了K、Na蒸汽吸附,对富碱焦炭进行了1 100℃恒温和模拟高炉温度制度下的溶损反应劣化研究,分析了碱金属对焦炭溶损反应速率和反应后强度的影响。结果表明,未富碱焦炭的溶损反应率随着温度的升高而加快,CSR_(25%)随反应温度的升高呈现先减小后增大的规律,溶损反应模式为低温均匀反应模式+中温协同模式+高温反应核模式;1 100℃恒温下富碱焦炭的CSR_(25%)都在未富碱焦炭的劣化模式范围内,且K、Na协同富碱焦炭劣化程度最严重;模拟高炉温度制度下富碱焦炭的溶损劣化强度明显高于1 100℃恒温下的富碱焦炭。     

Ouabain-insensitive salt and water movements in duck red cells. III. The role of chloride in the volume response

Duck red cells in hypertonic media experience rapid osmotic shrinkage followed by gradual reswelling back toward their original volume. This uptake of salt and water is self limiting and demands a specific ionic composition of the external solution. Although ouabain (10(-4)M) alters the pattern of cation accumulation from predominantly potassium to sodium, it does not affect the rate of the reaction, or the total amount of salt or water taken up. To study the response without the complications of active Na-K transport, ouabain was added to most incubations. All water accumulated by the cells can be accounted for by net salt uptake. Specific external cation requirements for reswelling include: sufficient sodium (more than 23 mM), and elevated potassium (more than 7 mM). In the absence of external potassium cells lose potassium without gaining sodium and continue to shrink instead of reswelling. Adding rubidium to the potassium- free solution promotes an even greater loss of cell potassium, yet causes swelling due to a net uptake of sodium and rubidium followed by chloride. The diuretic furosemide (10(-3)M) inhibits net sodium uptake which depends on potassium (or rubidium), as well as inhibits net sodium uptake which depends on sodium. As a result, cell volume is stabilized in the presence of this drug by inhibition of shrinkage, at low, and of swelling at high external potassium. The response has a high apparent energy of activation (15-20 kcal/mol). We propose that net salt and water movements in hypertonic solutions containing ouabain are mediated by direct coupling or cis-interaction, between sodium and potassium so that the uphill movement of one is driven by the downhill movement of the other in the same direction.     

热重分析法研究铁含量对焦炭溶损反应的影响

采用热重分析法研究了铁含量对焦炭反应的影响规律.利用液相吸附法制备了不同Fe2O3含量的焦炭样品,通过对样品的微观分析和焦炭反应动力学的研究,阐释了铁元素对反应机理的影响.结果表明,铁对焦炭溶损反应具有正催化作用,且催化作用随铁含量的增大而加强;铁的存在降低了焦炭反应的起始反应温度和剧烈反应温度,导致焦炭过早破碎,影响焦炭强度;同时铁的存在也降低了焦炭溶损反应的反应级数和活化能.反应级数从无Fe2O3添加时的1.53级降为零级.研究表明,Fe2O3均匀分布在焦炭表面使其能提供更多的有效催化活性中心,进而对溶损反应起到催化作用.     

焦炭与氧反应的负催化研究

在用浸泡的方法将硼酸和ZOC负载于焦炭之后,通过热重分析试验考察了硼酸和ZOC吸附量对焦炭氧化反应的影响。其结果表明,硼酸和ZOC对焦炭与氧的反应"负催化"作用很明显,可以抑制焦炭的溶损反应;用硼酸或ZOC水溶液浸渍焦炭,硼酸或ZOC以分子或"离子"状态高度分散和吸附在焦粉的表面和孔隙之中,可以高效降低燃烧速率,将大大减少钝化剂的用量。     

焦炭低浓度燃烧及碳素溶损反应的模拟研究

通过连续热反应装置,考察不同焦炭粒度在低O2及CO2浓度下随温度下的失重行为,并采用此装置对干熄焦过程焦炭的烧损行为进行分析研究。结果表明,焦炭的燃烧反应和碳素溶损反应的起始温度约分别为550和800℃,且随着焦炭粒度的降低以及温度、O2、CO2浓度的提高,焦炭的损失质量均会增加;同时通过对TG、DTG曲线的分析,得到焦炭在低浓度燃烧反应的动力学参数。利用连续热反应装置,能较好地模拟干熄炉内焦炭在不同温度区域、气相组成以及红焦燃烧和碳素溶损的反应过程,为探讨工业上干熄焦炉内的焦炭烧损控制及其对焦炭质量的影响提供理论指导。     

焦炭溶损反应起始温度对高炉碳素消耗的影响

利用生产高炉冶炼参数,计算得到不同焦炭溶损反应起始温度下的高炉操作线,分析了焦炭溶损反应起始温度对高炉冶炼和技术经济指标的影响。结果表明：焦炭溶损反应起始温度对高炉操作参数有显著影响。随着焦炭溶损反应起始温度的降低,高炉还原剂消耗降低,炉顶煤气利用率提高,直接还原度降低。     

高炉焦炭微观气孔结构演变及分形特征研究

摘要：为了研究孔结构对高炉焦炭降解过程的影响,通过溶损 转鼓实验分析了不同溶损焦炭的孔结构分形特征和微观组织结构变化。在此基础上,通过引入考虑分形特征的物料破碎方程,分析了焦炭降解能耗与表面分形维数之间的联系。结果表明：考虑分形特征的功耗方程可以较好地应用于冶金焦炭的降解过程中,焦炭降解能耗与分形维数之间存在明显的相关性,反应气氛会影响焦炭的表面分形维数进而改变焦炭降解的难易程度。     

Structural effects in the reaction between carbon dioxide and coke doped with various potassium bearing catalytic precursors

The rate of reaction between carbon dioxide and coke with and without the additions of KCN, KOCN, and K₂CO₃ was studied using thermogravimetry. Since both potassium and carbon are lost during the reaction, the concentration of potassium in the coke samples was determined as a function of the extent of the reaction by atomic absorption spectrometry. The changes in the specific surface area due to the reaction were studied by the nitrogen adsorption technique. The changes in the pore structure of coke were investigated by mercury porosimetry and scanning electron microscopy. The distribution of potassium in the coke structure was examined as a function of the reaction time by the energy dispersion X-ray technique. Furthermore, since sulfur is known to influence the rate of the C-CO₂ reaction, the sulfur content of the coke samples with or without the addition of catalytic precursors was monitored as a function of the extent of reaction. The influences of the structural parameters and the concentration of potassium on the rate of the coke-CO₂ reaction were determined. The rate data were analyzed on the basis of a structural model to examine the contributions of the chemical reaction and the pore diffusion on the overall rate of the coke-CO₂ reaction. M. ALAM, formerly Graduate Student, now     

高炉入炉焦/风口焦微观结构与气化反应性对比

摘要：以同一座高炉2次休风所取的入炉焦和风口焦为研究对象,采用XRD、SEM EDS、N2吸附、热分析等方法比较分析不同样品的碳化学结构、碱金属富集程度、孔隙结构、CO2气化反应性,探究了焦炭在高炉中反应性变化程度和影响因素。结果表明：风口焦炭与入炉焦炭相比,气化反应性显著升高,比表面积增大,碳结构有序化程度升高,碱金属含量提高;金属钾在风口焦炭边部的存在形式以可溶性盐为主,在焦炭内部以钾霞石为主;入炉焦各部位差异较小,而风口焦边部、中部、芯部的气化反应性和结构性质存在显著差异,表明其各部位在高炉中所经历的气化反应过程不同;风口焦中碱金属含量为影响气化反应性的最主要因素,次要影响因素为碳化学结构和孔隙结构。