高炉上部锌在焦炭上的富集及赋存形式的研究

摘要：锌作为有害元素,在高炉内循环富集给生产带来了一系列不利影响,但锌在高炉中的赋存形式未有定论,为此,设计了一种新的实验方法,模拟研究了高炉上部锌在焦炭上的富集及赋存形式。实验结果表明,温度在493～905℃范围内,焦炭表面和内部均附集着较多的细小的颗粒状氧化锌;温度在493℃以下,焦炭表面附集着珠状金属锌和氧化锌,但内部锌较少;焦炭表面在温度低于493℃时富集的锌在493～905℃温度范围内进行转变,焦炭表面附集着白色致密结壳和众多小颗粒组成的球形氧化锌,但焦炭上仍有金属锌存在,同时焦炭内部存在的锌也较多。     

高炉内锌的赋存形式及对烧结矿性能的影响

 锌作为有害元素,在高炉内循环富集给生产带来了一系列不利影响,但锌在高炉中的赋存形式未有定论。为此,设计了一种新的试验方法,模拟研究了高炉上部锌的赋存形式及对烧结矿还原和粉化的影响。试验结果表明,温度为493~905 ℃时,锌先以液态形式富集黏附在烧结矿上,然后被煤气氧化成ZnO,最终以致密的壳黏附在烧结矿表面,从而阻碍了还原反应;温度小于493 ℃时,锌主要以金属锌和氧化锌的混合物富集,对烧结矿的还原有促进作用;温度小于905 ℃,烧结矿上富集的锌能降低烧结矿的强度,促进烧结矿的粉化。     

高炉块状带炉料吸附锌的特点

利用ZnO在石墨坩埚中的还原反应(ZnO+C=Zn+ CO)产生金属锌蒸气,模拟高炉块状带烧结矿、球团矿和焦炭吸附锌蒸气和再氧化过程.研究得到:金属锌蒸气在烧结矿表面吸附和再氧化的速度随着温度的升高而提高,表面吸附和再氧化的速度在800℃左右达到最大值;随着烧结矿、球团矿和焦炭粒度的增大,锌蒸气吸附反应的界面积降低,烧结矿、球团矿和焦炭中的ZnO含量降低,锌蒸气通过炉顶煤气排出的比例增加.     

锌在高炉内的还原和分布规律研究

实验室实验研究表明,氧化锌用CO还原时的开始温度为420～450℃,还原剧烈的起始温度就是锌的沸点温度。在高炉中,该反应主要在炉身下部和炉腰进行,即900～1100℃反应剧烈进行。但还原早在炉身中部(670～730℃)就已开始,以直接还原为主。该还原过程符合未反应核模型理论,但传热速率对还原过程的影响更为重要,类同化学气化反应,还原后的气态锌在凝聚过程中发生再氧化反应,因而在高炉内形成锌循环和锌瘤。改变操作因素可调整循环量和锌瘤位置。锌害目前无法根治,但通过可控因素能减少其害。     

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。     

锌对焦炭热性能的影响

锌是高炉的有害元素之一,其循环富煤会严重影响高炉稳定顺行。介绍了高炉中锌的主要来源和锌的主要氧化物ZnO的还原形式。针对锌元素对焦炭热性能的影响,设计了两种实验方案。一种方案是将焦炭置于锌蒸气的环境中进行吸附实验后,对其进行微观分析和热性能检测;另一种方案是在存在锌蒸气的情况下,通入CO2进行溶损反应后测定其热强度。两种实验结果表明:锌蒸气在焦炭上吸附能力很弱,不能与焦炭发生化学反应。只有在气氛中锌蒸气分压高时,温度降低时锌蒸气会冷凝附着在焦炭上,接触空气后氧化得到吸附有ZnO的焦炭。吸附ZnO的焦炭由于ZnO的催化作用使焦炭反应性升高,反应后强度降低。锌蒸气对焦炭热性能不会产生影响。     

ZnO对焦炭与CO2反应的影响

摘要：锌作为有害元素,在高炉内循环富集给生产带来了一系列不利影响。采用醋酸锌水溶液浸泡法向焦炭中添加ZnO,研究了ZnO对焦炭与CO2反应的影响,采用3D光学数码显微镜对焦炭进行了微观观察,并对反应后焦炭表面形成物进行了XRD分析。结果表明,ZnO对焦炭与CO2反应有一定的催化作用,但焦炭表面的ZnO含量过高会降低其催化作用,其主要原因是ZnO和焦炭灰分中的SiO2很容易形成Zn2SiO4,并会在焦炭表面形成一层壳状物,堵塞焦炭气孔,阻碍焦炭与CO2的进一步反应。此外,锌蒸气较CO2更容易进入焦炭内部,并在其中发生还原与氧化循环反应,对焦炭内部结构造成破坏,从而影响焦炭反应后强度。     

ZnO对焦炭与CO_2反应的影响

锌作为有害元素,在高炉内循环富集给生产带来了一系列不利影响。采用醋酸锌水溶液浸泡法向焦炭中添加ZnO,研究了ZnO对焦炭与CO_2反应的影响,采用3D光学数码显微镜对焦炭进行了微观观察,并对反应后焦炭表面形成物进行了XRD分析。结果表明,ZnO对焦炭与CO_2反应有一定的催化作用,但焦炭表面的ZnO含量过高会降低其催化作用,其主要原因是ZnO和焦炭灰分中的SiO_2很容易形成Zn_2SiO_4,并会在焦炭表面形成一层壳状物,堵塞焦炭气孔,阻碍焦炭与CO_2的进一步反应。此外,锌蒸气较CO_2更容易进入焦炭内部,并在其中发生还原与氧化循环反应,对焦炭内部结构造成破坏,从而影响焦炭反应后强度。     

生铁高炉瓦斯泥中锌的氨浸回收实验

我厂在1982年曾对生铁高炉烟尘中锌的贮存状态等作过详细调查,得出高炉挥发出的锌主要富集在瓦斯泥中,锌含量为10—40％,并利用0.36m~3的反射炉进行了回收实验,但收得率较低。文献指出,氧化锌在国内外市场上的需求量大量增加,硫酸锌的需求量也将增加,因此从污泥中直接回收氧化锌或硫酸锌产品是十分必要的。     

有害元素对高炉内焦炭热态性能的影响

针对有害元素在高炉内的反应行为和对焦炭劣化的催化作用,分析了钾、钠、锌、铅、氯化物在高炉内的循环富集过程,重点探讨了其对焦炭热态性能的影响,进一步明确了几种有害元素对焦炭和高炉冶炼的危害性,并根据其循环富集特点提出了控制措施。     

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。     

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。     

锌灰直接法生产高纯氧化锌技术研究

为了提高直接法氧化锌的纯度和锌灰中锌的挥发率,采用单因素实验法对锌灰还原工艺条件、金属锌氧化工艺条件和初粉收集时间等技术参数进行优化研究,系统分析了各主要技术参数对氧化锌纯度和锌灰中锌挥发率的影响。结果表明:在给定的工艺条件下可以生产出纯度达到99.7%的高纯氧化锌产品,且锌灰中锌的挥发率可以达到99.5%以上。确定的适宜技术参数:还原室进气量为3.6 m~3/h,还原温度为900℃,还原时间为150 min,块煤粒度为0.45～0.50 cm,锌焙砂、块煤与水质量混合比为1∶0.85∶0.15,氧化温度为1 300℃,氧化室进气量为17 m~3/h,初粉收集时间为10 min。     

碱金属对焦炭气化反应的催化作用及其对铁氧化物还原的影响

为模拟高炉特点研究碱金属对焦炭气化反应的催化作用,在400～1450℃连续长温条件下,通入N_2和CO_2混合气,对弱粘结煤焦炭与强粘结煤焦炭进行了增碱焦和原焦的气化反应对比实验。结果表明,在本实验条件下,增碱焦的气化反应开始温度比原焦降低100℃左右。反应气体中CO_2消失温度(即反应激烈进行温度)降低约200℃。同时发现,强粘结煤焦炭的气化反应开始温度比弱粘结煤焦炭的约高50～100℃。而反应激烈进行温度相差不大。结合实验结果,本文还初步分析了气化反应开始温度与CO_2消失温度的降低对铁氧化物还原的影响。     

用湿法冶金的方法从锌灰和烟尘中回收锌

试验用原料本试验研究了三种不同的原料:挪威镀锌厂的锌灰和两种火法冶金过程产生的烟尘。锌灰是镀锌时金属锌在镀液表面氧化了的产物。它是粗氧化锌和被夹带的金属锌的混合物,并有其它金属杂质(即铁、铅等),特别     

含锌含铁尘泥球团自还原试验研究

为了综合利用鞍钢含锌含铁尘泥,又不引起高炉锌富集,探索利用尘泥中的碳作为还原剂自还原尘泥中的铁氧化物及氧化锌、氧化铅的可行性,将几种尘泥配制成具有一定还原剂含量的尘泥混合料,进行了尘泥混合料的造球试验和球团自还原焙烧试验。试验结果表明,采用自还原工艺处理鞍钢高锌尘泥适宜的工艺参数为:铁、锌和铅氧化物所需还原剂量的适宜游离碳过剩系数为1.0～1.2,还原温度为1 050～1 200℃,还原时间为20～35 min。     

碱金属和锌对焦炭机械强度影响的实验研究

设计采用碱金属碳酸盐溶液和醋酸锌溶液喷洒法进行焦炭碱金属和锌富集,然后进行干燥得到富碱金属碳酸盐和醋酸锌的焦炭,并测定了焦炭的M_(40)和M_(10)。实验结果显示:焦炭M_(40)升高是由于焦炭内部水分和溶液中的盐导致,M_(10)的降低是由于焦炭粉末在焦炭表面吸附和气孔内焦炭粉末不能有效分离导致。碱金属碳酸盐、醋酸锌溶液不会对焦炭结构造成破坏,故基本不会对焦炭机械强度造成影响。     

神户钢铁公司开发成功高炉中心控制技术

高炉下部存在着炉芯焦炭层(以往被作dead man“死铁层”,温度高达1500～1800℃),该层的透气性和透液性的好坏对高炉炉况和炉体寿命影响很大。由于炉芯焦炭层处在高炉下部,所以无法控制它的透性和透液性。神户钢铁公司材料研究所钢铁技术中心对高炉炉芯结构进行了研究,他们发现炉芯焦炭层是由高炉中心下降的焦炭充填而成     

锌浮渣循环利用除镉的探索研究

对低品位氧化锌矿湿法炼锌熔铸锌浮渣进行循环利用除镉研究,采用1级筛上部分直接返熔铸,2-3级筛分下物部分经破碎系统后进行酸性溶液浸出回收氧化锌,浸出渣金属锌水洗后返净化工序替代部分锌粉除镉。试验探索了锌浮渣浸出的酸量、浸出时间、浸出温度,替代锌粉置换的时间、用量等条件。结果表明:常温作业条件下浸出1h,氧化锌浸出率可以达到99.5%以上,置换替代锌粉的实验确实可行。     

锌与高炉砖衬反应的试验研究

为了比较不同高炉砖衬的抗锌能力,选用炭砖、高铝砖进行了锌与高炉砖衬反应的试验研究。试验结果表明:1)1 100℃、920℃及锌先扩散渗透后氧化试验结果均表明,锌与高铝砖发生化学反应,对高铝砖有较强的破坏作用,对炭砖的破坏作用则比较小;2)对2种高锌含量炭砖抗碱试验表明,2种炭砖抗碱性极差,说明锌的存在对炭砖的碱侵蚀有较强的促进作用;3)锌氧化试验结果表明,锌在500~1 100℃范围内,在二氧化碳气氛下,可以发生氧化反应生成氧化锌,产生体积膨胀,导致高炉砖衬的破坏。