锌对炼铁炉料冶金性能影响的试验研究论文

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1.1试样制备

试验所用的烧结矿和焦炭均取自武汉钢铁(集团〕公司五号高炉生产现场。烧结矿的化学成分如表1所示。焦炭的工业分析结果如表2所示。

以下即可脱去结晶水，生成的无水醋酸锌在242C下熔融，在370C下完全分解为ZnO。本文依据醋酸锌的这些特性，设计了醋酸锌水溶液浸泡烧结矿和焦炭加锌的方法，详细如下：首先依据需要配制肯定质量百分比浓度的醋酸锌水溶液，将试样放在其中浸泡并煮沸一段时间，取出进行滤水、枯燥和称重，求得向试样中添加的二水合醋酸锌的质量，在后续的炼铁炉料冶金性能的试验过程中，加入的二水合醋酸锌将脱除结晶水并分解变成固体ZnO。ZnO占未浸泡试样的质量百分比即为试样的ZnO增量。通过调整醋酸锌水溶液的浓度和煮沸时间可以比较精确地掌握试样的加锌质量。

分别取粒度为10?12.5mm的烧结矿每份500g和粒度为21?25mm的焦炭每份200g进行浸泡加锌，加锌方案如表3所示。

1.2测试方法

铁矿石低温还原粉化性能的测定依据GB13242-92规定的方法进行。测定时模拟高炉上部条件:温度500°C，反应时间60min，气体成分为：N2、CO、CO2的体积分数分别为60%、20%、20%，气体流量15L/min，转鼓总转数300r、转速30r/min。

烧结矿的还原性根据GB13241-91规定的检测方法进行检测，试验条件为：温度900°C，反应时间180min，气体成分为：N2、CO的体积分数分别为70%、30%，气体流量15L/min。

焦炭反应性和反应后强度根据GB/T4000-2023规定的'方法测定，试验条件为：温度1100°C，反应时间120min，纯CO2气体，气体流量5L/min，转鼓总转数600r、转速20r/min。

2结果与分析

2.1加锌对烧结矿低温还原粉化性能的影响

加锌前后烧结矿试样的低温还原粉化指数RDI+315、还原强度指数RDI+6.3和磨损指数RDI-05如图1所示。从图1中可以看出，随着烧结矿中ZnO含量的增加，RDI^.15和RDI+6.3均呈减小趋势，而磨损指数RDI_。.5呈上升趋势，说明随着ZnO含量的增加，烧结矿的低温还原粉化性能变差。

ZnO与Fe2〇3合成为铁酸锌的反应幵始温度为500C，且随着温度的上升反应速度加快。低温还原粉化率测试试验的温度刚好为500C，因此推想所加入氧化锌中的一部分能够与烧结矿中的赤铁矿反应生成铁酸锌，而且由于温度较低，生成的铁酸锌难以被CO还原分解而保持稳定。铁酸锌属于尖晶石型矿物，等轴晶系，密度为5.20g/cm3，而赤铁矿属于六方晶系，密度为4.9?5.3g/cm3，二者在晶形和密度方面差异明显，

意味着新生成的铁酸锌会从大块赤铁矿上剥离下来形成粉末，并可能使赤铁矿的强度降低。这可能是导致烧结矿低温还原粉化性能变差特殊是磨损指数RDI_。.5急剧增大的内在缘由。

2.1加锌对烧结矿还原性的影响

对加锌烧结矿进行还原性试验，得到试样的失重量〔包含烧结矿失重量与氧化锌失重量〕随还原时间的改变曲线如图2所示。分析图1中的失重曲线可知，当还原时间在60min之内时，不同ZnO含量烧结矿的失重速率均较大，且失重量的值相差不大，其缘由是，在还原的初始阶段，主要是由于矿石外表的ZnO和铁的氧化物被CO还原而造成的失重，ZnO对烧结矿的还原过程没有明显的抑制作用；反应时间为60?120min时，反应在矿石颗粒的内部进行，ZnO含量高的矿石由于幵口气孔被ZnO粉末堵塞的机会较多，削减了CO与铁氧化物的接触机会，而且铁酸锌的生成数量也较多，所以随着ZnO含量的增加，试样的失重速率渐渐减小；反应时间为120?180min时，4种ZnO含量烧结矿的还原速率均趋近于零，说明此阶段的还原反应基本上已经结束。

对还原性试验后的烧结矿样品进行SEM和EDS分析可知其中残留的Zn元素极少，因此可以假定试验结束时试样中没有ZnO残留，则由180min时的失重量计算可得烧结矿各试样的还原度RI如表4所示。从表4中可知，随着烧结矿中锌含量的增加，烧结矿的还原性变差，且ZnO增量对RI值的影响基本上是线性的，增幅为一7.13%(RI)/1%(w(ZnO))。烧结矿间接还原受阻意味着高炉焦比可能上升。

ZnO对烧结矿还原反应有阻碍作用的缘由可能有两点：一是黏附在烧结矿颗粒外表和幵口气孔壁上的ZnO粉末阻碍了氧化铁与CO的接触;二是ZnO与Fe2〇3反应会生成铁酸锌，而铁酸锌的还原分解要求较高的动力学条件，结果阻碍了铁矿石的还原[3]。

2.3加锌对焦炭热态性能的影响

不同加锌量焦炭试样的反应性〔CRI)和反应后强度〔CSR)的测试结果如表5所示。从表5中可以看出，随着ZnO增量的增加，焦炭的CRI值呈增大的趋势，而CSR值则有着相应降低的趋势，说明ZnO对焦炭热性能有负面的影响。

影响焦炭反应性的因素主要分为两大类：一是焦炭的微观结构，其中焦炭的石墨化程度和炼焦煤煤种产生的影响最大;二是外在因素的影响，主要包括焦炭的气孔率、气孔结构和内在矿物质的影响。焦炭气孔率越大，气孔分布越匀称，焦炭的反应性就越高；矿物质中的碱金属对焦炭的气化反应影响最大，其次为碱土金属和过渡元素，而hb族元素〔锌、镉、汞〕因在形成稳定配位化合物的力量上与传统的过渡元素相像，故经常也将其归入过渡元素范围。本讨论中，由于在焦炭中加入了ZnO，而ZnO在焦炭反应性试验条件下很简单被碳还原为锌蒸气，使焦炭气孔率增加，在肯定程度上起到促进气化反应的作用，从而使CRI值增大。另一方面，与碱土金属类似，金属锌和ZnO之间的转化符合电子迁移理论和氧迁移理论的条件，故锌对气化反应也起到肯定的催化作用。增大气孔率和催化气化反应这两方面的作用，使得ZnO的添加提高了焦炭的CRI，而CSR则由于焦炭气孔率增大和气化反应增添而减小。

文献报道，焦炭中的w(ZnO)由0.06%增加到3.09%时,CRI从20.77%增至25.53%，上升了近5个百分点；CSR约从70%降至60%,下降了约10个百分点。而本讨论中，ZnO增量由。增至3.45%时，CRI从25.44%增大到28.89%，增加了3.45个百分点，CSR从61.62%降至57.42%,下降了4.2个百分点。两相比较发觉，在焦炭中ZnO增量基本相同的状况下，本文测定的ZnO对CRI的影响幅度只有文献[1]中的70%左右，对CSR的影响幅度只有文献中的40%左右。这可能是由于锌的添加方法不同引起的，文献中采纳的是喷洒ZnSa水溶液的方法，ZnSa在1100C下分解生成SO3，而SO3对焦炭气化反应也有明显的催化作用，结果显得ZnO对焦炭热性能的影响程度较大。

3结论

(1)随着烧结矿中ZnO含量的增加，烧结矿低温还原粉化指数RDI3.5减小，还原强度指数RDI6.3减小，磨损指数RDI0.5明显增大。烧结矿中锌含量的增加使烧结矿的低温还原粉化性变差。低温还原粉化性能变差的缘由可能是由于加人ZnO使烧结矿在低温还原反应中生成的铁酸锌和赤铁矿在晶形和密度方面有较大差异造成的。

()烧结矿中锌含量的增加使烧结矿的还原性变差，烧结矿的还原度RI降低幅度与ZnO增量基本上呈线性关系。还原性变差的缘由一方面是由于烧结矿的开口气孔被ZnO堵塞，另一方面可能是由于生成的铁酸锌难以被CO还原分解，阻碍了Fe3的还原。

(3)随着焦炭中ZnO含量的上升，烧结矿