碱金属盐及单质对焦炭热态性能的影响_杜先奎.docx

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1、 年第 期 安 徽 冶 金 碱金属盐及单质对焦炭热态性能的影响 杜先奎 王思维 李小静 宋灿阳 秦学武 王水明 李冠军 （ 马鞍山钢铁股份有限公司 ） 摘 要 模拟焦炭在高炉上部的对碱金属盐吸附 行 为 ， 结合实际风口焦取样数据分析 ， 直接测定碱金属盐及 单质等 种材料对焦炭热态性能的综合影响 ，比 较试验结果 ，对焦炭与碱金属关系进行分析 。 关键词 碱金属盐 单质 吸附 焦炭 热态性能 （ ， ） ， 前言 在钢铁冶金的焦炭行业中 ， 碱金属盐和单质 ， 分 别是指碳酸钠 、 碳酸钾 、 金属钠 、 金属钾 ， 这些物质对 焦炭的热态性能的影响都呈负相关性 。 根据上述物 质在高炉中存

2、在形式 ， 进行了低温状态下焦炭对碱 金属盐的吸附实验和高温状态下碱金属钾 、 钠 、 锌对 焦炭热态性能影响试验 ， 为高炉冶炼提供相关参考 。 碱金属在高炉中存在形式与行为 碱金属在高炉内的富集与表现形式 大 致为 ： 炉身中上部以碳酸盐为主 ， 炉腹炉 腰及炉身下部以 单质蒸气为主 ， 炉缸以硅酸盐为主 ， 而入炉的炉料中 碱金属以硅酸盐最多 。 对碱金属单质和氰化物来说只有在 以 下才能被氧化成碳酸盐 ， 即碱金属碳酸盐的形成主 要集中在高炉炉身的中上部 ， 见反应式 （ ） （ ）， 此 时 ， 碱金属钾 、 钠以生成碳酸盐形式为主 。 （ ） （ ） （ ） （ ） 而反应式 （

3、） （ ） 反映炉身下部 、 炉腰 、 炉腹的 高温区域状况 ， 碱 金属最主要的存在形式是单质蒸 气 。 （ ） （ ） （ ） （ ） 这样 ， 高炉炉 身下部至炉腹部位形成了碱金属 碳酸盐与碱金属单质蒸气之间循环 。 在 范围 内 ， 反 应 能 够 进 行 的 碱 蒸气平衡分 压 在 之 间 ， 是 体 系 中 初 始 碱蒸气分压 （ ） 的 倍以上 ， 即 在高炉大于 的炉腹炉腰区域基本不生成 （ ） （ ） 反 应 式的碱金属氧化物 。 （ ） （ ） 以上反应很难进行 ， 只有在温度高 于 后 作者简介 ：杜 先奎 ，高 级工程师 ，安徽省马鞍山市（ ）马 钢技术中心 年第 期

4、才可以生成以气体形式存在的氰化物 ， 即 在炉腹和 炉缸区域 ， 碱金属大部分仍以单质蒸气形式存在 ， 部 分以氰化物蒸气的形式存在 。 （ ） （ ） 因此 ， 在高温 炉腰 、 炉 腹至炉缸局位 ， 形 成碱金 属单质与氰化物蒸气之间的循环 。 在碱蒸气形成富集后才在炉腰部位也能生成少 量的硅酸盐 ， 碱金 属硅酸盐往往不能完全被还原就 随炉渣排出 。 （ ） （ ） （ ） （ ） 所以 ， 在高温炉缸或气固渣三相区 ， 又存在碱金 属硅酸盐与单质蒸气之间的循环 。 本次试验以上述碱金属盐及单质在高炉存在形 式为依据 ， 结 合 风 口 焦 实 际 检 验 数 据 ， 分 别 进 行 了

5、 “焦炭对碱金属 盐 的吸 附 ”和 “碱 金 属盐及单质对 焦 炭热性能影 响 ”试验 。 其吸附率呈增加趋势 ， 见 与 和 与 。 图 溶液沸点的变化 表 系列 （ 溶液 ） 试验号 焦炭对碱金属盐的吸附试验分析 （ 增 量 ） 表 系列 （ 溶液 ） 试验分 个系列样号 ， 系列 是焦炭对 的 吸 附 ， 溶 液 浓 度 ； 系 列 是 焦 炭 对 试 验 号 的吸附 ， 溶 液 浓 度 ； 系 列 是 焦炭对 与 的混合吸附 ， 混 合溶液浓 度是 或 。 在 吸 附 温 度 上 ， 设 计 为 （ 室 温 ）、 、 和 等 个水平 。 由于试验温度 点 达 到 和 ， 参 考 温

6、度 浓 度 吸附时 间 吸附率 （ 增 量 ） 溶液 的沸点特点 （ 见图 ）， 对试验溶液的沸 表 系列 （ 点 进行计算分 析 ， 只有试 样 的沸 点较 高 ， 因 此 试验号 溶液 ） 将试样 在分别 和 下恒温 ， 没有出现沸腾现象 。 由此说明 ， 吸 附试验可以不需 考虑溶液沸腾的影响 。 试验参数与结果见表 。 个系列分别为 个基样连续在不同浓度和温度下进行吸附试验 ， 每 个系列的各试验号的吸附率是相对于前个试验号的 试样重量计算出的 （ 相当于吸附增量 ）。 对表 数据分析如下 ： ） 焦炭对单 溶液吸附大致呈相同趋势 ， 即 同一 试样 ， 在相同条件 下 ， 随 浓度和

7、温度变化 ， 对 应增加 或减少 。 当温度从 增加到 、 和 ， 吸 附率的变化是 ： 增 加 、 减 少 、 失 重 ， 见 和 ； 当 同 在 下 ， 延 长 浸 泡 时 间 ， （ 增 量 ） ） 从各温 度 的 吸附率值分 析 ， 在溶液浓度相 近 的 条件下 ， 焦 炭 对 吸 附 略 大 于 ， 同 时 ， 焦炭 对 吸附随温度变化较 大 。 这种现 象 从 与 的 物理性 质 可以得到一定 的 解释 ， 当 温 度 从 增 加 到 时 ， 的 溶 解 度 随温度增加而增 加 ， 在 时 是 的 温 度 浓 度 吸附 时 间 吸附 率 温 度 ： ： ： ： ： ： ： 浓 度

8、吸附 时 间 吸附 率 年第 期 安 徽 冶 金 近 倍 ， 这时溶解速度大于了吸附速度 ， 以至于出现 吸 附 率 为 负 值 ， 而 且 绝 对 值 也 是 大 于 表 热态试验结果 实验样号 颗粒数 。 ） 当 同 一 浓 度和温度条件 下 ， 延 长试验时 间 ， 吸 附率增加 ， 见 与 和 与 ， 这 说 明在此 试验条件 ， 焦炭还没有达到饱和吸附量 。 碱金属盐及单质对焦炭热态性能影 响的试验 在焦炭吸附试验的基础 上 ， 参考目前行业 中 “浸 碱 法 ”或 “增碱 法 ”的试验研究方 法 ， 结合风口焦实际 取样检测数 据 ， 进 行了碱金属盐及单质对焦炭热 态 性能影响试

9、 验 。 由于在 试验条件下 时锌的吸附效果 最 好 ， 气相 吸 附 法 制 备 的 焦 样 ， 锌不仅吸附在焦炭 表 面 ， 而且还沿气孔进入焦炭内 部 。 同时 ， 锌的吸附 不 会对焦炭的冷 态 强度造成影 响 ， 锌 对焦炭热态强 度 产生影响的原 因 ， 是锌促进焦炭的溶损反 应 ， 锌并 不 会因为 吸 附 到 焦 炭 上 而 直 接 对 其强度产生明显 影 响 。 但是 ， 锌对焦 炭 的溶 损 反应起着正催 化 作 用 。 随着锌吸附 量 的增 加 ， 焦 炭反应性随之增 强 。 在 百 分含量小 于 时 ， 对焦炭反应性的影响很 小 ， 吸 附 不同锌量的焦样的反应性都会随

10、着锌量的增加而有 不同程度的增 加 ， 反应后强度随 着 锌量的增加而 降 低 。 将风口焦灰分中碱金属含量折算成焦 炭 中 碱 金 属 氧化物和单质的含 量 ， 得 到 、 、 的 百分含量分别 为 ， ， ， 由 此计 算 出 试样中 对 应加入 的 、 、 加入 量 ， 见 表 ， 试验结果见 表 。 表 碱金属盐及单质加入量 ） 试样与 试 样 、 试样的热 态 性 能 差 别 显 著 ， 分 别 是 、 和 ， 增碱试样 的 比基准样约下 降 个 和 个百分点 。 ） 从颗粒比 较 ， 相 同重量 ， 颗 粒多比表面积大 ， 反之 ， 则 小 。 此次试验 ， 在 试验方案的前提下

11、， 颗 粒 少（ 颗 ） 的比颗粒多 （ 颗 ） 的试样反应性更高 ， 更 加说明碱金属盐及单质的加入量对焦炭热态性能影 响的显著性 。 从试验过 程 看 ， 基 准 样 曲 线 （ 见 图 ） 与 负 碱 样 曲线 （ 见 图 ） 比 较 ， 进入保温反应期的大约 ， 且出现明显的 下凹段 ， 这 说明当焦炭试样在 浸碱与增碱因素的作用下 ， 有吸热反应 ， 理论上是碱 盐分解所致 。 图 基准样曲线 试验样号 碱金属 含量 加入量 单 质 （基 准样 ，未 增碱） （水 浸样 ，未 增碱） （在 试样上增碱） （在 试样上增碱） 对表 分析如下 ： 图 负碱试样曲线 从碱金属盐及单质对焦炭

12、热态性能影响的试验 过程和结果分析 ， 高炉炉料中应尽量控制碱盐和碱 ） 试样 和 试 样 热 态 性 能 接 近 ， 说 明焦炭水浸后对热态性能影响不 大 。 金属的负荷 ， 这样 不仅可以降低碱盐和碱金属对焦 炭热态性能的影响 ， 还可以减少因碱盐分解而造成 年第 期 的热量消耗 。 结语 ） 焦炭对碱 盐溶液和碱金属的吸附 ， 随 时间延 长和浓度增加 ， 吸附率增加明显 。 ） 通过碱盐溶液和碱金属吸附的焦炭样与基准 样相比 ， 热态性能下降显著 ， 试验过程中有明显的吸 热过程 。 ） 焦炭经水浸 后对热态性能影响不大 。 参考文献 赵宏博 ，程 树森 ，余 松 碱金属在高炉高温区域

13、加剧焦 炭劣化的新 认 识 中 小 高 炉 炼 铁 学 术 年 会 ， ： 杨会宾 ，涂 赣峰 ，张 战军 ，等 铝酸钠溶液沸点升高研究 世界有色金属 ， （ ）： 穆 林 ，刘 乐天 ，郑 海燕 ，等 锌对焦炭反应性能的影响 钢铁 ， ， （ ）： （收 稿日期 ） 櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄 宝钢高等级取向硅钢家族再添两个新产品 月 日 ， 在 第二届宝钢取向硅钢 论 坛上 ， 宝 钢自主研制的 和 两个牌号 高端取向硅钢新产品全球首发 ， 它们代表了当前世界同规格取向硅钢制造技术的最高水平 ， 这是我国取向硅 钢研制

14、实现从赶超向引领的重要里程碑 ， 将带动我国电力事业发展跃上一个新台阶 。 据了解 ， 取向硅钢是电力行业重要的功能性材 料 ， 因其工艺窗口 窄 、 研 制难 度大等特 点 ， 被 称为 是 “钢 铁 产品皇冠上的明 珠 ”。 主要用于电 机 、 变压器设备 最 核心部 件 铁芯的制 造 。 长期以 来 ， 我 国电机和变压 器 设备所需的高端取向硅 钢 ， 一直依赖进 口 ， 使国家 重 大电力项目受制 于 人 。 为 此 ， 宝 钢 在 世 纪 年代 中 期即投身取向硅钢的自主研 发 ， 并在 年实现 自 主集成的产线投 产 。 本 着 “研 发一 代 、 生 产一 代 、 储 备 一

15、代 ”的高起点目 标 ， 宝钢 以 “三年赶超计 划 ”、 “三 年 引领计 划 ”为 指 针 ， 持续对标世 界 领先的取向硅钢研制 技 术 ， 通过多年努 力 ， 实 现 高 端 取 向 硅 钢 产 品 牌 号 全 覆 盖 和 批 量 稳 定 供 货 ， 应 用 于 三 峡 地 下 电 站 、 西 电 东 输 超超临界火电机组等国内重 大 项目 中 ， 产 品技术达到国际领 先水 平 ， 为 我国取向硅钢摆脱进口 做 出了贡献 。 近年来 ， 随着国家大力倡导绿色环保 ， 对电力设 备的节能 、 高 效提出了更高的要求 。 而作为取向硅钢重 要的性能指标 磁感和铁损 ， 是影响铁芯制造是否

16、节 能高效的关键因素 。 高效节能变压器铁芯对取向硅钢 的铁损 、 磁感要求极高 ， 同时对噪声水平 、 绝缘水平及运行安全性 、 使用寿命等指标也要求苛刻 。 此次宝钢全 球首发的两个新品就具备这样的特点 。 这两个产品属于厚规格 ， 能使铁芯制作用料省 、 加工更便利 。 但在这 两个规格上要实现 和 以下的严苛铁损指标 ， 研制难度大 ， 世界范围内没有先例 。 宝钢坚持走取向硅钢高端化路线 ， 推进工艺技术自主创新 ， 持续向各种规格高端产品发起挑战 。 在多年 来积累的丰厚经验基础上 ， 深入研究产品成分体系 和工艺路线 ， 经 过艰苦努力 ， 取 得研制的重大突破 。 检测 结果显示 ： 两个新产品的铁损指标比同规格的上一个牌号产品分别 可降低 和 ， 且 磁感更优 。 经多家 用户装配变压器铁芯后表明 ， 宝钢产品质量优良 ， 完全可用于更高等级的变压器制造 。 业内人士指出 ， 宝钢两个高端取向硅钢的首发 ， 不 仅实现了企业自身产品序列和工艺技术的升级换代 ， 还将带动我国电力设施制造向高端化发展 。 （ 摘自 世界金属导报 版 ）