Artículo sobre el efecto del zinc en las propiedades metalúrgicas de las cargas para la fabricación de hierro
Resumen: El método de remojar una solución acuosa de acetato de zinc y agregar zinc se utilizó para preparar muestras de sinterizado y coque con diferentes Las muestras de sinterizado se analizaron para determinar la tasa de reducción de polvo y el índice de reducibilidad, y las muestras de coque se analizaron para determinar la reactividad del CO2 y la resistencia posterior a la reacción. Los resultados muestran que a medida que aumenta el contenido de zinc, el RDI+3.15 y el RDI+6.3 del sinterizado disminuyen mientras que el RDI-0.5 aumenta significativamente, la tasa de reducción indirecta y el RI disminuyen, el CRI del coque aumenta y el CSR disminuye, y el CRI de sinterizado aumenta y la CSR disminuye. El aumento en el contenido de zinc en el coque empeora su capacidad de reducción a baja temperatura y su reducibilidad. Al mismo tiempo, el aumento en el contenido de zinc en el coque empeora sus propiedades térmicas. se utiliza el método de agregar zinc mediante pulverización de una solución acuosa de ZnSO4, y el método de agregar zinc mediante remojo en una solución acuosa de acetato de zinc. El grado de influencia del ZnO en las propiedades térmicas del coque se puede determinar con mayor precisión.
Palabras clave: Materiales siderúrgicos, papel
El zinc en los altos hornos proviene principalmente de materias primas para la fabricación de hierro, incluido mineral de hierro, coque y materiales reciclados [ 1-3]. Al mismo tiempo, el zinc continuará reciclándose y enriqueciéndose dentro del alto horno, de modo que el contenido de zinc de la carga en el alto horno excede con creces el contenido de zinc de la carga cuando se agrega desde la parte superior [4-5]. Para ello, los investigadores han realizado una gran cantidad de estudios sobre cuestiones como la distribución del zinc en el alto horno, el sistema operativo adecuado del alto horno bajo una alta carga de zinc y el mecanismo de impacto del zinc sobre los materiales refractarios del alto horno y los procesos de fundición. [6-9]. En las investigaciones existentes, existen muchos métodos para agregar zinc al mineral de hierro y al coque. Yin Huichao et al. [10] utilizaron el método de fumigación para introducir zinc en la superficie del mineral de hierro y estudiaron el efecto del zinc en la reducción a baja temperatura y las propiedades de pulverización del mineral de hierro. Kang Zepeng et al. [11] utilizaron el método de rociar una solución de ZnSO4 sobre la superficie de la muestra para estudiar el efecto del zinc en la pulverización reductora a baja temperatura del mineral de hierro, la reactividad del coque y la resistencia después de la reacción. , por un lado, el ZnSO4 solo comienza a descomponerse a aproximadamente 650 °C. A la temperatura de prueba (500 °C) para la tasa de pulverización de reducción a baja temperatura del mineral de hierro, el ZnSO4 no se descompondrá para formar ZnO, por lo que es necesario rociar ZnSO4. no es adecuado para la investigación sobre el impacto del zinc en la tasa de reducción de polvo del mineral de hierro a baja temperatura, por otro lado, el ZnSO4 puede descomponerse violentamente a 720°C, por lo tanto, al realizar pruebas de rendimiento térmico del coque a 1100°C; El SO3 generado por su descomposición tiene un efecto catalítico en la reacción del coque [12], lo que obviamente dificultará la relación entre el contenido de zinc y las propiedades térmicas del coque para hacer juicios correctos sobre la relación interna. Además, no existen informes bibliográficos sobre el efecto del zinc sobre la reducibilidad del mineral de hierro. Con este fin, para simular mejor el fenómeno de adsorción de polvo de ZnO por la carga en la zona del bloque del alto horno, este artículo utiliza el método de remojo en una solución acuosa de acetato de zinc para agregar ZnO a la muestra y estudia el efecto del ZnO. Contenido en el alto horno, incluida la reducibilidad del mineral de hierro. La influencia de diversas propiedades metalúrgicas de la carga.
1 Prueba
1.1 Preparación de la muestra
El sinterizado y el coque utilizados en la prueba se tomaron del sitio de producción del alto horno número 5 de Wuhan Iron and Steel. (Grupo) Empresa. La composición química del sinterizado se muestra en la Tabla 1. Los resultados del análisis industrial del coque se muestran en la Tabla 2. 2H2O) es de grado analítico. El acetato de zinc dihidrato es soluble en agua y puede eliminar el agua cristalina por debajo de 200 °C. El acetato de zinc anhidro resultante se funde a 242 °C y se descompone completamente en ZnO a 370 °C. Con base en estas características del acetato de zinc, este artículo diseña un método para remojar sinterizado y coque con acetato de zinc en una solución acuosa. Los detalles son los siguientes: Primero, prepare una solución acuosa de acetato de zinc con una determinada concentración porcentual en masa según sea necesario, remoje la solución. Muestra en él y hiérvelo por un período de tiempo, sáquelo para filtrarlo, secarlo y pesarlo, y obtener la masa de acetato de zinc dihidrato agregado a la muestra. Durante la prueba posterior de las propiedades metalúrgicas de la carga de fabricación de hierro, la. El acetato de zinc dihidrato agregado eliminará el agua cristalina y se descompondrá en ZnO sólido. El porcentaje en masa de ZnO en la muestra no sumergida es el incremento de ZnO de la muestra. Al ajustar la concentración y el tiempo de ebullición de la solución acuosa de acetato de zinc, se puede controlar con mayor precisión la calidad de la adición de zinc a la muestra.
Tome 500 g de cada porción de sinterizado con un tamaño de partícula de 10 a 12,5 mm y 200 g de cada porción de coque con un tamaño de partícula de 21 a 25 mm para remojar y agregar zinc. El plan de adición de zinc se muestra en la Tabla 3.
1.2 Método de prueba
La determinación de la reducción a baja temperatura y el rendimiento de pulverización del mineral de hierro se lleva a cabo de acuerdo con el método especificado en GB13242-92. Durante la medición se simularon las condiciones de la parte superior del alto horno: temperatura 500°C, tiempo de reacción 60 minutos, composición del gas: las fracciones en volumen de N2, CO y CO2 fueron 60%, 20% y 20% respectivamente. , caudal de gas 15L/min, y la velocidad de rotación total del tambor fue 300r, velocidad de rotación 30r/min. La propiedad reductora del sinterizado se prueba de acuerdo con el método de prueba especificado en GB13241-91. Las condiciones experimentales son: temperatura 900 ℃, tiempo de reacción 180 min, composición del gas: las fracciones en volumen de N2 y CO son 70 % y 30 % respectivamente, caudal de gas. 15L/mín. La reactividad del coque y la resistencia posterior a la reacción se midieron según el método especificado en GB/T4000-2008. Las condiciones experimentales fueron: temperatura 1100 °C, tiempo de reacción 120 min, gas CO2 puro, flujo de gas 5 l/min, número de rotación total del tambor 600 r. , velocidad de rotación 20r/min.
2 Resultados y análisis
2.1 Efecto de la adición de zinc sobre la reducción a baja temperatura y las propiedades de polvo del sinterizado
Reducción a baja temperatura de muestras de sinterizado antes y después de agregar zinc, el índice de pulverización RDI+3,15, el índice de resistencia a la reducción RDI+6,3 y el índice de desgaste RDI-0,5 se muestran en la Figura 1. Como se puede ver en la Figura 1, a medida que aumenta el contenido de ZnO en el sinterizado, RDI+3,15 y RDI+6,3 muestran una tendencia decreciente, mientras que el índice de desgaste RDI-0,5 muestra una tendencia creciente, lo que indica que a medida que aumenta el contenido de ZnO. A medida que aumenta la temperatura, la reducción de la temperatura baja y el rendimiento de pulverización del sinterizado empeoran. La temperatura inicial de la reacción para la síntesis de ZnO y Fe2O3 en ferrita de zinc es de 500°C, y la velocidad de reacción se acelera a medida que aumenta la temperatura [13]. La temperatura de la prueba de velocidad de reducción de polvo a baja temperatura es de solo 500 °C. Por lo tanto, se especula que parte del óxido de zinc agregado puede reaccionar con la hematita en el sinterizado para formar ferrita de zinc y, debido a que la temperatura es baja, la temperatura es menor. La ferrita de zinc generada es difícil de reducir y descomponer con CO para permanecer estable. La ferrita de zinc es un mineral de tipo espinela con un sistema cristalino equiaxial y una densidad de 5,20 g/cm3, mientras que la hematita pertenece a un sistema cristalino hexagonal con una densidad de 4,9-5,3 g/cm3. La diferencia obvia de aspecto significa que el nuevo. La ferrita de zinc generada se desprenderá de la hematita grande para formar un polvo y puede reducir la resistencia de la hematita. Esta puede ser la razón interna del deterioro del rendimiento de reducción y pulverización a baja temperatura del sinterizado, especialmente el fuerte aumento en el índice de desgaste RDI-0,5.
2.2 Efecto de la adición de zinc sobre la reducibilidad del sinterizado
Realizar un experimento de reducción en el sinterizado con zinc añadido para obtener la pérdida de peso de la muestra (incluida la pérdida de peso del sinterizado y la oxidación). curva de pérdida de peso de zinc) con el tiempo de reducción se muestra en la Figura 2. El análisis de la curva de pérdida de peso en la Figura 2 muestra que cuando el tiempo de reducción es de 60 minutos, las tasas de pérdida de peso del sinterizado con diferentes contenidos de ZnO son mayores y los valores de pérdida de peso no son muy diferentes. la etapa inicial de reducción, principalmente es la pérdida de peso causada por la reducción de ZnO y óxidos de hierro en la superficie del mineral por CO. El ZnO no tiene ningún efecto inhibidor obvio sobre el proceso de reducción del sinterizado cuando el tiempo de reacción es de 60 a 60; 120 minutos, la reacción se produce dentro de las partículas de mineral y el contenido de ZnO. El mineral con alto contenido tiene más posibilidades de ser bloqueado por el polvo de ZnO, lo que reduce la posibilidad de contacto entre el CO y el óxido de hierro, y la cantidad de ferrita de zinc también es menor. Por lo tanto, a medida que aumenta el contenido de ZnO, la tasa de pérdida de peso de la muestra disminuye gradualmente cuando el tiempo de reacción es de 120 a 180 minutos, las tasas de reducción de los cuatro tipos de sinterizado de contenido de ZnO son cercanas a cero; la reacción de reducción en esta etapa básicamente ha terminado. Los análisis SEM y EDS de las muestras de sinterizado después de la prueba de reducción muestran que hay muy poco elemento Zn residual. Por lo tanto, se puede suponer que no queda ZnO en la muestra al final de la prueba. 180 minutos, se pueden calcular las muestras de sinterización. El grado de reducción RI se muestra en la Tabla 4.
Se puede ver en la Tabla 4 que a medida que aumenta el contenido de zinc en el sinterizado, la propiedad reductora del sinterizado empeora y el efecto del incremento de ZnO en el valor de RI es básicamente lineal, con un aumento de -7,13% (RI)/1%. (w(ZnO)). La reducción indirecta obstaculizada del sinterizado significa que la proporción de coque de alto horno puede aumentar. Puede haber dos razones por las que el ZnO dificulta la reacción de reducción de sinterización: en primer lugar, el polvo de ZnO que se adhiere a la superficie de las partículas de sinterización y las paredes de los poros abiertos dificulta el contacto entre el óxido de hierro y el CO; en segundo lugar, se generará la reacción entre ZnO y Fe2O3; hierro, ferrita de zinc, mientras que la descomposición reductora de la ferrita de zinc requiere condiciones cinéticas más altas, lo que dificulta la reducción del mineral de hierro [13].
2.3 La influencia de la adición de zinc en las propiedades térmicas del coque
Los resultados de las pruebas de reactividad (CRI) y resistencia post-reacción (CSR) de muestras de coque con diferentes cantidades de zinc son los siguientes: Como se muestra en la Tabla 5. Se puede ver en la Tabla 5 que con el aumento del incremento de ZnO, el valor CRI del coque muestra una tendencia creciente, mientras que el valor CSR tiene una tendencia decreciente correspondiente, lo que indica que ZnO tiene un impacto negativo en las propiedades térmicas del coque. Los factores que afectan la reactividad del coque se dividen principalmente en dos categorías: una es la microestructura del coque, de la cual el grado de grafitización del coque y el tipo de carbón coquizable tienen el mayor impacto; la otra es la influencia externa; factores, incluyendo principalmente la porosidad del coque, la estructura estomática y la influencia de los minerales internos. Cuanto mayor es la porosidad del coque, más uniforme es la distribución de los poros y mayor es la reactividad del coque; los metales alcalinos en los minerales tienen el mayor impacto en la reacción de gasificación del coque, seguidos por los metales alcalinotérreos y los elementos de transición [14], mientras que Los elementos del grupo IIB (zinc, cadmio, mercurio) a menudo se clasifican como elementos de transición porque son similares a los elementos de transición tradicionales en su capacidad para formar compuestos de coordinación estables. En este estudio, debido a la adición de ZnO al coque, el carbono reduce fácilmente el ZnO a vapor de zinc en las condiciones experimentales de reactividad del coque, lo que aumenta la porosidad del coque y promueve la reacción de gasificación hasta cierto punto. . Por otro lado, al igual que los metales alcalinotérreos, la transformación entre zinc metálico y ZnO se ajusta a las condiciones de la teoría de la migración de electrones y la teoría de la migración de oxígeno [15], por lo que el zinc también juega un cierto papel catalítico en la reacción de gasificación. La adición de ZnO aumenta el CRI del coque debido a los dos efectos de aumentar la porosidad y catalizar la reacción de gasificación, mientras que el CSR disminuye debido al aumento de la porosidad del coque y la mejora de la reacción de gasificación. La literatura [11] informó que cuando el w (ZnO) en el coque aumentó del 0,06% al 3,09%, el CRI aumentó del 20,77% al 25,53%, un aumento de casi 5 puntos porcentuales, el CSR aumentó de aproximadamente el 70% al 60%; , una caída de alrededor de 10 puntos porcentuales. En este estudio, cuando el incremento de ZnO aumentó de 0 a 3,45%, el CRI aumentó de 25,44% a 28,89%, un aumento de 3,45 puntos porcentuales, y el CSR cayó de 61,62% a 57,42%, una disminución de 4,2 por ciento. agujas. Comparando las dos fases, se encontró que cuando el incremento de ZnO en el coque es básicamente el mismo, el impacto de ZnO en el CRI medido en este artículo es sólo alrededor del 70% del de la literatura [11], y el impacto en la RSE es sólo el 40% de eso en la literatura [11] %aproximadamente. Esto puede ser causado por diferentes métodos de adición de zinc. El método utilizado en la literatura [11] es rociar una solución acuosa de ZnSO4. El ZnSO4 se descompone a 1100 °C para generar SO3, y el SO3 también tiene un efecto catalítico obvio en la reacción de gasificación del coque. Los resultados muestran que el ZnO tiene una mayor influencia en las propiedades térmicas del coque.
3 Conclusiones
(1) A medida que aumenta el contenido de ZnO en el sinterizado, el índice de pulverización de reducción a baja temperatura RDI+3,15 del sinterizado disminuye y el índice de resistencia de reducción RDI+6,3 disminuye , el índice de desgaste RDI-0,5 aumenta significativamente. El aumento del contenido de zinc en el sinterizado empeora la reducción de la pulverizabilidad del sinterizado a baja temperatura. La razón del bajo rendimiento de la reducción en polvo a baja temperatura puede ser que la adición de ZnO hace que la ferrita de zinc y la hematita generadas en la reacción de reducción a baja temperatura del sinterizado tengan grandes diferencias en la forma y densidad de los cristales.
(2) El aumento en el contenido de zinc en el sinterizado empeora la reducibilidad del sinterizado, y la disminución en el grado de reducción RI del sinterizado está básicamente relacionada linealmente con el aumento de ZnO.
La razón de la mala reducibilidad es que, por un lado, los poros abiertos del sinterizado están bloqueados por ZnO y, por otro lado, puede deberse a que la ferrita de zinc generada es difícil de reducir y descomponer con CO, lo que dificulta la reducción de Fe3+.
(3) A medida que aumenta el contenido de ZnO en el coque, el CRI del sinterizado aumenta y la CSR disminuye. El aumento del contenido de zinc en el coque empeora las propiedades térmicas del coque. La razón por la que las propiedades térmicas del coque se deterioran es, por un lado, porque el propio ZnO reacciona con el C para aumentar la porosidad del coque y, por otro lado, porque el elemento Zn tiene un efecto catalítico en la reacción de gasificación del coque. .
(4) En comparación con el método de rociar una solución acuosa de ZnSO4 para agregar zinc, el método de remojar en una solución acuosa de acetato de zinc para agregar zinc puede determinar con mayor precisión el impacto del ZnO en las propiedades térmicas del coque.
Referencias
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