高炉内锌循环机理与锌害控制策略研究

The circulation and accumulation in the blast furnace of zinc, a harmful element, bring about a series of negative impacts on the production. Previously, it was main both in China and abroad to study in depth the zinc circulation and accumulation in the lumpy zone of the furnace and its damage on the blast furnace process, but the investigation for the cohesive zone and those areas beneath it is very rare. In practice, however, a plenty amount of zinc exists in those areas, its influence and where it is going concern the totally understanding of zinc circulation and accumulation inside the blast furnace and the formulating of zinc damage control strategy. Therefore, focusing on the above mentioned issues, this project is to conduct the following studies through laboratory experiment and numerical analysis: (1)mechanism of influence of zinc on coke gasification reaction, (2)influence of zinc on iron ore reduction behavior, (3)mechanism of influence of zinc on iron ore softening – melting and the primary slag formation process, (4)influence of zinc on the slag/metal reactions in the cohesive zone, (5)influence of zinc on primary slag fluidity, (6)solubility of zinc in the slag and molten iron, (7)influence of zinc on the melting point and fluidity of the frozen slag on furnace wall, (8)to build up a thermal analysis model, and to study the influence of ZnO on the thickness and formation/falling off behavior of frozen slag. It is expected to deepen the understanding of the zinc circulation mechanism inside the blast furnace, to assist in the formulation of technological countermeasures for mitigating zinc damages and to provide guarantee for blast furnace smooth running.

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。以往，国内外主要对高炉块状带内锌的循环富集及其对高炉过程的危害进行了深入研究，但对软熔带及以下部位的研究很少。而实际上，在此区域内存在着大量的锌，锌在其中的作用与去向关系到高炉内锌的总体循环机理的阐明及锌害控制策略的制定。因此，本项目针对上述问题，拟通过实验室试验和数值分析开展以下几方面的研究：①锌对焦炭气化反应的作用机理；②锌对铁矿石还原行为的影响；③锌在铁矿石软熔和初渣形成过程中的作用机理；④锌对软熔带内渣/金反应的影响；⑤锌对高炉初渣流动性的影响；⑥锌在熔渣和熔铁中的溶解度；⑦锌对炉壁上粘结渣皮的熔点与流动性的影响；⑧建立热分析模型，研究ZnO对渣皮厚度及其生成/脱落行为的影响。希望通过本项目的研究深化对锌在高炉内的循环机理的认识，帮助制定减少锌害的工艺措施，为高炉顺利生产提供保障。

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。本项目通过实验室研究得到以下重要结论：（1）采用浸泡富锌研究了ZnO对焦炭与CO2反应的影响机理时，发现锌会在焦炭内部发生Zn⇆ZnO循环反应，破坏焦炭内部结构，同时在焦炭表面生成硅酸锌堵塞气孔，阻碍焦炭气化；（2）锌蒸气随煤气上升过程中，在493℃到905℃温度范围内，锌以极微小或絮状氧化锌存在于焦炭表面，以淡黄色氧化锌壳存在于烧结矿表面；低于493℃时，锌以白色的氧化锌和珠状金属锌存在于焦炭表面，以淡黄色氧化锌或金属锌存在于烧结矿表面；（3）在900℃以下，焦炭的气化反应较低，锌对焦炭的气化反应影响不大；温度在950℃时，锌对焦炭气化反应有很强的催化作用；温度超过1000℃时，富集的锌在焦炭表面形成致密地壳状物，对焦炭气化反应起阻碍作用；（4）550℃以下锌对烧结矿的低温还原影响不大；温度大于550℃后，锌在烧结矿表面赋存对烧结矿的低温还原起到抑制作用；（5）900℃以下，富集的锌被氧化成氧化锌壳状物存在烧结矿表面，对烧结矿的还原有抑制作用，并随着温度的升高，抑制作用减小；900℃以上烧结矿表面的锌及氧化物被还原，对烧结矿还原的影响小；（6）铁矿石锌含量的增高使软化温度和滴落开始温度升高，软化温度区间加宽，透气阻力指数S值增大，压差波动频繁。这意味着，高炉锌负荷增加将导致软熔带变厚，透气性变差，压差不稳，对高炉稳定顺行带来明显的不利影响；（7）通过对不同锌含量的初渣进行粘度测定试验，发现锌含量升高使初渣的粘度增大，流动性变差；通过传热学模型的计算分析，发现渣皮中(ZnO)含量增加使其开始变形温度升高，结果会导致渣皮厚度增加，这意味着高炉锌负荷增高可能会使得炉身更容易结厚，对高炉顺行造成不利的影响。