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锌对炼铁炉料冶金性能的影响论文

摘要 ：采用醋酸锌水溶液浸泡加锌的方法制备不同含锌量的烧结矿和焦炭试样，并对烧结矿试样进行低温还原粉化率及还原性指标的测试，对焦炭试样进行CO2反应性及反应后强度的测试。结果表明，随着含锌量的增加，烧结矿的RDI＋3．15和RDI＋6．3减小而RDI－0．5明显增大，间接还原速率和RI降低，焦炭的CRI增高而CSR降低，烧结矿中锌含量的增加使其低温还原粉化性和还原性变差，同时焦炭中锌含量的增加使其热性能变差；与喷洒ZnSO4水溶液加锌方法相比，采用醋酸锌水溶液浸泡加锌方法能更准确地确定ZnO对焦炭热性能的影响程度。

关键词 ：钢铁材料论文

高炉中的锌主要来源于炼铁原料，包括铁矿石、焦炭和循环回收物［1－3］。同时，锌在高炉内部还会不断地进行循环富集，使得高炉内炉料的锌含量远远超过从炉顶加入时炉料的锌含量［4－5］。为此，研究者们针对锌在高炉内的分布、高锌负荷下的适宜高炉操作制度、锌对高炉耐火材料及冶炼过程的影响机理等问题开展了大量研究［6－9］。既有研究中，向铁矿石和焦炭中加锌的方法有多种。尹慧超等［10］采用熏蒸法向铁矿石表面引入锌，研究了锌对铁矿石低温还原粉化性的影响。康泽朋等［11］采用向试样表面喷洒ZnSO4溶液的方法研究了锌对铁矿石低温还原粉化性和焦炭反应性、反应后强度的影响，但是一方面ZnSO4在650℃左右才开始分解，在铁矿石低温还原粉化率的测试温度（500℃）下ZnSO4不会分解生成ZnO，所以喷洒ZnSO4不适合用于锌对铁矿石低温还原粉化性影响的研究；另一方面，在720℃下ZnSO4即可剧烈分解，因而在1100℃下进行焦炭热性能试验时，它所分解生成的SO3对焦炭反应有催化作用［12］，这显然会妨碍对锌含量与焦炭热性能之间的内在关系作出正确的判断。此外，有关锌对铁矿石还原性的影响也尚未见有文献报道。为此，为了较好地模拟高炉块状带内炉料吸附ZnO粉末的现象，本文采用了醋酸锌水溶液浸泡的方法向试样中添加ZnO，研究ZnO含量对包括铁矿石还原性在内的高炉炉料各种冶金性能的影响。

1试验

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。2H2O）为分析纯。二水合醋酸锌可溶于水，在200℃以下即可脱去结晶水，生成的无水醋酸锌在242℃下熔融，在370℃下完全分解为ZnO。本文根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，具体如下：首先根据需要配制一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、干燥和称重，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。通过调节醋酸锌水溶液的浓度和煮沸时间可以比较准确地控制试样的加锌质量。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根据GB13242—92规定的方法进行。测定时模拟高炉上部条件：温度500℃，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。烧结矿的还原性依据GB13241—91规定的检测方法进行检测，实验条件为：温度900℃，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按照GB／T4000—2008规定的方法测定，实验条件为：温度1100℃，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＋3．15、还原强度指数RDI＋6．3和磨损指数RDI－0．5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＋3．15和RDI＋6．3均呈减小趋势，而磨损指数RDI－0．5呈上升趋势，表明随着ZnO含量的.增加，烧结矿的低温还原粉化性能变差。ZnO与Fe2O3合成为铁酸锌的反应开始温度为500℃，且随着温度的升高反应速度加快［13］。低温还原粉化率测试试验的温度刚好为500℃，因此推测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，而且因为温度较低，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别是磨损指数RDI－0．5急剧增大的内在原因。

2．2加锌对烧结矿还原性的影响

对加锌烧结矿进行还原性实验，得到试样的失重量（包含烧结矿失重量与氧化锌失重量）随还原时间的变化曲线如图2所示。分析图2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，其原因是，在还原的初始阶段，主要是由于矿石表面的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含量高的矿石因为开口气孔被ZnO粉末堵塞的机会较多，减少了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，试样的失重速率逐渐减小；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，表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－7．13％（RI）／1％（w（ZnO））。烧结矿间接还原受阻意味着高炉焦比可能升高。ZnO对烧结矿还原反应有阻碍作用的原因可能有两点：一是黏附在烧结矿颗粒表面和开口气孔壁上的ZnO粉末妨碍了氧化铁与CO的接触；二是ZnO与Fe2O3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，结果妨碍了铁矿石的还原［13］。

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，表明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，气孔分布越均匀，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［14］，而ⅡB族元素（锌、镉、汞）因在形成稳定配位化合物的能力上与传统的过渡元素相似，故常常也将其归入过渡元素范围。本研究中，由于在焦炭中加入了ZnO，而ZnO在焦炭反应性实验条件下很容易被碳还原为锌蒸气，使焦炭气孔率增加，在一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［15］，故锌对气化反应也起到一定的催化作用。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强而减小。文献［11］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％，升高了近5个百分点；CSR约从70％降至60％，下降了约10个百分点。而本研究中，ZnO增量由0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。两相比较发现，在焦炭中ZnO增量基本相同的情况下，本文测定的ZnO对CRI的影响幅度只有文献［11］中的70％左右，对CSR的影响幅度只有文献［11］中的40％左右。这可能是由于锌的添加方法不同引起的，文献［11］中采用的是喷洒ZnSO4水溶液的方法，ZnSO4在1100℃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RDI＋3．15减小，还原强度指数RDI＋6．3减小，磨损指数RDI－0．5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原因可能是因为加入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。

（2）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。还原性变差的原因一方面是因为烧结矿的开口气孔被ZnO阻塞，另一方面可能是因为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含量的升高，烧结矿CRI随之升高，CSR则随之降低。焦炭中锌含量的增加使焦炭的热性能变差。焦炭热性能变差的原因，一方面是因为ZnO本身与C反应使焦炭的气孔率增大，另一方面是因为Zn元素对焦炭气化反应有催化作用。

（4）与喷洒ZnSO4水溶液加锌方法相比，采用醋酸锌水溶液浸泡加锌方法能更准确地确定ZnO对焦炭热性能的影响程度。

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信姓的历史名人战国时期赵国有信期，南北朝时，北齐有信都芳，河间人，数学家，宋代有信世昌，东平人，山水画师，明代有信恭，任主薄。信都芳信都芳：北齐人河间人，精通数学，且构思精巧，撰泾勾股等类书籍不少。信世昌信世昌：宋人，东平人，画家，善于山水。信煜文信煜文：(亦名信玉文)，高级工程师。1937年12月出生，湖南邵阳人。中共党员。大学本科学历，英、俄语能听、说、写。1959年毕业于中南林学院。历任县林业局营林股股长、县林业局副局长、县速生产林工程指挥部副指挥长、县政协副主席、县绿委副主任等职。兼任过绥宁县林学会理事长，邵阳市林学会理事。现是湖南省林学会会员，邵阳市总工程师协会理事，绥宁县人民政府科技顾问，林业委员会科技兴林办公室副主任。从事林业科技工作40年，造诣较深。善林业工程勘测设计和园林绿化规划，懂森林经营和林业企业管理。曾参加绥宁县二类森林资源调查和总体规划、国家南方第一个社队机械化采育场的设计等重要工作，受到林业部表彰。1988年，在部办第四期工程师进修班学习了线性规划、系统工程与系统诊断、电子计算机原理与操作技术等高新科技，考察了沿海各省林业，尽职敬业，为绥宁县成为“全国林政管理百强县”、“全国造林绿化百佳县”、“全国科技兴林示范县”、“全省高效林业试点县”做出了一定的贡献。

信姓的历史名人战国时期赵国有信期，南北朝时，北齐有信都芳，河间人，数学家，宋代有信世昌，东平人，山水画师，明代有信恭，任主薄。信都芳信都芳：北齐人河间人，精通数学，且构思精巧，撰泾勾股等类书籍不少。信世昌信世昌：宋人，东平人，画家，善于山水。信煜文信煜文：(亦名信玉文)，高级工程师。1937年12月出生，湖南邵阳人。中共党员。大学本科学历，英、俄语能听、说、写。1959年毕业于中南林学院。历任县林业局营林股股长、县林业局副局长、县速生产林工程指挥部副指挥长、县政协副主席、县绿委副主任等职。兼任过绥宁县林学会理事长，邵阳市林学会理事。现是湖南省林学会会员，邵阳市总工程师协会理事，绥宁县人民政府科技顾问，林业委员会科技兴林办公室副主任。从事林业科技工作40年，造诣较深。善林业工程勘测设计和园林绿化规划，懂森林经营和林业企业管理。曾参加绥宁县二类森林资源调查和总体规划、国家南方第一个社队机械化采育场的设计等重要工作，受到林业部表彰。1988年，在部办第四期工程师进修班学习了线性规划、系统工程与系统诊断、电子计算机原理与操作技术等高新科技，考察了沿海各省林业，尽职敬业，为绥宁县成为“全国林政管理百强县”、“全国造林绿化百佳县”、“全国科技兴林示范县”、“全省高效林业试点县”做出了一定的贡献。主持《林业区划》，获省科技进步三等奖；主持“六五”、“八五”森林资源调查和资料汇编，获省林业厅优秀成果奖；推广《杉木集约经营丰产林》和《运用区划成果、集约经营速生丰产林》，分别获县、市科技进步一等奖；开展《杉木速生丰产综合技术推广》，获省科技进步三等奖；《提高毛竹母竹造林成活率、发笋率、成竹率综合技术研究》，获市科技进步三等奖；参与绥宁县山区综合开发“九五”总体规划，成果上报全国山区综合开发办公室，被核准实施。撰有《黄桑草山资源考察报告》、《生态平衡与林业》、《论绥宁县速生丰产林基地建设》、《依靠科技进步，走高产优质高效林业的路了》等20余篇论文，分别在县、市、省林学年会的学术交流会上宣读发表。当前研究林业的“两大体系”建设和“科技兴林”项目，以及参与国际林业研究中心“森林资源分数管理项目研究”。信伯仙信伯仙：1925年1月生，河北无极人。1950年毕业于西北人民革命大学兰州分校。原黄委会黄河水利技工学校基建组长，工程师。吉林省辰星文化艺术中心高级书画师（书法），《全国著名书画家精华作品析览》副主编，世界硬笔书法家协会会员。主要成果：硬笔书法作品1991年参加长沙马年中国硬笔书法精华大展并入选《中国当代硬笔书法精革》，1993年获国际“正大林”中国书法篆刻大赛特别奖，并被亚细亚艺术研究院收藏。1996年被世界硬笔书法家协会等艺术团体联合审定授予世界硬笔书法家名人资格证书。事迹被收入《中日硬笔书法家大辞典》、《当代亚洲硬笔书法家经典》、《中国当代艺术界名人录》、《中国美术书法界名人名作博览》、《现代中日美术通鉴》、《世界华人书画篆刻家大辞典》等。信华堂信华堂 中医师，男，1938年10月生，安徽人。现在安徽省凤台县丁集中医诊所任职，兼安徽凤台县中药研究会秘书长。香港中华中医药学院研究员，香港传统医学研究会高级会员。主要业绩：出生于儒医世家，幼读经史，好诗词，尤喜先秦诸子哲学，授业于祖父（信耕轩）。长期从事农村基层中医临床工作，学术上崇尚经典，主张医文并茂，临床中知难而进，攻克疑难杂症，对肝癌、胃癌、乳房癌、淋巴癌等积累了丰富的治疗经验，取得了可喜的疗效。先后在中国中医药等学术会议发表学术论文30余篇，其中《夏枯蠲汤治颈淋巴结核》获《华夏中医研究者联会》优秀学术论文一等奖，编入《当代中医必效奇方》。《中西医合壁治疗乳癌》获“华伦杯”优秀论文三等奖，《论心为五藏六腑之大主，生命之主宰》，被编入《亚洲医药》，受到香港医学界青睐。《赤黄化毒散治验录》获“98世界医药成果博览暨现代医学论坛大会”优秀论文奖，并颁发奖杯纪章等。《升葛石膏汤治三叉神经痛》、《南海救苦丹治狂犬病》，都获奖。业绩入编《中国名医一万家》、《中国专家大辞典》、《中华医学论文总庥》、《中华骄子·专业人才卷》。信景隆信景隆：男，1936年2月25日生，辽宁省康平县人，山东华信审计师事务所任所长，高级审计师。1957年毕业于长春计划经济学校统计专业。曾就职于山东省冶金工业总公司，任审计处长。国际内部审计协会会员、中国冶金审计学会副会长、山东省内审学会常务理事、山东冶金审计学会会长。主要研究内部审计、内控评价。主要论文：《内部控制评价方法试点工作总结》，发表于《审计研究》1991年第6期，异于1991年11月中国审计学佬中国内审学会召开的理论研讨会上发表。《内部控制学统计评价步骤探讨》，发表于《中国审计》发表于《中国审计》1992年第3期，并被中国冶金审计学会评为优秀论文，载入《冶金审计论文集》第2集《内控评价与企业管理》发表于《中国审计》1995年第4期，并《河北经济论坛》评为一等奖，中国冶金审计学会优秀论文。《论审计证据》，被中国冶金审计学会班次为优秀论文载入的《冶金审计论文集》第3集。《再论控制点》被山东内审学会开展的《联大杯》评为二等奖。《浅谈审计健全性测试与评价》发表于《冶金财会》1999年第1期，并被山东内审学会《丝绸杯》评为鼓励奖。《浅议内部控制符合性测试与评价》发表于《冶金财会》2000年第一期，并被山东内审学会《海尔杯。评为鼓励奖。此外还有发表在《中国审计年鉴》、《前进中的山东审计》、《山东冶金审计》等刊物上的文章20多篇。信全友信全友：1939年生，河北省武安县人。任职于安阳市豫剧一团。信秀萍信秀萍：1955年生，女河北省巨鹿县人，自幼喜爱文学创作先后毕业于邯郸师范、北京中国工运学院、邯郸职工大学，获两个在专学历一个中专学历。1973年参加工作，曾在中学当过教师，后又长期从事妇联、工会群众团体的文化宣传教育及报刊发行工作。曾任邯郸市总工会宣教文体部、女工部部长。燕兼任《河北工人报》驻邯记者站副站长。邯郸市职工思想政治工作研究会副秘书长。1989年创办《邯郸市工人报》任总编辑；1995年又创办《邯郸文化》杂志，任副总编辑；《求索》杂志编辑。擅长撰写人物通讯、评论、报告文学、调查报告，其作吕多次在市、省级以上报刊杂志及内部刊物上发表。其中《一个男人用心和血圆了女人梦》、《劳模的妻子》、《正岗潮冲击婚姻基石》、《下岗女工再就业不容乐观》等作品曾在《当代工人》、《中国工人》、《河北工人报》、《女子世界》等报刊上发表，多次被评为省市工会系统优秀信息员、通讯员。现任邯郸市妇女联合会、市总工会常委，女工部部长。