西安冶金建筑大论文氧化镁研究

用于冶金、冶炼、高级镁砖、耐火材料及保湿材料的制造，还广泛用于橡胶、橡胶板、橡胶制品、医药行业、食品行业、塑料板材促进剂、玻璃钢的增塑剂及硅钢片的表面涂层油漆、纸张生产的填充料及补强剂、钢球磨光剂、皮革处理剂、绝缘材料、油脂、染料、陶瓷、干燥剂、树脂、阻燃剂用做橡塑制品的填充料及增强剂、软磁铁氧体、胶粘剂、化学工业做催化剂及制造其他镁化合物，搪瓷、陶瓷、玻璃等的原料。

氧化镁主要用作阻燃剂。传统的阻燃材料被广泛用作由含卤聚合物或含卤阻燃剂组成的阻燃混合物。但一旦发生火灾，由于热分解和燃烧，会产生大量烟雾和有毒腐蚀性气体，阻碍灭火和疏散，腐蚀仪器设备。：氧化镁是一种碱性氧化物，具有碱性氧化物的性质，属于胶凝材料。白色或类白色粉末，无嗅、无味、无毒。它是一种典型的碱土金属氧化物，化学式为MgO。熔点为2852℃，沸点为3600℃，密度为3.58g/cm3(25℃)。氧化镁用于制造玻璃、染料纸浆、酚醛塑料等。重质氧化镁用于碾米工业的烧磨和半辊。该建筑用于制造人造化学地板、人造大理石保温板和隔音板。塑料工业作为填料，主要用于高级润滑油、高级制革及碱提级、食品级、医药、硅钢级、高级电磁级、高纯氧化镁等近十个品种。

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。

参考文献

［1］郑华伟，夏进朝，李博．武钢5号高炉锌负荷分析及控制［J］．炼铁，2014，33（2）：17－20．

［2］肖钊聚，高占锋．有害元素Zn对安源高炉生产的影响及对策［J］．炼铁，2013，32（5）：50－52．

［3］梁南山．涟钢高炉有害元素的分布与控制［J］．中国冶金，2014，24（6）：27－35．

［4］王西鑫．锌在高炉生产中的危害分析及其防治［J］．西安冶金建筑学院学报，1993，25（1）：91－96．

［5］李肇毅．宝钢高炉的锌危害及其抑制［J］．宝钢技术，2002（6）：18－20，24．

［6］李博，章铭明．武钢5号高炉低品位矿冶炼实践［J］．武钢技术，2014，52（6）：1－3．

［7］YangXuefeng，ChuMansheng，ShenFengman，etal．Mechanismofzincdamagingtoblastfurnacetuyererefractory［J］．ActaMetallurgicaSinica：EnglishLetters，2009，22（6）：454－460．

［8］黄小晓．原燃料中有害元素对高炉冶炼影响的研究［D］．昆明：昆明理工大学，2013：17－21．

［9］EsezoborDE，BalogunSA．Zincaccumulationdur－ingrecyclingofironoxidewastesintheblastfur－nace［J］．IronmakingandSteelmaking，2006，33（5）：419－425．

［10］尹慧超，张建良．烧结矿和球团矿吸附锌的规律及冶金性能变化的研究［J］．钢铁，2010，45（2）：15－18．

［11］康泽朋，李建朝，司俊朝，等．有害微量元素对邯钢高炉炉料冶金性能的影响［J］．钢铁研究，2014，42（3）：10－12，15．

［12］崔平，杨敏，彭静，等．焦炭反应性的多元素矿物催化研究［J］．钢铁，2006，41（3）：16－19．

［13］徐采栋，林蓉，汪大成．锌冶金物理化学［M］．上海：上海科学技术出版社，1979：55－158．

［14］吴小兵，张建良，孔德文，等．高反应性焦炭在日本的研究与进展［C］／／中国金属学会．2012年全国炼铁生产技术会议暨炼铁学术年会文集（上），2012：438－440．

［15］傅永宁．高炉焦炭［M］．北京：冶金工业出版社，1995：56．

氧化镁的用途广泛，应用于：化工产品－水硫酸镁、七水硫酸镁，耐火材料方面是制作炼钢镁球炉底料的主要原料。建筑方面广泛应用于集装箱、防火板、工艺美术、蔬菜大棚、墙体保温板、活动板、石棉瓦等制作。 有一种至今还没有人使用的新型涂料，这种涂料名为“镁漆”，镁漆防火、防锈、防霉、防蚀、防水;由其是防火性能现今没有几种物质材料可以相比，上万度的高温对他都无可奈何，甚至用于高超音速的战机机头和弹道导弹弹头的防高温涂料亦是可行;镁漆与金属特别是钢铁沾合性能很好，沾上凝固后怎样都刮不下来，除非用钢砂打掉一层钢表，是一种永久性的涂料;镁漆的生产工艺很简单，可以随用随生产，只要掌握配方和温度控制就可以;镁漆生产成本偏低只是油漆的三份之一或一半;美漆不含油基，无毒、无臭、无污染，即使吃少量下肚子里也无大害（当然无人会吃） 另外，镁漆是一种环保防火涂料，纽约世贸大厦如是用它来涂抹结构钢架，作防火防锈的涂料，不一定会倒塌;镁漆是纯白色的而且越泡在水里越白，不会发黑发黄，喜欢什么颜色生产时加添色素就可以，很方便，悉随尊便·镁漆是一种理想的船舶及军舰内外壳涂料，终有一日全面取代油漆在船舶工业上的应用。 镁漆的主要原料产予我们伟大的祖国，这是美国无法开发和大规模使用的客观原因。工业氧化镁的分类与用途一 轻质氧化镁：主要用于橡胶.染料.催化剂.钢球抛光.电子陶瓷.黏合剂等诸多行业，应 用面广泛。二 活性氧化镁：主要用于医用橡胶制品、胶粘剂等行业。三 胶粘剂专用氧化镁：用于高档胶粘剂方面具有吸碘值高、分散性好、含铁量低等诸多优点，与树脂熬合能有效防止胶液分层和沉淀，可使胶液透明度提高耐热，提高胶液存放稳定性。四 电缆橡胶专用氧化镁：用于橡套电缆、矿用电缆、船用电缆等行业，可使电缆提高防腐、 耐酸，抗高温等性能，提高恶劣条件下工作稳定性。五 浓硝酸专用氧化镁：用于稀硝酸提纯生产浓硝酸，主要在生产过程中起到吸水作用。六 饲料级氧化镁：用于动物饲料的添加剂，可防止因缺镁引起的动物饲料神经系统疾病。七 医药级氧化镁：用于医药中间体和胃药添加剂，可有效控制胃酸和十二指溃疡等作用。 八 高纯氧化镁：主要用于耐高温作业，用于钢铁行业炼钢炉衬里、出口 ，等行业。 九 氢氧化镁：阻燃剂，主要用于防腐耐火等行业，防火板，阻燃电缆等行业。十 刹车片专用氧化镁：主要用于耐磨材料，耐高温防燃剂，提高材质稳定性等特点。十一其他特殊行业专用氧化镁：如试剂级等。

西安建筑科技大学建筑学院是我国建筑类著名的老八校之一,办学历史悠久，积淀深厚。追本溯源，学院源自1928年创立的东北大学建筑系和1921年创建的苏南工专建筑科。1956年根据国家高等院校调整方案，两校的建筑系（科）整建制合并迁往西安，先后经历了西安建筑工程学院建筑系，西安冶金学院建筑系，西安冶金建筑学院建筑系，后于1996年更名为西安建筑科技大学建筑学院。多年来建筑学院始终秉承中国现代建筑教育开创先辈们认真敬业的精神和严谨治学的态度，自强不息。目前建筑学院下设建筑学系、城乡规划学系、风景园林学系，拥有1个国家级重点学科（建筑设计及其理论）和5个陕西省重点学科（建筑历史与理论、建筑设计及其理论、建筑技术科学、城乡规划学、风景园林学），3个一级学科博士授权点，3个一级学科博士后科研流动站，4个本科专业。2016年在全国第四轮一级学科评估中，建筑学、城乡规划学和风景园林学均排名B+。1994年起，建筑学专业连续四次，2000年起，城市规划专业连续三次，以优秀级通过国家专业评估。建筑学、城市规划专业均为国家级特色专业、陕西省名牌专业，2017年建筑学、城乡规划、风景园林和历史建筑保护工程4个本科专业全部进入陕西省一流专业。2019年建筑学、城乡规划、风景园林入选首批国家级一流本科专业建设点。建筑学院现已成为我国西北地区唯一具有建筑学、城乡规划学和风景园林学学士、硕士、博士和博士后全系列人才培养资格的单位。目前在读的本科生约1500人、研究生约1200人。已为国家和地区培养本科生和研究生约9000人，先后孕育了王小东、刘加平、常青三位院士，孙国城、刘纯翰等国家工程勘察设计大师。2017年刘加平院士荣获首届全国创新争先奖，2018年荣获光华龙腾奖中国设计贡献奖。杨柳教授2019年荣获全国模范教师称号。建筑学院学生于20世纪80年代初便开始参与UIA国际大学生建筑设计竞赛，先后在十一届赛事中获得24个奖项，其中1990年（14届）荣获UIA国际大学生建筑设计竞赛最高奖--联合国教科文组织奖，2014年（22届）包揽竞赛前两名，2017年（23届）获奖7项，2020年（24届）再次夺冠并获荣誉奖两项，为我国建筑教育在国际上赢得了极大的荣誉。学院现有教职工259人，专任教师226人。教师中有中国工程院院士2人，国家级人才称号3人次，国家杰出青年基金获得者3人、国家优秀青年基金获得者1人，国家百千万人才工程入选者2人，陕西省工程勘察设计大师2人、全国模范教师2人。2009年“西部建筑环境与能耗控制理论研究”创新研究群体项目获准通过，成为我国建筑学学科目前唯一的国家创新研究群体，2013年“低能耗建筑设计创新团队”获准陕西省重点科技创新团队，2013年“城乡规划学专业基础教学团队” 获准陕西省教学团队，2015年“风景园林专业教学团队” 获准陕西省教学团队。2017年西部绿色建筑重点实验室教师团队入选教育部“全国高校黄大年式教师团队”。建筑学院依托西部独特地缘条件，秉承学科优秀传统，在国家自然科学基金重大、创新研究群体、杰青、重点、国际交流与合作项目以及国家科技计划重大项目的大力推进下，结合有重大影响的地域建筑创作项目的持续支撑，形成了西部绿色建筑、文化遗产保护、欠发达地区乡村人居环境营建、西北脆弱生态条件下城乡宜居环境建设与生态保护修复等特色学科方向。先后创建了UIA特征与遗产中国工作组、国际现代建筑遗产理事会中国委员会、陕西省古迹遗址保护与利用工程技术研究中心、青海省绿色建筑与生态社区重点实验室、陕西省新型城镇化与人居环境研究院、陕西省乡村振兴规划设计研究院等创新平台。2017年省部共建西部绿色建筑国家重点实验室获批建设，成为国内建筑学第二个国家重点实验室。2019年西部绿色建筑协同创新中心、西部绿色建筑与环境控制技术创新引智基地、绿色建筑与低碳城镇国际科技合作基地先后获批，成为国内以唯一覆盖绿色建筑全产业链的学科创新平台。