鋅對焦炭溶損反應的催化機理研究.pdf

1、焦炭在高爐冶煉過程中起著發(fā)熱劑、還原劑、滲碳劑和料柱骨架等作用，是高爐生產(chǎn)無法替代的核心燃料。焦炭在高爐行程中由于機械破壞、熱應力、溶損反應和渣鐵侵蝕等其強度和粒度都在下降，且焦炭溶損反應是導致其在高爐中下部碎裂和粉化的主要原因。鋅在高爐內(nèi)的循環(huán)富集及對高爐焦炭的危害已逐步得到證實，但其對焦炭熱態(tài)性能劣化的作用機制尚不明確。本文采用液相吸附法研究鋅在高溫下對焦炭溶損反應的影響機理，通過主曲線擬合法探究鋅對焦炭氣化反應動力學模型及參數(shù)的影

2、響規(guī)律，并結合XRD、BET、掃描電子顯微鏡和光學顯微鏡多維度分析了富鋅反應后焦炭微晶結構、孔結構、顯微結構和光學組織的演變特征。研究內(nèi)容主要有以下幾個結論:
　　首先，焦炭反應性研究發(fā)現(xiàn)鋅吸附于焦炭上對焦炭的氣化反應具有催化作用，但不同溫度下催化效果差異較大。采用多濃度梯度定量解析富鋅量和催化作用的相關性，結果表明隨著鋅吸附量增多，催化作用加強，但加強的幅度會減小，且在Zn吸附量達到1.17％后，反應性隨鋅量的增加而增加的趨勢并

3、不明顯，焦炭的催化作用可能存在極限值。
　　其次，采用非等溫方法研究了鋅對焦炭氣化反應動力學的影響規(guī)律。結果表明對于在不同升溫速率下的反應，鋅對焦炭氣化反應的影響規(guī)律一致，即隨著富鋅量的增加，焦炭氣化反應逐漸向低溫區(qū)移動，氣化反應的劇烈程度增加，氣化反應時間提前。采用主曲線擬合法分析了吸附鋅前后焦炭氣化反應的反應機理函數(shù)，結果表明富鋅后焦炭氣化反應過程滿足核收縮模型，并采用等轉(zhuǎn)化率法驗證了曲線擬合法選用機理函數(shù)的準確性。通過模型擬

4、合方法得到的動力學參數(shù)發(fā)現(xiàn)，隨著鋅吸附量的增多，焦炭的表觀活化能明顯降低，但指前因子也逐漸減小，表明在鋅對焦炭氣化反應催化中存在著動力學補償效應。
　　再次，本文從多個維度探究鋅對焦炭溶損反應的作用機制，研究發(fā)現(xiàn)鋅對焦炭溶損反應催化作用的本質(zhì)是鋅對焦炭碳結構的催化具有選擇性，使原本反應活性較低的各向異性的反應性增大。與此同時，碳基質(zhì)的加速消耗使得焦炭微孔中大量的封閉孔被打開，孔壁的坍塌使得部分微孔合并連通，從而為鋅蒸汽、CO2向焦

5、炭內(nèi)部的擴散和碳基質(zhì)與CO2的接觸提供有利條件，反應被進一步加劇。并且更為劇烈的宏觀孔連通使得焦炭孔壁變薄，孔徑不均勻度增大，焦炭內(nèi)部猶如一個超級貫穿孔，形成較多裂紋和蜂窩狀洞室，焦炭強度大幅降低。
　　最后，鋅的催化機理可用電子循環(huán)接受理論來解釋，且通過Materials studio軟件的計算證明了電子循環(huán)接受理論在鋅對焦炭氣化反應催化的適用性，即鋅對焦炭溶損反應的催化作用主要歸因于鋅促進了電子的轉(zhuǎn)移，加速了酮基的分解。此外，