發(fā)布時(shí)間：2020-11-16 17:34

　　 隨著冶金技術(shù)的發(fā)展,對(duì)超低硫,低磷的潔凈鋼要求越來越高,為了達(dá)到這個(gè)目的,冶金科研者測(cè)量了大量不同渣系的脫硫、脫磷和鐵氧化物活度的數(shù)據(jù),并試圖在大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中尋找到爐渣的物化性能,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝的優(yōu)化和發(fā)展。本文主要以離子和分子理論為基礎(chǔ),并通過實(shí)驗(yàn)來研究冶金爐渣在不同氧勢(shì)階段的脫硫脫磷性能。爐渣中鐵氧化物的反應(yīng)能力直接影響著爐渣脫硫脫磷,低氧勢(shì)有利于脫硫,高氧勢(shì)有利于脫磷己成為冶金工作者的共識(shí),那么可以推論出,如果要準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)出爐渣脫硫脫磷能力即首先要做到對(duì)爐渣鐵氧化物氧化能力的精確表征。本文通過實(shí)驗(yàn)并建立IMCT-NFe,O模型,通過與實(shí)驗(yàn)結(jié)果和文獻(xiàn)報(bào)道的10種不同渣系實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相比較,結(jié)果表明,本研究建立的IMCT-NFe,O模型計(jì)算鐵氧化物活度和實(shí)測(cè)值符合很好,此外,NFeO對(duì)aFe,O的貢獻(xiàn)遠(yuǎn)大于NFe2O3、 NFeO·Fe2O3對(duì)αFe,o的貢獻(xiàn)。高爐煉鐵過程中,由于爐缸氧勢(shì)極低,反應(yīng)氣氛適合脫硫反應(yīng)的進(jìn)行,高爐CaO-MgO-SiO2-Al2O3渣系亦可視為較好的脫硫渣系,本文基于國(guó)內(nèi)某鋼鐵廠高爐現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)了高爐渣脫硫?qū)嶒?yàn),并建立了CaO-MgO-SiO2-Al2O3渣系熱力學(xué)模型。通過和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn),該模型可相對(duì)可靠的預(yù)報(bào)該渣系的硫分配比和硫化物容量；爐渣組元的質(zhì)量作用濃度,類似于經(jīng)典物理化學(xué)中的活度,可精確表征爐渣組元的實(shí)際反應(yīng)能力,其精度高于組元的質(zhì)量百分含量,與渣金間硫分配比的線性關(guān)系非常明確；模型可以定量地計(jì)算出自由CaO和自由MgO各自對(duì)于爐渣脫硫的貢獻(xiàn)值,1773 K時(shí)自由CaO的脫硫能力占爐渣脫硫能力的97%,而自由MgO的脫硫能力只有3%。堿性轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中,爐渣堿度一般為2-5,鐵氧化物含量較高,折算成渣金間氧勢(shì)一般遠(yuǎn)大于10-11pa,從脫磷基本反應(yīng)式可知,高堿度、高鐵氧化物渣系有利于脫磷。本文設(shè)計(jì)了CaO-SiO2-MgO-FeO-Fe2O3-MnO-Al2O3-P2O5轉(zhuǎn)爐渣脫磷實(shí)驗(yàn)并建立相關(guān)預(yù)報(bào)模型,實(shí)驗(yàn)測(cè)得的磷分配比和模型預(yù)報(bào)的磷分配比值一致,此外,本模型能較好的外延到P2O5 CaO-Si02-FeO-Fe2O3-P205, CaO-Fe2O3-Al2O3-P2O5, CaO-MgO-FeO-Fe2O3-SiO2-P2O5和CaO-SiO2-MgO-FeO-Fe2O3-MnO-P205渣系在不同冶金溫度范圍內(nèi)的脫磷能力：與脫硫模型相比較,熔渣組元質(zhì)量作用濃度與磷分配比線性關(guān)系較差,究其原因,爐渣脫磷是堿性組元和鐵氧化物的綜合作用,任一組元的單獨(dú)作用很難與爐渣脫磷建立聯(lián)系；基于渣氣反應(yīng)和渣金反應(yīng)的不同,定義了磷酸鹽容量CPO44-和磷酸鹽容量指數(shù)CPQ43-,index的概念,文中建立的IMCT-CPO43-模型和IMCT-CPO43-,index模型均能準(zhǔn)確預(yù)報(bào)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的磷酸鹽容量CPO43-和磷酸鹽容量指數(shù)CPO43-,index,以及工業(yè)生產(chǎn)所得的磷酸鹽容量CPO4-和磷酸鹽容量指數(shù)CPO43-,index;經(jīng)計(jì)算,爐渣磷酸鹽容量的貢獻(xiàn)主要是由3CaO·P205和4CaO·P205提供的,分別為97%和2.88%,其他組元的貢獻(xiàn)率相對(duì)較低,可忽略不計(jì)。鐵液中的硫原子在渣金界面處進(jìn)入熔渣會(huì)置換自由氧原子載體[O],為脫磷反應(yīng)創(chuàng)造了機(jī)會(huì),形成耦合反應(yīng),而改變氧勢(shì)對(duì)熔渣的硫化物容量和磷酸鹽容量沒有影響,但氧勢(shì)的增加導(dǎo)致爐渣硫分配比減少和磷分配比增加,硫分配和磷分配直線相交處可視為最佳氧勢(shì)位置,與溫度相關(guān),為保持硫和磷的最佳關(guān)系,溫度升高時(shí),渣中控制應(yīng)增加相應(yīng)的鐵氧化物含量。本文建立的脫硫脫磷耦合模型能應(yīng)用于非高爐閃速煉鐵工藝的CaO-SiO2-MgO-Al2O3-FeO五元渣系和文獻(xiàn)報(bào)道的CaO-Al2O3-FetO渣系,本文模型能較好預(yù)測(cè)上述兩個(gè)模型的硫分配比和磷分配比：上述兩個(gè)渣系中,均采用改變?cè)�中鐵氧化物含量的辦法來調(diào)節(jié)氧勢(shì),隨著鐵氧化物質(zhì)量作用濃度的增加,可有效降低硫分配比和增加磷分配比,當(dāng)鐵氧化物質(zhì)量作用濃度為O.13時(shí),渣系的硫分配比和磷分配比趨于平衡。
【學(xué)位單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類】：TF534
【部分圖文】：

楊世山等人ｆｉｗｉ利用固體電解質(zhì)定氧探頭測(cè)定了噴吹ＣａＯ系烙劑同時(shí)脫?ｉ??硫脫礎(chǔ)的最佳氧位，如圖２－２３，鐵水終了氧位升高，脫稱率増加，終了踞含?ｊ??量下降，而脫硫率降低，終了硫含量升髙。文中還提出渣中需一定的ＦｅＯ確??保同時(shí)脫硫脫稱的最佳氧位，并通過改變局部巧池的氧位創(chuàng)造同時(shí)不同位的??脫硫脫憐條件，具體方法可參考竹內(nèi)秀次的噴射冶金法。??＇２｜??１??——ＮａｊＯ（ｉｉ?Ｉ??８．??ｉ??Ｗ２．?Ｘ．??�。�?—?｜ｉ．?？?￣ｉ?４?＊??占々＊．？?－、？’?Ｘ＊?－Ｖ－．－如？?ｔ．．??圖２－２４?ｆｔ勢(shì)與巧巧聯(lián)硫膚硝的關(guān)系??－２６－??

百分含量為４．７－４０．７３％，ＦｅＯ的百分含量為４．０３￣７７．６５％，ＭｎＯ的百分含量??為１￣７１．４２％。相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和模型計(jì)算值列于表３－１０，此外，鐵氧物化物質(zhì)??量作用濃度Ｗｈｉ。與活度ａｐ，｜。的關(guān)系如圖３－９所示。??，０?１???ｎ??Ｓｉ〇２－Ｆｅ〇Ｆｅ２〇３－ＭｎＯ?訴系?／??’?□?Ｂａｗａ尊人Ｗ沿的Ｃｊ??。６??厶４．??０?０?ｋ一?■????Ｉ——．＿??０．０?〇立?０?４?０．６?０?８?１?０??？Ｆ？ｐ??坦３－９?Ｓｉ〇２－ＦｅＯ－Ｆｅ２〇ｊ－ＭｎＯ法系實(shí)測(cè)執(zhí)Ｒ化待活度。Ｆｔ，〇巧壓量作用巧巧Ｗｈ．ｏ的關(guān)系??從圖３－９可看出，文獻(xiàn)報(bào)道的鐵氧化物活度。Ｆ，，。和ＩＭＣＴ－Ｗｈ，〇模型的??預(yù)報(bào)值呈良好的線性關(guān)系。需要指出的是，Ｂａｎ－ｙａ是通過利用通過改變??ｊ?Ｈ２Ｏ／Ｈ２的比例控制爐渣的氧勢(shì)，并根據(jù)氧勢(shì)計(jì)算爐渣鐵氧化物的活度，該方??＿?法有個(gè)不可避免的弊端，即同一氧勢(shì)范圍下，爐渣中鐵氧化物含量増加，其??計(jì)算出的爐渣鐵氧化物活度保持不變，這與渣金平衡反應(yīng)的計(jì)算結(jié)果違背。??Ｂ??

?＼??因此，對(duì)巧基渣系而言，知曉其硫化物容量的情況下即可得到其稱酸鹽??容量，現(xiàn)利用ＣａＯ＾ＣａＣｋ渣系實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證。如圖６－５所示，溫度??為１５２３?Ｋ，１５７３?Ｋ和１６２３?Ｋ時(shí)，ＣａＯ－ＣａＣｋ渣系中硫化物容量和憐酸鹽容量??的對(duì)數(shù)值均呈現(xiàn)３／２的線性關(guān)系，其截距大小是式６－１２中??＋?該項(xiàng)數(shù)值在同一溫度下可視為恒值。??厶?義ＣａＳ?ＸＣａ，，ＰＯ＜?／?］??該方法可外延到Ｎａ２〇基渣系硫化物容量和踩酸鹽容量的稱合關(guān)系，如下；?１??＾？２似＋２〇２似＋｜加２５?＝仇，戶〇４＋?互?Ｓ；似?（６－１９）??Ｌ?２?４??Ａ巧＝－１３１３０００＋３０９．５ｒ?ｙ／ｍｏｌ）?＾??ｌ〇ｒ＊?＿?３?，?？?３?＾ＮａｊＳ?，?－＾Ｎａ，ＰＯ＾?６８６００?－?’道??ｌｇＣｐ〇ｒ．Ｎ，２〇＝ＴｌｇＣｓｉ．Ｎ，２〇＋－ｌｇ￣＾＾?Ｉｇ－?＋?—?１６．２?（６－２０）?Ｍ??Ｌ?么－＾ＮａｊＳ?義?Ｎａ＾ＰＯ
【參考文獻(xiàn)】

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