隨著冶金技術的發展,對超低硫,低磷的潔凈鋼要求越來越高,為了達到這個目的,冶金科研者測量了大量不同渣系的脫硫、脫磷和鐵氧化物活度的數據,并試圖在大量的實驗數據中尋找到爐渣的物化性能,實現生產工藝的優化和發展。本文主要以離子和分子理論為基礎,并通過實驗來研究冶金爐渣在不同氧勢階段的脫硫脫磷性能。爐渣中鐵氧化物的反應能力直接影響著爐渣脫硫脫磷,低氧勢有利于脫硫,高氧勢有利于脫磷己成為冶金工作者的共識,那么可以推論出,如果要準確的預報出爐渣脫硫脫磷能力即首先要做到對爐渣鐵氧化物氧化能力的精確表征。本文通過實驗并建立IMCT-NFe,O模型,通過與實驗結果和文獻報道的10種不同渣系實驗數據相比較,結果表明,本研究建立的IMCT-NFe,O模型計算鐵氧化物活度和實測值符合很好,此外,NFeO對aFe,O的貢獻遠大于NFe2O3、 NFeO·Fe2O3對αFe,o的貢獻。高爐煉鐵過程中,由于爐缸氧勢極低,反應氣氛適合脫硫反應的進行,高爐CaO-MgO-SiO2-Al2O3渣系亦可視為較好的脫硫渣系,本文基于國內某鋼鐵廠高爐現場生產數據設計了高爐渣脫硫實驗,并建立了CaO-MgO-SiO2-Al2O3渣系熱力學模型。通過和實驗數據對比發現,該模型可相對可靠的預報該渣系的硫分配比和硫化物容量；爐渣組元的質量作用濃度,類似于經典物理化學中的活度,可精確表征爐渣組元的實際反應能力,其精度高于組元的質量百分含量,與渣金間硫分配比的線性關系非常明確；模型可以定量地計算出自由CaO和自由MgO各自對于爐渣脫硫的貢獻值,1773 K時自由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,折算成渣金間氧勢一般遠大于10-11pa,從脫磷基本反應式可知,高堿度、高鐵氧化物渣系有利于脫磷。本文設計了CaO-SiO2-MgO-FeO-Fe2O3-MnO-Al2O3-P2O5轉爐渣脫磷實驗并建立相關預報模型,實驗測得的磷分配比和模型預報的磷分配比值一致,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的脫磷能力：與脫硫模型相比較,熔渣組元質量作用濃度與磷分配比線性關系較差,究其原因,爐渣脫磷是堿性組元和鐵氧化物的綜合作用,任一組元的單獨作用很難與爐渣脫磷建立聯系；基于渣氣反應和渣金反應的不同,定義了磷酸鹽容量CPO44-和磷酸鹽容量指數CPQ43-,index的概念,文中建立的IMCT-CPO43-模型和IMCT-CPO43-,index模型均能準確預報實驗測得的磷酸鹽容量CPO43-和磷酸鹽容量指數CPO43-,index,以及工業生產所得的磷酸鹽容量CPO4-和磷酸鹽容量指數CPO43-,index;經計算,爐渣磷酸鹽容量的貢獻主要是由3CaO·P205和4CaO·P205提供的,分別為97%和2.88%,其他組元的貢獻率相對較低,可忽略不計。鐵液中的硫原子在渣金界面處進入熔渣會置換自由氧原子載體[O],為脫磷反應創造了機會,形成耦合反應,而改變氧勢對熔渣的硫化物容量和磷酸鹽容量沒有影響,但氧勢的增加導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位置,與溫度相關,為保持硫和磷的最佳關系,溫度升高時,渣中控制應增加相應的鐵氧化物含量。本文建立的脫硫脫磷耦合模型能應用于非高爐閃速煉鐵工藝的CaO-SiO2-MgO-Al2O3-FeO五元渣系和文獻報道的CaO-Al2O3-FetO渣系,本文模型能較好預測上述兩個模型的硫分配比和磷分配比：上述兩個渣系中,均采用改變渣中鐵氧化物含量的辦法來調節氧勢,隨著鐵氧化物質量作用濃度的增加,可有效降低硫分配比和增加磷分配比,當鐵氧化物質量作用濃度為O.13時,渣系的硫分配比和磷分配比趨于平衡。
【學位單位】：北京科技大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2016
【中圖分類】：TF534
【部分圖文】：

楊世山等人ｆｉｗｉ利用固體電解質定氧探頭測定了噴吹ＣａＯ系烙劑同時脫?ｉ??硫脫礎的最佳氧位，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??保同時脫硫脫稱的最佳氧位，并通過改變局部巧池的氧位創造同時不同位的??脫硫脫憐條件，具體方法可參考竹內秀次的噴射冶金法。??＇２｜??１??——ＮａｊＯ（ｉｉ?Ｉ??８．??ｉ??Ｗ２．?Ｘ．??啤Ｌ?—?｜ｉ．?？?￣ｉ?４?＊??占々＊．？?－、？’?Ｘ＊?－Ｖ－．－如？?ｔ．．??圖２－２４?ｆｔ勢與巧巧聯硫膚硝的關系??－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％。相關實驗數據和模型計算值列于表３－１０，此外，鐵氧物化物質??量作用濃度Ｗｈｉ。與活度ａｐ，｜。的關系如圖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法系實測執Ｒ化待活度。Ｆｔ，〇巧壓量作用巧巧Ｗｈ．ｏ的關系??從圖３－９可看出，文獻報道的鐵氧化物活度。Ｆ，，。和ＩＭＣＴ－Ｗｈ，〇模型的??預報值呈良好的線性關系。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，并根據氧勢計算爐渣鐵氧化物的活度，該方??＿?法有個不可避免的弊端，即同一氧勢范圍下，爐渣中鐵氧化物含量増加，其??計算出的爐渣鐵氧化物活度保持不變，這與渣金平衡反應的計算結果違背。??Ｂ??

?＼??因此，對巧基渣系而言，知曉其硫化物容量的情況下即可得到其稱酸鹽??容量，現利用ＣａＯ＾ＣａＣｋ渣系實驗數據對其進行驗證。如圖６－５所示，溫度??為１５２３?Ｋ，１５７３?Ｋ和１６２３?Ｋ時，ＣａＯ－ＣａＣｋ渣系中硫化物容量和憐酸鹽容量??的對數值均呈現３／２的線性關系，其截距大小是式６－１２中??＋?該項數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】

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本文編號：2886484