高钛型高炉渣泡沫化机理的研究

摘要

攀钢冶炼钒钛磁铁矿经历了一个漫长的发展过程，虽然遇到了很多难题，但在国内广大冶金学者的共同努力下，通过采用配加部分普通矿取代钒钛磁铁矿进行高炉冶炼的办法，降低了渣中TiO2的含量，使得高炉能够顺利生产，且各项指标良好，取得了丰硕的成果。但采用配加普通矿的办法，会导致生铁钒含量下降，同时由于普通矿来源困难会导致冶炼成本增加，这并不是一个长宜之计。因此，从钒钛矿资源的综合利用和提高经济效益两方面考虑，实行提高钒钛矿配比高炉冶炼甚至全钒钛磁铁矿冶炼势在必行。但实行钒钛矿配比提高冶炼或者全钒钛矿冶炼，渣中TiO2含量就会增加，从而超过25％达到30%左右，产生泡沫渣等问题。因此，要实现提高钒钛矿配比高炉冶炼或者全钒钛矿冶炼，就必须解决这个首要问题。
　　本文在对关于高钛型高炉泡沫渣研究状况进行了较为深入细致分析的基础上，在实验室采用冷态模拟与高温实验相结合的办法，针对高钛型高炉泡沫渣进行了研究。通过研究，得出以下结论：
　　①炉渣的粘度、表面张力以及渣中气泡的大小均会影响熔渣的发泡能力，其中粘度具有双重性，适当提高粘度可促进泡沫渣的产生，但过高的粘度反而会导致泡沫高度的下降，增大炉渣表面张力和增大渣中气泡直径均可降低熔渣涨泡的高度，有利于抑制泡沫渣的产生。影响炉渣泡沫化的几个因素中，固体颗粒以及渣中气泡的大小占主导地位，而粘度以及表面张力的影响次之。
　　②渣中固体颗粒的存在对熔渣发泡性能有着及其显著的影响。熔渣中固体颗粒的生成不仅增大了炉渣粘度，也使得炉渣从一般溶液向悬浮液甚至胶体溶液的转变；渣中固体颗粒含量越高，颗粒粒径越细，越有利于泡沫渣的产生。
　　③高钛型高炉渣中生成的TiC、TiN以及Ti(C,N)弥散分布与渣中，使得炉渣粘度大大增加，增加了气泡液膜的强度；同时，这些个体颗粒的生成降低了炉渣表面张力，增大了钛渣对气泡的吸附而使得气泡稳定于渣中，从而加重了泡沫渣的形成。
　　④TiC与TiN均与炉渣有着良好的润湿性，这种被炉渣良好润湿的固体颗粒会阻碍液膜排液和变薄，从而有利于气泡的稳定；同时，由于固体颗粒与熔渣润湿性好，使得渣焦由不润湿向润湿转化，使得CO气体在渣内形核较在渣-焦界面上容易，使得渣中孕育着大量气泡胚，构成了泡沫渣的潜在危险。
　　⑤渣中TiO2含量的增加，会导致炉渣表面张力的下降，同时会促进Ti(C,N)的生成，从而也会促进泡沫渣的产生，故要严格控制渣中TiO2的含量。
　　⑥炉内泡沫渣和炉外泡沫渣气泡来源不同，炉内泡沫渣的气泡来源于渣-铁及渣-焦间的交互反应而产生的，主要是TiO2和FeO被C还原生成了CO气体。炉外泡沫渣的气泡主要来源于TiO2与TiC反应产生的。
　　⑦渣中高熔点异相质点的生成，使得炉渣性质发生改变，增加了气泡的稳定性以及使得气泡易于稳定于渣中，这是泡沫渣形成的根本原因。故要抑制泡沫渣的形成，关键在于控制渣中TiO2的含量，防止TiO2的过度还原，从而减少Ti(C,N)的生成。

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1 绪论

1.1 钒钛磁铁矿资源概况及其冶炼

1.2 钒钛磁铁矿冶炼过程中泡沫渣问题及研究现状

1.3 高钛型高炉泡沫渣的基本理论

1.4 本课题的学术和实用意义

1.5 本课题研究的目的和内容

2 泡沫化行为基础实验研究

2.1 溶液的选择及其性质

2.2 泡沫的衡量指标

2.3 实验原料及设备

2.4 实验方法

2.5 实验结果与分析

2.6 本章小结

3 高钛渣高温物化性质研究

3.1 TiC、TiN对炉渣粘度影响的研究

3.2 TiC、TiN与炉渣润湿性的研究

3.3 TiO2、TiC及TiN对表面张力影响的研究

3.4 本章小结

4 高钛型高炉泡沫渣形成机理的探讨

4.1 泡沫渣气体形成的热力学

4.2 泡沫渣气体形成的动力学

4.3 泡沫渣中气泡的稳定

4.4 泡沫渣形成的机理

4.5 本章小结

5 结论

致谢

参考文献

附录