AlO-CaO基预熔精炼渣冶金物化性能的研究

摘要

铝钙渣系是近年发展起来的新型合成精炼渣，主要用于LF炉钢水脱硫、去除夹杂物，以达到净化钢液的目的。预熔型精炼渣是目前国内外冶金工作者研究的重要对象之一，而根据不同的钢种选择合适的精炼渣剂及配方就成了目前研究精炼渣的突出问题。本研究的目的在于探索7Al2O3·12CaO型合成渣系的熔化特性、吸收夹杂能力、脱硫能力等物化性能，为实际应用及生产预熔型CaO-Al2O3渣提供理论依据。 本文对预熔型铝钙渣的发展历史和研究现状作了简要的概述，分析了预熔型铝钙渣在还原条件下精炼脱硫和去除Al2O3夹杂的原理、热力学及动力学条件。运用二次正交回归方法设计出以CaO-Al2O3为基体，MgO、CaF2、SrO为辅料的预熔铝钙型精炼渣，其中各组分的范围为：Al2O3/CaO=0.g～1.2，CaF2=3％～9％，MgO=4％～10％，SrO=0～10％。 本课题首次研究了SrO在精炼渣中的作用；开发研制出Al2O3圆柱体在渣中旋转动力学实验研究的控制设备，并测定了Al2O3在1＃和8＃渣中的溶解速度方程和溶解速度常数；应用炉渣的共存理论首次建立了CaO-Al2O3-MgO-SrO-CaF2-SiO2六元渣系作用浓度模型，将17组渣代入模型进行计算的结果与实验数据存在一致性，该模型可用于预测渣的脱硫性能；通过测定渣高温物理性能和进行脱硫实验，对比分析了预熔渣与混合渣的熔化温度差异性，回归出组分与粘度、熔化温度和硫分配比之间的数学模型，讨论了组分对精炼渣高温性能和硫分配比的影响；采用光学碱度理论计算每组渣样的硫容量，经实验验证，计算结果可用于比较渣的脱硫性能优劣；利用正交直观分析法研究和优化组分含量，得到诸因素影响熔化温度、粘度和表面张力的主次关系；利用矿相显微镜观察了预熔渣的熔化均匀性。 研究中得出的精炼渣中组分重量百分比与硫分配比、熔化温度和粘度之间的数学模型具有很高的置信度，实验数据与所采用的二次回归模型是比较符合的。对脱硫性能而言：Al2O3/CaO值越大，则渣的硫容量越低，硫分配比越小；SrO与MgO可使渣的硫分配比提高，但提高幅度有限；对熔化温度和粘度而言：MgO含量为5％时，精炼渣的粘度存在一个最低值，MgO对渣的熔化温度影响不大；Al2O3/CaO对渣高温性能的影响呈抛物线形状；CaF2能增加渣的粘度，但对降低渣的熔点作用不大；熔点与SrO含量近似成线性关系，SrO含量为6％时粘度出现波谷值。综合考虑各种因素，得出本研究条件下各组分的最佳含量为：7％MgO、5％SrO、6％CaF2、Al2O3/CaO=0.8。 动力学研究得出，在渣组分含量的范围内，当Al2O3/CaO=0.7～0.9时，精炼渣吸收Al2O3夹杂的能力很强，渣中初始Al2O3含量影响不大；当Al2O3/CaO=0.9～1.2时，降低熔渣粘度和减少渣中初始Al2O3含量，以及减少熔渣与Al2O3夹杂之间的界面张力均有利于改善熔渣吸收Al2O3夹杂的能力。

目录

文摘

英文文摘

1前言

2精炼渣研究现状

2.1精炼渣的冶金作用

2.2精炼渣发泡性能的研究

2.2.1精炼渣起泡性能的评价指标

2.2.2精炼渣发泡剂研究

2.2.3精炼渣物理特性对泡沫化程度的影响

2.2.4精炼渣基渣的优化

2.2.5组成对精炼渣发泡性能的影响

2.3精炼渣脱硫性能的研究现状

2.3.1脱硫反应的热力学与动力学

2.3.2渣中组分对脱硫性能的影响

2.4精炼渣吸收夹杂的热力学与动力学

2.4.1精炼渣吸收夹杂的热力学

2.4.2精炼渣吸收夹杂的动力学

2.5合成渣渣系的研究

2.5.1 CaO-CaF2渣系

2.5.2 CaO-Al2O3-CaF2渣系

2.5.3 CaO-Al2O3渣系

2.6 小结

3 Al2O3-CaO基预熔精炼渣物化性能的研究方法

3.1铝钙型精炼渣的选择原则

3.2研究方案

3.3实验原料及设备

3.3.1实验原料

3.3.2实验设备

3.4研究内容

4 Al2O3-CaO基精炼渣粘度和熔化温度的研究

4.1精炼渣粘度和熔化温度的实验数据及处理

4.2单组分对精炼渣粘度和熔化温度的影响关系

4.2.1 MgO含量对精炼渣粘度和熔化温度的影响关系

4.2.2 Al2O3/CaO比值对精炼渣粘度和熔化温度的影响

4.2.3 SrO对精炼渣粘度和熔化温度的影响

4.3二元组分对精炼渣粘度和熔化温度的影响关系

4.3.1 MgO和Al2O3/CaO对精炼渣粘度和熔化温度的影响

4.3.2 SrO与铝钙比含量对精炼渣粘度和熔化温度的影响

4.4精炼渣矿相分析

4.5组分优化的研究

4.6 小结

5铝钙型预熔精炼渣脱硫实验研究

5.1精炼渣光学碱度和硫容量

5.1.1精炼渣光学碱度的计算

5.1.2精炼渣硫容量的计算

5.2精炼渣脱硫实验研究

5.2.1脱硫实验数据处理

5.2.2单组分对精炼渣硫分配比的影响

5.2.3二元组分对精炼渣硫分配比的影响

5.3 CaO-Al2O3-MgO-SrO-CaF2-SiO2体系作用浓度计算模型

5.3.1共存理论模型

5.3.2结构单元和作用浓度的计算模型

5.3.3计算方法

5.3.4计算结果及分析

5.4小结

6精炼渣吸收Al2O3夹杂的动力学研究

6.1实验结果及数据处理

6.1.1实验数据

6.1.2 Al2O3在熔渣中的熔解速度方程

6.1.3 Al2O3在熔渣中的熔解速度常数

6.2讨论与分析

6.3小结

7结论

致谢

参考文献

附录