碳酸化工艺对钢铁脱硫用CaO抗水化性能影响的研究

摘要

氧化钙易与S、P等杂质发生反应，且熔融温度高，不易污染钢水，作为造渣脱硫剂广泛应用于钢铁冶炼中。但氧化钙易水化潮解，使储存运输不便，因此研究如何提高氧化钙抗水化性能具有重要意义。本文利用SEM扫描、能谱分析、XRD相分析及抗水化试验等方法研究了不同碳酸化温度和时间对氧化钙微观形貌、增重率及抗水化性能的影响，初步探讨了氧化钙碳酸化机理，最终获得了合理的碳酸化工艺方案。
　　本文在温度为300℃、400℃、500℃、600℃、700℃和800℃，时间为5min、15min和30min条件下，对氧化钙进行碳酸化处理的研究结果表明:碳酸化处理后的氧化钙主要由CaO和CaCO3组成，其组织松散，不致密，属于多孔颗粒。碳酸化时间相同时，CaCO3含量随碳酸化温度的升高而升高，但碳酸化温度达到800℃时与未碳酸化处理时的CaCO3含量相近。
　　相同碳酸化时间下，氧化钙增重率随碳酸化温度升高出现先升高后降低，碳酸化700℃、碳酸化时间30min时增重率最高，达11.499％;相同碳酸化温度下，氧化钙的增重率随碳酸化时间延长逐渐增长;其中碳酸化温度比碳酸化时间对碳酸化反应影响更大。
　　随碳酸化温度的升高，氧化钙的体积密度先升高后降，而气孔率先降低后升高。碳酸化温度700℃、碳酸化时间30min时，氧化钙的体积密度最大，气孔率最低，分别为1.716g/cm3、33.358％。
　　氧化钙常温常压抗水化性能研究结果表明:碳酸化温度低于700℃时，温度越低，氧化钙粉化溃散越早，碳酸化时间越短，氧化钙愈易粉化溃散。碳酸化温度700℃、碳酸化时间15min和30min处理的氧化钙仅观察到因膨胀而导致表面产生的微裂纹，两者抗水化效果相近。
　　氧化钙恒温恒湿抗水化性能研究结果表明:碳酸化温度低于700℃时，随碳酸化温度的升高氧化钙粉化溃散现象减轻，但所有的氧化钙均出现粉化溃散现象。碳酸化温度700℃、时间15min和30min处理的氧化钙观察到因水化而膨胀的氧化钙大颗粒，出现轻微粉化溃散现象。
　　综上所述，碳酸化温度700℃时处理的氧化钙的抗水化效果最佳;从经济效益考虑，最合理碳酸化工艺:温度为700℃，时间为15min。
　　实际应用表明，氧化钙经碳酸化处理可提高其抗水化性能，处理工艺简单，无环境污染;脱硫效果良好，脱硫过程中无有害气体产生，经济效益和社会效益显著。

目录

声明

摘要

图表清单

1 绪论

1．1 硫在钢中的作用

1．1．1 硫在钢液中存在形式

1．1．2 硫对钢性能的影响

1．2 钢液脱硫冶炼技术

1．3 铸铁炉外脱硫技术

1．3．1 苏打冲撒法脱硫

1．3．2 电石喷射法脱硫

1．3．3 石灰脱硫

1．3．4 其他脱硫方法

1．4 脱硫剂种类

1．4．1 氧化钙基脱硫剂

1．4．2 镁基脱硫剂

1．4．3 脱硫剂的脱硫化学反应

1．5 氧化钙基本特性

1．5．1 耐火度高

1．5．2 碱度高

1．5．3 热力学性能稳定

1．5．4 净化钢液

1．5．5 易水化

1．5．6 资源丰富 价廉易得

1．6 氧化钙的水化性

1．6．1 氧化钙水化机理

1．6．2 氧化钙水化过程

1．6．3 提高氧化钙材料抗水化的途径

1．6．4 抗水化性评价方法

1．7 本文研究的目的及内容

1．7．1 研究目的及意义

1．7．2 研究内容

1．7．3 创新点

2 试验内容及过程

2．1 试验设备及仪器

2．2 碳酸化工艺方案

2．2．1 氧化钙预处理

2．2．2 碳酸化温度

2．2．3 CO2浓度

2．2．4 碳酸化时间

2．3 显微形貌结构及性能分析测试方法

2．3．1 扫描电子显微镜及能谱分析

2．3．2 X射线衍射测试

2．3．3 体积密度与显气孔率测试

2．3．4 抗水化性能测试

3 碳酸化对氧化钙显微形貌及相组成的影响

3．1 氧化钙显微形貌分析

3．2 氧化钙能谱分析

3．3 氧化钙相组成分析

3．4 氧化钙碳酸化反应机理分析

3．5 小结

4 碳酸化对氧化钙增重率和致密性的影响

4．1 碳酸化对氧化钙增重率的影响

4．1．1 碳酸化温度对氧化钙碳酸化反应的影响

4．1．2 碳酸化时间对氧化钙碳酸化反应的影响

4．2 碳酸化对氧化钙致密性的影响

4．2．1 体积密度变化规律

4．2．2 显气孔率变化规律

4．3 小结

5 碳酸化对氧化钙抗水化性能的影响

5．1 常温常压条件下氧化钙的抗水化性能

5．1．1 常温条件下不同碳酸化温度对氧化钙水化增重率的影响

5．1．2 常温条件下不同碳酸化时间对氧化钙水化增重率的影响

5．1．3 常温水化试验后氧化钙宏观及微观形貌

5．1．4 分析与讨论

5．2 恒温恒湿条件下氧化钙的抗水化性能

5．2．1 恒湿条件下不同碳酸化温度对氧化钙水化增重率的影响

5．2．2 恒湿条件下不同碳酸化时间对氧化钙水化增重率的影响

5．2．3 恒湿水化试验后氧化钙宏观及微观形貌

5．2．4 分析与讨论

5．3 小结

6 碳酸化工艺处理的氧化钙在钢液脱硫中的应用

6．1 氧化钙碳酸化法生产过程

6．2 脱硫效果

6．3 经济效益与社会效益

6．4 小结

7 结论

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文与科研成果

致谢