高碳铬铁与氧化钼直接合金化冶炼过程研究

摘要

以高碳铬铁和氧化钼为原料，研究和开发一种新型碳素铬钼铁合金产品完全符合现代炼钢产业发展要求，对环境保护、节能减排、资源综合利用意义重大。本课题将直接合金化炼钢技术的优势有效应用于新型铁合金的生产，同时充分利用原料的成分特点优化铁合金生产工艺。通过相关理论分析与试验研究为高碳铬铁与氧化钼直接合金化冶炼一种碳素铬钼铁产品提供理论基础，为新型铬钼铁合金生产工艺提供参考，社会、经济效益显著，具有重要的应用价值。
　　以矿物直接合金化技术为基础，本文研究了高碳铬铁与氧化钼（钼精矿）直接合金化冶炼过程，主要包括热力学过程分析、动力学过程分析以及试验论证等内容。在含铬、钼合金钢冶炼过程中使用这类碳素铬钼铁合金产品，一方面可以降低合金元素添加成本，另一方面还可缩短冶炼周期，此外还能解决炼钢过程中钼元素添加沉降难、挥发损失严重的问题，应用前景广泛。
　　第一部分基于直接还原理论，对高碳铬铁和氧化钼直接合金化冶炼过程进行了热力学分析。热力学计算结果论证了高碳铬铁与氧化钼直接合金化冶炼的可行性，一方面MoO3、CaMoO4均可被还原剂C、Si、Mn、Al、Fe有效还原，另一方面氧化钼能与高碳铬铁中碳化铬发生反应，可以利用氧化钼对高碳铬铁进行降碳、脱碳处理。结合炉渣分子-离子结构共存理论，建立了CaO-SiO2-FeO-MoO3-Cr2O3五元渣系活度计算模型。使用VB语言编写程序实现了活度计算，统计计算数据并分析了熔渣碱度R、MoO3及FeO含量对各组分活度的影响效果。
　　第二部分采用气-液、液-液反应动力学模型分析了炼钢温度下外配C还原MoO3(g)、CaMoO4(l)以及无外配还原剂条件下铁液内Cr7C3(l)与MoO3(l)反应的相关动力学过程。高温下MoO3(g)在铁液中极易被[C]还原，加快渣中钼酸钙、氧化钼的扩散以及提高界面反应面积有利于提高相关还原反应速度，而反应产生的CO气体还可搅拌熔池，促进泡沫渣的形成，也为还原反应提供了有利的动力学条件。使用氧化钙对MoO3进行固定处理，促使CaMoO4的生成，能有效抑制氧化钼挥发。
　　第三部分针对前期的热力学、动力学分析结果进行实验验证与探究，并在此基础上进行了工业试验。结果表明:Cr的冶炼损失很小，收得率最低能达到97.7％以上;Mo的还原率较高，但Mo的挥发损失直接影响Mo的收得率。所有能够抑制氧化钼挥发、加快还原反应速率的措施，如造渣保护熔池、降低反应温度、提高反应物浓度以及对氧化钼进行固定处理，均能有效提高Mo的收得率。使用CaO对MoO3进行预处理，使之生成CaMoO4参与还原反应，能有效抑制MoO3挥发，在外配还原剂C的综合作用下，Mo的收得率得到了进一步提高，由之前的83.7％提升至94.3％，提升效果明显。

目录

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摘要

第一章 文献综述

1．1 铁合金工业概述

1．2 铁合金生产技术的发展方向

1．3 铬元素与高碳铬铁

1．3．1 铬元素及其应用

1．3．2 高碳铬铁

1．4 钼元素与钼精矿

1．4．1 钼元素及其应用

1．4．2 钼精矿

1．5 高碳铬铁与氧化钼直接合金化研究现状及存在问题

1．5．1 直接合金化技术特点及研究现状

1．5．2 高碳铬铁与氧化钼直接合金化存在优势

1．5．3 高碳铬铁与氧化钼直接合金化存在的问题

1．6 本课题研究内容及意义

第二章 高碳铬铁与氧化钼直接合金化冶炼过程热力学分析

2．1 标准状态下氧化钼的还原热力学分析

2．1．1 标准状态下MoO3还原热力学数据与状态图

2．1．2 标准状态下caMoO4还原热力学数据与状态图

2．2 高碳铬铁的脱碳反应

2．3 实际条件下高碳铬铁与氧化钼直接合金化反应热力学分析

2．3．1 铁液中各组元活度的计算

2．3．2 炉渣组分活度计算与分析

2．3．3 无外配还原剂作用

2．3．4 外配还原剂作用

2．3．5 钼再次氧化可能性分析

2．4 本章小结

第三章 高碳铬铁与氧化钼直接合金化冶炼过程动力学分析

3．1 碳还原氧化钼动力学

3．1．1[C]还原MoO3(g)动力学

3．1．2 [C]还原caMoO4(l)反应动力学

3．2 碳化铬与氧化钼反应动力学

3．3 抑制氧化钼挥发动力学

3．4 本章小结

第四章 高碳铬铁与氧化钼直接合金化冶炼实验研究

4．1 碳管炉中高碳铬铁与氧化钼直接合金化冶炼实验

4．1．1 实验原料

4．1．2 实验设备与方法

4．1．3 数据处理

4．1．4 无外配还原剂条件下直接合金化实验内容及结果分析

4．2 高碳铬铁与氧化钼直接合金化冶炼工业试验

4．3 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 主要结论

5．2 本文存在的问题及后续工作

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间主要学术成果