铁水喷吹CO2脱硅的试验研究

摘要

随着我国钢铁工业的不断发展，对高炉生产铁水的洁狰度要求也越来越严格。在铁水脱磷预处理或冶炼某些特殊钢种时，要求铁水中的硅含量低于0.15％。由于高炉低硅冶炼的难度较大，生产中主要通过铁水脱硅预处理获得低硅铁水。
　　使用固体氧化剂脱硅时，铁水温降大，易带入杂质元素。基于此，本文考察了使用CO2作为氧化剂脱除铁水中硅的热力学规律，探讨了使用CO2作为铁水脱硅剂的可行性，以期为开发脱硅新工艺提供理论参考。
　　本研究首先从热力学角度分析了铁水喷入CO2时相关反应的进行趋势，并通过高温试验考察了不同温度和CO2气体流量下铁水脱硅的效果;根据试验结果，讨论了喷吹CO2脱硅反应的动力学特征;最后通过理论计算初步分析了炉外喷吹CO2铁水脱硅、高炉下部喷吹CO2两种情况下的热平衡规律。
　　研究得到如下主要结论:
　　(1)对CO2与铁水中各物质反应的热力学进行分析，结果表明，在低温时铁水脱硅容易，高温脱碳容易;在1300℃、1400℃、1500℃时CO2与铁水中的硅和碳反应的理论平衡浓度值极低，热力学表明CO2脱硅在理论上是可行的。
　　(2)通过试验研究了不同铁水温度和气体流量下CO2脱硅的效果，得出:CO2脱硅反应的限制性环节是气体传质;在气体流量一定时，铁水温度越高，铁水中硅降低的程度越小;在相同温度下，气体流量越大，铁水中硅降低的程度越大。
　　(3)本试验条件下，由于使用石墨坩埚，在高温条件下铁水发生渗碳反应，碳含量的变化呈现先降低后升高的规律;且铁水中的碳随喷吹量增加而降低;不同试验条件下，铁水中的锰、磷、硫含量未有明显变化。
　　(4)喷吹CO2将影响铁水温度通过计算考察了喷吹气体量、气体利用率和碳硅反应气体分配率对喷吹过程的热平衡的影响，结果表明:喷吹气体量、气体利用率增加，铁水温降增大;与碳反应的CO2比例增加，温降也增大。在气体被全部利用，且气体全部与碳反应，气体量每增加2L/kg，温降增加46℃;若气体量为10L/kg，气体全部与碳反应，气体利用率每降低25％，温降增加4℃;若气体量为10L/kg，气体全部利用，CO2与铁水中碳反应的比例增加20％，温降增加52℃。由此可见，为减少铁水温降，应提高CO2气体利用率、减少与碳反应的比例。
　　(5)对下部喷吹CO2的高炉进行热平衡计算，高炉热损失不变，喷吹CO2为7m3/tHM时，高炉的焦比由基准380kg增加12.9kg，原因是CO2与炉中的焦炭发生吸热反应，会增加焦炭消耗。高炉焦比不变，喷吹CO2为7m3/tHM时，高炉热利用系数KT则由87.55％增加到88.74％，反应高炉热量分布的高温区热损失占全炉热损失的比例则由56.25％下降到50.68％。

目录

声明

摘要

第1章 文献综述

1．1 前言

1．2 高炉铁水硅来源

1．2．1 焦炭灰分中的SiO2

1．2．2 矿石脉石中的SiO2

1．3 高炉低硅冶炼

1．3．1 高炉低硅冶炼技术

1．3．2 高炉低硅冶炼现状

1．4 炉外铁水预脱硅

1．4．1 炉外预脱硅技术

1．4．2 炉外预脱硅现状

1．5 课题背景及研究内容

1．5．1 课题背景

1．5．2 研究内容

第2章 热力学与动力学分析

2．1 热力学分析

2．1．1 反应热力学计算

2．1．2 反应平衡浓度计算

2．2 动力学讨论

2．2．1 动力学机理分析

2．2．2 气体传质为限制性环节

2．2．3 化学反应为限制性环节

2．2．4 液体传质为限制性环节

2．3 本章小结

第3章 试验与分析方法

3．1 试验

3．1．1 试验方案

3．1．2 试验装置

3．1．3 试验原料

3．1．4 试验步骤

3．2 分析方法

3．2．1 碳硫分析

3．2．2 比色分析

第4章 试验结果及分析

4．1 CO2对铁水中硅的影响

4．1．1 试验结果分析

4．1．2 温度的影响

4．1．3 流量的影响

4．1．4 CO2脱硅表观活化能

4．2 CO2对铁水中碳的影响

4．2．1 温度的影响

4．2．2 流量的影响

4．3 CO2对铁水中其他元素的影响

4．3．1 对锰的影响

4．3．2 对磷的影响

4．3．3 对硫的影响

4．4 本章小结

第5章 热平衡计算

5．1 铁水温变计算

5．1．1 物质热容及比焓

5．1．2 铁水焓

5．1．3 反应生成焓

5．1．4 铁水温降

5．2 高炉热平衡计算

5．2．1 原始数据

5．2．2 配料计算

5．2．3 物料平衡

5．2．4 喷吹CO2对热平衡影响

5．2．5 喷吹CO2对高温区影响

5．2．6 喷吹CO2对焦比影响

5．3 本章小结

第6章 结论

参考文献

致谢

论文包含的图、表、公式及文献