多组分耦合反应模型在含铌铁水渣金反应中的应用研究

摘要

我国铌资源丰富,包头白云鄂博矿是多金属共生矿,占有全国约95％的铌资源储备量,但由于其资源共生关系复杂且含铌矿中铌品位低,造成我国在开发、利用该矿产资源时存在诸多的困难。含铌铁水含有丰富的铌资源,为高效合理的利用这部分铌资源,我国科研工作者进行了大量的实验和工艺研究,并取得了一定的进展。含铌铁水冶炼过程中所涉及的渣-金反应体系包含多个反应,这些反应同时发生,互相耦合、影响,使得反应体系变得十分复杂。
　　本文从多组分耦合反应模型基本思想出发,建立铌氧化物直接合金化模型;将含铌铁水底吹氧气传氧模型与多组分耦合反应模型结合,建立中频电炉底吹氧气脱硅保铌模型,采用C++语言进行编译,利用模型分别对铌渣直接合金化实验以及含铌铁水底吹氧气脱硅保铌实验进行数值模拟,将多组分耦合反应模型应用到含铌铁水的渣-金反应过程中,对含铌铁水渣-金反应动力学过程进行描述。
　　通过模型的计算,得出的结论如下:
　　(1)铌氧化物直接合金化过程的数学模型以及含铌铁水底吹氧气进行脱硅保铌实验的数学模型适用于含铌铁水冶炼的渣-金反应动力学过程。
　　(2)用铌渣直接作为添加剂进行合金化过程中,钢液中初始[Si]含量及渣中(％FeO)与(％Nb2O5)比值大小的变化对(Nb2O5)的还原速率以及平衡时钢液中的[Nb]含量影响较大,熔池反应温度的变化所产生的影响相对较弱。
　　(3)底吹氧气脱硅保铌实验中加入成分为CaO(60％)-CaF2(25％)-SiO2(15％)的造渣剂,能够有效的抑制铌的氧化,增大硅-铌氧化分离的程度。
　　(4)含铌铁水底吹氧气脱硅保铌加渣实验中,铌元素开始氧化之前,界面氧含量增加缓慢,且一直低于铁液中氧含量,反应体系一直处于非平衡状态。铌元素开始氧化时,铁液中[Si]含量约为0.081％,界面氧含量约为0.66×10-3％。

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绪论

1文献综述

1.1课题背景

1.2研究主要内容及意义

1.3铌的氧化动力学

1.4铌的还原动力学

1.5渣-金反应动力学模型

2铌氧化物直接合金化渣金反应过程的数值模拟

2.1铌氧化物直接合金化模型的建立

2.2模型的验证

2.3模型的应用

2.4小结

3中频电炉底吹氧气脱硅保铌数值模拟

3.1底吹氧气脱硅保铌实验

3.2底吹氧气脱硅保铌模型概述

3.3传氧模型的建立

3.4不加渣底吹氧气脱硅保铌实验数值模拟

3.5加渣底吹氧气脱硅保铌实验数值模拟

3.6小结

结论

参考文献

在学研究成果

致谢