复合氧化钼压块直接合金化炼钢实验研究

摘要

氧化物矿直接合金化是一种炼钢新技术，它主要特点是将合金元素以氧化物矿的形式添加到钢水中，通过还原剂还原，合金元素进入到钢水中达到炼钢合金化的目的。氧化物矿直接合金化技术与传统炼钢合金化工艺相比，其省去了铁合金冶炼环节，缩短了整个炼钢流程，具有低能耗、低成本、减少污染等优势，有助于实现钢铁行业的绿色化和可持续化发展。
　　本文对由MoO3、还原剂（C和SiC）、CaO制备的复合氧化钼压块代替钼铁直接合金化炼钢进行了实验研究，研究内容主要包括：利用热重分析手段对氧化钼挥发的特性进行了研究，运用XRD检测技术对复合氧化钼压块的自还原产物的物相组成进行了研究。在此基础上，在实验室条件下进行了复合氧化钼压块直接合金化炼钢实验，确定了最优的冶炼工艺参数和最佳的Mo收得率，以期为三氧化钼代替钼铁炼钢的工业化应用奠定基础。
　　（1）根据已知的基础热力学数据推导了C、SiC、Mn、Si、Al、Fe等还原剂还原三氧化钼和钼酸钙的标准吉布斯自由能，绘制了各个还原剂还原氧化钼和钼酸钙的热力学状态图。综合考虑还原能力与成本因素，选择SiC和C分别作为复合氧化钼压块直接合金化的还原剂。
　　（2）由三氧化钼挥发动力学分析表明：三氧化钼的挥发面积越大，挥发速率也就越快。当温度为1600℃时，纯三氧化钼粉几乎挥发殆尽，而相同质量的三氧化钼压块挥发率为76％。因此，将氧化钼粉压制成块可以有效抑制三氧化钼的挥发。
　　（3）通过热重实验，研究了还原剂（C或SiC）、CaO对MoO3挥发的抑制效果，实验结果表明：温度达到1300℃时，纯三氧化钼挥发率达85.68%，而单一添加CaO或还原剂（C或SiC）后，氧化钼挥发率均为20%左右，而混合添加还原剂和CaO的实验组，三氧化钼的挥发率仅有10%左右。
　　（4）在高温箱式炉中进行了复合氧化钼压块的自还原实验，运用XRD检测技术对复合氧化钼压块的自还原产物物相组成进行了分析检测，结果表明：在低温时，产物物相中有MoO2存在，而到高温条件下才发现Mo的存在。这表明还原剂（SiC或C）还原MoO3是一个逐级还原的过程，在低温条件下，还原剂（C或SiC）先将MoO3还原为MoO2，随着反应温度的逐渐升高，再将MoO2还原为金属Mo。同时，随着CaO添加比例的提高，产物中CaMoO4所占比重增大，更有效的抑制了MoO3的挥发。
　　（5）在100kg的中频感应炉内模拟转炉直接合金化工艺，进行了复合氧化钼压块直接合金化炼钢实验。实验中压块迅速熔化，钼元素收得率随合金化时间的延长而提高，最终达到稳定值。由实验结果可知，对于含C的复合氧化钼压块，当合金化时间为8min，压块组分摩尔比为MoO3∶C∶CaO=1∶2.25∶0.5时，钼元素的收得率最高为97.48%；对于含SiC复合氧化钼压块，当合金化时间为8min，压块组分摩尔比为MoO3∶SiC∶CaO=1∶0.75∶0.75时，钼元素的收得率最高为97.94%。

目录

声明

1 文献综述

1.1炼钢合金化的现状

1.2氧化物矿直接合金化的概述

1.3 国内外氧化钼直接合金化的研究现状

1.4 氧化钼直接合金化研究存在的问题

1.5课题研究的背景、意义及主要内容

2 氧化钼直接合金化热力学分析

2.1 氧化钼还原热力学理论

2.2 钼酸钙还原热力学理论

2.3 复合氧化钼压块直接合金化还原剂的选择

2.4 本章小结

3 抑制氧化钼挥发的实验研究

3.1 氧化钼挥发的热力学

3.2 氧化钼挥发的动力学

3.3抑制三氧化钼挥发的研究

3.4 本章小结

4 复合氧化钼压块自还原产物的物相研究

4.1实验原料与设备

4.2 实验方法

4.3实验结果与分析

4.4 本章小结

5 复合氧化钼压块直接合金化炼钢实验

5.1复合氧化钼压块制备

5.2中频感应炉内复合氧化钼压块直接合金化实验

5.3 本章小结

6 结论

致谢

参考文献

附录 硕士研究生学习阶段发表论文