LF精炼过程多元渣系的热力学成分优化研究

摘要

根据某钢厂的调研,为了更增进精炼过程中脱氧脱硫效果、缩短精炼周期、控制钢液中硬质脆性大颗粒夹杂物,以减小精炼能耗及成本,以42CrMoA钢为例,研究多元渣系在精炼过程中的脱硫,选择合理的渣系、确定渣成分、配比和渣量极为重要。
　　本课题针对 CaO-Al2O3-SiO2-MgO、 CaO-Al2O3-SiO2-MgO-FeO、CaO-Al2O3-SiO2-MgO-MnO、CaO-Al2O3-SiO2-MgO-MnO-FeO四种精炼渣分别在冶炼42CrMoA钢精炼过程的脱硫进行了热力学研究,采用KTH模型建立硫容量模型、借助Factsage6.3.1热力学软件及Origin8.5绘图软件建立硫平衡分配比模型及活度模型,结合建立的模型,并分析影响脱硫的因素,最后优化出硫容量与硫平衡分配比最大,适合生成低熔点复合夹杂的最佳的脱硫渣成分。
　　对于CaO-Al2O3-SiO2-MgO渣系,硫容量随碱度和温度的增加而增大,随MgO和Al2O3含量的增多而降低;CaO/SiO2在4-6时,硫容量最大脱硫能力相对最好, CaO/Al2O3对硫容量的影响不大,在1-2可得到较大的硫容量。当硫平衡分配比较大时相应的最佳成分为CaO=50-55％,SiO2=4-6%,Al2O3=40-43%,MgO=4-8%。当MgO的含量增多时CaO的液相区域减小,Al2O3的活度随着CaO含量的增加而增大,随着Al2O3含量的增大而减小;当w(MgO)=4%、8%、12%、15%时,SiO2分别在20-30%、25-45%、27-40%及40%左右时,CaO和Al2O3对Al2O3活度的影响出现拐点;随着 CaO含量的增加,CaO活度增加,而 SiO2含量增加导致 CaO活度降低;适合生成低熔点复合钙铝酸盐夹杂物的目标精炼渣成分为CaO=45-55%、SiO2=0-8%、Al2O3=30-45%、MgO=4-8%。
　　对CaO-SiO2-Al2O3-MgO-FeO渣系,先采用正交设计方法得到Al2O3对渣系的硫容量影响最大,KTH模型的分析是 FeO增多硫容量变化不大,碱度≥4.7、
　　CaO/Al2O3为0.7-1.25时,渣系可获得较低的熔点。LS随FeO含量的增多而降低,当 LS达到最大时,相应成分范围是 w(CaO)=54-57%、w(SiO2)=7-10%、w(Al2O3)=28-35%、 w(MgO)=6%; w(CaO)=51-58%、 w(SiO2)=3-10%、w(Al2O3)=30-38%、w(MgO)=8%。适合生产低熔点复合钙铝酸盐的精炼渣成分范围为:CaO48-60%、SiO2≤10.28%、Al2O329-40%、MgO6%、FeO0.5%。
　　在CaO-SiO2-Al2O3-MgO-MnO渣系中MnO变化对硫容量影响不大,当碱度较高时MnO的增多使硫容量稍稍减小;碱度≥4.7、CaO/Al2O3为0.7-1.22,渣的熔点较低。LS最大时对应的精炼渣成分分别为:CaO53-58%、SiO28-11%、Al2O335-40%、MgO6%、MnO0.5%;CaO51-55%、SiO25-10%、Al2O334-38%、MgO10%、MnO0.5%。适合生产低熔点复合钙铝酸盐的精炼渣成分范围为:CaO46-57%、SiO2≤9.91%、Al2O326-42%、MgO6%、MnO0.5%。五元MnO系与FeO系的脱硫对比发现,相同含量下的MnO渣系脱硫能力稍差于FeO渣系。
　　在CaO-SiO2-Al2O3-MgO-MnO-FeO中MnO和FeO含量对硫容量的影响不大,碱度≥4.5、CaO/Al2O3为0.67-1.25时,渣系处在低熔点的范围。LS达到最大时,对应的CaO-SiO2-Al2O3-MgO-MnO-FeO渣系的成分范围分别是CaO52-58%、SiO29-13%、Al2O330-40%、MgO6%、MnO0.5%、FeO0.5%;CaO50-56%、SiO25-10%、Al2O332-38%、MgO8%、MnO0.5%、FeO0.5%;CaO50-55%、SiO25-8%、Al2O335-40%、MgO10%、M nO0.5%、FeO0.5%。适合生产复合低熔点钙铝酸盐的精炼渣成分:CaO52-55%、SiO2≤10.7%、Al2O337-40%、MgO6-8%、FeO0.5%、MnO0.5%。

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1绪 论

1.1 42CrMoA钢及其生产工艺

1. 2硫化物对钢的影响

1. 3精炼渣脱硫及吸收夹杂的理论研究

1. 4脱硫模型的现状研究

1. 5课题背景

2精炼渣脱硫的热力学理论基础

2. 1脱硫的理论

2.2 KTH模型的硫容量

2. 3硫分配比的计算

3 CaO-SiO2-Al2O3-MgO的热力学模型

3. 1 脱硫模型的建立

3. 2 硫平衡分配比的模型建立及分析

3. 3活度模型

3. 4本章小结

4 CaO-SiO2-Al2O3-MgO-FeO的热力学模型

4. 1 脱硫模型计算及分析

4. 2 硫分配比的计算与分析

4. 3 活度模型的计算与分析

4. 4本章小结

5 CaO-SiO2-Al2O3-MgO-MnO的热力学模型

5. 1 脱硫模型计算及分析

5. 2 硫分配比的计算与分析

5. 3活度模型

5.4 CaO-SiO2-Al2O3-MgO-MnO与CaO-SiO2-Al2O3-MgO-FeO脱硫对比

5. 5 本章小结

6 CaO-SiO2-Al2O3-MgO-MnO-FeO的热力学模型

6. 1 脱硫模型计算及分析

6. 2硫分配比计算及分析

6. 3 活度优化及分析

6. 4本章小结

7 结 论

参考文献

致谢

研究生期间发表论文