CaO-SiO_2-FeO-Cr_2O_3-MgO-MnO渣系物相组成的热力学计算

在含铬铁水转炉冶炼过程中,Cr很容易被氧化成Cr_2O_3进入渣中,并与渣中其他成分反应生成高熔点含铬尖晶石。采用FactSage热力学软件计算了CaO-SiO_2-FeO-Cr_2O_3-MgO-MnO转炉渣系在冶炼温度1 300～1 700℃下的物相组成,研究了Cr_2O_3、FeO和碱度对炉渣中尖晶石相含量的影响规律。研究结果表明,温度和渣系成分都会影响炉渣的物相组成。渣系中含有Cr_2O_3时,物相中均含有MgCr_2O_4、FeCr_2O_4和MgFe_2O_4尖晶石相,尖晶石相的总含量随着Cr_2O_3和碱度的增加而增加,随着炉温的升高而减少。温度为1 300～1 500℃时,炉渣中尖晶石含量随着FeO的增加而增加;温度为1 500～1 700℃时,尖晶石含量随着FeO的增加而略有减少。在温度小于1 500℃的转炉冶炼前中期,炉渣物相组成中尖晶石相所占比例较大,易造成化渣不良或者炉渣粘稠,影响转炉冶炼工艺的顺行。     

CaO-SiO2-Al2O3-MgO-FeO渣系FeO活度的计算模型

利用熔渣结构共存理论建立了CaO-SiO2-Al2O3-MgO-FeO渣系FeO活度的计算模型,并分析了1400℃时炉渣碱度、MgO和FeO含量对该渣系FeO活度的影响规律。结果表明：当CaO-SiO2-Al2O3-MgO-FeO渣系三元碱度为1.3,Al2O3含量为12wt%,FeO含量为2wt%条件下,随MgO含量的增加,炉渣FeO活度增大;当二元碱度为1.1,Al2O3含量为12wt%,MgO含量为10wt%时,FeO活度随随渣中FeO含量的增加呈线性增加;当渣中Al2O3、MgO和FeO含量分别为12wt%、10wt%和2wt%固定不变时,随着二元碱度的提高,炉渣FeO活度迅速增加。计算得到的上述规律和实测规律一致,说明了本模型用于分析FeO活度的正确性。     

含Cr2O3转炉渣熔化温度的实验研究

利用变形法测定了含Cr2O3转炉初期渣的熔化温度,研究了含Cr2O3转炉初期渣熔化温度的影响因素。结果表明,随着Cr2O3含量的增加,初期渣熔化温度也随之显著增加,为了保证转炉吹炼顺利进行应尽量将Cr2O3含量控制在5%以下;当转炉渣中Cr2O3含量高于5%时,为降低转炉渣熔化温度,渣中MnO含量应控制在6%~9%范围内,MgO含量控制在7%~9%,Al2O3含量控制在2%左右,FeO含量控制在20%~30%;当转炉渣Cr2O3含量较高时(5%≤ω(Cr2O3)≤9%),向渣中添加一定量的白云石和铁矾土能促进转炉渣中高熔点相向低熔点相转变,有效降低转炉初期渣的熔化温度并促进了石灰的熔解。     

转炉吹炼不同阶段炉渣黏流特性变化

为明确转炉吹炼不同阶段炉渣黏流特性变化机理，结合不同时期典型的转炉炉渣成分，利用FactSage热力学模拟软件研究了碱度、FeO、MgO、MnO和Al₂O₃的变化对CaO-SiO₂-FeO-MgO-MnO-Al₂O₃系转炉渣黏度的影响，并结合生产实际给出了转炉冶炼不同阶段适宜的炉渣碱度、炉渣中合理的FeO、MgO、MnO及Al₂O₃含量。研究结果表明，不同碱度条件下转炉渣黏度随温度升高而逐渐减小，不同温度条件下转炉渣黏度随碱度增大呈现先增大后减小的趋势。炉渣黏度受FeO、MgO和Al₂O₃含量变化影响较大，受MnO含量变化影响相对较小。炉渣流动性主要与炉渣结构的聚合度和渣中固相质量分数有关，FeO、MgO和Al₂O₃含量增加可以破坏渣中硅酸盐聚合体的网络结构，多余MgO易导致渣中高熔点固相析出；Al₂O₃...     

w(SiO2)/w(V2O3)对含钒炉渣熔化温度及黏度的影响

摘要：为了对转炉提钒冶炼过程含钒炉渣熔化和流动性进行合理的控制，采用半球点法和内旋转黏度法分别测试了含钒炉渣熔化温度和黏度，采用XRD测试了含钒炉渣的物相，并采用综合碱度（BI′）反映渣中酸碱氧化物平衡关系。结果表明，在FeO质量分数一定的条件下，随着w（SiO2）/w（V2O3）增大，综合碱度由BI′>1单调下降至BI′<1，含钒炉渣熔化温度先降低后升高；随着FeO质量分数的增加，熔化温度最低点对应的w（SiO2）/w（V2O3）增大。随着w（SiO2）/w（V2O3）增大，黏度随温度变化的趋势变缓，高温熔融态含钒炉渣黏度增大，低温阶段黏度减小。综合考虑黏度对钢渣界面反应和钒渣流失的影响，FeO质量分数为44%时含钒炉渣w（SiO2）/w（V2O3）应控制为0.7。     

高镁铝高炉渣的冶金性能

在实验室条件下,研究高炉渣中MgO及Al2O3质量分数对高炉渣冶金性能的影响规律。试验结果表明,当高炉渣碱度为1.1、MgO质量分数为12%不变时,随着Al2O3质量分数的增加,高炉渣熔化性温度逐渐增加,且当Al2O3质量分数超过17.5%时,高炉渣初晶相由黄长石区域转变成尖晶石区域,而且在1500℃时,高炉渣黏度逐渐增加而渣铁硫分配比降低;当高炉渣碱度为1.1、Al2O3质量分数为20%不变时,随着MgO质量分数的增加,熔化性温度先降低后增加,当MgO质量分数超过11.8%时,高炉渣初晶相由黄长石区域转变成尖晶石区域,而且在1500℃时,高炉渣黏度逐渐降低而渣铁硫分配比增加。     

CaO-SiO2-MgO-Al2O3-Cr2O3渣系黏度结构分析及Iida模型应用

 为了实现冶炼铬铁合金过程中含铬渣系黏度的精准控制，从微观结构方面研究了碱度及Cr2O3质量分数变化对铬铁冶炼渣系黏度的影响并优化了Iida黏度预测模型。通过转筒法测量CaO-SiO2-MgO-Al2O3-Cr2O3渣系黏度，结合拉曼光谱从熔渣微观结构方面阐述了Cr2O3质量分数及碱度变化对CaO-SiO2-MgO-Al2O3-Cr2O3渣系黏度的影响。结果表明，熔渣黏度与其表征聚合度的BO参数值均随Cr2O3质量分数的增加而升高，随二元碱度值的增大而降低，熔渣黏度与渣系聚合度变化趋势相一致。根据测量得到的含Cr2O3熔渣黏度数据，进一步优化了Iida黏度预测模型。经过优化后的模型计算黏度值与实际测值吻合较好，利用Iida黏度模型可在较大的温度与成分范围内进行含铬渣黏度的预测。     

含铬转炉渣黏度和表面张力的计算模型

为预测含铬转炉渣的黏度和表面张力,基于炉渣离子与分子共存理论,并结合前人实测的系列含铬转炉渣黏度和表面张力数据,建立含铬转炉渣黏度和表面张力关于温度和结构单元之间的计算模型。模型的计算值与文献的实测值吻合较好,通过模型,有助于预测含铬转炉渣的黏度和表面张力。结果表明,随着Cr₂O₃含量的增加,炉渣黏度升高,表面张力增大,Cr₂O₃对表面张力的影响最大;随着FeO含量的增加,炉渣黏度降低,表面张力减小;随着碱度的增加,炉渣黏度升高,碱度对黏度的影响最大,而对表面张力的影响是先增加后减小,在碱度为1.8时存在极大值。     

冶炼前期转炉渣熔体结构的转变行为

 为了更好地理解熔渣结构对转炉渣设计及物理性质控制的重要性，模拟了转炉冶炼前期熔渣的化学成分，采用Raman光谱测定了CaO SiO2 FexO系试验渣的熔体结构，解析了熔渣中结构单元的存在形式及其演变行为。结果表明，转炉冶炼前期，随着冶炼的进行，熔渣碱度逐渐升高，渣中增加的自由O2-破坏了复杂的硅酸盐结构，发生由Q3→Q2→Q1→Q0的解聚过程，导致熔渣聚合度随冶炼时间的延长呈下降的趋势；同时随着冶炼的进行，渣中Fe3+/∑Fe减小，使得［FeO4］5-四面体相对面积分数逐渐增加，［FeO6］9-八面体相对面积分数逐渐减少。     

化学成分对中钛高炉渣矿物组成影响的热力学分析

采用FACTSage 7.0热力学软件计算了中钛高炉渣结晶过程的平衡物相组成,分析了不同化学成分对中钛渣矿物析出过程和矿物组成的影响规律。结果表明,中钛高炉渣冷却过程中析出的物相主要有黄长石、钙钛矿、尖晶石与透辉石。当碱度较低时(R0.93),渣中不存在单独的钙钛矿相。当碱度超过1.03继续增加时,黄长石含量增加,尖晶石含量降低。碱度越高越有利于钙钛矿的形成。随着TiO_2含量的增加,中钛渣中黄长石含量减少而钙钛矿含量增加;并且随着温度的降低,钛元素逐渐富集,最终转移到钙钛矿中。渣中MgO含量或Al_2O_3含量的增加,使得中钛渣矿物析出过程的变得复杂,且影响了钛元素的析出过程。     

电渣重熔六元渣系FeO活度的研究

利用熔渣分子—离子共存理论,研究了电渣重熔20%CaO-20%Al_2O_3-60%CaF_2渣系在冶炼过程中,由于吸收MgO、FeO、SiO_2等夹杂物后,在渣中形成了一定浓度的FeO,而使渣系具有向钢液传递[O]的能力,考察了1 550℃下FeO、MgO质量分数以及二元碱度w(CaO)/w(SiO_2)对FeO活度的影响;分析了该渣系在1 550、1 600、1 650、1 700、1 750和1 800℃下FeO活度随温度的变化情况,构建了20%CaO-20%Al_2O_3-60%CaF_2为基础渣系的六元渣系的FeO活度的模型.研究表明:FeO活度随二元碱度w(CaO)/w(SiO_2)的增加而先增大至趋于平缓后略微减小,在碱度为3.8达到最大;FeO活度随FeO质量分数增加而线性增加,高碱度时,随FeO质量分数增加FeO活度相近;碱度为1时,FeO的活度随MgO的质量分数增加而增大,随温度升高而增加,且MgO含量越高,FeO活度越大;当碱度增加到4、7、10时,FeO的活度随MgO的质量分数增加而减小,相同质量分数的MgO时,碱度越大,FeO活度值越小;碱度为4,MgO的质量分数为1%时,FeO活度达到最大值,高碱度时,温度升高,FeO活度基本保持不变,且同一温度下,碱度越大,FeO活度反而降低.工业试验表明,该模型可以直接利用渣系对金属熔体中氧含量变化进行预测,并对减小钢液中氧含量具有指导意义.     

铬矿熔融还原不锈钢直接合金化的热力学分析

 针对铬矿熔融还原法不锈钢直接合金化工艺中的热力学问题，利用热力学参数状态图、化学反应等温方程式等进行了理论分析和计算，为在转炉中用铬矿实现钢的直接合金化的热力学可行性提供了理论依据。结果表明：转炉内用铬矿熔融还原直接合金化是可行的，且必须外加还原剂；增加渣中(Cr2O3)含量，适当提高碱度，可以降低(Cr2O3)开始还原温度；渣中铬氧化物以(CrO)形态存在时，开始还原温度较低；(FeO)含量越低，(Cr2O3)开始还原温度越低。     

磷在多相脱磷转炉渣中的分布

 为了研究碱度、TFe含量对炉渣物相以及磷在不同物相中分布的影响,对3种不同成分脱磷转炉渣的微观结构进行形貌和成分分析对比。当炉渣中FeO含量较高、碱度中等时,炉渣在冶炼过程高温状态下处于液态,在取样空冷条件下析出FeO含量高的枝状晶体结构和CaO-SiO₂-(FeO)基体相,基体相中P₂O₅质量分数约为6.5%。当炉渣中FeO含量较低、碱度较低时,炉渣在冶炼过程高温状态下处于液态,在取样空冷条件下析出相和炉渣总成分相差不大。当炉渣的碱度中等、TFe含量控制合适的情况下,炉渣在冶炼过程高温状态下处于固液共存区域,形成液相和2CaO·SiO₂-3CaO·P₂O₅固溶体,固溶体中P₂O₅质量分数为30%～40%。当炉渣处于C₂S和液相渣的共存区域时,2CaO·SiO₂-3CaO·P₂O₅固溶体的析出使得炉渣液相中P₂O₅活度降低,使得铁水中磷向液相渣中传递,脱磷反应程度更高,脱磷效果较好。     

减轻低碳低磷钢冶炼炉衬侵蚀及炉渣成分优化

通过实验室管式高温炉蘸渣试验和理论计算,研究了转炉冶炼低碳低磷钢的终渣(FeO)含量、(MgO)含量和碱度对炉渣物化性能和溅渣护炉炉衬保护的影响。试验优化前,终炉渣(FeO)质量分数为31.5%,(MgO)质量分数为8%,通过调整炉渣碱度,炉渣的固相率依然接近0%,炉渣溅渣后难以残留在炉壁上,不能对炉衬起到保护的效果。通过试验及理论计算,在1 600 ℃条件下,炉渣固相率随着渣中(FeO)含量的增加而降低,随着炉渣碱度和(MgO)含量的增加而增加。降低(FeO)含量和提高(MgO)含量可以明显提高固相率。因此,将(FeO)质量分数控制为22.5%~27.0%,(MgO)质量分数控制为8%~12%,碱度控制为3.6左右时,终渣溅渣效果明显提升。     

转炉熔渣低温气化脱磷行为

 在低温下脱磷转炉熔渣中的磷质量分数过高往往是限制转炉渣循环利用的重要因素,因此如何有效降低转炉熔渣中磷质量分数成为众多钢铁企业迫切需要解决的重点问题之一。基于此,从理论分析和工业试验角度,并结合XRD、SEM-EDS和拉曼光谱等试验手段进一步分析研究了理论热力学条件、转炉渣熔点、矿相结构和炉渣结构对低温气化脱磷的影响。通过理论分析表明,较高温度、较低的FeO含量和碱度有利于低温气化脱磷反应。工业试验结果表明,当终点温度为1 350～1 360 ℃、转炉渣FeO质量分数为25%～35%、碱度控制为1.2～2.5时,气化脱磷率可以达到30%以上。当炉渣碱度小于1.25、FeO质量分数小于35%时,适当地提高炉渣碱度和FeO含量能促进炉渣熔点降低,进而有利于低温气化脱磷反应的发生。XRD和SEM-EDS分析结果表明,转炉渣主要由富磷相、基体相和RO相组成,其中Si、P、Ca质量分数高的Ca₂SiO₄-Ca₃(PO₄)₂富磷相的存在不利于低温气化脱磷反应发生,Fe、Mn等金属氧化物质量分数高的RO相和基体相的存在有利于低温气化脱磷。通过转炉渣拉曼光谱分析表明,当转炉渣硅氧四面体结构Qn(n=1,2,3)相对含量较低时,渣中聚合度降低,且Ca₃Si₂O₇相含量较少,炉渣流动性较好,此种渣结构有利于低温气化脱磷。通过本研究可以为钢铁企业实现脱磷转炉渣的二次利用提供借鉴。     

改质转炉渣中MgFe2O4的形成与磁选提铁

 转炉渣中铁氧化物的回收一直是冶金领域的一个难题。通过对转炉渣进行适当地改质,将铁氧化物转变成强磁性矿物MgFe2O4再进行磁选,从而达到回收转炉渣中铁氧化物的目的。首先研究了碱度和煅烧温度对转炉合成渣中MgFe2O4形成的影响,然后对工业转炉渣进行了改质。试验方法包括XRD、SEM-EDS、Factsage热力学模拟以及化学元素分析。结果表明,试验中理想的碱度为2,理想的煅烧温度为1 250和1 300 ℃。通过向工业转炉渣加入6%的SiO2,并从1 400 ℃以1 ℃/min的速度缓慢冷却到1 270 ℃,可使改质渣中形成MgFe2O4。磁选后磁性渣中的全铁质量分数为37.00%,比工业转炉渣中的全铁质量分数提高了15.80%,同时也比未经改质直接磁选的效果要好。     

不锈钢渣六元渣系模型研究

建立了不锈钢渣的CaO-MgO-FeO-SiO2-Al2O3-Cr2O3六元渣系活度模型.基于共存理论的活度模型得出了渣系中主要组分及复合氧化物在不同条件下的活度.结果表明,原渣系中的Cr2O3主要形成了不稳定的CaCr2O4,在自然环境中可以被氧化为酸溶性的CaCrO4,从而释放出强毒性的Cr6+,因此不锈钢渣具有潜在毒性.温度、碱度以及渣中MgO、FeO都对Cr2O3进入尖晶石相中从而实现稳定解毒有影响.通过调节渣系成分和处理条件能够基本实现含铬废渣的无公害化.