GOR冶炼不锈钢深脱硫工艺

以70 t EAF-GOR-LF-CC工艺生产304不锈钢为背景,分别对GOR冶炼过程初始钢液、终点钢液以及还原渣取样分析,重点考察了还原渣碱度、渣中残余Cr2O3质量分数(w((Cr2O3)))以及钢液初始硫质量分数(w([Ss]))对钢液深脱硫效果的影响规律,得出了以下结论：还原渣碱度对脱硫有较大影响,高炉渣碱度有利于钢液脱硫,但当炉渣碱度达到1.75以上时,炉渣碱度对终点硫质量分数(w([Sf]))的影响逐步变小。还原渣中残余Cr2O3对脱硫有阻碍作用,尽可能降低渣中w((Cr2O3))有利于提高GOR脱硫效果,当w((Cr2O3))降低到0.3%以下时,表观渣-钢间硫分配比(LS°=w((S))/w([S]))明显升高。GOR初始钢液硫质量分数越低,越容易获得最终低硫钢液,当w([Ss])＜0.07%时,钢液中最低w([Sf])更容易降低到0.004%以下。根据GOR工业试验结果得出了冶炼终点时优化的表观渣-钢间硫分配比( LS°)随还原渣碱度、w((Cr2O3))和w([Ss])的变化关系。     

硼硅比对飞灰玻璃化过程Cr固化赋存形态的影响

以垃圾焚烧厂产生的焚烧飞灰、钢渣、铬渣为主要原料,采用熔融玻璃化方法制备出CaO-SiO_2-Fe_2O_3体系低熔点玻璃固化体。采用X射线荧光光谱(XRF)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP-AES)等分析测试手段研究了硼硅比对垃圾焚烧飞灰玻璃化的影响,考察了不同硼硅比时固化过程Cr赋存形态的变化规律以及Cr的固化稳定性。结果表明,硼与飞灰中高钙形成硼酸钙低熔点矿物相可使飞灰的熔化温度从1 300～1 600℃显著降到950℃;增大硼硅比可抑制铬钾矿的形成,最终形成玻璃体包裹负载Cr的尖晶石相;采用HJ/T 299—2007 《固体废物浸出毒性浸出法—硫酸—硝酸法》评价玻璃固化体的固化稳定性,Cr离子的浸出浓度为0.47mg/L,远低于国标限值。采用飞灰熔融法制备的低熔点玻璃固化体可以将重金属元素Cr稳定固化。     

304不锈钢热(冷)轧板表面线缺陷

针对304不锈钢热轧板和冷轧板的表面线缺陷问题,通过对热轧板和冷轧板取样,使用扫描电镜和能谱仪观察了试样线缺陷表面,并进一步对冷轧板线缺陷的纵剖面进行了观察,分析了线缺陷的成因及形成机理。在热轧板线缺陷表面和冷轧板线缺陷纵剖面都发现了许多大尺寸的碳质颗粒,这些碳质颗粒来源于结晶器保护渣的卷入;位于连铸坯表面的碳质颗粒会导致热轧板表面线缺陷,酸洗无法消除这类表面缺陷问题;合格热轧板内的碳质颗粒易导致冷轧板的表面线缺陷。     

电石渣基CaO球团热强度的调控

提出了以电石渣制备成CaO球团,再用于生产电石的"闭路钙循环"技术。研究了不同种类黏结剂对Ca(OH)2基CaO球团热强度的影响,结果表明:含黏结剂B的CaO球团热强度最高,当B加入量为3%时,Ca(OH)2基CaO球团热强度为1.35MPa。根据以上规律研究了黏结剂B对电石渣基CaO球团热强度的影响,在1473K,B加入量为3%时,电石渣基CaO球团的热强度可达7.0MPa,说明黏结剂B对电石渣特殊体系具有良好的适应性。     

颗粒多晶硅气泡强化脱氢机理与方法

针对颗粒硅中氢含量高、难去除、危害大的问题,采用水模型与高温精炼实验,开展了吹气精炼过程气泡强化脱氢机理研究。通过硅熔体高温精炼脱氢实验对硅熔体脱氢动力学进行了分析,发现无吹气脱氢过程符合1.5级动力学模型,证实了脱氢受限于液相中的传质与气液界面处的反应速率,为气泡强化脱氢的提供了理论基础。通过水模型实验开展了气泡行为对强化除气机制的研究,结果表明随着通气量从0.25 L/min上升到1.25 L/min,气泡直径从1.75 cm上升到1.93 cm,容量传质系数从0.135上升到0.337,随着刚玉管通气管孔径从3 mm增加到5 mm,气泡直径从1.92 cm上升到2.21 cm,容量传质系数从0.337下降到0.302,随着刚玉管通气管数量从1根上升到5根,气泡直径从1.46 cm下降到1.23 cm,容量传质系数从0.135增加到0.169,而刚玉管孔距小于气泡直径时,气泡会发生合并,导致容量传质系数下降。基于水模型气泡行为调控方法,开展了硅熔体高温气泡强化脱氢研究,结果表明随着通气量从0.25 L/min上升到1 L/min,除氢率从61.41%上升到71.41%;随着刚玉管孔径从3 mm增加到5 mm,除氢率从71.15%下降到68.97%;随着刚玉管数量从1上升到5,除氢率从71.15%上升到76.35%;当刚玉管孔距大于4 cm时,除氢率保持在76.35%左右,小于4cm时,除氢率保持在72.94%左右,说明气泡强化脱氢方法可以实现颗粒多晶硅中痕量氢的深度去除,从而满足太阳能级多晶硅的要求。     

颗粒增强6061铝合金中碳化硅的超重力分离

将废旧铝合金循环利用制备再生铝对缓解资源压力和节能环保都有重要意义,有力地推动了铝合金制造业的绿色可持续发展。而颗粒增强的铝合金基体中弥散且均匀地分布着大量微米级颗粒(碳化硅、氧化铝等),常规分离手段难以实现其高效富集。超重力分离在金属熔体提纯和非金属夹杂物去除等领域已得到较为广泛的研究,将增强颗粒作为合金中的夹杂物,以碳化硅增强的6061铝合金为实验原料,在G=800、反应温度为750℃条件下,10分钟内实现了增强颗粒与合金基体的高效分离,为其它增强体铝合金的循环再生提供了典型范例。     

高强循环磁场对低浓度铜离子溶液电沉积的强化机制

锂电池正极材料湿法回收过程中,因多金属浸出液的低浓度铜离子污染,造成有价金属回收工艺复杂以及二次废渣污染的共性问题。针对低浓度铜离子电沉积过程反应与传递受限造成的电沉积效率低问题,采用傅里叶显微红外光谱(FT-IR)、拉曼光谱(Raman)和紫外可见光谱(UV-VIS)等微结构检测方法研究了高强循环磁场对低浓度铜离子溶液电沉积的强化机制。结果表明,循环磁场可通过对水团簇与水合粒子结构形态的调控,提高扩散层离子传递速率与电沉积效率;在3h预磁化时间内,电解液磁感应强度由0增加到3T,DDAA(双质子双受体)型氢键结构破坏能力提高,0.01mol/L CuSO_4溶液与水黏度比(η/η0)由1.019 7降低到0.961 4,电沉积效率提升12.9%;在3T高磁感应强度下,预磁化时间由0到24h,0.01mol/L CuSO_4溶液与水黏度比(η/η0)由1.019 7降低到0.948 6,电沉积效率提升17.6%。电解质通过磁场磁化后,溶液中水分子与离子由于产生不同的感生磁场,溶液氢键数量减低,水合团簇减小,水合粒子半径降低,所以强化了扩散层传质过程,提高电沉积效率。     

FeSi中铝对不锈钢连铸和热轧板表面缺陷影响

 针对硅脱氧条件下304不锈钢中出现的Al2O3夹杂物和热轧板表面存在分层缺陷的问题,通过对铸坯的大样电解、热轧板取样、扫描电镜检测分析以及FactSage软件计算等方法,主要研究了FeSi合金中残余铝质量分数对Al2O3夹杂物生成的影响,并分析了Al2O3夹杂物对不锈钢连铸和热轧板表面分层缺陷的影响。研究表明,硅脱氧条件下生产的304不锈钢整个冶炼过程中,产生Al2O3夹杂物的主要环节为GOR还原初期含有较高铝质量分数的FeSi合金的脱氧过程。通过FactSage软件计算得到了避免Al2O3生成时FeSi合金中所允许的最大铝质量分数。根据计算结果和现场试验得出以下结论：FeSi合金中的铝质量分数超过1.8%时,钢液中会产生Al2O3夹杂物,Al2O3进入具有较高碱度的结晶器保护渣熔渣层造成局部保护渣黏度和熔化温度快速增加形成块状的夹杂物,这些夹杂物被卷入钢液内部或者被新生铸坯表面捕捉,从而造成热轧过程中轧板的表面分层缺陷形成。当FeSi合金中的铝质量分数小于1.5%时,钢液中难以产生Al2O3类夹杂物,有效抑制了这类表面缺陷的产生。     

废旧航空铝材涂层的热分解与成分调控再生

废旧航空铝合金混合废料中的无机盐涂层和合金中锌含量高是造成其绿色、高效再生利用难的主要原因,采用热重、焙烧-洗涤等手段研究了含无机盐涂层特征及热分解去除机理,利用计算、真空-电磁耦合强化等方法探究了真空-电磁场下铝合金熔体中锌(Zn)挥发去除规律,提出了焙烧-洗涤与真空-电磁强化回收废旧航空铝材的新方法.涂层特征及分解研究表明,含BaCrO4和SrCrO4等无机盐涂层热分解经历高分子有机物-烧焦物-无机薄膜的过程,无机薄膜与龟裂状铝合金表面紧密附着造成了其难以通过清水洗涤去除,通过15％稀硝酸对龟裂状表面破坏以及对无机盐的侵蚀,实现了无机盐涂层的深度去除,铝合金表面Cr、Ba和Sr等无机组分平均含量降低到0.1％以下.真空-电磁除Zn研究表明,在除Zn过程会同时去除有益元素镁(Mg),升高温度(750～900℃范围内)会强化Zn和Mg去除,Zn相对Mg更易去除,900℃下保温60 min时二者质量分数分别降低至0.03％和0.05％左右.进一步对比研究了50 Hz和200 Hz两种频率,发现200 Hz高频与高功率(10 kW)更有利于Zn的快速深度去除,Zn的去除速率在10 min内分别增加至0.28％/min(50 Hz时为0.28％/min).以2024和7075废旧航空铝材质量比为1:1的混合废料为对象,采用焙烧-洗涤与真空-电磁强化回收废旧航空铝材的新方法,制备出满足2024铝合金成分要求的铝合金.     

切割废硅粉球磨制备锂离子电池负极材料

硅碳复合材料被认为是最具潜力的下一代高能量密度锂离子电池负极材料。然而,当前锂离子电池负极用高品质硅碳材料的制备过程复杂、硅源成本高造成其价格高昂,严重阻碍了硅碳复合材料在锂离子电池领域的规模化应用。采用低成本的切割废硅粉为硅源、人造石墨为碳源,采用简单的高能球磨法一步制备废硅粉-石墨复合材料（WSi-G）。系统研究了废硅粉的属性特征和硅碳复合材料的微观结构,所制备硅碳复合微粉的电化学性能。结果表明,微米尺寸的废硅粉直接用于锂离子电池时的负极循环性能快速衰减,采用球磨法制备的硅碳复合材料用于锂离子电池负极时展现出优异的循环稳定性,在0.5 A g-1电流密度下循环160圈后其可逆比容量仍然可以稳定在428 mA·h/g以上。