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[硕士论文] 李宝华
冶金工程 重庆大学 2017(学位年度)
摘要:我国攀西地区拥有近百亿吨的钒钛磁铁矿资源,虽然高炉法冶炼普通钒钛磁铁矿已经形成了较为成熟的工艺流程,但是攀西地区钒钛磁铁矿储量最为丰富的红格矿区所产“红格矿”,因其Cr2O3含量较高(0.49%~0.82%),其在高炉流程中的冶炼行为与普通钒钛矿有差异,目前尚未形成成熟的冶炼工艺流程。因此开展对于Cr2O3在含钛高炉渣中的溶解及还原行为研究,不仅能为将来开发利用高铬型钒钛磁铁矿提供理论依据,缓解我国铁矿石依赖进口的局面,而且还能够为后续的钒铬分离方法提供参考,具有重要学术及应用价值。本文通过理论计算与实验研究相结合对Cr2O3在含钛高炉渣中的溶解及还原行为进行了系统研究,得出以下主要结论:
  ① Cr2O3在含钛高炉渣中的溶解行为研究
  理论计算表明:温度能够增加Cr2O3在该炉渣中的溶解度;碱度能够降低Cr2O3在该炉渣中的溶解度;TiO2能够降低 Cr2O3在该炉渣中的溶解度,但影响较小;Al2O3能够降低Cr2O3在该炉渣中的溶解度;MgO能够降低Cr2O3在该炉渣中的溶解度;FeO能够降低Cr2O3在该炉渣中的溶解度。
  ② Cr2O3在含钛高炉渣中的还原行为研究
  1)理论计算表明:以CO为还原剂,T<1520 K为Cr2O3的稳定存在区,T>1520 K为 Cr的稳定存在区;在铁水成分不变的情况下,温度的升高会增加铬的活度。用C作还原剂还原Cr2O3随着温度升高的产物生成次序是Cr3C2→Cr7C3→Cr23C6→Cr。含碳铁水还原 CaO-SiO2-Al2O3(14%)-MgO(8%)-TiO2-Cr2O3(1%)渣系,当温度从900℃增加到1600℃,碱度为1.1,TiO2%=20%时,被还原进入到铁水中Cr的百分含量先增加后趋于平稳;当碱度从0.9增加到1.3,温度为1450℃, TiO2%=20%时,碱度的变化对炉渣中Cr2O3的还原影响较小;当TiO2%从0%增加到25%,碱度为1.1,温度为1450℃时,TiO2%的变化对炉渣中Cr2O3的还原影响较小。
  2)在1450℃下进行的熔融还原实验:随着反应时间的增加,被还原进入到铁水中Cr和Ti的质量百分含量增加;随着TiO2含量的增加,还原反应平衡时被还原进入铁水中Cr的含量降低;TiO2含量从0%增加到5%时,反应初始阶段的还原速率增加,而当TiO2含量从5%增加到20%时,反应初始阶段的还原速率降低;理论计算结果与实际实验结果相吻合,且误差较小。
  3)运用多组分耦合反应动力学模型的方法,建立了Cr2O3在15%TiO2含量高炉渣中还原的耦合动力学模型,并得出:根据实验检测数据计算,15%TiO2渣系的熔融还原反应,铁液中Cr和Ti的传质系数为3.1×10-4 m/s,渣中氧化物的传质系数为1.55×10-5 m/s时,该耦合反应动力学模型对于Cr2O3在此高炉渣中还原过程的吻合程度较高,从而可以较好的预测不同还原时间下Cr2O3被还原进入铁水中的含量。
摘要:本文采用旋转粘度法测量了CaO-SiO2-Al2O3-9mass%MgO-TiO2五元渣系在不同Al2O3含量和不同Al2O3/SiO2时TiO2含量从1mass%增加5mass%对炉渣粘度和流动性温度的变化,并计算了实验炉渣的粘滞活化能。研究结果表明:TiO2作为碱性氧化物,提高TiO2含量至5mass%有利于降低炉渣粘度,在高Al2O3含量的炉渣中,增加适当的TiO2能有效的降低炉渣的粘滞活化能和流化性温度。
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