CaO-MgO-FeO-Al_2O_3-SiO_2-P_2O_5渣系与碳饱和铁液间硫分配比的热力学模型

在富氧顶吹熔融还原冶炼高磷铁矿的工艺研究中,以共存理论为基础,结合全选主元松弛迭代法,利用VB 6.0计算了CaO-MgO-FeO-Al2O3-SiO2-P2O5渣系中结构单元或离子对的质量作用浓度,并建立了该渣系与碳饱和铁液间硫分配比的热力学模型,由该模型计算的硫分配比与工艺中实测的硫分配比吻合程度较好,说明利用共存理论所建立的脱硫模型能适用在熔融还原高效脱磷熔渣。     

不同矿种H2-C熔融还原过程中CaO-SiO2-Al2O3-MgO系熔渣的起泡行为

 在1400℃下,通过300kg级氢碳熔融还原热模拟试验,用渣线测定装置研究了不同矿种在氢碳熔融还原过程中CaO-SiO2-Al2O3-MgO系熔渣的起泡行为,测定了熔渣的起泡高度、泡沫渣厚度、熔渣起泡率等参数。通过计算得到了气泡大小和熔渣的物理化学性质。结果表明,泡沫渣厚度随表观气体流速(反应速率)的增加而增加,表观气体流速相近时又随熔渣的黏度增大而增加。熔渣起泡率最高的矿种为生矿,为3.4。通过对泡沫渣厚度的因次分析,得到了泡沫渣厚度与熔渣黏度、密度、表面张力、气体表观流速、气泡大小及重力加速度的关系。     

利用熔渣规则溶液模型计算渣铁间S、P分配比

利用Lumsden熔渣规则溶液模型能够计算渣中各组份的活度系数，从而能够用于计算渣铁间S、P分配比。     

CaO-SiO_2-Al_2O_3-Na_2O-TiO_2-(MgO)渣系与碳饱和铁液间硫分配比的热力学模型

炉渣离子与分子共存理论(IMCT)认为,渣中结构单元或离子对的作用浓度能像传统意义上的熔渣活度一样表征化学反应能力。通过建立CaO-SiO_2-Al2O3-Na_2O-TiO_2-(MgO)渣系结构单元或离子对的作用浓度控制方程,并运用Matlab求解作用浓度,从而建立1 450℃下该渣系与碳饱和铁液间硫分配比的热力学模型。模型计算的硫分配比与文献实测的硫分配比吻合较好,有助于预测熔渣与碳饱和铁液间的硫分配比。通过模型能计算出渣中CaO、Na_2O和MgO各自的硫分配比及总的硫分配比,分析总的硫分配比受其他因素影响的变化趋势;计算出渣中CaO和Na_2O各自对总硫分配比的贡献率,描述CaO和Na_2O各自硫分配比贡献率受其他因素影响的变化趋势。     

转炉生产低磷钢的脱磷反应热力学

 为实现磷质量分数小于0.010%的低磷钢批量生产,系统研究了转炉脱磷反应热力学。分析了影响转炉渣-金间磷分配比LP的主要因素,研究了P2O5活度系数和脱磷反应氧分压的定量确定方式,以及碳、磷选择性氧化问题。研究结果表明：LP主要受氧分压、P2O5活度系数和温度的影响;P2O5活度系数采用修正的柯热乌罗夫规则离子溶液模型计算较为准确;脱磷反应氧分压受炉渣氧分压控制,炉渣氧分压主要取决于钢中碳含量、炉渣碱度和温度。对传统复吹转炉生产磷质量分数小于0.010%低磷钢的工艺条件是：终渣碱度w(CaO)/w(SiO2)≥3.0,终渣w(MgO)≤9.0%,终点碳w(［C］)≤0.065%,终点温度控制在1873～1923K范围。     

熔融还原过程中磷的行为

在熔融还原条件下进行了固体碳及碳饱和铁水还原熔渣及熔融预还原矿中P_2O_5的实验,结果表明,渣中仍有相当含量的残余P_2O_5未被还原,还原产物元素P部分逸出熔池,部分被熔铁吸收。与高炉炼铁相比,熔融还原有利于获得较低磷含量的生铁。     

GA-BP渣系活度预测模型及不锈钢脱氧机理

采用GA-BP神经网络模型对熔渣组元活度进行预测,通过对不同温度条件下不同组元渣系活度值的验证,证明了GA-BP渣系活度预测模型有较好的预测精度。在此基础上建立了奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢冶炼过程中钢液脱氧热力学模型。热力学模型表明,钢液中铬质量分数越高,脱氧越困难;奥氏体不锈钢铝脱氧条件下,镍质量分数越高,脱氧能力越差;任何情况下降低熔渣中脱氧产物的活度都有利于降低平衡条件下钢液中溶解氧质量分数。     

钛微合金钢炉外精炼相平衡研究与热力学分析

为了解钛微合金钢炉外精炼过程中Ti元素在渣-钢间的平衡分配行为及走向,应用分子相互作用体积模型(MIVM),通过规范子二元系活度标准态和优化模型参数,建立了CaO-Al_2O_3-FeO-TiO_2熔渣活度计算模型,并预测渣中各组元活度;在含钛钢炉外精炼条件下,应用MIVM和Wagner公式研究了Ti在精炼渣CaO-Al_2O_3-FeO-TiO_2与含钛钢液Fe-Al-Ti-O间的平衡分配及影响因素。研究结果显示:渣中FeO的活度预测值与实验值符合较好,平均相对误差为9%;Ti在渣-钢两相间平衡分配比的计算值与工业数据符合较好;分配比随钢液中Al含量的降低、温度的升高和渣中CaO与Al_2O_3质量比的增加而增大,该规律与实际生产相一致。因此MIVM对多元含钛熔渣体系组元活度具有较好的预测效果,所设计的相平衡研究方法合理可行。本研究可为含钛合金钢化学冶金的基础理论研究提供一定的参考。     

CaO-SiO2-Al2O3-V2O3四元系活度模型及其应用

根据熔渣结构的分子离子共存理论建立了CaO-SiO2-Al2O3-V2O3四元系活度模型,应用该模型计算出的活度数据,对用钒氧化物矿代替钒铁直接合金化冶炼高速钢的工艺过程进行了热力学计算和分析.用此活度数据计算了Al作还原剂时渣的平衡成分,计算结果表明渣中V2O3的含量极低,直接合金化的热力学条件好,钒理论最大还原率高.通过该活度数据计算钢中或渣中的各种还原剂还原渣中V2O3的△G和Lv,计算结果表明Al是所有还原剂中还原能力最强的.     

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。     

环保型高磷铁水预脱磷渣的脱磷性能研究

实验室条件下采用间接测量法,测定了CaF2系和B2O3系脱磷渣的磷分配.即首先测量磷在液态渣和固态铁间的分配比,再通过计算得到磷在液态渣和铁水之间分配比,同时根据渣系成分和光学碱度计算了磷容量.同时采用了扫描电镜、能谱分析与X射线衍射分析技术对脱磷渣进行了研究.实验结果表明,B2O3系预脱磷渣的磷容量远大于CaF2系预脱磷渣的磷容量,因此可以用B2O3全部替代CaF2作为助熔剂进行高磷铁水的预脱磷处理,2种渣系的磷分配均随渣中有效CaO含量的升高而升高.用B2O3作为助熔剂时,B2O3能与渣中高熔点物质2CaO·SiO2和3CaO·P2O5反应生成低熔点物质,从而起到助熔的作用.且w(B2O3)/w(CaO)比值为0.16时,磷分配比为最高值,即该渣脱磷能力最强.     

铁水炉外脱磷效率的影响因素分析

高磷铁水中的磷含量过高,难以满足纯净钢、低磷钢和超低磷钢的冶炼要求。为了提高铁水炉外预处理的脱磷效率,本文从脱磷反应出发,分析了铁水脱磷工艺的热力学和动力学条件,认为增强渣的氧化性和碱度、较大的底吹强度以及保持适当的低温是提高脱磷效率的关键。     

复吹转炉双渣吹炼脱磷试验

 通过现场试验,研究了在同一转炉内进行前期脱磷倒渣后,中后期少渣脱碳以冶炼超低磷钢的工艺,即复吹转炉双渣吹炼脱磷工艺。结果表明：在铁水磷质量分数为0.11%～0.14%条件下,半钢和终点渣碱度控制在20～2.3和3.6～3.8,TFe质量分数控制在14%～16%和16%～18%,半钢倒渣量40%～60%,可以使转炉终点磷质量分数控制在0.007%以下。     

Phosphorus Removal of High Phosphorus Iron Ore byGasBased Reduction and Melt Separation

A large deposit of high phosphorus iron ore in China contains an average of 1.2% phosphorus and 50% iron and it has not been utilized. In current work, a novel process to remove phosphorus of the ore has been proposed. The novel process has been demonstrated theoretically and experimentally. The theoretical work (numerical simulation) was carried out with HSC chemistry package and a mathematical model developed using the coexistence theory of slag structure. Gas-based reduction and melt separation experiments were then designed and conducted. Simulation results shows that that all iron compounds in the ore could be reduced to metallic iron using CO/ H2 under temperature above 1000K and the yield of iron is more than 90% under either atmosphere; P can not be reduced and exists as Ca3(PO4)2; in the melt separation process, iron metallization ratio, melting temperature and CaO-adding ratio affect the phosphorus partition between slag and molten metal and CaO-adding ratio is the most distinguished parameter. Results of gas-based reduction agreed well with the simulation except for iron metallization ratio being less than predicted. This difference is mainly attributed to kinetic condition. Results of melt separation experiment show most P is left in the slag sample and some P in the metal sample exists as slag inclusion..     

钢铁厂磷素流的路径分析及探讨

针对钢渣尚未有效资源化利用的情况，以磷元素为中心对钢铁厂磷素流从矿选、烧结（球团）、炼铁、炼钢工艺上进行了全生命周期的梳理，重点分析了首钢京唐公司生产过程中磷素流路径，利用平衡的手段，研究了磷元素的分配规律和富集规律，并对生产过程磷素流的优化进行了探讨。认为可通过生产流程整体优化来降低铁水磷含量，实现钢渣的减量化，并利用冶金技术将富磷的钢渣和矿选尾矿等制备成矿渣、铁水和磷酸铁等产品来实现钢渣资源化利用。     

包钢高炉降低铁水w[P]的生产实践

根据高炉冶炼过程中磷还原的机理,以及高炉内存在有利于磷还原的条件,结合目前包钢铁水,原燃料含P水平等几方面进行了分析。通过测算改善高炉入炉原料结构,调控炉温等措施,降低了铁水中的w[P],从而满足了冶炼贝氏体钢的要求。     

HIsmelt熔融还原主反应器能质流转模型构建与验证

 HIsmelt熔融还原炼铁工艺以铁矿粉和煤粉作为原料,流程中不需要烧结、球团和焦化,与高炉炼铁流程相比具有降碳减排等优势。明晰能质流转过程对HIsmelt熔融还原炼铁实际生产具有指导意义。基于物料平衡、热平衡方程,对输入和输出HIsmelt主反应器物质和能量进行平衡计算,建立能质流转模型,并结合FactSage中Equilib模块计算的各元素在渣铁两相间的质量分配比及实际生产数据对其进行修正。该模型可以计算原料和燃料成分、矿煤质量比、二次燃烧率、热风氧含量等参数对铁水温度、炉渣成分、热风量、煤气量等主要冶炼指标的影响。其次依据该模型,进行了物料平衡、热平衡计算,依据实际生产数据对模型计算结果进行了验证,结果表明该模型与实际生产数据契合度较高。探究了矿煤质量比对冶炼的影响,矿煤质量比为1.39～1.45时,矿煤质量比降低0.1,会使二次燃烧率降低0.23%,进而造成煤气化学能的利用率降低,同时需要更多的热风使煤粉燃烧,热风量和煤气产生量增加,可以通过适当提高热风氧含量以提高二次燃烧率并使煤气量降低来改善;矿煤质量比降低0.001,会使铁水温度升高3.76 ℃,有利于铁水后续的加工处理,但铁水温度升高使铁元素在铁液与渣中的比值降低,使炉渣FeO质量分数升高0.026%,增加铁损,可通过降低富氧热风喷吹量来降低铁的氧化量,从而降低铁损。     

不锈钢喷粉吹氧法铁水脱磷工艺

为了满足生产超低磷钢的预脱磷要求,对不锈钢铁水脱磷工艺进行介绍。在45 t钢包中进行石灰喷粉+吹氧的工业试验,结果表明,在铁水脱硅期达到预期效果(铁水w([Si])≤0.1%)后,铁水脱磷期可实现平均脱磷率大于88%。根据试验数据,分别回归出脱硅期和脱磷期的脱磷率、磷分配比的计算公式。通过添加萤石能够获得较好的铁水脱磷效果,随着铁水硅含量变化,铁水温度、吨钢耗氧量、石灰消耗量、炉渣碱度的增加,铁水的脱磷率明显增加。炉渣w((TFe))的增加对铁水脱磷率的影响不显著。研究认为,目前采用的石灰喷粉+吹氧冶炼进行铁水脱磷处理是行之有效的不锈钢铁水脱磷方法。     

富氧顶吹熔融还原冶炼高磷铁矿与钛铁矿配矿的试验研究

采用模拟HIsmelt的富氧顶吹熔融还原技术冶炼惠民高磷铁矿与勐桥钛铁矿配矿,在温度为1 500K,碱度为1.3,配碳比为1.0的条件下,恒温时间20min(在升温过程中,没有通入惰性气体),恒温过程中通入O2(流量250L/h、纯度为99%)10min。恒温时间结束后,调整氧气流量为5L/h,保持其氧化性气氛至冷却。研究了不同配矿比例对铁回收率、生铁中磷、硫含量以及磷、硫分配比的影响。研究结果表明,在惠民铁矿和勐桥精矿的比例为1∶1时,其冶炼结果比较理想:铁的回收率为95.1%,生铁中磷的质量分数约为0.32%,硫的质量分数为0.054%,钛的质量分数为0.031%。     

Analysis of titanium distribution behaviour in vanadium-containing titanomagnetite smelting blast furnace

The operating data of a commercial vanadium-containing titanomagnetite smelting blast furnace (BF) have been examined over a period of one year. The liquidus temperatures and viscosities of a large number of slags were calculated by using the software Multi-Phase Equilibrium. The results show that both the slag liquidus temperature and hot metal temperature of the BF were 60 K lower than that of conventional BF operation, while both slags had similar viscosity. The correlations between the Ti distribution of hot metal and slag and the operating temperature, and hot metal and slag chemistry were analysed. Ti distribution ratio increases with increasing temperature and carbon content in hot metal. The Ti distribution calculated based on a slag/hot metal equilibrium model gave reasonably good agreement with plant measurements. This suggests that the slag and hot metal phases were close to equilibrium in the furnace hearth. A sensitivity analysis showed that temperature and C content has a significant influence on the Ti distribution ratio. The effect of slag chemistry on the Ti distribution is insignificant. Lowering of the operating temperature and carbon in hot metal can help reducing the Ti distribution into the hot metal, hence reducing the formation of Ti(C,N).