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炼钢过程残余元素砷(As)脱除的应用基础研究

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作者:
李文博
导师:
包燕平
学科专业:
钢铁冶金 
文献出处:
北京科技大学 2016年
关键词:
残余元素论文  脱砷论文  铜液论文  夹杂物论文  

摘要:随着富铁矿资源逐渐枯竭,各种低品位铁矿石资源使用量逐年增加,另外基于环境保护和降低成本要求,废钢的使用量明显增加,导致钢中残余元素砷含量大幅升高,同时用户对成品钢中砷含量的要求也越来越低。目前一方面钢铁企业没有形成成熟的钢液脱砷工艺技术,另一方面钢液脱砷的理论研究相对较少,相关技术数据报道缺乏。因此,在现阶段如何实现钢液有效脱砷是钢铁企业面临的技术难题,如何有效降低钢中砷含量也成为冶金工作者开始关注的热点问题。本研究针对如何有效降低钢液中砷含量为目标,系统的对钢液脱砷方法进行了研究。研究包括以下四个方面的内容:钢液脱砷的热力学研究:脱砷剂与脱砷工艺的研究:钢液脱砷反应机理研究:钢液LF炉精炼脱砷工业试验研究。钢液脱砷热力学研究表明:只有钢液中的[Ca]超过临界量时,才能够实现钢液脱砷;钢液中[O]和[S]能够影响钢液脱砷效果,但[O]的影响效果最明显;钢液中[Ca]越高其平衡[As]越低;研究了砷容量在CaO-SiO2-Al2O3-10%MgO熔渣中的分布。脱砷剂与钢液脱砷关系热态试验系统阐述了脱砷剂种类、配比和用量、钢液温度、硫含量和不同初始砷含量以及渣系对钢液脱砷的影响规律,并对钙合金的相关利用率和砷的传质系数范围进行了讨论,保证钢液高效脱砷需要考虑以下三个方面:①脱砷剂种类选择;②熔渣成分控制;③钢液成分控制。钢液脱砷反应机理研究确定了脱砷产物在钢液和熔渣中的赋存状态,同时,讨论和分析了砷产物形成机理、钢液脱硫与脱砷的关系和有关钙合金脱砷的动力学模型;为实现钢液有效脱砷提供依据。钢液脱砷的工业试验结果表明:LF炉可以实现钢液精炼脱砷,钢液中[S]和[Ca]是工业条件下钢液脱砷的限制环节:LF炉精炼脱砷之前必须先降低钢液中[S];对钢液中[S]和[Ca]的控制水平提出了要求以保证钢液脱砷效果。

致谢

摘要

Abstract

1 引言

2 文献综述

2.1 钢中砷的来源与危害

2.1.1 钢中残余元素砷的来源

2.1.2 钢中残余元素砷的危害

2.2 不同钢种对砷含量要求及国内外钢铁材料中砷含量水平

2.2.1 不同钢种对砷含量限定要求

2.2.2 国内外钢铁材料中砷含量

2.3 钢铁材料生产脱砷的主要技术手段及研究必要性

2.3.1 金属及合金对钢铁材料的还原脱砷

2.3.2 碱性渣对钢铁材料的还原脱砷

2.3.3 真空挥发对钢铁材料的还原脱砷

2.4 炼钢脱砷研究的难点及存在问题

2.5 文献总结及研究内容

2.5.1 相关文献总结

2.5.2 研究内容

3 钢液脱砷热力学研究

3.1 研究方法

3.2 钢液成分对脱砷的影响

3.2.1 脱砷反应生成物的确定及热力学数据设定

3.2.2 钢液钙含量变化对脱砷相关影响确定

3.2.3 钢液中硫含量变化对脱砷相关影响确定

3.2.4 钢液中氧含量变化对脱砷相关影响确定

3.2.5 钢液中临界钙含量的确定

3.2.6 钢液中钙-砷平衡浓度的计算和确定

3.3 熔渣体系与脱砷的关系

3.3.1 CaO-SiO_2-Al_2O_3-10%MgO熔渣脱砷热力学平衡计算

3.3.2 CaO-SiO_2-Al_2O_3-10%MgO熔渣砷容量计算模型

3.4 钢液合理脱砷条件的确定

3.4.1 钢液成分的确定

3.4.2 合适脱砷剂的确定

3.4.3 合理熔渣成分的确定

3.5 本章小结

4 脱砷剂与脱砷工艺的研究

4.1 实验条件准备及实验方案

4.1.1 实验条件准备

4.1.2 实验方案

4.2 实验研究方法

4.3 实验步骤

4.3.1 直接向钢液中加入脱砷剂脱砷试验

4.3.2 采用精炼渣+钙系合金脱砷剂脱砷试验

4.3.3 不同影响因素对最佳脱砷剂脱砷效果分析实验

4.4 实验结果与讨论

4.4.1 直接向钢液中加入脱砷剂脱砷实验结果与讨论

4.4.2 采用精炼渣+钙系合金脱砷剂脱砷实验结果与讨论

4.4.3 不同影响因素对脱砷剂脱砷效果影响实验结果与讨论

4.5 钢液高效脱砷控制条件

4.5.1 脱砷剂种类选择

4.5.2 渣成分控制

4.5.3 钢液成分控制

4.6 本章小结

5 钢液脱砷反应机理研究

5.1 概述

5.2 脱砷产物赋存状态分析

5.2.1 脱砷产物在钢液中赋存状态

5.2.2 脱砷产物在渣中赋存状态

5.3 钢液脱硫与脱砷作用关系

5.4 脱砷产物形成机理

5.5 钙合金脱硫与脱砷动力学模型及相关分析

5.5.1 钢液中钙合金脱硫与脱砷机理过程

5.5.2 钙合金颗粒加入钢也相关参数设定

5.5.3 钙合金颗粒在钢液中脱硫与脱砷过程动力学模型

5.5.4 钢液中钙合金脱硫与脱砷相关分析

5.6 本章小结

6 钢液脱砷的工业试验研究

6.1 试验条件

6.2 试验结果

6.3 结果分析与讨论

6.3.1 工业条件下脱砷的效率分析

6.3.2 合理脱砷工序环节的判定

6.3.3 工业条件下脱砷条件的控制

6.3.4 工业条件下脱砷的限制环节

6.4 本章小结

7 结论

参考文献

作者简历及在学研究成果

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