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转炉钢渣熔融改质过程中磷富集的工艺研究

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摘要

第1章 绪论

1．1 前言

1．2 本研究的目的及意义

1．3 本研究的主要内容

第2章 文献综述

2．1 我国钢渣的产出和利用情况

2．1．1 钢渣的产出情况

2．1．2 钢渣的利用情况

2．2 我国磷资源概况

2．3 转炉钢渣除磷研究现状

2．3．1 浮选法

2．3．2 磁选法

2．3．3 还原法

2．3．4 钢渣循环利用法

2．4 转炉钢渣磷富集研究现状

2．4．1 磷在钢渣中的富集

2．4．2 磷在钢渣与富磷相间的分配比

第3章 实验研究方法

3．1 实验原料

3．2 成分设计

3．3 实验过程

3．4 评价与分析

第4章 结果与讨论

4．1 钢渣冷却制度对磷富集的影响

4．2 钢渣碱度对磷富集的影响

4．3 熔融改质过程中磷的富集机理

第5章 结论

参考文献

致谢

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摘要

我国钢渣产量巨大，但利用率长期在低位徘徊，钢渣在冶金领域的再利用虽然可以从根本上实现钢渣在冶金企业的内部循环，但又不可避免的造成磷的循环累积，增加冶炼负担，为实现钢渣的内部循环利用而开发的转炉渣除磷技术并没有充分考虑到磷资源的回收及高效利用，而磷矿作为一种战略资源，其开发与利用越来越受到重视。本文在总结国内外对转炉钢渣中磷富集的研究工作的基础上，结合当前钢铁冶金行业发展现状和发展趋势，提出通过向熔融钢渣中加入低碱度成分的改质剂对钢渣进行改质处理，调整钢渣碱度，减少2CaO·SiO2析出量，并通过控制熔渣的冷却速率获得高品位大结晶的富磷相，从而实现提高富磷相中磷含量的目的。通过考察钢渣的热处理制度和碱度对渣中磷富集效果的影响，得出以下结论:
　　(1)通过降低转炉钢渣碱度进行的改质处理实现了渣中磷的高效富集，改质处理后钢渣熔融—冷却过程中，磷完全富集进入富磷相，富集结束后渣本体中没有剩余的磷存在。
　　(2)通过控制钢渣降温过程中的冷却速率，使新生的晶核被粗化过程吞并掉，可以促进渣中2CaO·SiO2晶粒的长大。钢渣冷却速率由随炉冷却降低至1℃/min后，通过给予晶粒充分的析晶时间，渣中析出的2CaO·SiO2颗粒的平均粒径由7.75μm增至12.15μm。在实验控制的缓慢冷却凝固条件下，钢渣中的富磷相充分析晶长大，且矿物之间界面清晰，矿物成分稳定，为富磷相的分离提取提供了重要保障。
　　(3)相同冷却速率下，随钢渣碱度的降低，渣中2CaO·SiO2颗粒的析出量减少，且析出颗粒的粒径随钢渣碱度的降低而减小。本研究中不同冷却速率下各碱度钢渣中富磷相内平均磷含量的变化趋势相似，在碱度从2.7降至1.3的过程中，富磷相内磷含量不断增加，但在碱度继续降低至1.0的过程中，碱度为1.1和1.0的两种低碱度钢渣中富磷相内的平均磷含量明显减少。
　　渣样在保温过程中是否存在固态2CaO·SiO2颗粒对磷的富集具有重要意义。由于碱度为2.7、1.5和1.3的三种钢渣的完全熔化温度高于渣样的保温温度，渣样在保温过程中存在固态2CaO·SiO2颗粒，磷可以在渣样的保温过程中开始富集，因此降温速率对其富集效果影响很小，2CaO·SiO2颗粒内的磷含量随钢渣碱度的降低而增加，渣中磷含量为5％时，充分富集后所得富磷相内磷含量增至30％左右，且渣本体中没有剩余的磷存在;对碱度为1.1和1.0的两种低碱度钢渣，由于其完全熔化温度低于1450℃，渣样在保温过程中完全熔化，不存在固态的2CaO·SiO2颗粒，而不能够发生磷的富集，磷的富集主要发生在钢渣的降温过程中，导致其富集效果明显受冷却速率的影响，本研究的热处理制度下磷的富集不充分，富集后所得富磷相内磷含量约20％左右，且渣本体中仍残存部分没有充分富集进入富磷相的磷。
　　(4)基于对磷富集效果和改质成本及改质后钢渣的后续处理等方面问题的综合考虑，改质钢渣碱度应控制在1.3～1.5范围内。
　　(5)本文中使用的将渣样在略低于其完全熔化温度下保温的热处理制度，可以使磷在固液共存渣的保温过程中开始富集，不仅减小了降温速率对磷富集效果的影响，而且可以使渣中的磷完全富集进入富磷相。本热处理制度不仅可以促进磷的高效富集，而且缩短了熔渣改质过程所需时间，有效地利用了转炉终渣的物理显热，降低了改质过程中的热补偿成本，因而明显优于相关研究中的其他热处理制度。

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