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基于溅渣护炉的MgO饱和钒渣与转炉炉衬的界面反应机理研究

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目录

1 绪 论

1.1 转炉溅渣护炉技术的产生与发展

1.1.1 传统转炉护炉技术

1.1.2 转炉溅渣护炉技术的产生

1.1.3 转炉溅渣护炉技术在国内外的发展情况

1.2 转炉溅渣护炉的原理与工艺流程

1.2.1 转炉炉衬的蚀损机理

1.2.2 转炉溅渣护炉的原理

1.2.3 溅渣护炉的代表性技术

1.3 提钒转炉溅渣护炉的可行性分析

1.3.1 转炉提钒工艺简介

1.3.2 钒渣与钢渣渣系的区别

1.3.3 提钒转炉溅渣护炉的可行性

1.4 课题研究目的与内容

2 MgO在转炉钒渣中的饱和溶解度

2.1 FeO-SiO2-V2O3渣系中MgO饱和溶解度的理论计算

2.1.1 FeO-SiO2-V2O3-MgO体系相平衡分析

2.1.2 基于离子分子共存理论的平衡浓度计算模型

2.1.3 计算结果及分析

2.2 MgO溶解平衡实验

2.2.1 实验设备及原料

2.2.2 实验步骤

2.2.3 平衡时间的确定

2.2.4 实验结果及分析

2.3 TiO2、MnO和Al2O3对MgO溶解度的影响

2.3.1 TiO2、MnO和Al2O3对钒渣相平衡的影响

2.3.2 实验方案

2.3.3 结果及分析

2.4 本章小结

3 MgO-C质耐材在转炉钒渣中的溶解动力学

3.1 实验设备及原料制备

3.2 实验方法与步骤

3.3 实验结果及分析

3.3.1 MgO-C质耐材的蚀损速度

3.3.2 MgO-C质耐材溶解的限制性环节

3.3.3 溶解动力学方程

3.3.4 MgO-C质耐材蚀损与熔渣物化特性的关系

3.4 本章小结

4 MgO-C质耐材与钒渣反应界面的演变规律

4.1 试样制备

4.2 实验方案

4.3 实验结果及分析

4.3.1 MgO含量对反应界面的影响

4.3.2 钛、锰、铝氧化物对反应界面的影响

4.3.3 MgO-C质耐材蚀损机理

4.4 本章小结

5 结 论

参考文献

附录

学位论文数据集

致谢

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摘要

炉龄是衡量转炉生产水平的一项综合性技术经济指标,提高炉龄可以提高生产效率,降低生产成本。溅渣护炉技术是提高炉龄,使转炉实现长寿化最重要、最通用的技术。转炉双联工艺是当前钒钛磁铁矿提钒的主流工艺。由于钒渣(FeO-SiO2-V2O3-TiO2系)与转炉钢渣(CaO-SiO2-FeO 系)渣系的截然不同,导致二者对转炉碱性炉衬的侵蚀以及溅渣护炉的物理化学规律有本质区别,在炼钢转炉上成熟应用的溅渣护炉技术不能简单照搬移植用于提钒转炉。因此,针对提钒转炉溅渣护炉的基础研究亟待加强。  本文结合基于离子分子共存理论的计算和溶解平衡实验,研究了钒渣中MgO的饱和溶解度及其影响因素。MgO在FeO-SiO2-V2O3渣系中的饱和溶解度与V2O3含量呈正相关关系,与 FeO/SiO2比呈负相关关系。MgO 溶解度随 TiO2和 Al2O3含量增加而增大,随MnO含量增加而降低。温度每增加40℃,MgO溶解度增加0.5%。采用动态溶解实验系统研究了MgO-C质耐材在钒渣中的蚀损速度及其影响因素,建立了MgO-C质耐材在MgO饱和钒渣中的溶解动力学方程并计算获得了相应的动力学参数,明确了MgO-C质耐材在MgO饱和钒渣中溶解的限制性环节。MgO-C 质耐材在钒渣中的蚀损速度随 MgO 和 V2O3 含量的增加而降低,随FeO/SiO2比值的增大而加剧,随实验温度、旋转速度的增加而增加。MgO-C质耐材在MgO饱和钒渣中的溶解活化能为179.44 KJ/mol,属于扩散控制范围。计算推导得到的 J 因子表达式亦验证了此观点。通过对动态溶解实验结束后的试样进行微观形貌和成分分析,研究了MgO-C质耐材与钒渣反应界面的演变规律。发现反应界面存在明显的过渡层。渣中的TiO2、MnO、Al2O3均会加剧MgO-C质耐材的蚀损。蚀损机理主要是通过熔渣中的Fe2+沿着MgO-C质耐材试样的间隙、裂纹向原质层内部渗透。MgO 通过增加熔渣的粘度,降低 Fe2+与 MgO-C 质耐材试样的传质系数,同时降低MgO-C质耐材试样中MgO颗粒的溶解驱动力,从而改善对试样的侵蚀。

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