【摘 要】
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开发和利用国内中高磷铁矿石是减少钢铁企业铁矿石进口量和降低生产成本的有效措施。中高磷铁水进入转炉不仅会加重炼钢脱磷负担,而且会造成磷在整个钢铁制造流程中的恶性循环。如果能够在烧结过程中加入脱磷剂使磷元素转变成含磷气体而气化脱除,这对降低磷在整个钢铁制造流程中的危害具有重要意义。本文以SiC为还原剂,研究了辅助脱磷剂和还原温度对磷灰石气化脱磷的动力学影响,确定了磷灰石气化脱磷反应的活化能、反应机理函
【基金项目】
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国家自然科学基金:白云鄂博铁精矿预还原烧结矿制备过程中磷的脱除机理研究(项目编号:51664045);
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开发和利用国内中高磷铁矿石是减少钢铁企业铁矿石进口量和降低生产成本的有效措施。中高磷铁水进入转炉不仅会加重炼钢脱磷负担,而且会造成磷在整个钢铁制造流程中的恶性循环。如果能够在烧结过程中加入脱磷剂使磷元素转变成含磷气体而气化脱除,这对降低磷在整个钢铁制造流程中的危害具有重要意义。本文以SiC为还原剂,研究了辅助脱磷剂和还原温度对磷灰石气化脱磷的动力学影响,确定了磷灰石气化脱磷反应的活化能、反应机理函数和限制性环节,研究结果为实现烧结过程的气化脱磷提供了理论依据。论文首先采用Fact Sage热力学模拟与实验研究相结合的方法,对有、无辅助脱磷剂时SiC还原磷灰石的热力学条件进行了探索。结果表明,当焙烧温度为1300℃且不添加辅助脱磷剂时的气化脱磷率只有17.8%;选用Na2CO3、Si O2和Al2O3作为辅助脱磷剂,通过反应生成霞石Na Al Si O4打开脉石包裹生成液相来改善脱磷反应的动力学条件,对于Na2CO3含量为8wt%的辅助脱磷剂体系可以获得86.5%的最高脱磷率。为了探明SiC还原磷灰石反应的动力学机理,在热力学研究的基础上采用SiC、Ca3(PO4)2、Na2CO3、Si O2、Al2O3纯化学试剂配制1#试样,通过TG-DSC实验得出反应的相关数据,进行动力学分析。由于1#试样的失重包含了CO2和含磷气体的挥发,会影响气化脱磷动力学分析的准确性,论文将Na2CO3、Al2O3、Si O2试剂按照化学计量关系进行配料、混料和压片,制备Na Al Si O4试样。然后采用SiC、Ca3(PO4)2和Na Al Si O4配制2#试样,进行TG-DSC动力学实验,控制升温速率分别为5℃/min、7.5℃/min、10℃/min、12.5℃/min和15℃/min,得到脱磷反应的活化能Ea=392.84k J/mol,ln A(s-1)=35.98,反应的机理函数为g(α)=(1-α)-1-1,限制性环节为界面化学反应。
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