【摘 要】
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位于稀有金属之列的钒被称作现代工业味精,含钒产品广泛应用于各种行业,其中85%的产品应用于合金钢领域,在铁水中添加钒铁合金生产含钒钢。V2O5及钒合金的生产均是提钒路线,导致钒钢冶炼流程长,钒利用率低下。2018年钒在钢铁行业中的消费比例上升至91%,新国标的颁布,取消了 HRB335添加了 HRB600型号钢筋,进一步促进钒的消费。为了减少钒钢生产流程、降低市场对钒铁合金等产品需求,缓解生产压力
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目“利用高炉含钒铁水直接冶炼钒钢短流程工艺基础研究（51874094）”； 国家自然科学基金辽宁联合基金； 教育部基本科研业务费重点项目“辽宁低铁高钒钛特有钒钛磁铁矿直接冶炼工艺的科学基础研究（02180074120036）”；
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位于稀有金属之列的钒被称作现代工业味精,含钒产品广泛应用于各种行业,其中85%的产品应用于合金钢领域,在铁水中添加钒铁合金生产含钒钢。V2O5及钒合金的生产均是提钒路线,导致钒钢冶炼流程长,钒利用率低下。2018年钒在钢铁行业中的消费比例上升至91%,新国标的颁布,取消了 HRB335添加了 HRB600型号钢筋,进一步促进钒的消费。为了减少钒钢生产流程、降低市场对钒铁合金等产品需求,缓解生产压力,课题组提出高炉含钒铁水不经过提钒操作,直接喷吹CO2弱氧化剂进行选择性氧化,达到除杂保钒的目的。本文基于该背景进行含钒铁水“脱磷保钒”的机理研究。本文对CO2脱磷热力学进行计算,建立了一种多元渣系的质量作用浓度模型,采用单因素实验考查了不同脱磷渣系对脱磷终点的影响,对喷吹不同比例CO2-N2气体进行考查,利用CO2喷吹脱碳,对温度及喷吹流量进行考察,得出以下结论。（1）标准状态下,温度在1523～1973 K下进行热力学计算,结果表明CO2气体可与熔池内除磷以外的所有元素发生氧化反应,当CaO参与反应时磷的直接氧化才会发生。钒的平衡氧势大于磷的平衡氧势,二者氧势差随着[C]含量的增大而增大,[C]含量与磷的活度呈线性关系。[V]、[P]的平衡氧势差随温度的升高而减少,在1900K前恒为正。CaO-SiO2-Fe2O3-FeO-Al2O3-P2O5-V2O5多元渣系模型计算结果表明,铁氧化物的活度随着炉渣碱度的升高。（2）BaO和Na2CO3的加入,能大幅度提升渣系的脱磷能力,Na2CO3系渣脱磷效果优于BaO。两组实验都展示出先氧化后还原的规律,Na2CO3的加入使钒在氧化阶段的氧化峰值变大。添加BaO渣系的脱磷率峰值平均为23.451%,实验终点脱磷率平均为14.876%;添加Na2CO3渣系的脱磷峰值平均为30.990%,实验终点脱磷率为14.565%。（3）对喷吹CO2-N2混合气体分压单因素实验研究表明,喷吹纯CO2气体脱磷效果最佳,终点磷含量为0.0401%,终点钒含量为0.301%。在80%CO2分压下磷持续被氧化,钒氧化物进入还原阶段,证明了[V]、[P]的氧势差存在,在CO2分压为60%时脱磷反应达到平衡,终点磷含量为0.0613%。对氧化钡含量变化单因素进行喷吹CO2分压为80%气体,终点磷含量品均值由0.0721%降到0.0540%,脱磷效果提高到2.5倍。（4）在温度1550℃、CO2流量为1000 mL/min条件下,持续脱碳50 min可得到含钒半钢,碳含量为0.113%,钒含量为0.276%,磷含量为0.0426%。脱碳动力学研究表明,二氧化碳脱碳反应的活化能为26.43 kJ/mol,经数据拟合为零级反应,在高碳时反应控速步骤为气相传质过程。
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