脱磷渣中固相颗粒种类和数量对脱磷动力学的影响

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磷是钢中有害元素,会使钢材产生“冷脆”,降低钢材使用性能,因此,炼钢过程中应尽可能除磷。目前,人们对于 CaO-SiO2-FetO-P2O5渣系脱磷热力学条件已经进行了较为透彻的研究,但对渣系中磷元素向 CaO、2CaO·SiO2、CaO·SiO2等固相颗粒的传质过程及脱磷机理研究较少。本论文从脱磷动力学角度出发,对不同种类固相颗粒脱磷动力学机理进行了深入分析,分别计算了脱磷过程中渣中磷向不同种类固相颗粒传质的扩散系数、传质系数及脱磷动力学方程,并对加入不同数量固相颗粒的脱磷渣在脱磷反应过程中的脱磷速度及反应平衡过程进行了比较分析。  在1400℃条件下,分别对 CaO-SiO2-FetO-P2O5渣系中 CaO、2CaO·SiO2、CaO-SiO2固相颗粒脱磷机理进行了研究,在此基础上又对渣中磷向不同固相颗粒传质的扩散系数、传质系数以及动力学方程进行了计算。结果表明,不同反应时间条件下的 CaO、2CaO·SiO2、CaO·SiO2固相颗粒剖面均出现分层现象。其中,反应后的 CaO固相颗粒剖面分为4层,分别为 CaO层、CaO-FeO层、2CaO·SiO2-3CaO·P2O5固溶体层、渣层;2CaO·SiO2固相颗粒剖面分为4层,分别为2CaO?SiO2层、扩散层、2CaO·SiO2-3CaO·P2O5固溶体层、渣层;CaO·SiO2固相颗粒剖面分为3层,分别为 CaO·SiO2层、扩散层、渣层。FeO的存在有利于脱磷反应的进行,片体中磷元素主要以2CaO?SiO2-3CaO·P2O5固溶体的形式存在于2CaO·SiO2中,2CaO·SiO2的存在有利于磷的富集。渣中磷向CaO、2CaO·SiO2固相颗粒的传质过程均有2个限制性环节,分别为磷在固溶体层中的内扩散和磷在渣中边界层的外扩散;对CaO固相颗粒,磷在渣中的传质系数和磷在固相颗粒中的扩散系数分别为β=5.87×10-7m/s和 Dc=3.16×10-11m2/s;对2CaO·SiO2固相颗粒,磷在渣中的传质系数和磷在固相颗粒中的扩散系数分别为β=5.68×10-7m/s和Dc=3.16×10-11m2/s。渣中磷向 CaO·SiO2固相颗粒的传质过程有1个限制性环节,为磷在CaO·SiO2固相颗粒扩散层中的内扩散,其扩散系数Dc=9.27×10-9m2/s。  在 CaO-SiO2-FetO渣系中分别加入不同数量的 CaO、2CaO?SiO2、CaO·SiO2固相颗粒进行脱磷动力学实验。结果表明,加入不同种类及数量的固相颗粒对脱磷反应均产生了一定影响,其中加入5%CaO、10%2CaO·SiO2和10%CaO?SiO2固相颗粒的非均相脱磷渣脱磷效果较好;CaO固相颗粒的加入量对脱磷渣黏度及流动性的影响大于2CaO·SiO2、CaO·SiO2固相颗粒,脱磷渣的黏度随CaO固相颗粒加入量的增加而上升;当2CaO·SiO2、CaO·SiO2固相颗粒加入量小于10%时可以改善脱磷效果,大于10%时脱磷效果变差。脱磷反应在前4min最为迅速,脱磷率较高,之后逐渐趋于平稳,反应平衡时间大约在15min至18min,比未加入固相颗粒的均相脱磷渣脱磷时间稍有增加。
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