论文部分内容阅读
针对晶体硅切割粉料回收方法存在工艺复杂、环境污染大及处理成本高等问题,本研究提出在钢铁冶炼过程中对晶体硅切割粉料加以回收利用。通过对晶体硅切割粉料的物理、化学分析发现:粉料的主要成分是SiC(47.8%,质量分数,下同)、Si(22.9%)、SiO2(21.4%)和铁的氧化物(7.9%),其颗粒的尺寸分布范围是1.0～23.8 ltm,且粉料中的大颗粒为SiC,小颗粒为Si、SiO2和铁的氧化物。在钢铁生产过程中,炮泥和脱氧剂的生产原料需要大量的Si与SiC,且热力学分析表明粉料用做炮泥和炼钢脱氧剂的生产原料是可行的。一、本研究通过实验来考察粉料用做炮泥生产原料的效果,并测定添加量为0、5%、10%和15%时炮泥的性能指标变化。结果表明:(1)随着粉料添加量的增多,炮泥的显气孔率依次为38.76%、28.31%、21.47%和18.75%;体积密度依次为 1.73 g/cm3、1.99 g/cm3、2.17 g/cm3和2.18 g/cm3;耐压强度依次为 5.40 MPa、12.70 MPa、17.51 MPa 和 19.11 MPa;抗折强度依次为 8.45 MPa、9.98 MPa、10.95 MPa 和 12.80 MPa;线变化率依次为-0.43%、-0.86%、-1.81%和-2.74%;侵蚀量依次为0.46 mm、0.34 mm、0.21 mm和0.08 mm,炮泥的性能得到一定改善。(2)对烧后的炮泥进行XRD分析表明,粉料添加量变化对炮泥主体成分影响不大,与理论分析一致;SEM分析表明,随着粉料添加量的增多,炮泥表面逐渐致密化且孔洞数量大幅度降低,这说明粉料粒度较小,可以填充进炮泥孔洞,改善其显气孔率与体积密度,从而间接影响抗弯、抗折强度及侵蚀量;EDS分析表明,随着粉料添加量的增多,炮泥中的莫来石含量逐渐增多,抑制了蓝晶石的分解膨胀反应,使得线变化率逐渐增大。二、通过实验考察了粉料用做炼钢脱氧剂的效果,并测定了添加量为1.5 g/kg和2.5 g/kg时对脱氧速率和钢样夹杂物的影响。结果表明:(1)随着粉料添加量的增多,脱氧速率逐渐加快,添加1.5 g/kg粉料时,脱氧速率依次为 1.032× 10-4/min、3.6×10-6/min、6.3×106/min和 4.3×10-6/min;添加 2.5 g/kg 粉料时,脱氧速率依次为1.072×104/min和2.16×10-5/min,并在9 min时达到脱氧平衡;微观分析可知,添加1.5 g/kg粉料脱氧后,钢样表面的夹杂物分布均匀,且半径小、数量多;添加2.5 g/kg粉料脱氧后,钢样表面的夹杂物亦均匀分布,但半径大,数量少。(2)动力学分析表明,脱氧前期粉料脱氧速率较快,这是因为前期粉料在钢液中的浓度较大,反应的推动力较强;由斯托克斯公式可知,脱氧产物的上浮速度与其半径有关,添加2.5 g/kg粉料时,脱氧产物的形核界面较多,产物易聚集且形成半径较大脱氧产物,上浮速度较快,而添加1.5 g/kg粉料反之。