高磷锰硅合金深度还原脱磷机理研究

发布时间：2020-04-03 09:25

【摘要】：锰硅合金是铁合金中产量较大、使用较广的合金之一。近年来,中国钢铁行业发展迅速,锰合金产量不仅严重过剩,而且由于中国锰矿品位普遍低下,生产的锰硅合金中磷杂质含量严重超标,给销售和应用带来了双重压力,亟需找到有效途径,低成本下深度脱除磷杂质,使锰硅合金国标化。本课题针对重庆城口县某铁合金企业生产的高磷锰硅合金的脱磷问题进行了探索,基于冶金热力学基本原理,从锰硅熔体内部和熔渣两个方面,研究磷在熔体中的热力学行为及脱磷机理;同时,构建一种无氟、高磷容量、无害化的脱磷渣(如CaO-SiO2-Al2O3渣系)用于锰硅合金脱磷,使脱磷终渣对环境友好、无害。采用“中频感应炉+硅钼炉”对高磷锰硅合金进行还原脱磷实验,结合ICP、SEM、XRD、XRF等分析手段,重点探讨了锰硅合金成分、熔渣组分和碱度对磷在锰硅熔体内部和渣金界面的热力学行为的影响。论文研究得到以下结论:(1)随着锰硅合金中Si含量的增加,脱磷率得到显著提高。Si与CaO在渣金界面发生了还原反应,生成游离Ca,Ca从熔渣扩散到锰硅熔体中并与P结合,生成固态Ca3P2,上浮到渣中,从而提高了脱磷率;Si含量的增加有利于锰硅熔体中氧活度的降低和磷活度系数的提高;此外,随着Si含量的增加,锰硅合金中C含量逐渐降低,并形成SiC进入到脱磷渣中。(2)脱磷元素Ca、Ce和Al虽然理论上都与P元素具有较好的结合能力,但是Ca更容易挥发与损耗,Ce与P结合形成的脱磷产物附着在石墨球上而无法从锰硅合金中排出。实验结果表明,铝基脱磷剂具有更好的脱磷效果;初步计算了在1400℃温度下,锰硅熔体中Al和P的相互作用系数为:7)=14.97。(3)随着渣中w(Na2O)的增加,脱磷渣的磷分配比和磷容量逐渐升高,初始渣中,w(Na2O)应控制在2%为宜;随着Na2O替代CaO的量的增加,磷分配比逐渐增加;当Na2O替代CaO的量超过3.19%时,渣中的2-浓度达到饱和,脱磷渣碱度保持一定,磷分配比基本保持不变。(4)当CaO-SiO2-Al2O3脱磷配渣的碱度为1.0时,随着渣中w(Al2O3)的逐渐降低,渣中7)-聚合物的聚合度逐渐降低,该渣系的黏度逐渐降低,渣的流动性得到改善,有利于渣金间物质的快速转换,磷分配比逐渐升高。(5)CaO-SiO2-Al2O3熔渣的碱度是影响渣金界面处锰硅合金液脱磷反应的重要因素。在CaO-SiO2-Al2O3三元相图的低熔点区域(1)内,随着脱磷配渣碱度的升高,渣中氧离子活度增加,同时,该渣系的黏度显著降低,渣的流动性得到明显改善,磷分配比逐渐升高。(6)在CaO-SiO2-Al2O3三元相图的低熔点区域(2)内,由于Al2O3浓度过高,熔渣中有大量大分子铝氧络离子聚合物形成,黏度变大。此时,锰硅熔体与熔渣界面处,Si与CaO反应生成的游离钙在相同的冶炼时间内无法快速扩散到熔体内,从而减弱了渣的脱磷效果。当渣中w(SiO2)保持不变时,随着配渣中CaO/Al2O3的增加,熔渣中大分子铝氧络离子团逐渐解体,渣的流动性变好,渣金间磷分配比缓慢升高;当CaO/Al2O3大于1.3时,磷分配比显著升高。
【图文】：

粗钢产量,铁合金

可脱除钢中的其他杂质如硫、氮等；还可作为合金添加合金元素到钢内以改善钢的性质；此外，可作为孕育剂，改善铸件的结晶组织。由于大多数铁合金一般很脆，使用。的品种中，约占铁合金总产量的 90%以上的是硅、锰、用量较大的一种铁合金是锰系铁合金，它包括锰铁合金种合金都有多种国际牌号。其中锰系锰硅合金为铁合金金之一， 90%用于炼钢脱氧，因此,锰系铁合金行业的响[1]。可以看出，，铁合金产业与钢铁行业密切相关。球金融危机爆发以来，欧美国家的钢铁业均有不同程产量却不断增长，如图 1.1 所示，我国的粗钢产量由 26 年的 8.05 亿吨，增长率 60%[2]。在国内外经济出现严等因素的影响下，中国钢产量仍然不断增长，其高速的业应该有的发展态势。

锰硅合金,消耗量,产量

重庆大学硕士学位论文钢铁产业面临诸多问题，产能严重过剩，而需求逐渐业所需原材料受制于人，经营的压力很大；缺乏创新力在国际市场中没有有竞争力的产品。中国钢铁产业结较长的调整期。业长期处于调整的背景下，铁合金产业也面临很多困而钢铁企业的需求量却一直下降，导致产能严重过剩锰硅合金产量为 1208 万吨，而钢厂实际所需锰硅合量按 12.5kg[3]）。总体上看，我国锰硅合金产能明显过金的价格不断下行，同时中国的铁合金行业存在着很备工艺水平落后，整个行业呈现“散、小、弱”的特征，使得这一行业成了国家节能减排的重点。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TF642

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