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流动氮气条件下熔渣气化脱磷的热力学与动力学基础研究

项利  
【摘要】:转炉渣是冶金工业的主要废弃物,如何治理和利用转炉渣使其达到资源化,是一个亟待解决的问题。 在转炉溅渣护炉的过程中,采用向转炉熔渣内加入还原剂(固体碳)的方法,使渣中的有害元素磷被气化脱除。通过热力学计算分析溅渣护炉过程中气化脱磷的可行性,以及确定脱磷反应式和脱磷产物;通过动力学研究确定脱磷反应速率方程式;在热力学和动力学分析研究基础上进行实验室的模拟气化脱磷的试验,得出固体碳气化脱磷的效果,以及影响脱磷反应的主要因素。 研究结果表明:在高温条件下,固体碳气化脱磷反应的主要还原产物是P_2 气体。在总压(常压)一定的条件下,溅渣护炉过程通入的惰性气体氮气不参加气化脱磷反应。高压氮气的加入,使得除氮气外其它气体的分压以及它们的分压之和都降低了,反应向着有利于生成P_2 气体的方向进行,使气化脱磷反应在溅渣护炉过程中顺利进行。 在溅渣护炉过程中,气化脱磷反应的速率由固-液界面化学反应和液态P_2O_5 的扩散混合控制。影响脱磷反应速度的因素有温度、碱度、渣中FeO 含量等。 由X-射线衍射物相分析得出:转炉渣在被还原之后,残渣中的主要物相为MgO、Ca_2SiO_4 和Ca_3SiO_5,还有少量的单质Fe。对反应前后渣样的化学成分进行分析计算,渣中P_2O_5的脱除率一般在60~90%之间。其中,温度是对炉渣气化脱磷效果影响最大的因素,其次是FeO 含量,碱度对脱磷效果影响不明显。在试验所取的区间中,脱磷效果较好的试验温度点为1900K;FeO 含量为30%;碱度为2.5。


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