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流动氮气条件下转炉渣气化脱磷动力学研究

吕晓芳  
【摘要】: 资源综合利用是国民经济和社会发展的长远战略方针。以清洁生产为中心发展循环经济,实现可持续发展是冶金工业的必然选择。钢渣与冶金工业排放的其它固体废弃物相比,利用率较低,重视钢渣资源的二次开发利用是有必要的。气化脱磷是在溅渣护炉留渣操作基础上提出的一项新的炉渣循环利用方法,在溅渣过程中,向熔池中加入一些还原剂(如焦炭),气化脱除炉渣中磷等有害杂质,使炉渣能继续应用于下一炉,具有降低渣料消耗、减少固体废弃物排放等优点。 根据热力学计算结果,探讨了气化脱磷反应机理,建立气化脱磷动力学模型。通过实验研究,得到了不同条件下的气化脱磷率,确定了其主要动力学参数,从而确定了溅渣护炉过程中气化脱磷可能达到的效果。 实验研究和计算结果表明,气化脱磷反应主要发生在炉渣与流动氮气界面,而有一小部分脱磷反应发生在炭粒周围的CO气膜内。实验条件下反应的限制性环节是渣中P_2O_5向气-液界面的扩散,气化脱磷反应级数为二级,确定了不同温度下的反应速率常数及表观活化能。 在流动氮气条件下,温度、熔渣中FeO含量及熔渣粘度和焦炭粒度是影响气化脱磷的主要因素,熔渣碱度对气化脱磷速率影响不大。向炉渣中添加适量的CaF_2,能明显加快气化脱磷速率。 在溅渣护炉过程前期形成的分散气泡系统、以及在起渣期产生的大量渣滴,其反应比表面积远大于实验条件下的炉渣,从而为气化脱磷提供了良好的动力学条件;在动力学实验结果基础上对溅渣护炉过程进行分析,推断在适当条件下,2~4min的溅渣时间内脱磷率完全可以达到热力学平衡值。


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