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含铌铁水氧化脱磷实验研究

倪文杰  
【摘要】:本文针对白云鄂博低品位复杂共生矿中铌资源高效利用问题,在“高炉炼铁-铁水脱磷、脱硫预处理-转炉炼钢”三步法冶炼铌微合金钢的工艺过程中,通过热力学分析,结合高温模拟实验,建立了含铌铁水脱磷动力学模型,研究了CaO、BaO基渣在不同条件下铌、磷氧化规律,为白云鄂博铌资源高效利用的冶金技术开发提供理论基础。本文经过一系列研究得到以下结论: ⑴热力学计算表明:使用CaO基渣和BaO基渣进行含铌铁水脱磷时,铌的平衡氧势lg P P平均低于脱磷反应体系的平衡氧势,铌优先于磷而发生氧化,且平衡磷含量越低,铌越容易氧化。 ⑵CaO基渣对含铌铁水氧化脱磷实验表明:渣中添加Nb_2O_5,能够抑制铌的氧化,同时也会降低脱磷率;渣中添加MnO_2,脱磷率略有提高,铌的氧化率保持不变。CaO基渣脱磷实验中,铌在渣中存在状态为铌钙复合化合物,CaO的存在降低了渣中Nb_2O_5的活度,是铌氧化的根本原因。 ⑶BaO基渣对含铌铁水氧化脱磷实验表明:在1350℃的温度下,当ω(Fe_2O_3)>10%时,BaO基渣的碱度成为影响磷氧化的关键因素,碱度降低,磷的氧化率降低;而铌的氧化率随熔渣氧化性的增大而增大,受碱度影响不大。低温有利于脱磷反应,并抑制铌的氧化,在1300℃~1350℃下进行含铌铁水脱磷处理是合适的。使用BaF_2代替BaCl_2作助熔剂时,铌磷氧化率均增大。 ⑷应用双膜理论建立了铁水中磷、铌氧化动力模型,通过对BaO基渣系脱磷实验数据的拟合,确定了脱磷反应的限制性环节是磷在金属中和渣中的传质,铌氧化反应的限制性环节是铌在金属中的传质;实验条件下分析计算了磷的表观速率常数约在3.00~9.60×10-3g/cm~2·s之间,铌的表观速率常数约在2.12~6.57×10-3g/cm~2·s之间。


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