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含铌铁水还原脱磷实验研究

路建法  
【摘要】:磷元素对于绝大部分钢种来讲是有害的,去除钢铁材料中的磷是冶金过程中一个重要的课题。除磷工艺分为氧化脱磷和还原脱磷,当钢液中含有易氧化的合金元素时,氧化法脱磷不可避免造成合金元素的氧化烧损。针对白云鄂博矿冶炼所得的含铌铁水,为了在除磷时避免铌元素的氧化,课题组提出了含铌铁水还原脱磷的方案。 文献综述中介绍了铌与含铌微合金钢的优点和应用前景,较为详细了介绍了还原脱磷工艺的原理、特点和发展概况,总结了前人的工作成果,为后续的实验和热力学计算提供了研究方向,为动力学模型的提出提供了背景资料和理论基础。 本论文完成了以下几方面的工作: 通过热力学计算证明了还原脱磷保铌的可行性,在加入CaC_2-CaF_2、CaSi-CaF_2及Ca包芯线后,脱磷剂分解出的Ca可以使钢液中的氧分压低至10-24Pa,低于铌被氧化的临界氧分压10-4Pa,因此,铌被保留不氧化,铌不参与反应,其含量不会发生改变。钢液中的氧、磷、硫元素被脱磷剂分解出的钙元素还原。 在本文实验中,进行了Ca包芯线还原脱磷实验,CaC_2-CaF_2还原脱磷实验,CaSi-CaF_2还原脱磷实验。通过探讨脱磷剂在钢液中的行为,比较不同的脱磷剂加入方式的动力学条件,并提出了铁管装入脱磷剂喂入钢液法的新工艺。结果表明此种方法获得了较高的脱磷率:钢液初始碳含量为0.6%时,CaSi-CaF_2使用喂入法,最终脱磷率达69.1%;钢液初始含碳量为0.5%时,CaC_2-CaF_2使用喂入法,最终脱磷率达41%;钢液初始碳含量为0.4%时,喂入Ca包芯线最终脱磷率为56.4%。脱磷剂顶加法均不能有效脱磷。论文比较了不同材质的坩埚,钢液不同的碳含量对脱磷率的影响,也探讨了脱磷剂对于钢液中合金元素和和其它非合金元素的影响,达到了预期效果。 对于铁管喂入硅钙合金脱磷剂,根据对此种脱磷剂的脱磷特点,论文提出了一种气液界面反应动力学模型。脱磷剂分解出的钙蒸汽在其气液界面发生反应,生成脱磷产物随着钙气泡脱离钢液。并根据计算绘制出反应速率常数,结果得到了很好的验证,硅钙合金可以有效地脱磷。


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