钢渣还原重构过程中RO相变化及铁氧化物高温还原动力学研究

发布时间：2017-11-23 02:13

  本文关键词：钢渣还原重构过程中RO相变化及铁氧化物高温还原动力学研究

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【摘要】：我国粗钢产量居全球首位,每年炼钢过程中排放的钢渣约1亿吨,钢渣中约有7~10%的铁元素伴随着钢渣的排放而流失。钢渣中的铁元素大部分以RO相(主要由FeO与MgO形成的连续固溶体)存在,导致其胶凝活性偏低,难以大规模应用于水泥混凝土产业中。若利用排渣过程中的高温,加入含有还原组分的调节材料与熔态钢渣反应,对钢渣化学组成与结构进行重构,可将铁氧化物(FeO_x)还原回收,RO相分解消除,同时水淬处理熔态余渣形成胶凝活性高的类似矿渣,可实现钢渣大规模、高附加值的资源化利用。本论文拟研究还原重构过程钢渣中铁元素赋存状态的变化与RO相变化,重构工艺参数——重构温度、钢渣碱度和初始FeO_x含量对FeO_x还原效率、RO相消除的影响,并建立重构过程中铁氧化物高温还原动力学模型,为钢渣在线还原重构提供理论指导。论文首先研究了钢渣中铁元素的赋存状态、以FeO含量表征RO相变化的可行性。结果表明,钢渣中的铁以FeO存在最多,其次以Fe_2O_3存在,残存金属铁含量较少。钢渣中RO相含量约为20%左右,RO相中FeO含量约为40~60%,约占钢渣中FeO总含量的60~90%,Mg O含量约在30~45%,其它为CaO、Mn O等二价金属氧化物。钢渣中的FeO大部分存在于RO相中,可以通过测定重构过程中FeO含量来分析RO相的变化。接着论文研究了石灰重构钢渣及还原重构钢渣过程中RO相的变化。石灰作为单一调节材料重构钢渣,CaO优先与RO相发生反应,使其分解,与其中的FeO化合形成铁酸钙和铁铝酸钙存在于液相中,反应完全后剩余的CaO才与硅酸二钙(C2S)反应生成硅酸三钙(C_3S)。钢渣中含量较多的铁既阻碍了生成C_3S,又对提高胶凝活性贡献不大,远没有回收铁的价值高。采用熔融还原法重构钢渣,钢渣中的FeO_x被还原成金属铁,RO相被还原消除。论文进一步研究了重构工艺参数——重构温度、钢渣碱度和初始FeO_x含量对FeO_x还原效率、RO相消除的影响。结果表明,三个因素中,温度对FeO_x还原效率的影响最大;在保证钢渣熔融的前提下,增加钢渣碱度可提高FeO_x还原效率;当温度和碱度一定且保证充分反应的条件下,钢渣初始FeO_x含量不会影响最终FeO_x还原和RO相消除效果。在还原剂充足且用量一定时,温度为1500~1550℃,初始FeO_x含量15~30%,碱度在1.0~3.0,重构40~60min,可以达到FeO_x还原率90%、FeO及Fe_2O_3含量小于2%的目标。最后,论文对重构过程中FeO_x高温还原动力学进行了研究。结果表明,FeO_x和FeO还原反应为一级表观反应,还原反应速率取决于FeO_x与FeO在熔渣中的扩散速度。在还原剂充足且用量一定时,FeO_x和FeO还原反应速率随重构温度、钢渣碱度和初始FeO_x含量升高而加快,且对FeO还原反应速率的影响大于对Fe_2O_3还原反应速率的影响,体现在反应表观速率常数k*值上:重构温度由1500℃上升至1550℃,FeO_x还原反应k*值增至原来的1.2-1.3倍,FeO还原反应k*值增至原来的1.3-1.4倍;碱度由1.0增加到3.0,FeO_x和FeO还原反应k*值增至原来的1.5倍左右;FeO_x初始含量由15%增至26.87%,FeO_x还原反应k*值增至原来的1.4-1.5倍;FeO还原反应k*值增至原来的1.5-1.7倍。当碱度为1.0,温度1450~1550℃,FeO_x和FeO的还原反应速率方程分别为:
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X757;O643.1

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本文编号：1216856