转炉提钒过程同时造渣脱磷的应用基础研究

发布时间：2020-05-15 13:01

【摘要】：钒及其产品具有良好的物理、化学性质,被广泛应用于航空航天、冶金、化工等领域。目前攀钢提钒的主要工艺流程为钒钛磁铁矿高炉还原-转炉氧化制备钒渣-钒渣钠化焙烧水浸提钒。但提钒后半钢炼钢脱磷负荷大,冶炼低磷、超低磷钢困难。钠化提钒工艺焙烧过程释放污染气体,不符合清洁生产的要求。在转炉提钒过程加入石灰造渣脱磷是解决半钢冶炼过程造渣困难、脱磷负荷高和实现后续清洁提钒工艺可能的有效方法。本文以含钒铁水提钒脱磷为研究对象,从碱性钒渣浸出、转炉提钒脱磷热力学和动力学三方面进行研究,探索转炉提钒过程同时脱磷的可行性。为确定碱性钒渣直接焙烧-碱/酸性水溶液浸出的可行性及最佳钒渣成分,本文以不同碱度的碱性钒渣为原料进行浸出实验。研究发现采用160g/L碳酸钠溶液浸出碱度为1.5的钒渣时,钒的转浸率达到了84.02%。在本实验范围内,碱性钒渣直接焙烧-碱性浸出的方法可行,最佳的钒渣碱度为1.5。以化学热力学理论为基础,采用正规离子溶液模型和离子分子共存理论模型构建碱性钒渣的熔渣热力学模型,并在此基础上对不同炉渣成分和反应温度的钒、磷在渣金间的分配行为进行了研究,同时进行了热态实验。计算结果显示钒在渣金间的分配比随着渣中Fe O、V2O3和Mn O的增加而增加,随着渣中Ca O、Ti O2和P2O5的增加和反应温度的升高而降低。磷在渣金间的分配比随着渣中P2O5、Fe O、Ca O和Mn O的增加而增加,随着渣中V2O3和Ti O2的增加和反应温度的增加而降低。实验结果表明,在终渣碱度为1.5,终渣Fe O含量为35%、反应温度为1380℃的条件下,提钒率和脱磷率分别达到89.67%和66.67%。反应温度为1380℃时,随着碱度从0.6增加到2.1,Log Lp明显增加;钒分配比数值Log Lv在2.21~2.33之间,与传统转炉提钒过程的钒分配比基本一致。转炉提钒过程加入石灰造渣脱磷后对提钒过程不造成负面影响。在不同炉渣组分、反应温度以及搅拌强度条件下,对提钒脱磷过程磷、钒的传质规律进行了动力学实验研究。基于双膜理论建立动力学方程对实验数据进行了解析。本实验中各炉次的表观脱磷速率常数和提钒速率常数分别在0.413~0.740×10-3 2g/cm(?)s和0.247~0.378×10-3 2g/cm(?)s之间。磷的初始传质参量在0.025~0.084cm3/s之间,钒的初始传质参量在0.18~0.30cm3/s之间。随着反应的进行,传质参量逐渐减小,在有回磷、回钒的炉次变为负值。在本实验范围内,终点磷、钒的传质参量分别在-5.00~0×10-3cm3/s,-4.98~-1.04×10-3cm3/s之间。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TF841.3

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