锰矿自还原压块转炉直接合金化基础研究
发布时间：2021-12-11 12:53
自从20世纪80年代开始探索转炉冶炼过程中使用锰矿进行直接合金化技术以来,日本钢企通过铁水“三脱”和转炉少渣冶炼手段将锰的收得率稳定在70%左右。但我国转炉炼钢工艺与日本存在本质区别,各厂的工业试验结果表明,锰收得率一般波动在5-25%之间,经济效益不明显。本课题提出了一种新的转炉用锰矿自还原压块直接合金化方法,在转炉吹炼结束后将锰矿自还原压块加入炉内,压块内MnO被固态碳快速还原生成金属Mn进入钢中,减小了传统锰矿直接合金化工艺中因转炉渣量大、终点[C]含量低和转炉终渣氧化性高等因素对氧化锰熔融还原反应不利的影响,从而提高金属Mn的收得率本文对比分析了以天然锰矿和富锰渣为原材料的含碳压块自还原过程规律,并对自还原过程中金属Mn的挥发特性及抑制措施进行探讨,在此基础上通过中频感应炉模拟转炉直接合金化过程,对直接合金化过程中的动力学建模计算。分析直接合金化过程对炉内温降的影响,提出进行锰矿直接合金化工业性生产的方案与建议。（1）通过天然锰矿含碳压块自还原试验结果发现：压块内C/O为1.2时最为合适；还原温度对压块的还原度影响不大；助熔剂CaF2能有效提高还原前期的还原速率。根据还原结果可...
【文章来源】：武汉科技大学湖北省
【文章页数】：129 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
引言
第1章 文献综述
1.1 锰资源状况
1.1.1 陆地锰矿资源
1.1.2 我国锰矿资源现状
1.1.3 我国富锰渣资源情况
1.2 氧化物直接合金化研究概述
1.2.1 铬矿直接合金化
1.2.2 钼矿直接合金化
1.2.3 钒渣直接合金化
1.2.4 铌矿直接合金化
1.2.5 白钨矿直接合金化
1.2.6 锰矿直接合金化
1.3 转炉锰矿直接合金化原理
1.3.1 氧化锰还原热力学
1.3.2 添加锰矿时钢渣之间的平衡
1.3.3 转炉渣量对（MnO）还原的影响
1.3.4 转炉渣碱度对（MnO）还原的影响
1.3.5 转炉渣中（FeO）含量对锰矿直接合金化的影响
1.3.6 转炉终点碳对锰收得率的影响
1.4 锰矿直接合金化动力学研究现状
1.5 实施锰矿直接合金化的对策和措施
1.6 主要研究内容
拟解决的关键问题
第2章 氧化锰还原及金属锰挥发热力学
2.1 转炉炉渣活度计算模型
2.1.1 结构单元
2.1.2 模型的建立
2.1.3 计算结果及其讨论
2.2 氧化锰还原热力学计算
2.3 金属 Mn 挥发热力学
2.4 小结
第3章 天然锰矿含碳压块自还原试验研究
3.1 试验方案设计
3.1.1 原材料准备
3.1.2 试验方法
3.1.3 还原设备简介
3.2 还原结果及影响因素分析
3.2.1 还原度的计算
3.2.2 还原结果及讨论
3.3 还原反应动力学
3.3.1 还原前期动力学模型
3.3.2 还原后期动力学模型
3.4 动力学模型结果讨论
3.5 小结
第4章 富锰渣含碳压块自还原试验研究
4.1 试验方案设计
4.1.1 试验原材料
4.1.2 试验方法
4.1.3 还原率的计算
4.2 试验结果及讨论
4.2.1 试验结果
4.2.2 富锰渣含碳压块还原率影响因素分析
4.3 还原动力学分析
4.4 小结
第5章 金属 Mn 挥发动力学及其抑制措施
5.1 试验研究方法
5.2 金属 Mn 的挥发率计算
5.3 天然锰矿与富锰渣试验对比
5.3.1 试验方案与结果
5.3.2 试验结果分析
5.4 富锰渣压块还原中金属锰挥发研究
5.4.1 试验结果及其分析
5.4.2 富锰渣还原率与挥发率对比
5.4.3 试样 XRD 检测结果
5.4.4 试样显微结构分析
5.5 富锰渣压块内金属 Mn 挥发动力学
5.5.1 试验方案与结果
5.5.2 气态金属 Mn 在气相中扩散计算
5.5.3 化学反应及熔渣层内扩散
5.6 结论
第6章 中频感应炉试验研究
6.1 试验用原材料
6.2 试验方案
6.3 试验结果及分析
6.4 压块还原过程耦合动力学模型
6.4.1 钢中 Mn 传质为限制性环节
6.4.2 渣中 MnO 传质为限制性环节
6.4.3 模型参数及计算方法
6.4.4 各操作参数对压块收得率的影响
6.5 结论
第7章 锰矿直接合金化工业性生产探讨
7.1 现场情况简介
7.2 转炉终点钢水残锰含量及锰收得率的影响因素分析
7.2.1 转炉终点[C]含量的影响
7.2.2 转炉终点温度的影响
7.2.3 转炉终渣（FeO）含量的影响
7.2.4 铁水[Si]、[Mn]含量的影响
7.3 转炉用锰矿压块直接合金化热平衡计算
7.3.1 温度变化模型的建立
7.3.2 模型计算结果及分析
7.4 工业试验方案建议
7.5 锰矿压块直接合金化成本预测
7.6 小结
第8章 结论与展望
参考文献
致谢
附录 1 攻读博士学位期间发表的论文
附录 2 攻读博士学位期间参加的科研项目
【参考文献】：
期刊论文
[1]锰矿石LF合金化热力学、动力学分析及生产实践[J]. 张朝发,常金宝,李双武,韩志杰,马德刚,刘善喜,项有兵. 炼钢. 2013(06)
[2]含Cr2O3转炉渣熔化温度的实验研究[J]. 赵小波,闫威,陈伟庆. 河南冶金. 2013(04)
[3]抑制MoO3高温挥发的试验研究[J]. 杨柳,肖君臣,宋志宇,刘双,宋生强,薛正良. 钢铁研究. 2012(06)
[4]转炉终点钢水残锰含量及锰收得率的影响因素分析[J]. 薛正良,吴丽嘉,王炜,左都伟,罗斌,彭灿峰,郝飞翔,严明. 炼钢. 2011(06)
[5]钒钛铁精矿内配碳球团直接还原的动力学[J]. 刘松利,白晨光,胡途,吕学伟,邱贵宝. 钢铁研究学报. 2011(04)
[6]复吹转炉锰矿直接合金化热力学模型研究[J]. 高运明,赵家七,幸涛. 武汉科技大学学报. 2011(01)
[7]微波碳热还原不锈钢厂电弧炉粉尘的热力学及实验研究[J]. 马国军,殷雪,苏伟厚,匡步肖,邓国全,王甜,杜波. 武汉科技大学学报. 2010(04)
[8]冶金渣系相图的研究现状[J]. 张生芹. 重庆科技学院学报(自然科学版). 2010(01)
[9]转炉炼钢加锰矿提高终点锰含量的试验研究[J]. 赵中福,李小明,沈继胜. 炼钢. 2010(01)
[10]中国锰矿资源的分布及矿物学特征[J]. 邱俊,吕宪俊,王桂芳. 现代矿业. 2009(09)
博士论文
[1]转炉高效提钒相关技术基础研究[D]. 黄青云.重庆大学 2012
硕士论文
[1]富锰渣的综合利用工艺研究[D]. 原金海.重庆大学 2005
本文编号：3534715
【文章来源】：武汉科技大学湖北省
【文章页数】：129 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
引言
第1章 文献综述
1.1 锰资源状况
1.1.1 陆地锰矿资源
1.1.2 我国锰矿资源现状
1.1.3 我国富锰渣资源情况
1.2 氧化物直接合金化研究概述
1.2.1 铬矿直接合金化
1.2.2 钼矿直接合金化
1.2.3 钒渣直接合金化
1.2.4 铌矿直接合金化
1.2.5 白钨矿直接合金化
1.2.6 锰矿直接合金化
1.3 转炉锰矿直接合金化原理
1.3.1 氧化锰还原热力学
1.3.2 添加锰矿时钢渣之间的平衡
1.3.3 转炉渣量对（MnO）还原的影响
1.3.4 转炉渣碱度对（MnO）还原的影响
1.3.5 转炉渣中（FeO）含量对锰矿直接合金化的影响
1.3.6 转炉终点碳对锰收得率的影响
1.4 锰矿直接合金化动力学研究现状
1.5 实施锰矿直接合金化的对策和措施
1.6 主要研究内容
拟解决的关键问题
第2章 氧化锰还原及金属锰挥发热力学
2.1 转炉炉渣活度计算模型
2.1.1 结构单元
2.1.2 模型的建立
2.1.3 计算结果及其讨论
2.2 氧化锰还原热力学计算
2.3 金属 Mn 挥发热力学
2.4 小结
第3章 天然锰矿含碳压块自还原试验研究
3.1 试验方案设计
3.1.1 原材料准备
3.1.2 试验方法
3.1.3 还原设备简介
3.2 还原结果及影响因素分析
3.2.1 还原度的计算
3.2.2 还原结果及讨论
3.3 还原反应动力学
3.3.1 还原前期动力学模型
3.3.2 还原后期动力学模型
3.4 动力学模型结果讨论
3.5 小结
第4章 富锰渣含碳压块自还原试验研究
4.1 试验方案设计
4.1.1 试验原材料
4.1.2 试验方法
4.1.3 还原率的计算
4.2 试验结果及讨论
4.2.1 试验结果
4.2.2 富锰渣含碳压块还原率影响因素分析
4.3 还原动力学分析
4.4 小结
第5章 金属 Mn 挥发动力学及其抑制措施
5.1 试验研究方法
5.2 金属 Mn 的挥发率计算
5.3 天然锰矿与富锰渣试验对比
5.3.1 试验方案与结果
5.3.2 试验结果分析
5.4 富锰渣压块还原中金属锰挥发研究
5.4.1 试验结果及其分析
5.4.2 富锰渣还原率与挥发率对比
5.4.3 试样 XRD 检测结果
5.4.4 试样显微结构分析
5.5 富锰渣压块内金属 Mn 挥发动力学
5.5.1 试验方案与结果
5.5.2 气态金属 Mn 在气相中扩散计算
5.5.3 化学反应及熔渣层内扩散
5.6 结论
第6章 中频感应炉试验研究
6.1 试验用原材料
6.2 试验方案
6.3 试验结果及分析
6.4 压块还原过程耦合动力学模型
6.4.1 钢中 Mn 传质为限制性环节
6.4.2 渣中 MnO 传质为限制性环节
6.4.3 模型参数及计算方法
6.4.4 各操作参数对压块收得率的影响
6.5 结论
第7章 锰矿直接合金化工业性生产探讨
7.1 现场情况简介
7.2 转炉终点钢水残锰含量及锰收得率的影响因素分析
7.2.1 转炉终点[C]含量的影响
7.2.2 转炉终点温度的影响
7.2.3 转炉终渣（FeO）含量的影响
7.2.4 铁水[Si]、[Mn]含量的影响
7.3 转炉用锰矿压块直接合金化热平衡计算
7.3.1 温度变化模型的建立
7.3.2 模型计算结果及分析
7.4 工业试验方案建议
7.5 锰矿压块直接合金化成本预测
7.6 小结
第8章 结论与展望
参考文献
致谢
附录 1 攻读博士学位期间发表的论文
附录 2 攻读博士学位期间参加的科研项目
【参考文献】：
期刊论文
[1]锰矿石LF合金化热力学、动力学分析及生产实践[J]. 张朝发,常金宝,李双武,韩志杰,马德刚,刘善喜,项有兵. 炼钢. 2013(06)
[2]含Cr2O3转炉渣熔化温度的实验研究[J]. 赵小波,闫威,陈伟庆. 河南冶金. 2013(04)
[3]抑制MoO3高温挥发的试验研究[J]. 杨柳,肖君臣,宋志宇,刘双,宋生强,薛正良. 钢铁研究. 2012(06)
[4]转炉终点钢水残锰含量及锰收得率的影响因素分析[J]. 薛正良,吴丽嘉,王炜,左都伟,罗斌,彭灿峰,郝飞翔,严明. 炼钢. 2011(06)
[5]钒钛铁精矿内配碳球团直接还原的动力学[J]. 刘松利,白晨光,胡途,吕学伟,邱贵宝. 钢铁研究学报. 2011(04)
[6]复吹转炉锰矿直接合金化热力学模型研究[J]. 高运明,赵家七,幸涛. 武汉科技大学学报. 2011(01)
[7]微波碳热还原不锈钢厂电弧炉粉尘的热力学及实验研究[J]. 马国军,殷雪,苏伟厚,匡步肖,邓国全,王甜,杜波. 武汉科技大学学报. 2010(04)
[8]冶金渣系相图的研究现状[J]. 张生芹. 重庆科技学院学报(自然科学版). 2010(01)
[9]转炉炼钢加锰矿提高终点锰含量的试验研究[J]. 赵中福,李小明,沈继胜. 炼钢. 2010(01)
[10]中国锰矿资源的分布及矿物学特征[J]. 邱俊,吕宪俊,王桂芳. 现代矿业. 2009(09)
博士论文
[1]转炉高效提钒相关技术基础研究[D]. 黄青云.重庆大学 2012
硕士论文
[1]富锰渣的综合利用工艺研究[D]. 原金海.重庆大学 2005
本文编号：3534715
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/yjlw/3534715.html
