本文關鍵詞：鋼渣還原重構過程中RO相變化及鐵氧化物高溫還原動力學研究

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【摘要】：我國粗鋼產量居全球首位,每年煉鋼過程中排放的鋼渣約1億噸,鋼渣中約有7~10%的鐵元素伴隨著鋼渣的排放而流失。鋼渣中的鐵元素大部分以RO相(主要由FeO與MgO形成的連續(xù)固溶體)存在,導致其膠凝活性偏低,難以大規(guī)模應用于水泥混凝土產業(yè)中。若利用排渣過程中的高溫,加入含有還原組分的調節(jié)材料與熔態(tài)鋼渣反應,對鋼渣化學組成與結構進行重構,可將鐵氧化物(FeO_x)還原回收,RO相分解消除,同時水淬處理熔態(tài)余渣形成膠凝活性高的類似礦渣,可實現(xiàn)鋼渣大規(guī)模、高附加值的資源化利用。本論文擬研究還原重構過程鋼渣中鐵元素賦存狀態(tài)的變化與RO相變化,重構工藝參數(shù)——重構溫度、鋼渣堿度和初始FeO_x含量對FeO_x還原效率、RO相消除的影響,并建立重構過程中鐵氧化物高溫還原動力學模型,為鋼渣在線還原重構提供理論指導。論文首先研究了鋼渣中鐵元素的賦存狀態(tài)、以FeO含量表征RO相變化的可行性。結果表明,鋼渣中的鐵以FeO存在最多,其次以Fe_2O_3存在,殘存金屬鐵含量較少。鋼渣中RO相含量約為20%左右,RO相中FeO含量約為40~60%,約占鋼渣中FeO總含量的60~90%,Mg O含量約在30~45%,其它為CaO、Mn O等二價金屬氧化物。鋼渣中的FeO大部分存在于RO相中,可以通過測定重構過程中FeO含量來分析RO相的變化。接著論文研究了石灰重構鋼渣及還原重構鋼渣過程中RO相的變化。石灰作為單一調節(jié)材料重構鋼渣,CaO優(yōu)先與RO相發(fā)生反應,使其分解,與其中的FeO化合形成鐵酸鈣和鐵鋁酸鈣存在于液相中,反應完全后剩余的CaO才與硅酸二鈣(C2S)反應生成硅酸三鈣(C_3S)。鋼渣中含量較多的鐵既阻礙了生成C_3S,又對提高膠凝活性貢獻不大,遠沒有回收鐵的價值高。采用熔融還原法重構鋼渣,鋼渣中的FeO_x被還原成金屬鐵,RO相被還原消除。論文進一步研究了重構工藝參數(shù)——重構溫度、鋼渣堿度和初始FeO_x含量對FeO_x還原效率、RO相消除的影響。結果表明,三個因素中,溫度對FeO_x還原效率的影響最大;在保證鋼渣熔融的前提下,增加鋼渣堿度可提高FeO_x還原效率;當溫度和堿度一定且保證充分反應的條件下,鋼渣初始FeO_x含量不會影響最終FeO_x還原和RO相消除效果。在還原劑充足且用量一定時,溫度為1500~1550℃,初始FeO_x含量15~30%,堿度在1.0~3.0,重構40~60min,可以達到FeO_x還原率90%、FeO及Fe_2O_3含量小于2%的目標。最后,論文對重構過程中FeO_x高溫還原動力學進行了研究。結果表明,FeO_x和FeO還原反應為一級表觀反應,還原反應速率取決于FeO_x與FeO在熔渣中的擴散速度。在還原劑充足且用量一定時,FeO_x和FeO還原反應速率隨重構溫度、鋼渣堿度和初始FeO_x含量升高而加快,且對FeO還原反應速率的影響大于對Fe_2O_3還原反應速率的影響,體現(xiàn)在反應表觀速率常數(shù)k*值上:重構溫度由1500℃上升至1550℃,FeO_x還原反應k*值增至原來的1.2-1.3倍,FeO還原反應k*值增至原來的1.3-1.4倍;堿度由1.0增加到3.0,FeO_x和FeO還原反應k*值增至原來的1.5倍左右;FeO_x初始含量由15%增至26.87%,FeO_x還原反應k*值增至原來的1.4-1.5倍;FeO還原反應k*值增至原來的1.5-1.7倍。當堿度為1.0,溫度1450~1550℃,FeO_x和FeO的還原反應速率方程分別為:
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：X757;O643.1

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