【摘要】：錳硅合金是鐵合金中產(chǎn)量較大、使用較廣的合金之一。近年來,中國鋼鐵行業(yè)發(fā)展迅速,錳合金產(chǎn)量不僅嚴(yán)重過剩,而且由于中國錳礦品位普遍低下,生產(chǎn)的錳硅合金中磷雜質(zhì)含量嚴(yán)重超標(biāo),給銷售和應(yīng)用帶來了雙重壓力,亟需找到有效途徑,低成本下深度脫除磷雜質(zhì),使錳硅合金國標(biāo)化。本課題針對(duì)重慶城口縣某鐵合金企業(yè)生產(chǎn)的高磷錳硅合金的脫磷問題進(jìn)行了探索,基于冶金熱力學(xué)基本原理,從錳硅熔體內(nèi)部和熔渣兩個(gè)方面,研究磷在熔體中的熱力學(xué)行為及脫磷機(jī)理;同時(shí),構(gòu)建一種無氟、高磷容量、無害化的脫磷渣(如CaO-SiO2-Al2O3渣系)用于錳硅合金脫磷,使脫磷終渣對(duì)環(huán)境友好、無害。采用“中頻感應(yīng)爐+硅鉬爐”對(duì)高磷錳硅合金進(jìn)行還原脫磷實(shí)驗(yàn),結(jié)合ICP、SEM、XRD、XRF等分析手段,重點(diǎn)探討了錳硅合金成分、熔渣組分和堿度對(duì)磷在錳硅熔體內(nèi)部和渣金界面的熱力學(xué)行為的影響。論文研究得到以下結(jié)論:(1)隨著錳硅合金中Si含量的增加,脫磷率得到顯著提高。Si與CaO在渣金界面發(fā)生了還原反應(yīng),生成游離Ca,Ca從熔渣擴(kuò)散到錳硅熔體中并與P結(jié)合,生成固態(tài)Ca3P2,上浮到渣中,從而提高了脫磷率;Si含量的增加有利于錳硅熔體中氧活度的降低和磷活度系數(shù)的提高;此外,隨著Si含量的增加,錳硅合金中C含量逐漸降低,并形成SiC進(jìn)入到脫磷渣中。(2)脫磷元素Ca、Ce和Al雖然理論上都與P元素具有較好的結(jié)合能力,但是Ca更容易揮發(fā)與損耗,Ce與P結(jié)合形成的脫磷產(chǎn)物附著在石墨球上而無法從錳硅合金中排出。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,鋁基脫磷劑具有更好的脫磷效果;初步計(jì)算了在1400℃溫度下,錳硅熔體中Al和P的相互作用系數(shù)為:7)=14.97。(3)隨著渣中w(Na2O)的增加,脫磷渣的磷分配比和磷容量逐漸升高,初始渣中,w(Na2O)應(yīng)控制在2%為宜;隨著Na2O替代CaO的量的增加,磷分配比逐漸增加;當(dāng)Na2O替代CaO的量超過3.19%時(shí),渣中的2-濃度達(dá)到飽和,脫磷渣堿度保持一定,磷分配比基本保持不變。(4)當(dāng)CaO-SiO2-Al2O3脫磷配渣的堿度為1.0時(shí),隨著渣中w(Al2O3)的逐漸降低,渣中7)-聚合物的聚合度逐漸降低,該渣系的黏度逐漸降低,渣的流動(dòng)性得到改善,有利于渣金間物質(zhì)的快速轉(zhuǎn)換,磷分配比逐漸升高。(5)CaO-SiO2-Al2O3熔渣的堿度是影響渣金界面處錳硅合金液脫磷反應(yīng)的重要因素。在CaO-SiO2-Al2O3三元相圖的低熔點(diǎn)區(qū)域(1)內(nèi),隨著脫磷配渣堿度的升高,渣中氧離子活度增加,同時(shí),該渣系的黏度顯著降低,渣的流動(dòng)性得到明顯改善,磷分配比逐漸升高。(6)在CaO-SiO2-Al2O3三元相圖的低熔點(diǎn)區(qū)域(2)內(nèi),由于Al2O3濃度過高,熔渣中有大量大分子鋁氧絡(luò)離子聚合物形成,黏度變大。此時(shí),錳硅熔體與熔渣界面處,Si與CaO反應(yīng)生成的游離鈣在相同的冶煉時(shí)間內(nèi)無法快速擴(kuò)散到熔體內(nèi),從而減弱了渣的脫磷效果。當(dāng)渣中w(SiO2)保持不變時(shí),隨著配渣中CaO/Al2O3的增加,熔渣中大分子鋁氧絡(luò)離子團(tuán)逐漸解體,渣的流動(dòng)性變好,渣金間磷分配比緩慢升高;當(dāng)CaO/Al2O3大于1.3時(shí),磷分配比顯著升高。
【圖文】：

可脫除鋼中的其他雜質(zhì)如硫、氮等；還可作為合金添加合金元素到鋼內(nèi)以改善鋼的性質(zhì)；此外，可作為孕育劑，改善鑄件的結(jié)晶組織。由于大多數(shù)鐵合金一般很脆，使用。的品種中，約占鐵合金總產(chǎn)量的 90%以上的是硅、錳、用量較大的一種鐵合金是錳系鐵合金，它包括錳鐵合金種合金都有多種國際牌號(hào)。其中錳系錳硅合金為鐵合金金之一， 90%用于煉鋼脫氧，因此,錳系鐵合金行業(yè)的響[1]�？梢钥闯觯�，鐵合金產(chǎn)業(yè)與鋼鐵行業(yè)密切相關(guān)。球金融危機(jī)爆發(fā)以來，歐美國家的鋼鐵業(yè)均有不同程產(chǎn)量卻不斷增長，如圖 1.1 所示，我國的粗鋼產(chǎn)量由 26 年的 8.05 億噸，增長率 60%[2]。在國內(nèi)外經(jīng)濟(jì)出現(xiàn)嚴(yán)等因素的影響下，中國鋼產(chǎn)量仍然不斷增長，其高速的業(yè)應(yīng)該有的發(fā)展態(tài)勢。

重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文鋼鐵產(chǎn)業(yè)面臨諸多問題，產(chǎn)能嚴(yán)重過剩，而需求逐漸業(yè)所需原材料受制于人，經(jīng)營的壓力很大；缺乏創(chuàng)新力在國際市場中沒有有競爭力的產(chǎn)品。中國鋼鐵產(chǎn)業(yè)結(jié)較長的調(diào)整期。業(yè)長期處于調(diào)整的背景下，鐵合金產(chǎn)業(yè)也面臨很多困而鋼鐵企業(yè)的需求量卻一直下降，導(dǎo)致產(chǎn)能嚴(yán)重過剩錳硅合金產(chǎn)量為 1208 萬噸，而鋼廠實(shí)際所需錳硅合量按 12.5kg[3]）�？傮w上看，我國錳硅合金產(chǎn)能明顯過金的價(jià)格不斷下行，同時(shí)中國的鐵合金行業(yè)存在著很備工藝水平落后，整個(gè)行業(yè)呈現(xiàn)“散、小、弱”的特征，使得這一行業(yè)成了國家節(jié)能減排的重點(diǎn)。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TF642

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本文編號(hào)：2613191