【摘要】：與傳統(tǒng)煉鋼工藝采用燒成石灰進行轉(zhuǎn)爐前期造渣相比,采用石灰石直接進行轉(zhuǎn)爐造渣新工藝具有節(jié)約能源,減少CO2排放,降低冶煉成本等諸多優(yōu)點。然而,轉(zhuǎn)爐冶煉條件下石灰石的分解與溶解速率尚缺乏系統(tǒng)研究。本文基于高溫動力學(xué)實驗,考察了熔渣溫度、渣池攪拌速率以及石灰石粒徑等工藝條件對石灰石分解與溶解速率的影響規(guī)律,建立了熔渣條件下石灰石分解及溶解宏觀動力模型,確定了分解與溶解過程的限制性環(huán)節(jié)。同時,結(jié)合對石灰石分解產(chǎn)物層微觀結(jié)構(gòu)的研究,探討了石灰石分解與溶解機制,主要結(jié)論如下。(1)熔渣溫度和石灰石粒徑對石灰石分解速率有重要影響。對于10mm石灰石在熔渣堿度0.5,轉(zhuǎn)速100r/min條件下的分解過程而言,1400℃時石灰石分解速率是1300℃下分解速率的1.51～3.76倍。15mm石灰石完全分解所需時間是10mm石灰石的1.5倍。(2)攪拌速率對石灰石分解與溶解速率無明顯影響,表明可忽略石灰石顆粒外部邊界層的傳熱或傳質(zhì)阻力對分解與溶解過程的影響。(3)轉(zhuǎn)爐初渣中石灰石分解過程的限制性環(huán)節(jié)為CaO產(chǎn)物層內(nèi)的導(dǎo)熱與界面化學(xué)反應(yīng)的聯(lián)合控制,分解反應(yīng)的活化能約為159.416kJ/mol。(4)石灰石分解產(chǎn)物層CaO的晶粒度隨熔渣溫度升高及分解時間增加而不斷增大。]300～1400℃條件下,石灰石分解90～270s時所產(chǎn)生CaO晶粒度約為0.594～0.919μm,小于鍛燒CaO1～3μm的晶粒度。CaO層孔隙率隨熔渣溫度和分解時間增加表現(xiàn)出小幅降低。分解時間90s、分解溫度為1300℃和1400℃時,CaO層孔隙率分別為37.91%和35.49%,與煅燒CaO的孔隙率35.28%相當(dāng),表明石灰石直接分解所生成CaO適宜于成渣。(5)熔渣溫度和堿度對石灰石溶解速率有重要影響。隨溫度升高和堿度降低,溶解速率增大,且1400℃條件下的溶解速率為1300℃下溶解速率的3.16～3.39倍;熔渣堿度為0.5的溶解速率為堿度1.0時的1.35～1.61倍。(6)轉(zhuǎn)爐初渣中石灰石溶解過程的限速環(huán)節(jié)為所生成石灰的溶解反應(yīng),且溶解反應(yīng)的活化能約為457.893kJ/mol。(7)石灰石溶解過程中,在CaO-熔渣界面處形成了 CaO-FeO富集帶,且隨著熔渣溫度升高及堿度降低,富集帶的厚度隨之增加。同時,隨溶解過程進行,石灰石內(nèi)部形成滲渣帶,表明石灰石的溶解過程是伴隨滲渣的CaO溶解至熔渣的過程。
【學(xué)位授予單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TF713

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