【摘要】：化學反應(yīng)后的物相分離快慢是決定冶金反應(yīng)速率的關(guān)鍵因素,從而制約著冶金工業(yè)的生產(chǎn)效率,而采用施加外場的方法來促進物相分離是提高冶金速率的主要方法。本文利用超重力技術(shù)的強化傳質(zhì)、強化相際分離的特點,將超重力引入到冶金不同領(lǐng)域,針對鋼液中非金屬夾雜物的去除,鋼的凝固組織細化及鋼渣中富磷相與富鐵相的分離做系統(tǒng)研究,拓展超重力技術(shù)在冶金領(lǐng)域的應(yīng)用。通過Stokes公式計算結(jié)果表明,微小Al2O3夾雜物在常重力場下從鋼包底部完全上浮到表面需要大量時間,而在超重力場的作用下,此時間得到大幅度減小,理論上證明超重力去除鋼液中非金屬夾雜物的可行性。因此,論文利用自行設(shè)計的微波加熱超重力裝置對鋁脫氧鋼中微小A1203夾雜物進行恒溫分離實驗研究。結(jié)果表明,超重力可以有效分離鋼液中微小A1203夾雜物,超重力處理后,大量夾雜物聚集在試樣的上部,且沿著超重力方向,夾雜物的體積分數(shù)、數(shù)量密度及平均尺寸均呈現(xiàn)梯度分布,并且隨著超重力系數(shù)的增加、處理時間的延長,梯度分布的斜率越大。在超重力G=80,t=15 min下,試樣的下部5 mm處全氧含量從191.7 ppm降為8.37 ppm,去除率高達95.6%。對于304不銹鋼中Si02復(fù)合夾雜物的超重力分離得到相似的結(jié)果,超重力處理后,大量Si02復(fù)合夾雜物聚集在試樣上部,但復(fù)合夾雜中的MnS由于高溫下溶解于鋼液而未形成富集。理論計算表明,實驗所分離尺寸夾雜物在重力系數(shù)G=80處理15 min后不能達到完全上浮,但夾雜物在上浮的過程中由于速度差不斷產(chǎn)生碰撞長大,從而上浮速度得到提高,被快速分離至表面。對超重力細化鋼的凝固組織研究結(jié)果表明,超重力對于Crl2及T10鋼凝固組織具有明顯的細化效果。隨著重力系數(shù)的增加,Cr12及T10鋼試樣中部等軸晶晶粒尺寸逐漸減小,對應(yīng)位置的抗拉強度及延伸率則逐漸增大,晶粒細化可以提高強度同時不失韌性。分析認為Cr12及T10均有寬廣的凝固區(qū)間,在凝固速率一定的前提下,為超重力細化凝固組織提供了足夠的時間。同時認為實驗中晶粒細化是因為超重力具有減小形核功的特點,同時超重力也可以加強熔體對流,使其沖刷枝晶形成更多異質(zhì)形核。利用自行設(shè)計的電阻加熱超重力裝置,針對先析出富磷相密度小于熔體的特點,在固液兩相區(qū)進行CaO-SiO2-FetO-MgO-P205五元模擬鋼渣熔體中磷富集相超重力富集。結(jié)果發(fā)現(xiàn),試樣出現(xiàn)明顯分層,顯微分析發(fā)現(xiàn)試樣上部聚集大量富磷相顆粒,且粒度和體積分數(shù)沿超重力方向呈現(xiàn)梯度分布,下部多為富鐵相,此現(xiàn)象可由Stokes方程解釋。分層樣品進行XRD及XRF分析后分別得到試樣的礦相組成及磷與鐵的回收率。為進一步提高回收率,論文進行了超重力過濾分離磷富集相,超重力處理后,在實驗溫度所析出的富磷相全部被過濾氈截留在上部,剩余熔體經(jīng)過濾流入下部坩堝,P2O5及FetO的回收率分別高達85.02%和76.67%。模擬鋼渣中富磷相的成功富集與分離,為進一步進行超重力富集分離實際鋼渣提供了實驗及理論基礎(chǔ)。實際鋼渣經(jīng)過超重力富集后,富磷相被成功富集到試樣上部,而下部主要由鐵鋁酸鈣及RO相組成。進一步對鋼渣熔體進行超重力過濾分離后,P2O5及FetO的回收率得到極大提高,表明超重力分離鋼渣有價元素并實現(xiàn)其重復(fù)利用是可行的。
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【學位授予單位】：北京科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TF703

【參考文獻】

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本文編號：2422408