【摘 要】
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钒钛磁铁矿是一种以铁、钒、钛元素为主,同时伴生钴、镍、铬、钪、镓等关键战略金属的多元共生铁矿资源。经过近一个世纪的探索,工业上已发展出诸多冶炼钒钛磁铁矿的技术,其中高炉-转炉法是当前最成熟、资源利用效率最高的方法。以钒钛磁铁矿为原料,经高炉冶炼可获得品质合格的铁水,但相对于普通矿冶炼的铁水,钒钛矿冶炼的铁水具有钒、钛含量高且温度低的特点,导致铁水粘度高,冶炼过程易出现“粘沟”、“粘罐”等现象,长时
【基金项目】
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国家自然科学基金课题(U2003215); 攀钢集团有限公司科技项目;
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钒钛磁铁矿是一种以铁、钒、钛元素为主,同时伴生钴、镍、铬、钪、镓等关键战略金属的多元共生铁矿资源。经过近一个世纪的探索,工业上已发展出诸多冶炼钒钛磁铁矿的技术,其中高炉-转炉法是当前最成熟、资源利用效率最高的方法。以钒钛磁铁矿为原料,经高炉冶炼可获得品质合格的铁水,但相对于普通矿冶炼的铁水,钒钛矿冶炼的铁水具有钒、钛含量高且温度低的特点,导致铁水粘度高,冶炼过程易出现“粘沟”、“粘罐”等现象,长时间积累导致出铁困难,严重影响高炉冶炼的顺行。因此,探究铁水粘度的影响机制及其调控方法是确保高炉冶炼顺行的关键。当前,针对高粘性熔体(如炉渣)粘度测量所开发的方法较多,但针对低粘性熔体粘度测量的方法较少,导致铁水粘度难以准确获得。本文基于扭摆振动粘度测量原理,通过对扭摆振动系统进行重新设计,并引入光电传感技术和计算机实时记录系统,实现了含钒、钛铁水粘度的准确在线测量。同时结合热力学计算及高温共聚焦显微镜等现代检测方法,对含钒、钛铁水中高熔点物相析出的行为进行研究,探究了高熔点物相析出对铁水粘度的影响机制,为含钒、钛铁水粘度的控制及高炉冶炼的顺行提供相应的技术和理论参考。通过对含钒、钛铁水中高熔点物相的析出热力学进行分析,获得钒、钛、硅、锰、硫和磷含量对高熔点物相(VC、VN、Ti C和Ti N)析出行为的影响规律。计算结果表明:(1)随着钒、钛含量增加,高熔点物相的析出温度和析出量均逐渐增加;当wv=w Ti=0.25wt%时,铁水中VC、VN、Ti C和Ti N的析出温度分别为1281℃、1485℃、1622℃和1890℃,其在1450℃下所对应的析出量分别为0、0.05wt%、0.22 wt%和0.21wt%;(2)随着钒含量增加,Ti C和Ti N的析出量逐渐增加,当wv由0.10wt%增加至0.50 wt%时,在1450℃下Ti C和Ti N的析出增加量分别为0.30wt%和0.19wt%;随着钛含量增加,VC和VN的析出量逐渐增加,当w Ti从0.10wt%增加至0.50wt%时,在1450℃下VC和VN的析出增加量分别为0.30wt%和0.19wt%;(3)随着硅、锰含量增加,高熔点物相的析出量逐渐增加;随着硫、磷含量增加,高熔点物相的析出量逐渐减少;这主要是因为铁水中硅、锰与钒、钛的相互作用系数为正,而硫、磷与钒、钛的相互作用系数为负。以国内某钢铁厂现场生产的原生铁为研究对象,通过自主研制的粘度仪,测量了不同钒、钛含量铁水的粘度,并通过高温共聚焦显微镜和扫描电镜,原位观察铁水中高熔点物相的析出行为,探究了高熔点物相析出行为及其对铁水粘度的影响机制。实验结果表明:(1)钒含量对铁水粘度的影响以wv=0.30wt%为分界点有所区别;当wv<0.30wt%时,钒含量增加对铁水粘度的影响并不显著,当wv>0.30wt%时,随着钒含量增加,铁水粘度显著增大。(2)随着钛含量增加,铁水的粘度逐渐增大;当w Ti=0.09wt%(1450℃)时,铁水粘度为24.6m Pa·s,当w Ti=0.40wt%(1450℃)时,其粘度增大至38.3m Pa·s。(3)随着钒、钛含量增加,铁水中高熔点物相的析出量逐渐增多;高熔点物相的长大存在两种机制:一种是高熔点物相的形核长大;另一种是高熔点物相形核后,通过碰撞聚合长大。
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