钒渣对镁碳砖的侵蚀机理研究

论文摘要

钒钛磁铁矿含有大量的钒资源,它是初级钒产品的主要来源。一种重要的提钒方法是将钒钛磁铁矿经高炉冶炼成含钒铁水,然后把含钒铁水在转炉中氧化吹炼得到高V2O3含量的转炉提钒渣。与普通炼钢转炉渣相比,转炉提钒渣具有“低碱度”、“高氧化性”和“高氧化钒含量”的组成特点。为适应提钒工艺要求,提高钒渣生产效益,目前大多采用了具有良好的抗渣侵蚀和抗热剥落等性能的镁碳砖作为炉衬。现场生产发现转炉提钒时,其炉衬寿命低于普通炼钢,炉龄从大约10000次下降到约8000次。因此研究炉衬的损毁机理,对于进一步提高转炉提钒炉衬寿命、优化提钒工艺、提高经济效益有着重要意义。本文在转炉提钒温度条件下（1380℃）,研究钒渣成分变化、旋转速度变化、镁碳砖C含量的改变、热冲击、外加电场保护对镁碳砖试样侵蚀的影响和转炉提钒渣的物理化学性能,对侵蚀后镁碳砖微观界面进行观察、SEM-EDS分析和Factsage热力学计算以及对转炉提钒渣的性能分析,取得如下成果:①研究了钒渣中FeO、TiO2、MnO、V2O3、MgO含量的变化对转炉提钒渣性能和对镁碳砖损毁的影响。可以发现V2O3、TiO2、MgO含量的增加可以增加转炉提钒渣的熔点,FeO、MnO含量的增加则可以降低转炉提钒渣的熔点;V2O3、MgO含量的增加会导致熔渣粘度的升高、降低镁碳砖损毁程度,而增加渣中的FeO、MnO、TiO2则会降低熔渣的粘度、增加镁碳砖损毁程度,相对于其它组分,其中TiO2的影响最大。②在动态条件下,研究了提钒温度、钒渣组成、以及钒渣与镁碳砖间相对速度、镁碳砖中C含量对镁碳砖的损毁速率的影响,通过单位时间、面积上的镁碳砖质量减少量来定义镁碳砖损毁速率,并拟合出相应的速率方程。③通过SEM-EDS测试,结合Factsage理论计算,分析了提钒转炉中镁碳砖的C基质氧化损毁机理和MgO颗粒溶解机理。④在热冲击条件下,测试分析了热冲击对镁碳砖损毁速率的影响;通过对镁碳砖进行外加电场保护,对比侵蚀前后熔渣成分的变化,探讨了外加电场提高镁碳砖的可能性。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 课题的背景
• 1.2 钒渣生产及工艺
• 1.2.1 提钒方法
• 1.2.2 转炉提钒原理
• 1.2.3 含钒铁水的氧化
• 1.3 钒渣的物相和性质
• 1.3.1 钒渣的化学成分和物相构成
• 1.3.2 钒渣的性质
• 1.4 镁碳砖在转炉炉衬上的使用
• 1.5 镁碳砖的发展以及改进
• 1.5.1 C 的发展
• 1.5.2 MgO 的发展
• 1.5.3 抗氧化剂的使用
• 1.6 镁碳砖损毁的研究方法
• 1.6.1 静态实验法
• 1.6.2 动态实验法
• 1.6.3 X 射线透视实验法
• 1.6.4 镁碳砖损毁的统计方法
• 1.7 镁碳砖损毁的过程与机理
• 1.7.1 镁碳砖损毁的过程
• 1.7.2 镁碳砖损毁的机理
• 1.8 课题研究目的、内容和创新
• 1.8.1 研究目的、内容
• 1.8.2 技术路线和课题创新
• 2 转炉提钒渣的性能研究
• 2.1 熔点测试方案及测试结果
• 2.1.1 实验设备及其试样制备
• 2.1.2 实验步骤
• 2.1.3 熔化温度的测定结果
• 2.2 流长法测定粘度
• 2.2.1 实验方案
• 2.2.2 渣粘度的测定结果
• 2.3 钒渣物相分析
• 2.4 讨论分析
• 3 转炉提钒渣中氧化物含量对镁碳砖侵蚀
• 3.1 实验方案
• 3.1.1 实验设备及材料准备
• 3.1.2 实验步骤与分析方法
• 3.2 试验结果与分析
• 3.2.1 实验结果
• 3.2.2 界面层分析
• 3.2.3 （Fe,Mn,Mg）O 固溶体的形成与分析
• 3.2.4 MgO 颗粒溶解模型
• 3.3 本章小结
• 4 动态条件下镁碳砖的损毁研究
• 4.1 实验方案
• 4.2 实验结果与理论分析
• 4.2.1 在不同条件下钒渣对镁碳砖侵蚀程度的评估及结果
• 2O₃ 含量镁碳砖损毁速率的影响分析'>4.2.2 V₂O₃含量镁碳砖损毁速率的影响分析
• 4.2.3 旋转速度对镁碳砖的侵蚀速率的影响分析
• 4.2.4 侵蚀时间对镁碳砖的侵蚀速率影响的分析
• 4.2.5 温度对镁碳砖损毁速率影响的分析
• 4.2.6 镁碳砖中C 含量对镁碳砖损毁速率的影响
• 4.2.7 C 的损毁机理分析
• 4.3 界面层微观形貌观察
• 4.4 C 的损失模型建立
• 4.5 镁碳砖损失速率公式的建立
• 4.6 本章小结
• 5 热冲击和外加电场下镁碳砖侵蚀实验
• 5.1 热冲击条件下对镁碳砖损毁实验
• 5.1.1 镁碳砖的抗热冲击性
• 5.1.2 实验方案
• 5.1.3 实验结果及分析
• 5.2 外加电场作用下镁碳砖侵蚀探索实验
• 5.2.1 镁碳砖的电学性能
• 5.2.2 实验方案
• 5.2.3 实验结果及分析
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录