电渣重熔过程中渣成分变化机理研究

论文摘要

电渣重熔中,渣起着极其重要的作用,常见的电渣其组成主要以CaF2为基,特别是70%CaF2+30%Al2O3渣系。关于CaF2基渣系的性质,包括相图、活度、电导率、粘度、密度和表面张力等物化性能在20世纪90年代及之前就有物理化学资料进行了对比和评价,但对电渣重熔过程中渣成分变化的规律和机理研究却很少,特别是在成分与温度共同作用下电渣从牛顿流体转化到非牛顿流体直至凝固和析晶全过程中,电渣成分变化的研究还不够明了。在电渣冶金过程中炉渣成分的变化必然影响到电渣的物理化学和冶金性能,进而对重熔过程产生直接的影响,因此研究不同炉渣在电渣冶金过程中渣结构特征、成分变化规律以及机理具有重要的理论和实际意义。本文针对ANF-6渣在应用过程演化而成的CaF2—CaO—Al2O3—SiO2—MgO渣系的成分变化设定成分范围,采用热重-差热分析法对不同成分的重熔渣进行热重-差热分析,通过测定炉渣的质量和能量变化,建立二次回归正交设计模型,借此研究含氟化钙熔渣的失重率和结晶温度与CaF：含量的关系以及与渣系中其它氧化物含量之间的关系。此外,对CaF2-CaO-Al2O3-SiO2-MgO渣系电导率进行了测试研究。重熔渣热重分析研究发现：随着氟化钙含量的增加,其失重率也随着增加,W（CaF2）由50%增加到65%,失重率大约升高6%,SiO2、Al2O3和MgO均可提高氟化钙渣系的失重率,但随着氧化钙含量增加,熔渣的失重率降低。而且CaF2—Al2O3—CaO—SiO2—MgO渣系在熔点附近由于CaF2与渣中其他氧化物发生反应生成的挥发性的氟化物气体,造成渣池组成不断发生变化。此外,XRD检测高温熔炼凝固渣时发现：渣中会出现结构复杂、熔点较高的2CaO·SiO2 （2130℃）、3Al2O3·2SiO2 （1750℃）、CaO·6Al2O3 （1860℃）和11CaO·7Al2O3·CaF2 （1577℃）等物质,导致渣皮形成过程中发生成分偏析,使电渣重熔过程中渣池的化学组成和渣壳相组成无法始终保持恒定。重熔渣差热分析研究发现：CaF2基渣系的结晶温度随着W（CaO）和W（MgO）的增加而降低,随着w（SiO2）增加而升高,而随着w（Al2O3）增加先升高后降低。而且当向渣系中分别添加CaO、SiO2和MgO时,发现随着W（CaF2）增加,结晶温度不断升高；但向其中添加Al203时,发现随着w（CaF2）增加,结晶温度降低。基于以上对CaF2基渣系成分变化的研究,采用四交流探针法对相同成分变化的渣系电导率进行了测试。结果表明,随着渣中A12O3, SiO2含量的增大,渣的电导率不断降低。随着CaF2、CaO和MgO含量的增大,渣的电导率显著升高,而且渣中各成分对重熔渣电导率影响的程度为：CaF2>SiO2>Al2O3>MgO>CaO。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 1.1 电渣重熔冶金技术概况
• 1.1.1 电渣重熔冶金工艺特点
• 1.1.2 电渣重熔冶金技术的现状
• 1.1.3 电渣重熔工艺的发展趋势
• 1.2 电渣重熔用渣系的研究
• 1.2.1 ESR渣系的分类
• 1.2.2 ESR渣物化性能的研究
• 1.2.3 ESR渣系的功能
• 1.2.4 ESR渣系的开发与优化
• 1.3 电渣重熔过程炉渣成分变化分析
• 1.3.1 目前对ESR过程中炉渣成分变化的认识
• 1.3.2 炉渣成分变化与工艺过程的关系
• 1.3.3 炉渣成分变化所带来的一些问题
• 1.4 本课题的意义和内容
• 1.4.1 本课题目的与意义
• 1.4.2 本课题研究内容
• 2 典型电渣系成分变化规律研究
• 2.1 实验方案
• 2.1.1 实验原理
• 2.1.2 实验原料与过程
• 2.2 实验结果分析与讨论
• 2.2.1 渣样热重-差热曲线分析
• 2.2.2 渣样热重-差热分析
• 2.2.3 终渣成分检测与分析
• 2.3 本章小结
• 2基渣成分变化及其影响研究'>3. CaF₂基渣成分变化及其影响研究
• 3.1 实验方案
• 3.1.1 实验方法与过程
• 3.2 实验结果分析与讨论
• 2对熔渣失重率的影响'>3.2.1 CaF₂对熔渣失重率的影响
• 2基渣系挥发特性的的影响'>3.2.2. 氧化物对CaF₂基渣系挥发特性的的影响
• 3.3 渣组成变化对ESR工艺的影响
• 3.4 本章小结
• 2基渣系温度及成分变化对电导率的影响'>4 CaF₂基渣系温度及成分变化对电导率的影响
• 4.1 实验方案
• 4.1.1 实验材料及方法
• 4.1.2 实验原理与过程
• 4.2 实验结果分析与讨论
• 4.2.1 温度对熔渣电导率的影响
• 4.2.2 熔渣组分对电导率的影响
• 4.3 本章小结
• 2基渣的结晶性能的影响及其模型预测'>5 CaF₂基渣的结晶性能的影响及其模型预测
• 5.1 实验方案
• 5.1.1 实验原料与过程
• 5.2 实验结果分析与讨论
• 5.2.1 结晶温度与化学成分的关系
• 5.3 优化设计及模型预测
• 5.4 本章小结
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 在读期间的研究成果
• MATLAB程序附件