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电炉酸性钒钛渣还原的热力学与动力学研究

作　者: 孙健
导　师: 朱苗勇
学　校: 东北大学
专　业: 钢铁冶金
关键词: 酸性钒钛渣 还原反应 渣相物相 SEM
分类号: TF823
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要


本文针对酸性钒钛渣电炉还原工艺,进行了钒在铁液和炉渣间分配的热力学研究。并在热力学研究的基础上进行了钒钛渣还原动力学研究。同时还考察钒钛酸性渣还原过程中物相组成、微观构成的演变,以及V、Ti等元素在渣中赋存状态的变化。本文在对国内外关于含钒钛渣还原反应研究状况进行分析的基础上,使用合成渣模拟金属化球团中的酸性渣,进行了渣中钒氧化物还原的实验研究。实验考察了渣铁比、反应温度、初始V2O5含量、初始TiO2含量、初始FeO含量等因素对钒氧化物还原的影响。实验结果表明：在反应温度为1580℃、渣铁比为1:4、合成渣成分和金属化球团中酸性渣成分相同时,酸性钒钛渣钒氧化物还原反应在70min内进行较快,还原率可达到80%,在120min时基本达到平衡,还原率可达92.9%。温度越高,铁浴量越大及渣中(V2O5)初始含量越大都越有利于钒还原反应,提高了反应速率。渣中(FeO)初始含量和(TiO2)初始含量越高都越不利于钒还原反应的进行,降低了反应速率。通过对不同钒氧化物还原率的炉渣的XRD和SEM分析,发现其主要物相组成为镁铝榴石夹杂少量的透辉石和镁黑钛石夹杂少量氧化铁,钛大量赋存在镁黑钛石中。Ti在反应初期(钒氧化物还原率28.75%-38.34%)大部分赋存于长条状Mg3Al4Ti3O25、MgTi2O5固溶体物相中,少部分分散于硅酸盐相和小块粒状物相中,随着还原反应的进行,Ti逐渐从硅酸盐相中析出并与小块粒状物相结合聚集长大成长条状Mg3Al4Ti3O25、MgTi2O5固溶体物相,并最终以此物相存在。V在反应初期(钒氧化物还原率28.75%-38.34%)主要赋存于小块粒状和长条状含钛物相中与钛紧密共生,随着还原反应的进行,V被逐渐还原进入铁液中,在反应后期(钒氧化物还原率71.41%-76.68%),剩余未被还原的V赋存在硅酸盐相中。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章 绪论  10-16
  1.1. 前言  10-16
    1.1.1 钒钛磁铁矿简介  10-11
    1.1.2 钒的物理化学性质及利用价值  11-12
    1.1.3 钒钛磁铁矿的冶炼工艺  12-16
第二章 文献综述  16-24
  2.1 高炉型钒钛渣中氧化物还原过程研究  16-17
  2.2 钒钛渣中氧化物铁浴熔融还原过程研究  17-20
  2.3 钒钛渣中钒活度系数的研究  20-22
  2.4 钒钛磁铁矿还原过程中渣相组成变化研究  22-23
  2.5 本文研究的目的和内容  23-24
第三章 酸性钒钛渣还原的热力学研究  24-38
  3.1 实验目的  24
  3.2 实验简介  24-26
    3.2.1 实验原料  24
    3.2.2 实验装置  24
    3.2.3 实验设计  24-26
    3.2.4 实验步骤  26
    3.2.5 分析方法  26
  3.3 实验结果与分析  26-37
    3.3.1 渣中V价态的确定  27-28
    3.3.2 渗碳过程对V还原反应的影响  28
    3.3.3 钒还原反应时间的确定  28-29
    3.3.4 各因素对Lv的影响  29-32
    3.3.5 钒钛渣中三氧化二钒活度系数的研究  32-36
    3.3.6 三氧化二钒活度系数的计算模型  36-37
  3.4 本章小结  37-38
第四章 酸性钒钛渣钒还原动力学研究  38-48
  4.1 实验装置  38
  4.2 实验设计  38-39
  4.3 实验方法  39-40
    4.3.1 实验方法的选择  39
    4.3.2 实验步骤  39-40
    4.3.3 分析方法  40
  4.4 实验结果及分析  40-46
    4.4.1 钒氧化物还原渣铁间还原机理  41
    4.4.2 温度对钒还原反应的影响  41-42
    4.4.3 渣铁比(Ws/Wm)对钒还原反应的影响  42-43
    4.4.4 渣中(FeO)初始含量对钒还原反应的影响  43-44
    4.4.5 渣中(V_2O_5)初始含量对钒还原反应的影响  44-45
    4.4.6 渣中(TiO_2)初始含量对钒还原反应的影响  45-46
  4.5 还原率的回归模型  46-47
  4.6 本章小结  47-48
第五章 还原反应过程渣中钒钛等元素赋存状态研究  48-62
  5.1 实验目的  48
  5.2 实验简介  48-49
    5.2.1 实验原料  48
    5.2.2 实验装置  48
    5.2.3 实验步骤  48-49
    5.2.4 分析方法  49
  5.3 实验结果与分析  49-60
    5.3.1 不同钒还原率下各元素的赋存状态  49-50
    5.3.2 不同钒还原率下各物相的迁移变化  50-60
  5.4 本章小结  60-62
第六章 结论  62-63
参考文献  63-66
致谢  66-67
文中包含图、表、公式及文献  67

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中图分类: > 工业技术 > 冶金工业 > 有色金属冶炼 > 轻金属冶炼 > 钛
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