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CaO-SiO2-FeO-Cr2O3基炉渣冶金性能演变规律及调控机理研究

批准号:
52074197
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
余岳
依托单位:
学科分类:
钢铁冶金
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
余岳

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
采用高炉-转炉流程冶炼高铬型钒钛磁铁矿时,将会得到钒/铬渣和含铬铁水(半钢)中间产品。当使用转炉进一步冶炼含铬半钢时,炉渣中的Cr2O3将使得转炉初期化渣慢、造渣困难、中后期喷溅及钢铁料损失严重。本项目以CaO-SiO2-FeO-Cr2O3基熔渣为研究对象,采用理论分析、数值模拟和高温实验相结合的研究方法,研究CaO-SiO2-FeO-Cr2O3基熔渣的凝固行为、熔体结构及黏度等物理化学性质,探明其流变特性的变化规律;研究石灰-熔渣界面结构的演变行为和Cr2O3对石灰-熔渣界面处Ca、Fe、P等元素分布规律的影响,明确促进石灰溶解和实现含铬铁水高效脱磷的调控机理;结合CaO-SiO2-FeO-Cr2O3渣的流变特性和表面性质,探索熔渣发泡性能的变化行为及调控措施,为转炉冶炼含铬铁水过程中熔渣冶金性能的调控机理提供理论参考。
英文摘要
When the vanadium titanium magnetite containing high chromium is smelted based on the BF-BOF process, the intermediate products, a vanadium/chromium slag and a semi-steel containing chromium, will be collected. Furthermore, when the converter is used to smelting the semi-steel, the Cr2O3 in the slag will cause the converter to melt the slag slowly in the early stage, make slag difficult, spray in the middle and later stage and loss the steel material seriously. This project will take the CaO-SiO2-FeO-Cr2O3 base slag as the object, and adopt the theoretical analysis, numerical simulation and high temperature experiment to study the solidification behavior, melt structure and viscosity of the CaO-SiO2-FeO-Cr2O3 system, in order to explore the changes of the rheological characteristics. The evolution behavior of the lime-slag interface structure and the influence of Cr2O3 on the distribution of Ca, Fe and P elements at lime-slag interface were investigated. Based on the rheological properties and surface properties of CaO-SiO2-FeO-Cr2O3 slag, the changing behavior and regulation measures of the foaming property of the slag were explored. The results can provide a theoretical reference for the regulation mechanism of metallurgical properties of the molten slag in the process of smelting semi-steel containing chromium in converter.
基于钢铁行业“双碳”目标,转炉炼钢在获得冶金性能良好炉渣的基础上,要求实现少渣冶炼、加快初渣形成速度、提高石灰利用率、提高脱磷率。但是含铬半钢含碳低至3.5,硅锰含量为痕迹,且入炉温度仅有1350 ℃,导致转炉炼钢存在初期温度低、初渣形成晚、石灰利用率低、转炉脱磷脱硫率降低、转炉渣量增大等问题。本项目基于CaO-SiO2-FetO(-MgO)体系转炉渣,研究了Cr2O3对转炉前期渣理化性质、石灰溶解行为及脱磷行为的影响。研究发现Cr2O3往往与FeO和MgO等组分形成高熔点的尖晶石,从而增大熔渣中固相的比例。对于不同转炉前期渣,随Cr2O3含量增加,熔渣的熔化温度和黏度均增大。将Cr2O3含量控制在3 wt.%以下,则均不会降低石灰溶解速率。在CaO-SiO2-FetO(-MgO)基熔渣的石灰-熔渣界面处存在四层结构:Ⅰ) 石灰-CaO·FeO-C3S层;Ⅱ) CaO·FeO(-C3S-MgO)层;Ⅲ) C2S-CaO·FeO(-MgO)层; Ⅳ) 熔渣层。根据收缩核模型理论,对于转炉单渣法的低碱度前期渣,石灰溶解速率受外扩散、内扩散和化学反应综合控制;对于转炉留渣法或留渣双渣法的较高碱度前期渣,外扩散为石灰溶解的限制性环节。在转炉前期,提高Cr2O3含量有利于磷在C2S中富集;在转炉后期提高Cr2O3含量同样有利于提高磷在渣钢间的分配比,且在1 wt.%含量取得最佳值。研究结果能为转炉快速造渣、提高石灰利用率及实现低磷钢冶炼提供理论基础。相关研究成果在Steel Research International、Ironmaking & Steelmaking等本领域国内外期刊发表学术论文11篇,其中SCI检索论文7篇;申请发明专利3项;参加行业学术会议3次,其中特邀学术报告1次;培养博士研究生2名、硕士研究生2名。
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