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基于共存理论的渣铁作用浓度和提钒实验研究

作　者: 刘祥海
导　师: 陈登福
学　校: 重庆大学
专　业: 冶金工程
关键词: 共存理论 作用浓度 提钒 选择性氧化 碳钒转化温度
分类号: TF841.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


含钒铁水钒、铁分离提取钒渣在提钒生产过程中占有非常重要的地位。钒铁分离过程的效果与铁水中钒元素氧化率、钒渣质量、半钢质量密切相关。含钒铁水钒铁分离过程是一个选择性氧化过程，是含钒铁水与初渣间的反应过程。含钒铁水和钒渣熔体组元的活度与渣-金间反应平衡密切相关。目前，对于熔体热力学活度的计算有较多的报道，但对于多元系的含钒铁水及钒渣热力学计算的报道并不多。含钒铁水及钒渣的相关活度数据较为缺乏。因此，有必要对含钒铁水及钒渣组元活度进行研究，为本课题的铁水提钒实验及深入研究含钒铁水及钒渣的物理化学性质提供重要热力学数据参考。共存理论在处理二元及多元系熔体及熔渣热力学计算问题时，计算结果与实际较为吻合。因此，本文建立了Fe-C-V三元系、Fe-C-V-Si-Mn-Ti六元系含钒铁水和FeO-V2O3-SiO2三元系、FeO-V2O3-SiO2-TiO2四元系钒渣的共存理论模型。并基于Matlab软件平台开发了计算程序，采用Newton迭代法对模型方程进行迭代计算，求解1325℃、1350℃、1375℃、1400℃、1425℃温度下的作用浓度。基于Matlab软件平台开发了数据后处理程序，绘制了作用浓度与熔体组分的关系图。研究了含钒铁水中C、V及钒渣中FeO、V2O3的作用浓度与组分和温度的关系。并通过分析得出在1325-1425℃范围内，作用浓度受温度的影响程度较小。本文针对钒钛磁铁矿经非高炉冶炼工艺提钛后获得的含钒铁水，在实验室中频感应炉内进行了10kg规模钒铁分离吹炼实验，研究了该成分的铁水提钒氧化规律。在吹炼过程中含钒铁水中Si、Mn、V优先氧化，在温度未超过1400℃时碳氧化速度较小，整个提钒过程中P、S元素的氧化受到抑制。确立了该成分的铁水提钒时适合的供氧量为18Nm3/t-25Nm3/t。测定了吹炼终点时提钒转化温度范围为1360-1395℃。基于共存理论模型计算了本课题成分的含钒铁水吹炼终点时的碳钒转化温度，其值与实验测定的碳钒转化温度值较为吻合。

全文目录


中文摘要  3-4
英文摘要  4-8
1 绪论  8-24
  1.1 引言  8-9
  1.2 含钒铁水钒铁分离工艺现状  9-15
    1.2.1 钒资源概况  9-10
    1.2.2 含钒铁水钒铁分离原理  10-13
    1.2.3 国内外提钒工艺现状  13-15
  1.3 冶金熔体及熔渣组元活度研究概况  15-21
    1.3.1 含钒铁水及钒渣  16-17
    1.3.2 活度计算模型及其在热力学计算中的应用  17-21
  1.4 课题研究内容的提出  21-24
    1.4.1 课题研究的意义  21-22
    1.4.2 研究内容  22-24
2 共存理论模型及求解算法  24-30
  2.1 离子分子共存理论模型  24-25
    2.1.1 共存理论模型  24-25
    2.1.2 共存理论模型方程的建立  25
  2.2 共存理论模型方程求解算法  25-28
    2.2.1 共存理论模型方程迭代求解  25-27
    2.2.2 Matlab 求解非线性方程组  27-28
  2.3 本章小结  28-30
3 含钒铁水组元的作用浓度计算  30-44
  3.1 Fe-C-V 熔体的作用浓度计算  30-38
    3.1.1 Fe-C-V 熔体的结构单元  30
    3.1.2 Fe-C-V 熔体的共存理论模型  30-32
    3.1.3 Fe-C-V 熔体计算结果及分析  32-38
  3.2 Fe-C-V-Si-Mn-Ti 熔体的作用浓度计算模型  38-43
    3.2.1 Fe-C-V-Si-Mn-Ti 熔体的结构单元  38-39
    3.2.2 Fe-C-V-Si-Mn-Ti 熔体的共存理论模型  39-41
    3.2.3 Fe-C-V-Si-Mn-Ti 熔体计算结果及分析  41-43
  3.3 本章小结  43-44
4 钒渣组元的作用浓度计算  44-68
  4.1 FeO-V_2O_3-SiO_2熔体作用浓度计算  44-54
    4.1.1 FeO-V_2O_3-SiO_2熔体的结构单元  44-46
    4.1.2 FeO-V_2O_3-SiO_2熔体的共存理论模型  46-47
    4.1.3 FeO-V_2O_3-SiO_2熔体计算结果及分析  47-54
  4.2 FeO-V_2O_3-SiO_2-TiO_2熔体作用浓度计算模型  54-66
    4.2.1 FeO-V_2O_3-SiO_2-TiO_2熔体的结构单元  54-55
    4.2.2 FeO-V_2O_3-SiO_2-TiO_2熔体的共存理论模型  55-56
    4.2.3 FeO-V_2O_3-SiO_2-TiO_2熔体计算结果及分析  56-66
  4.3 本章小节  66-68
5 含钒铁水钒铁分离实验研究  68-80
  5.1 实验方案  68-72
    5.1.1 实验装置  68-69
    5.1.2 实验原料  69
    5.1.3 实验检测分析仪器  69-71
    5.1.4 实验研究内容及方法  71-72
  5.2 实验结果及分析  72-77
    5.2.1 含钒铁水中组分的氧化规律的研究  72-73
    5.2.2 确定合适供氧量  73-74
    5.2.3 吹炼终点碳钒转化温度的测定  74-75
    5.2.4 合适吹炼工艺条件的确定  75-77
  5.3 基于共存理论的碳钒转化温度计算  77-78
  5.4 本章小结  78-80
6 结论  80-82
致谢  82-84
参考文献  84-90
附录  90
  作者在攻读学位期间发表的论文目录  90

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中图分类: > 工业技术 > 冶金工业 > 有色金属冶炼 > 稀有金属冶炼 > 难熔金属冶炼（高温熔融金属） > 钒
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