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V_2O_5自还原直接合金化冶炼含钒钢工艺研究

作 者: 王伟祥
导 师: 薛正良
学 校: 武汉科技大学
专 业: 钢铁冶金
关键词: V2O5 直接合金化 自还原 挥发
分类号: TF762.3
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
下 载: 49次
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内容摘要


钒是钢铁生产中十分重要的合金元素,传统的含钒合金钢冶炼工艺一般是在电炉还原期或转炉出钢过程中加入钒铁进行合金化。冶炼钒铁合金需要大量的能耗,且冶炼钒铁过程中间产物会对环境产生污染。V2O5直接合金化工艺可以变“两步冶炼”为“一步冶炼”,符合钢铁行业节能降耗、循环低碳的发展方向。论文首先系统研究了V2O5与各种还原剂反应的热力学,并绘制了钒氧化物被不同还原剂逐级还原的热力学状态图。利用高温碳管炉研究了V2O5挥发特性及有效抑制其挥发的方法。在25kg中频感应炉中研究了钒的收得率与自还原压块组成的关系,以确定适宜的还原剂、抑制剂和助熔剂的加入量。最后在某钢厂60t转炉上进行了现场工业试验。结果表明:(1)低温下硅铁还原V2O5的能力比碳化硅强;在高温下碳化硅还原V2O5的能力比硅铁强。V2O5自还原团块可以增大钒氧化物与还原剂的反应接触面,大大改善还原反应动力学条件。(2)V2O5挥发率随着温度的升高逐渐变大。在还原剂存在的条件下V2O5挥发率下降。CaO与V2O5通过固相反应生成钒酸钙,降低V2O5活度。因此,添加CaO可有效抑制V2O5挥发。当保持FeSi与V2O5的质量比为0.96:1不变时,体系中V2O5与CaO质量比为1.07:1,V2O5的挥发可基本得到抑制。(3)V2O5自还原团块直接合金化V的收得率与还原剂及添加剂的配比有关。使用还原剂硅铁时的团块适宜配比为:V2O5粉26.90%,FeSi粉33.51%,石灰粉16.74%,萤石粉22.85%;使用还原剂碳化硅时团块适宜配比为:V2O5粉26.31%,SiC粉34.97%,石灰粉16.37%,萤石粉22.35%。(4)工业试验V2O5自还原团块直接合金化时钒的平均收得率为95.13%。自还原团块的加入对钢液成分及温度变化影响不大,不会给后续冶炼带来不良影响。成品钢的高倍夹杂物评级及超声探伤均达到质量要求。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章 文献综述  8-18
  1.1 钒资源及钒氧化物  8-11
    1.1.1 钒资源分布  8-9
    1.1.2 钒氧化物简介  9-10
    1.1.3 钒的应用  10-11
  1.2 含钒合金钢的传统生产工艺  11-12
    1.2.1 钒铁的生产  12
    1.2.2 钒铁冶炼合金钢工艺  12
  1.3 钒氧化物直接合金化冶炼含钒钢的发展  12-15
    1.3.1 钒渣直接合金化工艺  12-14
    1.3.2 V_2O_5直接合金化工艺  14-15
  1.4 V_2O_5直接合金化的优势及存在问题  15-17
    1.4.1 V_2O_5直接合金化的优势  15-16
    1.4.2 V_2O_5直接合金化存在的问题  16-17
  1.5 本课题研究内容及意义  17-18
    1.5.1 课题的提出背景  17
    1.5.2 本课题研究内容及意义  17-18
第二章 V_2O_5直接合金化相关基础研究  18-27
  2.1 钒氧化物的生成反应  18-19
  2.2 钒氧化物还原热力学  19-21
    2.2.1 硅还原钒氧化物  19-21
    2.2.2 碳化硅还原钒氧化物  21
  2.3 钒氧化物的还原热力学状态图  21-23
  2.4 V_2O_5自还原动力学  23-26
    2.4.1 V_2O_5自还原团块的优势  23
    2.4.2 硅还原 V_2O_5动力学分析  23-26
    2.4.3 碳化硅的还原作用  26
  2.5 本章小结  26-27
第三章 V_2O_5直接合金化实验室研究  27-40
  3.1 原料准备及实验设备  27-29
    3.1.1 实验原料  27-28
    3.1.2 实验设备  28-29
  3.2 V_2O_5挥发特性及其抑制方法实验研究  29-33
    3.2.1 V_2O_5挥发理论基础  29
    3.2.2 实验方法  29
    3.2.3 V_2O_5挥发及其抑制  29-33
      3.2.3.1 纯 V_2O_5粉的挥发  29-30
      3.2.3.2 FeSi 对 V_2O_5挥发的影响  30
      3.2.3.3 CaO 对 V_2O_5挥发的影响  30-33
      3.2.3.4 硅热还原条件下 CaO 对 V_2O_5挥发的影响  33
  3.3 V_2O_5还原产物的物相研究  33-35
  3.4 V_2O_5直接合金化收得率实验研究  35-39
    3.4.1 实验方法  35-36
    3.4.2 试验数据  36
    3.4.3 不同条件下 V 的收得率  36-39
      3.4.3.1 用硅铁作还原剂,不加任何抑制剂  36-37
      3.4.3.2 用硅铁作还原剂,添加抑制剂  37-38
      3.4.3.3 用 SiC 作还原剂,添加抑制剂  38-39
  3.5 本章小结  39-40
第四章 氧化钒直接合金化工业试验  40-47
  4.1 工业试验方案  40-41
  4.2 自还原团块对钢液成分及温度的影响  41-42
    4.2.1 自还原团块对钢液 Si 含量的影响  41
    4.2.2 自还原团块对钢液温度的影响  41-42
  4.3 试验结果分析  42-46
    4.3.1 试验过程钢渣成分变化  42-45
    4.3.2 钢中 V 的收得率  45
    4.3.3 成品夹杂物检测及探伤  45-46
  4.4 本章小结  46-47
第五章 总结  47-48
参考文献  48-50
致谢  50-51
附录  51

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中图分类: > 工业技术 > 冶金工业 > 炼钢 > 各种钢的冶炼 > 优质钢 > 合金结构钢
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