LF精炼废渣循环利用的基础研究

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LF精炼废渣中含有大量的CaO、SiO2、 Al2O3和MgO等组分,这些组分与冶金生产中使用的部分原料成分相近,可替代部分原料重复使用或用做冶金的助熔剂。但废渣中含有浓度较高的有害元素硫,其在循环利用的过程中易回硫进入钢液引起钢材质量的恶化。由于硫在精炼废渣中的存在形式比较复杂,因此通过一般的氧化和水化方式很难将其去除。本文研究了硫在CaO-Al2O3和CaO-SiO2-Al2O3渣系中的赋存形式,分析了CaF2、CaCl2以及冷却方式对渣中硫赋存形式的影响,并通过水化实验对渣中的硫进行了去除。建立了精炼渣系的活度计算模型,分析了渣系组成对组元活度的影响。利用热力学软件计算了精炼渣系在不同组成和温度下的相平衡关系,分析了组元对精炼渣熔化温度的影响,获得主要结论如下:  (1)在CaO-Al2O3渣系中,硫主要以11CaO·7Al2O3·CaS固溶体的形式存在;当渣中添加CaF2或CaCl2时,F-和Cl-会先于S2-取代12CaO·7Al2O3中的自由O2-,并形成11CaO·7Al2O3·CaF2和11CaO·7Al2O3·CaCl2固溶体,而硫则被置换出来并以CaS的形式;通过水化难以脱除11CaO·7Al2O3·CaS中的硫,添加CaF2或CaCl2后,脱硫率升高。  (2)在CaO-SiO2-Al2O3渣系中,当SiO2含量较高、Al2O3含量较低时,硫以CaS的形式存在,可通过水化的方式将其大量去除;当SiO2含量较低、Al2O3含量较高时,水冷时硫以CaS的形式存在,而随炉冷却时,硫则以11CaO·7Al2O3·CaS的形式存在,难以通过水化的方式将其大量去除。  (3)在CaO-Al2O3渣系中,随着w(CaO)的增加,12CaO·7Al2O3和3CaO·Al2O3的活度呈先高后低的趋势,而CaO·Al2O3的活度变化不大;在CaO-SiO2-Al2O3渣系中,12CaO·7Al2O3的活度低于其在CaO-Al2O3渣中的活度,随着w(CaO)的增加,CaO和3CaO·Al2O3的活度不断升高,2CaO·SiO2的活度不断降低,而CaO·Al2O3的活度呈先高后低的趋势;在CaO-SiO2-Al2O3-MgO渣系中,随着碱度的提高,2CaO·SiO2、CaO·Al2O3、2CaO·Al2O3·SiO2、 CaO·MgO·SiO2、3CaO·MgO·2SiO2、 MgO·Al2O3的活度呈先高后低的趋势,CaO·SiO2和CaO·MgO·2SiO2的活度不断降低,而CaO的活度则不断升高。  (4)温度越高,CaO-SiO2-Al2O3渣系的液相区越大。随着w(MgO)的增加,CaO-SiO2-Al2O3渣系的液相区呈先扩大后缩小的趋势,随着w(B2O3)的增加,CaO-SiO2-Al2O3渣系的液相区逐渐缩小,但CaO·B2O3和2CaO·B2O3的生成量越来越多,而且均以液态的形式存在;随着w(MgO)的增加,CaO-SiO2-Al2O3渣系的熔点呈先降低后升高的趋势,渣中w(MgO)应控制在10%以下,随着w(Al2O3)的增加,渣的熔点同样是先降低后升高,应控制渣中w(Al2O3)低于30%;随着w(B2O3)的增加,渣的熔点不断降低,考虑到成本等因素的影响,应控制渣中w(B2O3)低于15%。
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