w(CaO)/w(Al2O3)对钙铝基保护渣结晶性能的影响

利用热丝法测试技术,结合扫描电镜和能谱分析,研究了不同w(CaO)/w(Al₂O₃)条件下钙铝基保护渣的结晶性能.结果表明,较低w(CaO)/w(Al₂O₃)下,保护渣结晶物相为LiAlO₂和CaO·Al₂O₃.其析出由渣中的Li⁺离子和Ca²⁺离子分别对高聚合度铝氧四面体结构的电荷补偿所致.而且,Li⁺离子优先参与,LiAlO₂优先析出.较高w(CaO)/w(Al₂O₃)下,结晶物相转变为LiAlO₂和3CaO·Al₂O₃.其变化原因为,CaO相对质量分数提高,保护渣聚合度降低,Ca²⁺离子和低聚合度铝氧四面体结构单元Q²结合而形成3CaO·Al₂O₃并析出.随着w(CaO)/w(Al₂O₃)由1.13提高至1.82,钙铝基保护渣析晶能力先减弱然后增强.在w(CaO)/w(Al₂O₃)为1.50和1.82时分别具有最弱和最强的析晶能力.     

CaO-SiO2-MgO-Al2O3四元渣系Al2O3活度预测模型

高炉渣系各组元活度对高炉冶炼和产品质量具有重要的影响作用. 基于分子-离子共存理论,建立CaO-SiO₂-MgO-Al₂O₃四元渣系Al₂O₃活度预测模型;结合试验测定值对其进行验证与修正,最终建立了修正的CaO-SiO₂-MgO-Al₂O₃四元渣系Al₂O₃活度预测模型;同时,依据模型计算结果探究R(w(CaO)/w(SiO₂)),w(MgO)/w(Al₂O₃)和w(Al₂O₃)对Al₂O₃活度的影响. 研究结果表明:修正后的CaO-SiO₂-MgO-Al₂O₃四元渣系Al₂O₃活度预测模型具有较高的预测精度,能够很好地预测熔渣Al₂O₃活度;当w(MgO)/w(Al₂O₃)=0.40,w(Al₂O₃)=20%时,随着R增加,Al₂O₃活度逐渐减小;当R=1.25,w(Al₂O₃)=20%时,随着w(MgO)/w(Al₂O₃)增加,Al₂O₃活度逐渐减小;当w(MgO)/w(Al₂O₃)=0.40,R=1.25时,随着w(Al₂O₃)增加,Al₂O₃活度逐渐增大.     

Al含量对Fe?10Mn?xAl (x = 0.035wt%, 0.5wt%, 1wt%, 2wt%)合金体系和CaO?SiO2?Al2O3?MgO精炼渣反应的影响

轻量化是世界汽车发展的方向,中高锰钢因高强、高塑、高加工硬化率等优异的力学性能引起了人们的很大关注。除Mn含量高外,该钢种通常含有较高的Al以降低材料密度、防止氢延迟断裂等。因合金含量高,钢液中的溶质元素和顶渣会发生较强的渣/钢反应,进而对钢液、顶渣、洁净度等产生重要影响。本文旨在研究不同Al含量的中锰钢与精炼渣的反应及其影响。本文采用渣/钢平衡的实验方法研究了不同Al 含量(0.035wt%, 0.5wt%, 1wt%, 2wt%)的Fe?10Mn?xAl 合金体系与CaO?SiO₂?20wt%Al₂O₃?6wt%MgO (CaO/SiO₂ = 4)精炼渣之间的反应,及其对钢液和炉渣成分、非金属夹杂物的影响;在实验基础上,对钢液和炉渣成分变化以及夹杂物转变进行了热力学分析与讨论。研究结果表明,渣/钢反应后,钢中Al含量显著降低,初始Al含量对反应后钢、渣的成分有重要影响。随着初始Al含量增加,钢中的Si和渣中的Al₂O₃逐渐增加,而渣中的SiO₂和MnO逐渐减少。造成该变化的原因是:随着初始Al含量增加,钢液中的Al逐渐替代Mn与渣中SiO₂反应,即渣/钢之间的主控反应由2[Mn] + (SiO₂) = 2(MnO) + [Si]转变为4[Al] + 3(SiO₂) = 2(Al₂O₃) + 3[Si]。随着初始Al含量增加,钢中夹杂物类型也发生很大变化,转变路线为:MnO → MnO?Al₂O₃?MgO → MgO → MnO?CaO?Al₂O₃?MgO 和 MnO?CaO?MgO,相应的夹杂物形状由球形变为不规则状,最后又变为类球形。其转变机理是:随着初始Al含量增加,钢中Al逐渐替代Mn与渣中SiO₂反应,且Mg、Ca依次从渣中还原进入钢液,故而夹杂物类型发生上述转变。     

Al2O3对高炉渣物化性能影响的理论分析

随着优质铁矿资源的消耗,钢铁企业可利用的铁矿原料品位逐渐降低。因此,高铝质铁矿资源越来越受到钢铁企业的关注,但高铝原料在高炉冶炼过程中会带来渣铁黏稠、炉温偏低、冶炼安全等一系列问题。本研究中采用FactSage热力学软件分析Al₂O₃质量分数对高炉渣平衡物相、熔化温度、相析出温度的影响以及高铝渣液相区变化和黏度变化,旨在为高炉冶炼高铝原料提供一定的基础支撑。研究发现：炉渣为低铝（5%～10%）含量时,随着Al₂O₃含量增加,炉渣熔化温度升高,析出相为黄长石相和纯物质相,高炉渣黏度变化不大,炉渣中SiO₂含量高,炉渣黏度过高,不适合高炉冶炼;炉渣为中铝（10%～15%）含量时,随着Al₂O₃含量增加,炉渣熔化温度升高,析出相为尖晶石相、黄长石相和纯物质相,高炉渣黏度增加幅度略有提高,Al₂O₃含量对高炉渣性质影响较小,增加炉渣二元碱度对炉渣黏度降低效果较明显;炉渣为高铝（15%～30%）含量时...     

Physical Property Influence on Foaming Index of Refining Slag

The foaming indexes of a group of refining slag were measured. The refining slag with better foaming ability was chosen,its composition (mass frachon in %) is CaO, 53.25, SiO₂, 17.75, MgO, 9; Al₂O₃, 15 and CaF₂, 5. The relationship between slag foaming index and physical properties of the slag was obtained by dimensional analysis, and the expression indicates that viscosity of slag is the most important factor which influences foaming index. The influence sequence of slap composition on foaming index was also obtained as follows: CaF₂→MgO→Al₂O₃→ B (CaO/SiO₂).     

不锈钢渣凝固过程中物相转变的热力学分析

采用热力学软件FactSage6.2，研究不锈钢渣凝固过程中的物相转变规律.结果表明:降低碱度和添加Al₂O₃含量均能降低硅酸二钙的析出温度，抑制硅酸二钙的产生，并促进黄长石相的生成.不锈钢渣中尖晶石相的含Cr量随着碱度的降低而增加，当碱度从1.6降到1.0时，Cr质量分数从24.93%增加到48.27%，同时凝固过程液态渣中的铬元素含量随着碱度的降低也有所减少.添加10%的Al₂O₃，有利于尖晶石相的析出，且随着温度的降低，Al³⁺逐步取代尖晶石中的Cr³⁺，尖晶石相中的Cr质量分数也由30.39%(1500℃)降低至13.88%(1300℃).     

钛磁铁矿和钛铁矿冶炼渣的相平衡研究

高炉冶炼含钛铁矿时,因强还原条件和高温会形成高熔点Ti(C,N),导致炉渣和铁水粘度增加,使高炉操作难以顺利进行。必须掺杂高品位铁矿稀释原料中的氧化钛,使高炉渣所含的20wt%~30 wt% TiO₂难以回收,造成资源浪费。HIsmelt是近年来开发的绿色炼铁新工艺,不需要焦炭和烧结矿。HIsmelt工艺中炉内的氧分压高于高炉中的分压,温度显著低于高炉风口,因此避免了Ti(C,N)的形成。HIsmelt炉的水冷内壁会造成大量热损失,增加能耗,而且有炉衬烧穿的潜在风险。在HIsmelt工艺中以CaO为助剂熔炼富含TiO₂的铁矿会产生Al₂O₃–MgO–SiO₂–CaO–TiO₂渣。利用高温平衡、冷淬和电子探针显微分析技术研究了该渣系的相平衡,探讨了处理钛磁铁矿以及钛磁铁矿和钛铁矿混合矿的过程中渣液相温度与助剂添加量的关系。在所研究的组成范围内观察到的初晶相有板钛矿M₃O₅（MgO·2TiO₂–Al₂O₃·TiO₂）、尖晶石（MgO·Al₂O₃）、钙钛矿CaTiO₃和金红石TiO₂。结果表明,在TiO₂和M₃O₅相区中,渣液相温度随着CaO含量的增加而降低,而在尖晶石和CaTiO₃初晶相区的液相温度则随CaO含量的增加而升高。通过控制渣液相温度可以在炉子内壁上形成保护渣层,减少热损失,降低内衬耐火材料消耗。此外,讨论了炉渣碱度对炉渣液相线温度的影响,发现冶炼钛磁铁矿和钛铁矿的混合矿可以获得低硫铁水和高TiO₂炉渣,具有显著的成本和资源优势。最后,将实验测定的液相温度和固溶体成分与FactSage计算结果进行了比较,指出目前含钛热力学数据库的局限性和改进方向。     

CaO–SiO2–Al2O3–4.6wt%MgO–Fe2O3废汽车催化剂熔炼渣系的冶金特性研究

本文系统地研究了废汽车催化剂（SAC）与含铜电镀污泥（CBES）协同熔炼过程中形成的CaO?SiO₂?Al₂O₃?4.6wt%MgO?Fe₂O₃五元渣系的冶金特性。通过傅立叶变换红外吸收光谱、拉曼光谱、FactSage热力学计算和粘度测试研究了该渣系的熔渣结构、熔化温度和粘度特性。实验结果表明,Fe₂O₃含量（3.8wt%?16.6wt%）、CaO/SiO₂质量比（0.5?1.3）和SiO₂/Al₂O₃质量比（1.0?5.0）的提高可以促进硅酸盐网络的解聚,同时以四面体和八面体单元形式存在的大量Fe₂O₃确保了Al3+离子的电荷补偿,使得Al₂O₃仅表现为酸性氧化物。热力学计算和粘度测试结果表明,随着Fe₂O₃含量、CaO/SiO₂比和SiO₂/Al₂O₃比的增加,熔渣中发生硅酸盐网络结构解聚和低熔点相变,促进了熔点和粘度的降低;而进一步增加会导致新的高熔点物相形成,反而导致粘度和熔点回升。根据实验分析,优选的低聚合度、粘度和熔点炉渣组成为:Fe₂O₃含量为10.2wt%?13.4wt%,CaO/SiO₂比为0.7?0.9和SiO₂/Al₂O₃比为3.0?4.0。本研究为SAC和CBES协同熔炼过程中的炉渣设计提供了理论支持。     

Formation mechanism of calcium hexaluminate

To investigate the formation mechanism of calcium hexaluminate (CaAl₁₂O₁₉, CA₆), the analytically pure alumina and calcia used as raw materials were mixed in CaO/Al₂O₃ ratio of 12.57:137.43 by mass. The raw materials were ball-milled and shaped into green specimens, and fired at 1300–1600°C. Then, the phase composition and microstructure evolution of the fired specimen were studied, and a first principle calculation was performed. The results show that in the reaction system of CaO and Al₂O₃, a small amount of CA₆ forms at 1300°C, and greater amounts are formed at 1400°C and higher temperatures. The reaction is as follows: CaO·2Al₂O₃ (CA₂) + 4Al₂O₃ → CA₆. The diffusions of Ca2+ in CA₂ towards Al₂O₃ and Al3+ in Al₂O₃ towards CA₂ change the structures in different degrees of difficulty. Compared with the difficulty of structural change and the corresponding lattice energy change, it is deduced that the main formation mechanism is the diffusion of Ca2+ in CA₂ towards Al₂O₃.     

稠油硫酸盐热化学还原生成H2S实验研究

为了研究稠油注汽热采过程中生成H₂S机理，以Na₂SO₄，CaSO₄，MgSO₄，Fe₂（SO₄）₃，Al₂（SO₄）₃与稠油硫酸盐热化学还原（TSR）实验为基础，探究稠油TSR生成H₂S机理。实验表明，不同硫酸盐与稠油反应生成H₂S不尽相同，硫酸盐的阳离子所带电荷数决定TSR反应程度的难易，电荷数越多越容易进行反应，且H₂S生成量顺序为Al₂（SO₄）₃>Fe₂（SO₄）₃ > MgSO₄ > CaSO₄ > Na₂SO₄，但生成的烃量顺序为Fe₂（SO₄）₃ > Al₂（SO₄）₃ > MgSO₄ > CaSO₄ > Na₂SO₄。与其他硫酸盐不同的是，由于Fe₂（SO₄）₃的氧化性，Fe³⁺可能与生成的H₂S进一步反应。通过傅里叶红外变换光谱（FT-IR）对固相检测发现，不仅存在金属氧化物（CaO，MgO，Fe₂O₃，Al₂O₃）还存在FeS₂。最后，通过对MgSO₄油相硫含量的检测发现，反应后硫含量高于原油硫含量，证明了无机硫向有机硫的转化。     

基于热丝法对CaO-SiO_2-Al_2O_3保护渣结晶性能与凝固分数的研究

针对髙铝包晶钢连铸设计了Ca O-Si O2-Al2O3系保护渣.采用单丝法研究w(Ca O)/w(Al2O3)对保护渣结晶性能的影响;采用双丝法模拟了保护渣渣膜形成及凝固过程,研究了w(Ca O)/w(Al2O3)对保护渣固相体积分数φ的影响.结果表明:实验保护渣系结晶能力随w(Ca O)/w(Al2O3)增大而增强,按结晶能力分为两个区间,w(Ca O)/w(Al2O3)1.30时保护渣结晶能力强于w(Ca O)/w(Al2O3)≤1.30的保护渣;在等温结晶过程中,w(Ca O)/w(Al2O3)=1.00的实验保护渣中析出枪晶石,w(Ca O)/w(Al2O3)=2.50时渣中析出硅酸二钙;w(Ca O)/w(Al2O3)增大使保护渣渣膜双丝间固相体积分数增大,结晶层增厚,不利于保证结晶器内润滑.与浇注常规包晶钢的Ca O-Si O2系保护渣性能对比表明,Ca O-Si O2-Al2O3系保护渣在w(Ca O)/w(Al2O3)≤1.30时的结晶能力和固相体积分数都与对照渣相近,设计的Ca O-Si O2-Al2O3系保护渣适用于高铝包晶钢连铸.     

真空铝热炼锂还原渣回收氢氧化铝的研究

碳酸锂、氧化铝和氧化钙混合常压煅烧可获得LiAlO₂熟料,经真空铝热还原可得金属锂,同时得到铝酸钙系还原渣,主要成分为CaO·Al₂O₃和12CaO·7Al₂O₃.为综合利用该还原渣,通过混合碱液溶出、碳酸化分解回收氢氧化铝.研究溶出温度、溶出时间、还原渣粒度、碳酸钠质量浓度、氢氧化钠质量浓度、金属锂还原率对氧化铝溶出率的影响.结果表明:以锂还原率97%的炼锂还原渣为原料,粒度分布d_○90 74μm、溶出温度95℃、溶出时间120min、碳酸钠质量浓度240g/L及氢氧化钠质量浓度8.9g/L的条件下,氧化铝的溶出率为80.73%.溶出的铝酸钠溶液经碳分可获得体积平均粒径6.50μm及白度值96.9的氢氧化铝.     

镁铝比对高炉渣脱硫能力的影响

利用双层石墨坩埚,模拟铁液滴下穿过炉渣的过程,主要研究渣中Mg O,Al2O3质量分数对炉渣硫质量分数的影响,探索镁铝比与高炉渣硫质量分数的关系.结果表明渣中Mg O质量分数由6%提高到12%时,炉渣脱硫能力逐渐提高,由12%提高到14%,脱硫能力逐渐降低;渣中Al2O3质量分数由9%提高到15%时,炉渣脱硫能力逐渐降低,但降低幅度较小,当Al2O3质量分数由15%提高到17%时,炉渣脱硫能力大大降低;Mg O质量分数小于12%,Al2O3质量分数小于15%,提高炉渣镁铝比可以显著提高炉渣脱硫能力.     

低钙铝酸钙熟料的物相转变和浸出性能

以分析纯CaCO_3,Al_2O_3和SiO_2为原料,研究了n_(CaO)/n_(Al2O3)=1.0,w_(Al2O3)/w_(SiO2)=3.0时物料的熔化温度以及熟料的物相组成、自粉化性能和氧化铝浸出性能.结果表明:物料熔化温度为1 392℃;烧结温度为1 350℃时熟料物相为CaAl_2O_4,Ca_(12)Al_(14)O_(33)和γ-Ca_2SiO_4,自粉化性能和氧化铝浸出性能良好,氧化铝浸出率为93.37%;1 400℃物料局部熔化,非均相的形成造成物料扩散受阻和物相分布不均匀,阻止β-Ca_2SiO_4向γ-Ca_2SiO_4转化,熟料自粉化性能变差,且有Ca_2Al_2SiO_7生成,二者均使氧化铝浸出性能变差,氧化铝浸出率仅为74.50%;1 450℃物料完全熔化,熟料自粉化性能和氧化铝浸出性能得到改善.     

氧化钙对高铁铝土矿烧结-分选效果的影响

采用还原烧结-磁选法处理高铁铝土矿,考察了氧化钙对烧结及烧结产品铝铁分离效果的影响,借助于X射线衍射仪、扫描电子显微镜,研究了不同氧化钙用量下还原烧结产品的物相组成及微观特性.结果表明,当氧化钙的质量分数为70%时,烧结物料的金属化率达到了93.95%,磁选精矿中铁的质量分数为83.10%,富铝渣的Al2O3浸出率为61.14%,Ca O分别与Al2O3和Si O2全部生成了12Ca O·7Al2O3和Ca2Si O2,铁元素得到较好的还原,同时非铁物质能够与铁颗粒分离.     

高铝粉煤灰拜耳法溶出渣碱回收

针对高铝粉煤灰拜耳法溶出渣进行了脱碱工艺研究,考察了［n(C)/n(S)］(CaO与SiO₂物质的量比)、反应温度、反应时间、液固比及体系碱浓度等对脱碱的影响,同时考察了脱碱过程对氧化铝溶出率的影响.结果表明:添加石灰的方式可以实现高铝粉煤灰拜耳法溶出渣中氧化钠的脱除,并回收部分氧化铝;反应温度对氧化钠和氧化铝回收率均造成显著影响,而［n(C)/n(S)］仅对氧化钠的溶出率影响较大;在温度260℃、氧化钠质量浓度小于80g/L、液固比4、［n(C)/n(S)］为1.8、反应时间2h条件下,脱碱率为91.2%,氧化铝回收率为28.0%;拜耳渣脱碱过程物相由水合铝硅酸钠向水化石榴石及铁水化石榴石转变.