熔锍及熔融金属中元素选择性氧化的热力学

总结讨论了熔(?)及熔融金属中元素选择性氧化的行为,举出镍锍中Ni与S,铁液中Cr、V、Nb、Mn或P与C作为应用的实例。利用热力学分析提出氧化的转化温度的概念,并指出二步及一步计算该温度的方法。在排除新相生成的晶核能的条件下,氧化的转化温度与氧的存在形式(无论是气态O_2,熔于金属液中的[O]或炉渣中的FeO)以及氧的压力或活度无关,而只决定于参加反应的物质及产物的本质及活度(压力)。同时,转化温度不是一成不变的温度,而是随着熔池组成的改变而不断地变化。降低气体氧化产物的分压将有助于降低氧化的转化温度。 理论计算的转化温度可提供使熔池中一个元素的优先氧化而使另一元素保留不变的最佳条件。小型试验和工业上实践证明,转化温度的概念可以成功地控制吹炼操作,作到按意图进行选择性氧化。影响熔池内元素氧化顺序的动力学因素也作了简略的分析。 对镍锍脘S,不锈钢脱C以及高碳锰铁降C的吹炼,熔池温度永选要高于相应熔池组成的转化温度。而对铁水脱Cr和铁水提V或Nb,熔池温度则应保持低于相应熔池组成的转化温度。P、C在铁水中的氧化顺序,除与转化温度有关外,还取决于熔渣组成以及CO承担的压力。     

转炉脱磷及熔池氧化特性

为了改善脱磷,在实验室和工业转炉的基础上开展了一些试验.结果表明,在顶底吹条件下,搅拌强度、碳磷氧化反应转化温度、金属液碳含量和炉渣成分对脱磷有明显影响.用试验数据建立了一个包括碳含量和搅拌因素在内的磷分配比公式,并验证了一个脱磷反应速率方程.在考察熔池氧化性的同时,提出了一个支配铁氧化的吹炼指数来调整氧在炉渣和金属液之间的分配.在实际操作中,通过控制顶底吹条件和炉渣成分使脱磷和熔池中铁的过氧化均获得改善.     

基于MetCal计算模型双底吹连续炼铜工艺关键参数影响规律分析

双底吹连续炼铜工艺具有连续性、瞬时性的特点,其生产操作参数控制相对于其他炼铜工艺更为复杂,为确保产品质量稳定、炉况处于优化状态,需对双底吹连续炼铜工艺关键控制参数及其影响规律进行研究。本论文利用MetCal desk计算平台,通过物质流、能量流守恒的原理建立了双底吹连续炼铜工艺冶金计算模型,并在此基础上,通过单一调整富氧空气量、石英石配量、电解残极配加量等参数,分别考察其对双底吹连续炼铜工艺熔炼关键参数“铜锍品位、熔炼渣铁硅比及温度”和吹炼关键参数“粗铜品位、吹炼渣铁硅比及温度”的影响规律。结果表明：铜锍品位与熔炼石英石量、富氧空气量呈正相关,与配煤量呈负相关;熔炼渣铁硅比与熔炼石英石量、配煤量呈负相关;熔炼渣温度与熔炼富氧空气量、配煤量呈正相关;粗铜品位与吹炼富氧空气量、电解残极量呈正相关;吹炼渣铁硅比与电解残极量呈正相关,与吹炼石英石量呈负相关;吹炼渣温度与吹炼富氧空气量、电解残极量呈正相关。     

金川Ni—Cu锍的吹炼过程及高锍“降铁保硫”的研究——Ⅰ.金川Ni—Cu锍吹炼过程的理论研究

根据金川冶炼厂Ni-Cu锍吹炼过程的取样分析数据,提出了金川50t转炉吹炼过程中各组元变化的数学模型及描述吹炼过程特点的两个参数:dn_s/dn_F。(除铁脱硫摩尔比)和δ_S(Ni-Cu锍缺硫分数)的数学表达式。讨论了Ni-Cu转炉吹炼过程不同阶段的特点及在转炉内获得含Fe<1％,含硫>20％的Ni-Cu高锍的可能途径。     

AOD法冶炼不锈钢过程中Ar/O_2值的确定

用热力学方法研究AOD法冶炼不锈钢过程,讨论脱碳与保铬的关系,这对冶炼过程选择合理的Ar/O_2值有很重要的意义。合理地选择Ar/O_2,可以防止吹炼去碳时铬被过量烧损,保证有效地节约氩气,调整熔池温度,使操作顺利进行。 为进行讨论所采用的热力学数据如下:     

氧气底吹造锍过程中气泡行为的水模实验

通过底吹炼铜转炉水模型实验,研究底吹造锍转炉中喷嘴数量、喷嘴角度、喷嘴直径、气流速度等因素对转炉熔池气泡大小、气含率及液面喷溅的影响规律.结果表明:喷嘴直径的增大不利于气泡微细化,且加剧了液面喷溅现象;喷嘴角度的增大有利于减小喷溅,但气含率下降;气流速度的增大有利于气泡微细化,显著提高气含率,但喷溅比较剧烈.与单喷嘴喷吹相比,在总喷气量相同的条件下,双喷嘴喷吹具有明显的优势,两种方法的气泡微细化程度差别不大,但是双喷嘴的喷溅情况明显减弱;双喷嘴夹角44°时能获得最大的气含率,约为9%.     

镍硫化物在酸性氯化物溶液中腐蚀溶出——(Ⅱ)镍锍溶出

利用玻璃隔膜电解池研究了酸性氯化物水溶液体系中镍锍与Cu~(2 )/Cu~ 偶合反应速度。在25℃至60℃的温度范围内,随着反应温度的升高,阴极极化减小,阳极极化增大,镍锍溶解速度也随之增大。阴极反应速度受铜离子液相扩散和电化学极化混合控制。该过程可用一个电化学模型描述,旋转圆盘实验数据表明,模型与实际过程相符合。     

二氧化碳在转炉炼钢中的应用研究

对炼钢温度下CO2与熔池元素的反应机理进行了研究,并进行了相关热力学和动力学分析.利用30 t转炉进行顶底复吹CO2气体的炼钢工艺试验.试验结果表明:采用顶底复吹CO2试验炉次烟尘量减少了11.15%,烟尘TFe降低了12.98%,炉渣铁损降低了3.10%,试验终点钢液中[N]、[P]含量分别降低了50%和23.33%.转炉顶底复吹CO2气体炼钢工艺是完全可行的,为转炉炼钢节能降耗提供了新方法.     

氧气转炉的氧枪喷头优化及操作改进

为使转炉冶炼与连铸生产更好地匹配,通过对80t转炉氧枪喷头和顶底吹的操作改进,使供氧时间平均缩短了1.5min,并减少了冶炼终点钢水溶解氧和渣中铁损。同时评估氧气射流冲击熔池的深度、吹炼过程渣成分的演变以及钢水的氧化性,提出了终点钢水溶解氧含量与指数VO2/w[C]以及转炉炉龄之间的关系。     

红土镍矿镍和铁的综合回收试验

多米尼加某红土镍矿属强烈氧化的含镍酸性铁矿石,矿石中主要含有褐铁矿、石英、氧化铝和氧化镁等矿物.采用硫酸常压浸出-黄钠铁矾沉铁工艺对该红土镍矿进行湿法回收工艺研究.研究结果表明:镍、铁的浸出率分别为91.95％和67.96％;经黄钠铁矾法沉淀分离和焙烧工艺能够获得Fe品位为55.56％的氧化铁产品,且镍和铁的总回收率分别达到89.39％和67.46％.     

硫化镍精矿焙烧动力学研究

用沸腾床研究了金川硫化镍精矿和天然纯镍黄铁矿焙烧动力学。利用H_2O_2溶液吸收SO_2、测其电导率、自动记录焙烧曲线。求得两种矿物的表面活化能分别为174.4和109.6kJ/mol。焙砂经电镜检验表明:进行部分氧化焙烧时,两种矿的镍黄铁矿粒内都发生铁向外、镍向内的金属离子逆向迁移。铁的硫化物优先氧化,形成铁的氧化物壳层,而镍则富集在矿粒内部,与硫共存,不氧化。     

镍对奥贝球铁中上贝氏体第一阶段转变动力学的影响

本文定量地讨论了镍含量与奥贝球铁中上贝氏体第一阶段转变时间的关系，研究了镍对上贝体转变孕育期、奥氏体化开始温度和残余奥氏体中含碳量的影响；揭示了镍及其偏析在上贝氏体第一阶段转变中的作用。结果表明：随着镍含量的增加，上贝氏体第一阶段转变速度、奥氏体化开始温度和残余奥氏体中的含碳量降低。当镍含量超过２％时，第一阶段转变速度显著减慢。镍的偏析使得奥贝球铁基体中上贝氏体转变速度不一致，造成组织不均匀；镍…     

红土镍矿选择性还原焙烧过程中的相变转化

针对传统选矿方法难以回收低品位红土镍矿中有价金属镍的问题,采用选择性还原焙烧法研究了不同焙烧温度以及不同焙烧时间条件下红土镍矿(Ni品位为1.49％)中发生的微观结构变化以及相变转化.通过X射线衍射、扫描电镜及X射线能谱分析等测试手段分析表明,在不同焙烧温度及不同时间条件下经选择性还原后的红土镍矿中,镍氧化物逐渐被还原成镍铁合金相,铁氧化物主要转变成浮氏体相,硅酸盐主要以橄榄石形式存在.最后通过还原焙烧磁选试验证实,还原剂为烟煤,添加剂为NCS,两者用量分别为原矿质量的2％和7％,在1200℃条件下焙烧50 min,磁选分离得到镍铁产品中镍品位为9.78％,镍的回收率为92.06％,镍铁回收率差为62.51％,实现了红土镍矿中镍铁的选择性还原.     

电弧炉冶炼不锈钢技术应用与创新

依据返回吹氧法熔炼不锈钢的热力学和动力学原理,从理论和实践上论述了温度、供氧压力、高硅、高镍对脱碳保铬的影响;阐述了不锈钢冶炼中电压、电流的合理选用原则,确定了指导冶炼生产的关键工艺技术参数。     

转炉炼钢渣中Cu2O与NiO的还原实验研究

结合某钢厂顶底复吹转炉冶炼含有铜、镍等成分耐候钢的生产过程,在实验室对铁碳熔体和纯铁液还原炼钢渣中铜、镍等氧化物进行研究.结果表明,在初始条件相同的情况下,1 300 ℃下铁碳熔体分别还原渣中Cu2O和NiO时,Cu2O比NiO更易还原,还原速度更快.1 600 ℃时在实验研究的碱度范围内,含有25% FeO的转炉终点渣中Cu2O、NiO能被纯铁液在10～20 min内还原完毕,尤其前10 min内w[Cu]、w[Ni]增长迅速.在相同碱度下,渣中Cu2O、NiO同时还原的速率基本相同;随着渣碱度的增大,Cu2O、NiO还原的速率及终还原率均有所降低.     

转炉炼钢前期石灰石分解及CO2氧化作用的热力学分析

应用热力学方法,对转炉炼钢前期高碳低温铁水条件下石灰石分解及CO2氧化作用进行了分析,推导出了CO2分压(pCO2)和高碳低温区域碳活度系数fC,%的求解方程.结果表明:石灰石中CaCO3在高碳低温的铁水面附近,其分解反应平衡温度比标准状态时低得多,随着吹炼过程中炉温上升其反应趋势增大,CO2在转炉炼钢吹炼初期与[C]、[Si]、[Mn]和Fe(l)的反应都可以自发进行,其排列次序与各元素被O2氧化的反应相同;在高碳低温铁水条件下pCO2值非常小,转炉炼钢初期pCO2在0.002 2～0.000 5pΘ左右,因此可以认为石灰石分解产生的CO2会全部参与铁水氧化反应.     

提高金川贫镍矿选矿回收率的一种有效途径

本文简要她介绍了使用亚硫酸浮选金川难选贫镍矿的试验结果,对试验中的一些规律进行了初步分析。由于亚硫酸是一种还原剂,能清洗矿物表面,维持矿浆的“还原气氛”,因而使易氧化的紫硫镍铁矿得到活化,并对易泥化的矿浆有分散作用,故能显著改善紫硫镍铁矿的浮选。在按现厂生产工艺流程进行的试验中,添加亚硫酸可使镍回收率提高10％左右,如果在添加亚硫酸的同时,适当提高磨矿细度,则回收率可提高15％左在。对矿体西部为主的难选混合矿样(含0.58％Ni)进行试验,可选出品位为3.75％,回收率为65.40％的镍精矿,达到了“全国科技发展规划重点项目”规定的1985年的指标。     

顶、底、复合吹炼转炉熔池流场及循环流量的试验研究

对顶吹、中心底吹及复合吹三种工艺,在不同的气体流量条件下,用铝粉示踪法研究了熔池内的流谱,用频闪光照象法测定了涡环中的速度分布。流谱试验指出:熔池内形成一个封闭的涡环,三者都可当作轴对称二维流场。由测定结果计算出涡环中心的位置为(Z_0)/H=0.57,(2R_0)/D=0.83。还计算出不同的顶吹沈量和不同的底吹流量条件下的循环流量,回归出它们之间的定量关系武为:Q_c=0.659Q_r 5.175Q_B-0.051Q_T~2-4.975Q_B~2-0.22Q_TQ_B。依此对熔池内的搅拌规律进行了分析。在试验的参数值范围内,循环流量与顶吹气体流量之间的关系为具有一极大值的曲线,循环流量和底吹气体流量之间的关系为一条逐渐变缓的上升曲线。复合吹炼的循环流量小于单纯顶吹和单纯底吹时间两者循环流量的代数和。附加底吹所增加的循环流量随顶吹量的增加而减小。     

镍硫化物湿法冶金基础研究

文中发表了我们在镍湿法冶金方面的研究工作。我国原有的镍冶炼流程是在熔炼高镍锍之后采用缓冷、磨浮分离铜、镍硫化物。国内已研究过用二段常压浸出及一段氧压浸出使镍进入溶液,可取消冷却和磨浮工序。然而采用加压浸出,在设备和操作上有不少困难,而且能耗较大。我们研究了Ni_3S_2浸出反应的热力学与动力学,并用工业镍高锍进行了试验,证明可以实现常压酸浸出。其关键是样品制备、温度与传质条件。浸出反应遵守1-(1-α)~(1/3)=kt关系式。浸出反应与溶液成分如H~ ,Cl~-及Cu~(2 )有关。发现Cu~(2 )的影响有双重性,Cu~(2 )在镍硫化物表面生成Cu_2S时阻碍反应,此时浸出反应符合1-2/3α-(1-α)~(2/3)=kt关系式,但存在于固体中的铜的硫化物可以加速浸出过程。从研究Ni_3S_2酸溶解机理发现,抑制难溶的β-NiS生成是提高浸出率的重要措施。这一研究结果为实现镍高锍常压浸出提供了理论根据。     

熔渣中磁性氧化铁与熔锍中硫化亚铁反应的研究

用实验和热力学计算的方法研究了温度在1400℃以下时熔渣中 Fe_6O_4 与熔锍中 FeS 之间的反应,认为在炉渣熔体中,在熔锍与熔渣的交界面上或者在熔锍中,因 SO_2气体不能均相成核,故反应不能向右进行。除非在现成气相存在处,产生 SO_2气体的反应才能发生,本研究的结果也说明了为什么在熔锍中能溶解较多的磁性氧化铁。