SiO_2-CaO-Al_2O_3-MgO-FeO熔渣的电解还原行为

电解含有铁氧化物的熔渣是一个潜在的减少甚至消除CO2排放的钢铁冶炼短流程新工艺.本文采用MgO或Y2O3稳定的氧化锆管内装碳饱和铁熔体做阳极,构建可控氧流电池:铁棒|Fe+FeO(slag)|ZrO2(MgO或Y2O3)|[O](Fe+C饱和)|石墨棒.在1723 K高温下通过测定电池开路电压-时间曲线、线性扫描伏安曲线、恒电压电解曲线研究了SiO2-CaO-Al2O3-MgO-FeO熔渣的电解还原行为,并借助扫描电镜与能谱分析了残样的显微结构与成分.结果表明:在本实验条件下,测定获得SiO2-Ca O-Al2O3-MgO-FeO熔渣中FeO的分解电压约为-0.25 V,测定结果位于Fact Sage热力学软件理论计算值范围内,表明采用本实验装置测定熔渣中FeO分解电压是可行的.在外加电压条件下可以从SiO2-CaO-Al2O3-MgO-FeO熔渣中电解还原获得金属铁(或铁合金).可控氧流电解还原电流的大小及FeO还原效果与外加电压、ZrO2稳定剂的种类和ZrO2管(阳极)插入熔渣中的深度等因素有关.

以钢渣为原料的SiO_2-CaO-Al_2O_3系陶瓷烧结机理

以主要化学成分为Ca O和Si O2的钢渣为原料,制备Si O2-Ca O-Al2O3系钢渣陶瓷,采用差分扫描量热仪(DSC)、X线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)与热力学计算研究钢渣陶瓷烧结过程及反应机理。研究结果表明:在以钢渣-黏土-长石-石英为主要原料的Si O2-Ca O-Al2O3体系中,钢渣陶瓷晶相以钙长石相为主;钢渣陶瓷烧结初期以扩散传质反应为主,之后形成高温液相,促进反应进行和晶体长大,并完成坯体致密化;经过湿磨的钢渣中存在大量的氢氧化钙等矿相,这些矿相在钢渣陶瓷烧结过程中能够分解产生具有很强反应活性的氧化钙,因而促进了原料间的反应和陶瓷致密化过程。

FeO含量对SiO_2-CaO-Al_2O_3-MgO(-FeO)酸性渣熔化温度的影响

基于熔渣离子理论,利用导电法在高纯氩气保护下测定SiO2-CaO-Al2O3-MgO(-FeO)酸性渣(二元碱度R=0.6)的熔化温度,考察FeO含量对酸性渣熔化温度的影响。结果表明,FeO的加入可以降低酸性母渣SiO2-CaO-Al2O3-MgO的熔化温度,且渣中FeO含量越大,渣样熔化温度越低;当渣中FeO含量低于20%时,随着FeO含量的增加,渣样熔化温度降低幅度较大;当渣中FeO含量高于20%时,随着FeO含量的增加,酸性渣熔化温度降低趋势变缓。

SiO_2-FeO-Fe_2O_3-CaO-ZnO渣系中N_(Fe^(3+))/N_(Fe^(2+))与组元关系的研究

SiO_2-FeO-Fe_2O_3-CaO-ZnO体系是火法炼铅的重要渣系。本文研究了该体系中NF^(2+)/N_(Fe^(2+))与组元的关系,指出选择γPbO较大和Fe_3O_4含量较低的渣型是降低渣含铅的重要途径。

CaF2-CaO-MgO-Al_2O_3-SiO_2电渣渣系表面张力和渣-钢间界面张力的研究

本文对CaF_2-CaO-MgO-Al_2O_3-SiO_2电渣渣系组成进行了炉渣密度、表面张力以及37CrNi3MoVA钢表面张力和渣-钢间界面张力的测量,讨论了不同组元对这些性质的影响。

MgO含量对高炉渣SiO_2-CaO-MgO-Al_2O_3渣系的影响

以CaO-MgO-SiO_2-Al_2O_3渣系为基础,采用Fact Sage软件、X射线衍射仪以及扫描电子显微镜对不同MgO含量的高炉渣矿物析出现象进行了研究.结果表明:不同MgO含量的高炉渣会在1400~1450℃之间析出矿物.XRD验证,矿物主要是钙镁黄长石(2CaO·MgO·2SiO_2)和钙铝黄长石(2CaOoAl_2O_3·SiO_2),与FactSage软件研究结果基本一致.随着MgO含量的递增,矿物析出先降低后升高,非晶态玻璃体先增加后减少.当MgO含量为7%~9%时,矿物析出较少,MgO含量为11%~13%时,矿物析出较多.

含FeO熔渣对ZrO_2固体电解质侵蚀性研究

采用热力学计算软件FactSage中的Equilib平衡计算模块,模拟研究静态条件下SiO2-CaO-Al2O3-MgO-FeO五元渣系对ZrO2材质的侵蚀特性。利用MgO稳定的ZrO2固体电解质管与碳饱和铁液以及酸性渣构建可控氧流电池,分别进行电池在开路条件与外加电势条件下的侵蚀实验,并通过SEM、EDS分析检测,讨论酸性渣可控氧流电解时ZrSiO4新相的形成机理以及对固体电解质导电性能的影响。结果表明,ZrO2的侵蚀程度随温度的升高和渣中FeO含量的增加而增加;在低碱度和高碱度条件下,熔渣与氧化锆之间分别会有ZrSiO4和CaZrO3生成;相对于静态以及开路条件,外加电势电解条件下酸性熔渣与氧化锆之间易形成新相层,从而显著增大电池内阻,阻碍氧离子迁移,但也能减轻或阻碍熔渣对ZrO2固体电解质的渗透侵蚀;可控氧流电解时酸性渣中初始FeO含量最好低于20%,碱度R最好在0.23～0.80之间。

CaO-SiO_2-Al_2O_3-MgO-FeO渣系FeO活度的计算模型

利用熔渣结构共存理论建立了CaO-SiO2-Al2O3-MgO-FeO渣系FeO活度的计算模型,并分析了1 400℃时炉渣碱度、MgO和FeO质量分数对该渣系FeO活度的影响规律。结果表明:当CaO-SiO2-Al2O3-MgO-FeO渣系三元碱度为1.3,Al2O3质量分数为12%,FeO质量分数为2%条件下,随MgO质量分数的增加,炉渣FeO活度增大;当二元碱度为1.1,Al2O3质量分数为12%,MgO质量分数为10%时,FeO活度随随渣中FeO质量分数的增加呈线性增加;当渣中Al2O3、MgO和FeO质量分数分别为12%、10%和2%固定不变时,随着二元碱度的提高,炉渣FeO活度迅速增加。计算得到的上述规律和实测规律一致,说明了本模型用于分析FeO活度的正确性。

SiO_2-Al_2O_3-CaO-MgO四元熔渣体系密度简易计算模型

根据熔渣体积与温度的线性关系,结合不同组分与温度下密度的实验测量值,建立了简单而准确的SiO_2-Al_2O_3-CaO-MgO四元系熔渣密度计算模型,利用该密度模型绘制了Al_2O_3质量分数分别为10%,20%,30%,40%,温度为1773和1873 K的条件下的等密度图.结果表明,模型计算的渣系密度值与文献报道的实验结果一致,相对误差为1.08%,绝对误差为0.041 g/cm^3.随SiO_2含量增加,密度显著减小,温度对密度的影响较小.

电渣冶金熔炼Fe-Cr-Al高温合金抑制镧、铈稀土氧化的研究

依据炉渣结构的分子和离子共存理论,建立了CaO-SiO_2-Al_2O_3-MgO-FeO-CaF_2-Ce_2O_3-La_2O_3八元渣系的活度计算模型.研究了不同温度下稀土氧化物活度之比值与稀土活度的关系.分析了在2023K下,炉渣中w(FeO)、w(MgO)、碱度对氧化亚铁、镧铈稀土氧化物活度的影响,探究防止稀土元素被氧化的热力学条件.通过计算得出,适当地降低w(FeO)、增加w(MgO)可以抑制镧铈稀土被氧化,而总体来看碱度对抑制稀土的氧化影响较小.

天钢LF炉钢水精炼配渣模型的建立

根据转炉下渣的重量和成分含量,以(12CaO·7Al_2O_3+5%SiO_2)作为LF炉精炼基础渣为目标,建立了适用于任意配比的CaO-SiO_2-Al_2O_3-MgO(-CaF_2)精炼渣配渣模型。LF精炼配渣模型可以根据采用或者不采用铝来还原转炉下渣中含有的SiO_2组分的两种情况,通过计算得到精炼渣的各组分含量。配渣模型采用Microsoft office 2010软件中的Excel在PC计算机上进行计算。计算过程中,在求解方程组时,采取的解法为GAUSS消元法。