二氧化锰低温分解动力学研究

采用热重分析仪在5种升温速率下对二氧化锰矿进行热重试验,研究预处理过程中二氧化锰的低温分解行为,并通过物相分析验证热重试验结果及反应推论,应用非模型等转化率法及Popscu法对两步反应动力学求解,得到各自的反应机理函数。结果表明,二氧化锰升温过程发生了两步反应,第一步反应产物为Mn2O3,反应机理为dα/dt=(3.96×109/β)(1-α)e-1.86×105/RT,为一级简单反应,符合Mample单行法则动力学机理特征;第二步产物为Mn3O4,反应机理为dα/dt=(3.28×1024/β)e-2.81×105/RT×(3/2)(1-α)[-ln(1-α)]1/3,符合Avarami-Erofeev方程动力学机理特征。两步反应的反应机理均为随机成核和随后生长。

钨酸钙球团碳化硅还原试验研究

采用高温炉恒温试验对不同时间、温度及还原剂配比条件下钨酸钙与碳化硅球团还原情况进行研究,结合熔点测试结果分析了球团在升温过程中的物理变化行为,得到各影响因素对球团还原的作用关系及钨直接合金化炼钢工艺的优化条件。结果表明,在1 400～1 500℃时,钨酸钙球团可以被碳化硅还原,还原产物为W、WC、Ca3(Si3O9)及SiO2,球团还原反应可能由固—固、固—液反应共同组成,在升温过程中亦发生碳化硅相变和分解、还原剂的氧化及钨金属的二次氧化;在1 400～1 500℃和10～30min时,低温条件下适当延长反应时间、时间较短条件下适当增加反应温度及适当提高还原剂配比有利于提高球团还原反应率;钨直接合金化电炉炼钢工艺中,采取钨酸钙快速还原,防止钨金属二次氧化措施,可以实现钨酸钙在冶炼早期大部分被还原。

硅还原钨酸钙固相反应实验研究

为研究CaWO_4与Si在直接合金化炼钢过程中的低温固相反应过程,采用差示热分析仪在10℃/min恒速升温条件下对CaWO_4与Si粉末混合物进行热分析实验,通过高温炉恒温实验对CaWO_4与Si球团在1400℃恒温30 min的反应生成物及反应率进行分析,结合熔点测试实验分析了球团在升温过程中的物理变化行为。实验结果表明,CaWO_4与Si在1400℃以下所发生的还原反应为全固相反应,反应生成物为W、WSi_2、W_5 Si_3、Ca3(Si_3O_9)、SiO_2,CaWO_4球团在1400℃30 min的反应率达到93.41%,固相反应过程中CaO不能促进反应的进行;CaWO_4与Si 1400℃以下恒速升温条件下表观反应符合Avarami-Erofeev方程,反应机理为随机形核和随后生长,表观反应动力学表达式为dα/dt=11.68e^(-51.75×10^3/RT)·4(1-α)[-ln(1-α)]^(3/4)。

CaO-SiO_2-FeO-MnO四元熔渣活度模型的研究

针对碱度、温度、熔渣氧化性及目标锰含量对锰直接合金化过程的影响,通过熔渣理化性能分析,应用分子-离子共存理论建立了四元熔渣活度模型及渣-钢间锰分配比模型,并应用该模型对锰直接合金化过程熔渣碱度、温度、氧化性及锰含量的影响进行了研究,为锰直接合金化冶炼工艺优化提供了理论依据。模型计算结果表明,直接合金化过程熔渣适宜的二元碱度为1.4～2.0;熔渣低氧化性有利于锰直接合金化反应进行,提高锰的收得率;从热力学方面分析,目标锰含量(0.5%～3%,质量分数,下同)越高,锰冶炼平衡收得率越高;炼钢温度为1 450～1 650℃时,温度变化对锰直接合金化影响较小。