利用熔融改质转炉钢渣冶炼Fe-Si-Mn合金的研究

本申报项目结合转炉钢渣利用与研究现状，通过向熔融钢渣中加入SiO2质改质剂和碳质还原剂冶炼Fe-Si-Mn合金的研究，探索熔融钢渣中有价金属高效回收和钢渣高温物理显热有效利用的新途径。通过热力学分析与实验研究，在考察熔融改质钢渣成分和还原工艺条件对合金成分影响的基础上，研究选择性还原过程中熔渣与合金熔体相的成分变化规律，确定改质钢渣成分、还原剂加入量及还原温度等对熔渣中组分选择性还原的影响规律与作用机制，掌握渣中组元在选择性还原过程中的冶金行为，确定还原过程的限速环节，并在此基础上进行熔融改质转炉钢渣冶炼Fe-Si-Mn合金的物料平衡和热平衡计算，为利用熔融改质钢渣冶炼Fe-Si-Mn合金的工艺开发和合理工艺参数制定提供理论依据。本项目特色在于兼顾熔融钢渣物理热利用与渣中资源的的高效回收，具有较高学术价值，研究结果对促进转炉钢渣在企业内部循环与高效资源化利用及节能减排均具有十分重要的意义。

(1) SiO2在熔渣中的溶解度随温度的升高而增大，1800℃时其溶解度达到80%；同时，改质钢渣的液相线温度随着w(SiO2)的增加而降低，w(SiO2)为55%时熔渣的液相线温度达到最低值的1308℃。.(2) 随着熔渣中w(SiO2)的增加，a(MnO)和a(CaO)减小，a(FeO)先增大，当w(SiO2)为30%左右时达到最大值。a(SiO2)随着其质量分数的增加而增大。.(3) 熔融改质钢渣中组元的还原顺序依渣中w(SiO2)大小而改变。当钢渣中w(SiO2)小于46.4%时，其还原顺序为Fe→Mn→P；当w(SiO2)为46.4~54.2%时，还原顺序为Fe→P→Mn→Si；w(SiO2)大于54.2%时，其还原顺序依次为Fe→Si→P→Mn..(4) 提高温度有利于渣中组元的还原。当渣中w(SiO2)为60%时1500℃条件下合金相中w[Si]不足20%，(SiO2)还原率不足10%，而1800℃时合金相中w[Si]大于60%，(SiO2)还原率超过50%。.(5) 还原剂配入量不同，铁合金成分不同。熔渣中w(SiO2)<40%时且配碳量小于熔渣的2%时，生成Fe-Mn合金，配碳量为2~2.5%时生成Fe-Mn-P合金，大于3%生成Fe-Si-P-Mn合金。1800℃时w(SiO2)为60%、配碳量16.2%，能够获得硅含量大于60%的Fe-Si-Mn合金。.(6) 利用SiO2改质有利于钢渣的中氧化钙的还原，使CaO的还原率从原渣的18.41%上升至w(SiO2)为60%时的52.87%，有利于钢渣物理热的利用，促进节能效果。.(7) 利用改质钢渣在1800℃下冶炼铁合金，在配碳量适宜时，其产物中合金主要成分w(Ca)=17.67%、w(Si)=51.60%、w(Fe)=13.65%，渣中CaO、SiO2、FeO利用率为分别为52.87%、90.05%、100%。利用1吨改质钢渣冶炼铁合金可节能726.2kW•h/t合金。.(8) 较适宜的钢渣组成是w(SiO2)为60%左右，适宜的温度范围是1750~1850℃，适宜的还原剂配入量是35%左右。.(9) 根据动力学模型可知，改质熔渣中(MnO)和(SiO2)还原限制环节是其在中的扩散，并根据限制环节确定了(MnO)和(SiO2)还原反应的速率方程。