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含钛高炉渣的流变特性及其泡沫化的研究

毛红霞

   攀钢高炉进行全钒钛磁铁矿冶炼时,炉渣中TiO_2的含量高达27%~30%,随之就出现了一系列的特殊问题。在工业生产中,攀钢通过调整炉渣成分,控制渣中TiO_2含量在23%~24%,并提高炉内高温区的氧势,从而抑制了TiO_2的过还原,使高炉冶炼得以顺利进行。尽管采用这种方法攀钢的钒钛磁铁矿冶炼已经达到较高的技术经济水平,但也存在着钒资源回收率下降的问题。本文在实验室就含钛高炉渣的流变特性及其泡沫化问题进行了若干基础研究,欲为高炉全钒钛磁铁矿冶炼也能获得良好的技术经济指标奠定一定的理论基础。 试样以攀钢现场渣的成分为基础,考虑了对炉渣性质影响比较明显的主要组分:CaO、SiO_2、MgO、TiO_2和MnO,用正交设计表L_(16)(4~4)安排了16个渣样。实验共进行了两组。第一组实验是在1500℃时,采用高温可变转速粘度计,测量了渣样在8 r/min、12 r/min、16 r/min、20r/min时的粘度。根据不同的转速,求出对应的剪切速率Di ,然后根据公式η_a =τ_i/D_i,求出各剪切速率下的剪切应力τ_i,绘制各渣样的流变特性曲线,然后作τ-D对数曲线,回归得到各渣样的本构方程,根据n的大小来判断各渣样的流变特性,并运用直观分析法分析了渣中各成分对渣样流变特性的影响。从实验得到的各渣样的本构方程中可以看出,指数n均小于1,因此高钛渣属于非牛顿粘性流体中的假塑型流体,以往将高钛渣作为牛顿流体的测试方法是不可行的,测试结果无法真实地表达非牛顿熔渣的情况;以各渣样本构方程的指数n为指标进行直观分析得到,对渣样流变特性影响最大的是二元碱度,其次是MgO和TiO_2,影响最小的是MnO。第二组实验是将可变转速粘度计的转速固定在12 r/min,分别测量各渣样在1450℃、1475℃、1500℃、1525℃时的粘度。绘制各渣样的粘温曲线,并根据Arrhenius公式计算出各渣样的粘流活化能,同样运用直观分析法对实验结果进行了分析。结果表明,二元碱度对高钛渣的粘流活化能影响最大,其次是MgO和MnO,影响最小的是TiO_2。这与第一组实验讨论的结果基本一致。纵观以上两组实验,在同一转速下,炉渣组分对流变特性的影响与对粘流活化能的影响恰好相反,即本构方程的指数n越小,非牛顿流变特性越明显,渣的粘流活化能就越小。 攀钢高炉含钛炉渣的泡沫化问题是高炉实现全钒钛磁铁矿冶炼的一大障碍,本文在课题组前期研究的基础上,针对高钛渣计算出了泡沫化指数经验公式中的C在600~800之间。利用上述得到的泡沫化指数公式预测炉渣的泡沫化程度虽然简单明了,但是有关高钛渣表面性质的数据相对缺乏,实验测试相当困难,因此,本文就高钛渣中各成分的摩尔分数作为其组分特征建立泡沫化指数的预测模型,……   
[关键词]:含钛高炉渣;流变特性;粘流活化能;泡沫化指数
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:重庆大学2006年
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