白云石基脱硫剂用于铁水预处理脱硫的研究

论文摘要

铁水炉外脱硫作为钢铁生产工序之一,对钢铁产品的品质影响很大。自上世纪30年代至今,铁水炉外脱硫工艺及脱硫剂层出不穷。目前,由于金属镁在炉外脱硫中的许多优点,镁系脱硫剂已成为应用最为广泛的脱硫剂。但是颗粒镁作为一种脱硫剂,存在着价格昂贵,蒸汽压高等缺点,因此世界各国都在寻找一种新的脱硫剂以取代镁脱硫剂。本课题是依据皮江法炼镁原理,提出在铁水高温环境下用硅铁还原白云石原位生成镁蒸汽脱硫剂进行铁水原位脱硫的新工艺。本论文针对这一新工艺中的基础问题进行研究,包括：脱硫过程中相关反应的热力学及动力学研究、铁水高温环境中镁蒸汽生成试验研究以及铁水脱硫实验研究。(1)热力学计算比较了3种不同的还原剂,确定硅铁还原白云石做为新型脱硫剂脱硫的可行性,即在镁的分压小于0.26个大气压时,反应在铁水温度下(1400℃)即可发生。(2)差示扫描量热法比较了几种还原剂的动力学差异,其中硅铁还原白云石反应的活化能E=3638.17kJ/mol, n=2.13,大于铝还原白云石反应的活化能,同时略大于纯物质的活化能。(3)在铁水高温环境中白云石基脱硫剂能生成金属镁蒸汽,硅铁还原白云石反应的活化能约为33.4kJ/mol,反应受扩散控制。(4)高温脱硫实验表明：以硅铁为还原剂制备的白云石基脱硫剂进行炉外铁水原位脱硫是可行的,并且可以达到超深脱硫效果；随着脱硫剂的加入量的增加,脱硫效果越来越明显；随脱硫时间的时间延长,脱硫率显著增加；但是脱硫时问超过15min,会出现严重的回硫现象,加入CaO覆盖剂可有效抑制回硫现象的发生；在1400℃时,最大脱硫率为95.21%,铁水中硫含量最低为21ppm。以硅铁为还原剂制备的白云石基脱硫剂进行原位铁水炉外脱硫是可行的。同时,脱硫剂原料不仅来源广泛,成本也远低于镁基脱硫剂,且能够达到深度脱硫水平,以上研究成果将为基于白云石基脱硫剂原位铁水炉外脱硫新技术的推广应用奠定基础

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 铁水预处理脱硫的意义
• 1.3 国内外铁水脱硫发展与现状
• 1.4 铁水炉外脱硫常用脱硫方法
• 1.4.1 KR法
• 1.4.2 镁颗粒喷吹法
• 1.5 铁水炉外脱硫常用脱硫剂
• 1.5.1 石灰（CaO）系脱硫剂
• 1.5.2 镁系脱硫剂
• 1.5.3 复合脱硫剂
• 1.6 常用脱硫剂及脱硫方法效果的比较
• 1.7 金属镁的消费市场和生产工艺
• 1.8 课题研究的目的和意义
• 1.9 主要研究内容
• 第2章 实验研究方法
• 2.1 实验原料
• 2.1.1 原料
• 2.1.2 实验药剂
• 2.2 轻烧白云石的制备
• 2.2.1 白云石煅烧原理
• 2.2.2 白云石煅烧步骤
• 2.3 实验设备及检测仪器
• 2.3.1 原料制备设备
• 2.3.2 实验设备
• 2.3.3 检测分析设备
• 2.4 实验思路和方案
• 2.4.1 差热分析实验
• 2.4.2 脱硫剂在高温下反应的验证
• 2.4.3 脱硫剂在高温下反应过程的动力学分析
• 2.4.4 高温脱硫实验
• 第3章 热力学和动力学研究
• 3.1 镁脱硫热力学
• 3.1.1 镁在铁水中的溶解
• 3.1.2 镁蒸汽与硫反应
• 3.1.3 铁水中溶解镁与硫的反应
• 3.2 还原热力学计算
• 3.2.1 氧化镁和碳的反应
• 3.2.2 白云石与铝的反应
• 3.2.3 白云石与硅铁的反应
• 3.3 上述三反应的热力学比较
• 3.4 原料中杂质对于主反应发生的影响
• 3.5 差热分析实验
• 3.5.1 DSC实验结果及分析
• 3.5.2 根据DSC结果推算反应的动力学参数
• 3.6 本章小结
• 第4章 脱硫剂在高温下反应过程的研究
• 4.1 脱硫剂在高温下反应的验证
• 4.2 脱硫剂在高温下反应的动力学分析
• 4.2.1 反应过程分析
• 4.2.2 估算化学反应活化能
• 4.2.3 温度对还原反应的影响
• 4.2.4 配比对还原反应的影响
• 4.2.5 载气流量对还原反应的影响
• 4.2.6 载气种类对还原反应的影响
• 4.3 本章小结
• 第5章 高温脱硫实验
• 5.1 不同还原剂的脱硫效果
• 5.2 空白对照实验
• 5.3 脱硫剂加料方式对脱硫效果的影响
• 5.4 不同配比对脱硫实验的影响
• 5.5 脱硫剂用量对脱硫效果的影响
• 5.6 不同牌号硅铁的还原效果
• 5.7 铁水中初始硫含量对脱硫效果的影响
• 5.8 添加覆盖剂对脱硫效果的影响
• 5.9 本章小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢