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[硕士论文] 陈景锋
钢铁冶金 武汉科技大学 2018(学位年度)
[硕士论文] 张杨
钢铁冶金 西安建筑科技大学 2018(学位年度)
[硕士论文] 崔征
钢铁冶金 西安建筑科技大学 2018(学位年度)
[硕士论文] 刘然
钢铁冶金 贵州大学 2018(学位年度)
[硕士论文] 马川
钢铁冶金 西安建筑科技大学 2018(学位年度)
[硕士论文] 王雪薇
钢铁冶金 西安建筑科技大学 2018(学位年度)
[硕士论文] 万江凯
钢铁冶金 西安建筑科技大学 2018(学位年度)
[硕士论文] 魏起书
钢铁冶金 西安建筑科技大学 2018(学位年度)
[硕士论文] 丁斌
钢铁冶金 武汉科技大学 2018(学位年度)
摘要:目前,国内球团厂大都采用无机粘结剂膨润土作粘结剂,但加入量过高,导致过多的有害氧化物Al2O3和SiO2等残留在球团中,影响成品球的含铁品位。而使用有机粘结剂能显著提高球团矿的生球强度,同时减少粘结剂用量,且有机粘结剂在高温条件下会氧化或裂解成气体从球团内部逸出,从而减少在球团内部的残留。但目前研究比较广泛的有机粘结剂如羧甲基纤维素、改性淀粉等价格过于高昂,使用有机粘结剂应用于工业生产将会大大增加生产成本。本文以造纸工业的副产物木质素磺酸钠(木钠)作为球团粘结剂,研究使用木钠作为粘结剂生产球团矿的可能性。研究发现:
  (1)木钠是以环网状和芳香结构为骨架,分子中含有大量羟基、羧基和磺酸基等极性基团的高分子聚合物,其分子结构特征符合众多学者提出的理想有机粘结剂的模型。木钠热稳定性要比淀粉更佳。木钠分子结构中的网状和苯环状的有机链具有胶接性,大量的羧基、磺酸基等基团能与铁精矿表面发生强烈的吸附作用,使用木钠造球时,木钠溶于水产生的胶状物质填充在铁精矿颗粒之间,将铁精矿紧密的连接在一起,从而改善铁精矿的成球性和提高生球强度。
  (2)红外分析和Zeta分析表明:CaCO3在能够强化木钠与铁精矿之间吸附、粘结作用,从而进一步提高球团矿强度。在复合粘结剂(0.5%木钠和0.75%碳酸钙)中,木钠对生球和干燥球强度起决定性作用,而碳酸钙对预热球和焙烧球的强度起重要作用。
  (3)粘结剂用量相同时,木钠生球强度要高于膨润土球团。当粘结剂用量为2%时,木钠球团生球的落下和抗压强度分别是12.1次/(0.5cm)和17.5N/个,高于膨润土球团的4.9次/(0.5cm)和14.2N/个。木钠在球团预热、焙烧时氧化或裂解产生的气体从球团内逸出,会增加预热球和焙烧球的孔隙率,促进了球团内部的Fe3O4氧化成Fe2O3。粘结剂用量为2%时,木钠成品球的含铁品位比膨润土成品球高1.06%。
  (4)使用质量分数为0.75%木钠部分替代膨润土生产球团能将膨润土的用量从2%降低到0.75%。使用质量分数为0.5%木钠和0.75%碳酸钙作为复合粘结剂可以完全替代膨润土,其生产的球团生球落下强度、生球的抗压强度、干燥球的抗压强度、预热球和焙烧球的抗压强度分别为:4.2次/(0.5m)、11.5N/个、23.7N/个、522.5N/个和2610.3N/个,各阶段球团强度均能达到生产的最低要求。
[博士论文] 余岳
钢铁冶金 武汉科技大学 2018(学位年度)
摘要:不锈钢渣是不锈钢冶炼的副产品,可用作路基材料和混凝土骨料及用于水泥生产、制砖及砌块、烧结炼铁等。不锈钢渣中存在Cr6+溶出风险,限制了其资源化利用。因此,欲将不锈钢渣加以综合利用以取得良好的经济、社会和环境效益,必须解决不锈钢渣中Cr6+的溶出问题。研究含FeO的CaO-SiO2-MgO-Al203-Cr2O3基熔渣中铬尖晶石析出及铬稳定性对不锈钢渣的无害化处理和资源化利用具有重要意义。本文根据冶金热力学原理,结合热力学数据库FactSage7.0对CaO-MgO-SiO2-Al2O3-Cr2O3基体系凝固过程的模拟进行不锈钢渣中铬尖晶石形成的理论基础研究,采用扫描电子显微镜观察微观形貌并用EDS进行微区成分分析、元素的线分布及面分布规律研究,采用XRD进行矿物成分分析,基于IPP图像分析软件统计样品中晶体的粒径,采用标准浸出程序HJ/T299-2007对不锈钢渣做浸出毒性检测以验证铬的稳定性。
  本文首先基于理论分析和FactSage软件模拟研究了FeO调控CaO-SiO2-MgO-Al2O3-Cr2O3体系中尖晶石晶体形成的基本理论,研究结果表明合成不锈钢渣样品中析出的晶体主要包含尖晶石晶体、硅酸二钙、镁硅钙石、黄长石和硅钙石,其中尖晶石晶体为高温析出相。随着FeO添加量的增加,尖晶石晶体的析出量分为高温区和低温区两段;析出量在高温段逐渐降低,而在低温段逐渐增加。而析出温度随着FeO的添加而降低,当FeO添加量由0增加至20wt%时,尖晶石析出温度从1910℃降低至1800℃。尖晶石固溶体主要由MgCr2O4和FeCr204组成。
  在理论分析的基础上,通过在实验室内制备合成渣来研究FeO对CaO-SiO2-MgO-Al2O3-Cr2O3体系中尖晶石晶体的析出量、晶粒尺寸、成分等的影响,并且通过毒性浸出实验来探索FeO对含Cr2O3钢渣体系中铬稳定性的调控行为,发现随着FeO添加量的增加,尖晶石析出量有增加的趋势,析出温度逐渐降低;FeO能够有效促进CaO-SiO2-MgO-Al2O3-Cr2O3-FeO体系中尖晶石晶体的长大;尖晶石中铁元素的含量增加,钙、硅、镁、铝等元素的含量降低,而基质中铬元素含量降低;FeO添加量的增加有效提高了CaO-SiO2-MgO-Al2O3-Cr2O3体系中铬元素的稳定性。当FeO添加量从0增加至20wt%时,Cr6+溶出量从0.1434mg/L降低至0.0021mg/L。
  保温时间和冷却速率是凝固过程中的重要影响参数,但对CaO-SiO2-MgO-Al2O3-Cr2O3-FeO体系中尖晶石晶体析出行为的影响较小。在1350℃~1450℃长时间(≤120min)保温条件下,CaO-SiO2-MgO-Al2O3-Cr2O3-FeO体系的矿物相结构保持不变,尖晶石晶体尺寸稍微有所增加,在1350℃、1400℃和1450℃时的增幅分别为17.04%、23.11%和13.91%。冷却速率对尖晶石晶体形成和长大的影响较小。在高温阶段(>1500℃)冷却速率对尖晶石尺寸的影响略强于低温阶段(≤1500℃)。在1580℃时,同冷却速率为12℃/min相比,冷却速率为1℃/min所得的尖晶石晶体的尺寸要增大4.02%;而在1400℃时,同冷却速率为12℃/rmin相比,冷却速率为1℃/min所得的尖晶石晶体的尺寸仅增大0.62%。
  利用合成渣系统研究了FeO和Fe2O3耦合作用对CaO-SiO2-MgO-Al2O3-Cr2O3体系中尖晶石晶体析出行为的影响,实验结果表明在CaO-SiO2-MgO-Al2O3-Cr2O3体系中,Fe2O3添加量的增加在促进尖晶石晶体析出的同时并有效抑制α-C2S的形成和析出。Fe2O3促进尖晶石晶体析出量的增加和晶体长大。当Fe2O3添加量由2wt%增加至20wt%时,尖晶石晶体的平均尺寸从2.74μm增加至8.10μm。在Fe2O3添加量较低(≤16wt%)时,随着Fe2O3添加量增加,尖晶石晶体尺寸增大速率较大;而当Fe2O3添加量较大(≥16wt%)时,尖晶石晶体尺寸增大速率较低、增幅较小。随着Fe2O3添加量的增加,尖晶石晶体中铬、钙和硅元素的含量逐渐降低,而铁元素的含量逐渐增加。当CaO-SiO2-MgO-Al2O3-Cr2O3-8wt%FeO体系中Fe2O3添加量由0增加至12wt%时,铬、钙和硅含量分别从21.71at%、3.65at%和3.02at%降至12.79at%、1.39at%和1.15at%,而铁从6.48at%增加至l6.99at%。同FeO或Fe2O3单独作用相比,FeO和Fe2O3耦合作用更有利于促进尖晶石晶体的长大。
  综合炉渣碱度和氧化性对CaO-SiO2-MgO-Al2O3-Cr2O3体系中尖晶石晶体析出行为的影响,探索了FeO和碱度耦合作用条件下含Cr2O3炉渣中铬尖晶石晶体的长大和化学成分变化规律以及铬稳定性的影响,发现随着炉渣碱度的增大,尖晶石晶体的尺寸减小。当碱度从0.6增加至1.0时,尖晶石晶体的尺寸从12.30μm锐减至6.22μm,降幅高达49.43%。当碱度由1.0增加至2.2时,尖晶石晶体的尺寸由6.22μm降低至4.47μm,趋势比较平缓。碱度的增加对铬的赋存状态产生了重要影响。当碱度不高于1.4时,铬主要以尖晶石晶体存在;当碱度高于1.4时,铬在非尖晶石相中的含量将逐渐增加;在碱度为3.0的样品中,铬主要以铬酸钙盐存在。这对铬在CaO-SiO2-MgO-Al2O3-Cr2O3-FeO体系中的稳定性构成了威胁。
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