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[硕士论文] 缪孟阁
统计学 江西财经大学 2017(学位年度)
摘要:作为我国GDP的核心产业之一,钢铁行业影响着中国经济的发展。高炉炼铁作为钢铁制造主体的上游工序,是整个钢铁工业的重要构成环节,无论是对整个行业的发展,还是对行业整体的节能减排,都起着十分重要的作用。高炉炼铁的炉况是否顺行,关系到整个炼铁过程是否高效和节能,而高炉炉温则是甄别高炉炉况的重要指标,一般可以通过控制炉温来保证高炉炉况的顺利进行。其中,铁水硅含量,长期以来都是作为炉热状态的表征指标,因此,建立可靠又精确的预报模型,用来指导高炉炼铁工作人员进行炉温控制,不仅仅只是理论研究,更对钢铁工业的生产实践,有着重大的指导意义。然而,高炉炼铁有着非常复杂的反应流程,其整个炼铁过程存在非线性、高维、不确定、大噪声等特点,如何克服这些特点,研究出高精度的预测模型,是目前模型开发的主要难题。
  本文在前人对高炉炉温预测研究的基础上,引入非线性可加模型与时间序列的方法作为主要的研究工具,使用高炉专家系统在线采集的包头钢铁集团公司高炉生产数据为原始数据,进行大量的数据处理、分析以及模型的拟合检验,建立了基于非线性可加模型的高炉炉温预测模型。
  可加模型是90年代开始在国外被运用的一种新的实证方法,经过不断地发展,在理论上形成了一定的框架。目前,可加模型被广泛用于医学、生物、金融、统计学等领域,其最大优点为只需要数据驱动,与模型无关,且不受既定的参数和曲线影响,只要变量具有一定的可加性。同时,可加模型能够在变量较多的情况下,避免“维数灾难”,因此,使得处理高炉炉温数据、建立炉温预测模型的问题变得简化。
  本文首先对高炉炼铁的基本原理、工艺流程、高炉专家系统以及国内外高炉预测模型进行了概述,对高炉炉温当前的发展进行了一定的介绍,然后介绍了非线性可加模型的基本理论和时间序列模型,最后建立了基于非线性可加模型的高炉炉温预测模型。
  本文的建模样本容量为300组在线采集的高炉数据,首先对数据采取归一化预处理,然后将通过高炉检测系统收集到的所有指标数据进行共线性诊断,确定放入可加模型中拟合的指标,最后使用R软件中的GAM包对模型进行拟合,利用P值进行检验,确定最优模型,并进行数据仿真。
  本文使用同一组数据,分别采用时间序列AR模型和非线性可加模型两种方法,进行了多次仿真预测,比较多组实验结果后显示:非线性可加模型和原始时间序列的AR模型相比,预测命中率有了显著地提高,证明了在高炉炉温预测时非线性可加模型具有实际应用价值。
[博士论文] 何奥平
材料化学工程 广西大学 2017(学位年度)
摘要:拜耳法生产氧化铝过程中产生的强碱性赤泥,因其颗粒细、化学组成复杂、难以回收和综合利用率低、对生态环境造成极大的威胁,严重阻碍了铝工业的可持续发展。针对以上问题,本工作以广西平果铝拜耳法赤泥为主要原料,引入与赤泥化学组成相近的含镍铬元素的红土镍矿,采用电弧炉碳热还原熔炼技术探索了从拜耳法赤泥直接制备低镍铬合金铸铁的可能性。首先,对熔融选择性还原有价金属元素的可能性进行了热力学分析,并进行了碳热还原熔炼的实验模拟;其次,在实验模拟基础上,设计了一台适用于工程化研究的单电极直流埋弧式电弧炉,实施了赤泥添加红土镍矿的碳热还原熔炼实验,直接制备了低镍铬合金铸铁;最后就低镍铬合金铸铁应用的一些关键问题进行了研究。主要结论如下:
  1.首次提出了采用单电极直流埋弧式电弧炉,通过加入红土镍矿和其他氧化物矿料,使赤泥中金属氧化物依次还原并使得金属与熔渣分离的赤泥材料利用方法。结合下游产业,探索了低镍铬合金铸铁的使用性能,并在实际生产情况下,证实了材料的使用性能优于现有材料,为实现拜耳法高碱赤泥材料化利用的工程化技术提供了试验依据。
  2.碳热还原热力学分析得出,在反应温度为700℃~1800℃之间,全赤泥中主要金属氧化物的还原容易程度为:Fe>V>Cr>Mn>Ti>Si>Zr,还原得到的是金属/石墨或者金属/碳化物体系;Si、Zr、Al、Mg和Ca的氧化物会相互作用生成各种复杂化合物,形成炉渣。赤泥添加红土镍矿后,混合料中的Ni、Cr、Mn、V、Ti元素会随Fe元素一起被还原。
  3.往赤泥中适量添加红土镍矿,有助于获得还原熔炼所需的适宜碱度,促进多种氧化物的还原和进一步丰富铁合金的元素组成。真空碳热还原实验模拟表明,全赤泥碳热还原熔炼时,只有Cr、Ti、Si三种元素随铁元素一起得到了还原,且总直收率和Fe、Cr、Ti元素的直收率都比较低,分别只有76.45%、78.03%、45.64%和6.08%。而当赤泥添加红土镍矿后,碳热还原熔炼效果得到显著改善,合金的总直收率和Fe、Ni、Cr、Ti的直收率分别为84.86%、79.44%、83.72%、58.96%和39.74%。合金组织主要由铁基体和石墨相组成。
  4.采用单电极直流埋弧式电弧炉,以赤泥和红土镍矿为原料,利用高温碳热还原熔炼和中频感应电炉精炼工艺可以直接制备高质量低镍铬合金铸铁。所制备的合金铸铁中镍和铬含量分别为1.59-2.06%和0.76-0.83%。Ni、Cr元素均匀分布在铸铁的莱氏体基体中。随着铸铁中Ni、Cr元素含量的增加,硬度和腐蚀性能逐渐提高。
  5.通过碳热还原熔炼制备了与HT250、RuT380和QT450成分相近的低镍铬合金铸铁。随着镍铬元素添加,铸铁组织中相的种类没有变化,均是由石墨+珠光体+少量铁素体组成,但这些相的形态分布发生了相应变化,尤其是珠光体得到一定程度上的细化。从力学性能方面看,含有镍和铬元素的铸铁性能优于仅含有镍的铸铁,前者珠光体组织更细小更均匀。与标准的HT250、RuT380和QT450相比,开发的低镍铬合金铸铁的抗拉强度分别提高14.8%、31.3%和44.5%,铸铁的腐蚀性能也得到提高。
[博士论文] 王恒辉
冶金工程 武汉科技大学 2017(学位年度)
摘要:我国鲕状赤铁矿资源分布广、储量巨大。随着我国钢铁工业的飞速发展,国内铁矿石市场呈现供不应求状态。为保证铁矿石的供给安全,高效开发和利用高磷鲕状赤铁矿具有重要的战略意义。碳化铁是一种功能材料,用途广泛。利用高磷赤铁矿制备碳化铁以及碳化铁生成过程的机理研究对高磷鮞状赤铁矿的开发利用意义深远。
  本文对高磷鮞状赤铁矿在制备碳化铁过程中的磷灰石中磷的行为、高磷鮞状赤铁矿制备的碳化铁与含磷组分的分离、CH4裂解过程及冷却条件对高磷鮞状赤铁矿制备碳化铁的过程及产物稳定性、表征和磁性能的影响、高磷鮞状赤铁矿制备碳化铁过程的热力学及动力学进行了研究;
  (1)采用热力学计算磷灰石与H2、 CH4可能发生的反应,后通过岩相显微镜、SEM-EDS等手段归纳了高磷鮞状赤铁矿的矿相组成及特点、并采用湿化学方法定量分析了利用高磷鮞状赤铁矿在H2/CH4气氛中各阶段产物中含磷组分,研究高磷鮞状赤铁矿在制备碳化铁过程中的磷灰石中磷的行为;得出高磷鲕状赤铁矿主要由赤铁矿和石英组成。脉石中石英呈块状、砾状,较易解离。鮞状赤铁矿与绿泥石、磷灰石紧密嵌布。热力学分析表明,磷灰石易被H2或CH4还原产生P2气体。在H2气氛下磷灰石更易被还原,最低还原温度为1163 K,此温度仍高于实验过程中制备碳化铁的温度。923 K~1073K,在H2/CH4气氛下利用高磷鮞状赤铁矿可制得碳化铁,所得产物以碳化铁和石英为主要物相,碳化铁产物与脉石矿物紧密嵌布。热力学预测以及实验结果证实了在高磷鮞状赤铁矿制备碳化铁过程中磷灰石绝大部分未被还原,仍以磷灰石的形式存在于脉石中,这为后续碳化铁产物与含磷组分的分离提供了理论依据。
  (2)利用行星球磨机、高速离心机等设备对高磷鮞状赤铁矿制备所得碳化铁产物进行脉石组分与碳化铁的分离试验;研究得出随着球磨时间从1h增至3h,所得产物试样经球磨、磁选后,实验流程的脱磷率从18.17%上升至19.37%,铁收得率从97.47%降至91.27%;无添加剂所得产物试样经球磨3h、离心和磁选操作,实验流程的脱磷率从19.37%增至24.28%,铁收得率从91.27%降至91.13%。添加Na2SO4和V2O5均利于鲕状结构的破坏,利于含铁Fe组分与脉石的分离。添加2%V2O5的试样经分离所得磁性材料中P含量为0.42%,此时脱磷率最高为36.67%,铁收得率为80.04%,实验取得了一定的分离效果。
  (3)采用SEM-EDS、XRD、穆斯堡尔谱、TEM、Raman光谱以及VSM等手段分析了CH4裂解过程对高磷鮞状赤铁矿制备碳化铁的过程及产物表征和磁性能的影响;研究得出高磷鮞状赤铁矿经H2还原后,还原所得产物在与CH4反应的初始阶段,CH4会先还原FeO至金属铁,此过程无碳化铁的生成。而后CH4裂解所得沉积碳与新还原的金属铁在前300 s内迅速生成碳化铁,碳化程度由13.29%增至95%。温度的升高利于Fe3C结晶程度的增加,但反应温度越高,金属铁表面积碳越严重。利用高磷鮞状赤铁矿在H2/CH4气氛中制备所得产物,其饱和磁感应强度随着CH4反应时间的增加而降低,反应时间从5min增至30 min,产物的饱和磁化强度从92.99emu g-1降至62.04 emu g-1。
  (4)采用XRD、穆斯堡尔谱、TEM以及VSM等手段分析了冷却条件对碳化铁产物的稳定性及产物表征和磁性能的影响;研究表明利用高磷鲕状赤铁矿制备碳化铁的最佳反应条件为:1023 K下,CH4反应15m in,并采用氩气快冷的冷却方式;所得试样产物的碳化程度为95.12%。保温操作会促进Fe3C自身分解,并得到纳米碳纤维。随着CH4反应时间的延长,产物中石墨化程度更高,多壁纳米碳管呈环状、链状以及网状。同时,含脉石组分的碳化铁产物的饱和磁化强度随着反应时间的延长而降低。增加保温操作后,试样的饱和磁感应强度增加。利用高磷鮞状赤铁矿制备所得碳化铁产物,属于软磁材料,其磁性能较为优异,可通过改变CH4反应时间及冷却条件,进而获取所需磁性能的碳化铁材料。
  (5)利用XRD定性分析了各阶段产物的物相演变,SEM观察了碳化铁生成过程的微观结构变化,深入研究了高磷鮞状赤铁矿制备碳化铁的反应的热力学及此过程的微观形貌变化;研究得出H2/CH4气氛下碳化铁的生成机理:在H2气氛下,赤铁矿(氧化铁)逐级还原为金属铁(Fe); CH4气氛下,FeO被完全还原生成金属铁;CH4的裂解反应(CH4→C+H2);碳化铁的生成反应(Fe+C→Fe3C)。CH4与FeO深度还原反应,更易生成气体产物为CO。
  (6)采用热重实验结合穆斯堡尔谱分析,对高磷鮞状赤铁矿制备碳化铁过程进行了更为深入的动力学研究,研究得出:H2还原高磷赤铁矿的反应活化能为59.96kJ/mol,反应遵循界面化学反应控制的未反应核模型,CH4深度还原反应的表观活化能为21.79 kJ/mol,符合扩散控制的未反应核模型。CH4裂解反应的活化能为65.80kJ/mol,该反应的限制性环节为CH4在金属铁表面的界面化学反应。采用固-固模型对碳化铁的生成过程进行动力学分析,碳化铁的生成反应的表观活化能为2.91 kJ/mol,为沉积碳在碳化铁产物层的扩散控制。
[硕士论文] 袁辉
冶金工程 武汉科技大学 2017(学位年度)
摘要:基于某钢厂有效容积1750m3的高炉炉缸在实际生产中受损状况,利用相关的生产数据并从渣铁对炉缸炉底机械冲刷的角度在FLUENT软件中建立高炉出铁的非稳态数学模型。在模拟过程中改变料柱状态、料柱孔隙度、死铁层深度等因素,得到不同条件下的模拟结果,并分析炉底、炉壁等位置所受到的剪应力、压力以及炉缸内的铁水流场以探明铁水流动对炉缸炉底的侵蚀方式以及侵蚀原因。
  本研究主要内容包括:⑴炉缸中存在A1死料柱时流场最简洁,环流现象最少;同时底部受到的剪应力是四种死料柱状态中最小的,剪应力随出铁时间的变化波动最小,此种死料柱状态的形成也最有利于高炉长寿。⑵死料柱充满炉缸时对炉缸有一定保护作用,料柱四周存在铁水自由区时会极大增大对底部和侧壁的压力,渣层的存在可以有效减小铁水对炉缸侧壁渣层覆盖区域的作用力。⑶环流现象的高发位置位于炉缸底部、炉缸底部拐角处;底部最大剪应力位置主要分布于炉缸出铁口两侧、炉底拐角处、炉底中心等位置,与环流现象发生的位置相契合。环流现象会随着出铁过程的进行渐渐消失,炉缸内铁水整体流速也会随着出铁的进行而下降;底部受到的剪应力、压力均随出铁时间而下降。⑷死料柱浮起状态下孔隙度ε=0.3时,炉缸内产生的环流更少且底部铁水最大流速在不同时刻均最小,流场更加稳定;随着孔隙度的增大,底部最大剪应力位置逐渐由出铁口两侧向炉底中心移动。孔隙度越大,在t<500s时其剪应力越大,在t>500s后不同孔隙度下的底部剪应力的差距越来越小;并且在t<500s时,孔隙度相同的条件下,料柱浮起时要比料柱沉底时剪应力更小。⑸死铁层深度相同时,料柱浮起相对于沉底时底部最大铁水流速更小。
[硕士论文] 孙梦园
控制科学与工程 浙江大学 2017(学位年度)
摘要:钢铁作为重要的基础原材料,在我们的日常生活与生产中随处可见,其地位极其重要。有资料表明,中国目前已成为全球最大的钢铁生产国,同时也是最大的钢铁消费国。我国钢铁冶炼产业发展很快,已成为国民经济中的重要支柱产业。
  然而,必须注意到,我国的钢铁冶炼产业背后存在的问题不容小觑,如能耗过高;产业过于分散;更多的是生产较为低级别的钢材,在高品质钢材的生产方面能力较差;供应链管理水平较差等。为此,必须努力提高我国钢铁产业的产品品质,降低能源消耗。
  高炉是钢铁冶炼生产中的重要装备,能耗巨大,对后续冶炼品质有重要影响。因此,为了降低钢铁产业能耗,提高钢铁产品品质,本文从高炉安全顺行的角度研究其故障监测与诊断问题。高炉本身是一个非常复杂而又庞大的系统,其生产过程的机理模型亦非常复杂,涉及多个不同的生产模态,要实现高炉冶炼安全顺利,就必须对过程中出现的故障进行准确的检测与诊断,从而做出相应的处理,保证炉况平稳进行。
  考虑到实际高炉生产过程中,现场的数据采集装置会收集大量数据,且这些数据大多服从非高斯分布,故考虑在独立元分析算法(Independent Component Analysis,ICA)的基础上,采用数据驱动的方法,对高炉故障展开研究。
  然而,ICA算法本身存在一定缺陷,也不完全适用于高炉故障,故首先对ICA算法进行改进,从独立元的数量以及重要性排序方面入手,提出了一种改进ICA算法,在一定程度上提高了故障检测的准确性。
  其次,针对高炉故障缓慢变化的特点,将ICA算法与多元指数加权平均(MultivariateExponent Weighted Moving Average,MEWMA)方法结合,通过加权的方式,将历史数据的影响更好地考虑在内,改善了对于高炉故障的检测效果。
  最后,考虑到高炉冶炼过程中,操作从安全性的角度出发,往往会在可能出现故障之前就采取了相应措施,因此故障样本有限。故本文将针对小样本的支持向量机(SupportVector Machine,SVM)算法与改进的ICA算法结合使用,一旦采用改进的ICA算法检测到有故障发生,即采用SVM算法对故障的类型进行诊断。
[硕士论文] 谢剑波
冶金工程 武汉科技大学 2017(学位年度)
摘要:传统高炉主要以大喷吹煤粉为主,但由于煤粉中含有大量灰分,会给高炉煤气的透气性带来不利影响。在保证高炉正常工作的前提下,本文旨在通过向高炉风口回旋区内喷吹石灰窑尾气,来降低碳耗。分别研究了喷吹石灰窑尾气和转炉煤气+石灰窑尾气量与风口回旋区理论燃烧温度的关系,建立了理论燃烧温度与不同喷吹制度下喷吹量的关系式,得到了不同喷吹制度下的极限喷吹量,理论上证明了其方法可以达到降低焦比的目的。通过求解关系式的焦比值与里斯特操作线焦比值,获得了两种不同方式的理论计算极限焦比值,且焦比值较为一致。因此,新型工艺建立的焦比关系式,理论上可认为是正确的。新工艺下较好的理论计算结果,为高炉找到一条新的降焦道路,全文得到结论如下:
  (1)通过实验室二氧化碳气化转化试验及软件模拟计算表明,当高炉喷吹石灰窑尾气进入高炉后,CO2在风口回旋区可完全转化为CO,且煤粉的气化效果优于焦粉。
  (2)分析新工艺不同喷吹制度下的高炉风口回旋区内热平衡和碳氧平衡,建立理论焦比方程。新型改造焦比方程为其它喷吹气体工艺焦比方程,提供新的建模理论。
  (3)基于一座3000m3的生产高炉,在保证高炉炉况正常运行的前提下,降低理论燃烧温度200℃,喷吹石灰窑尾气后,碳素最大减少量约为8.6kg/tFe;从里斯特操作线得到,极限焦比可降低9.5kg/tFe。
  (4)当喷吹转炉煤气+石灰窑尾气,直接还原消耗碳素量为0kg/tFe时,碳素最大减少量为50.63kg/tFe,最大转炉煤气+石灰窑尾气量为445.27m3/tFe。
  (5)与传统高炉相比,新工艺在很多方面具有明显的优势,不仅可以降低焦比,还可进行资源重复利用,减少污染物的排放,增加综合效益。
  本文针对高炉的理论燃烧温度,进行热平衡和物料平衡计算,得到极限焦比,因此保证了高炉日常操作条件的合理性,对日常实际生产也有一定的意义。证明了高炉喷吹转炉煤气+石灰窑尾气在理论上的可行性。在当今环保和经济效益压力日益增大的情况下,通过向高炉分别喷吹石灰窑尾气和转炉煤气+石灰窑尾气来降低焦比,是一个非常有应用前景的技术方案,从而较大程度地帮助钢铁企业获得更大的经济效益。
[硕士论文] 李建龙
冶金工程 重庆大学 2017(学位年度)
摘要:流态化炼铁工艺因其还原动力学条件好,可直接利用粉矿和摆脱对焦炭的依赖倍受关注。然而,在流态化还原过程中矿粉粘结导致的失流,一直是阻碍其进一步发展的关键所在。本文主要对还原过程中矿粉表面铁晶析出、生长粘结机理以及抑制粘结处理方法进行研究。本文通过运用基于密度泛函理论的第一性原理对浮氏体还原以及掺杂Mg2+、Ca2+和附碳处理后的浮氏体还原过程进行模拟,运用密度泛函理论,过渡态理论分析能量以及能带变化,添加碱性氧化物或者附碳预处理对铁晶生成影响的基本原理。通过实验方法对不同还原条件下(还原温度、还原气氛、添加碱性氧化物以及附碳预处理)Fe2O3还原后的样品进行X射线衍射,电镜观察以及能谱分析等检测,得出铁矿粉表面形态及铁晶变化规律。
  本研究主要内容包括:⑴经过第一性原理计算得出,Ca2+比Mg2+难于溶解在FexO晶体内;掺杂离子Mg2+迁移到空位的能垒最小,其次为Ca2+,Fe2+迁移到空位的能垒大于掺杂离子Ca2+和Mg2+迁移到空位的能垒;Mg2+、Ca2+通过形成镁铁复合物、钙铁复合物均可抑制铁晶须的形成,其中Mg2+抑制效果更好。经过附碳处理后,CO在C-FeO三个晶面上的吸附能相近,吸附稳定且形成较稳定的C-O共价键,因此铁晶的定向形成被抑制;同时形成Fe-C键十分强,能够阻碍浮氏体进一步还原。⑵通过分析添加碱性氧化物以及附碳预处理样品扫描电镜、能谱分析和XRD,发现在还原过程中碱性氧化物能够与铁氧化物形成复合化合物,铁晶须的长度会变短直径变粗,复合化合物会形成在铁晶须的头部阻碍活性物质铁晶须粘结。附碳处理后铁晶须形状变得粗短,同时粘结变少,XRD结果发现有Fe-C的存在,其能够阻碍活性物质铁晶须的粘结。⑶通过对比不同温度还原试样的扫描电镜和能谱结果发现,600℃时矿粉的晶须短小,而且通过XRD与能谱结果分析,矿粉表面覆盖很大一部分Fe3C;700℃时矿粉铁晶须数量增多,且更加细长;800℃和900℃时矿粉晶须直径变粗,长度变短。分析原因:600℃温度下CO的析碳反应易发生,析出的碳与铁氧化物反应生成Fe3C会阻碍矿粉进一步还原,而且温度较低使化学反应速率较慢,样品没有粘结成块;700℃样品铁晶须细长的原因在于700℃时化学反应速率较低,生成的Fe能够很快扩散;800、900℃与700℃的样品相对比,随着温度的升高其化学反应变快,在相同的时间内还原生成的金属Fe变多,而温度对于Fe的扩散影响不大,因此铁矿粉晶须直径变粗,长度变短。⑷通过对比不同还原气氛下还原试样的扫描电镜、能谱分析和XRD结果,发现除50%CO+50%N2样品没有完全还原成金属Fe外,其他还原气氛条件下的样品全部还原成单质Fe。对比80%CO+20%N2和50%CO+50%N2样品,随着CO还原气浓度的降低,铁晶须长度变短,直径变粗。80%H2+20%N2和50%H2+50%N2样品,发现H2还原铁矿粉晶须变短,直径变粗,同时有铁瘤的出现。对比原样与混合气体,发现H2、CO混合气体还原的样品的晶须比CO气氛还原的样品的晶须粗短。
[硕士论文] 张士秋
矿产普查与勘探 西南科技大学 2017(学位年度)
摘要:攀钢含钛高炉渣中 TiO2含量一般为18%-25%,弥散分布于各种含钛矿物之中,常规选矿方法很难将钛组分有效回收。随着“选择性析出”技术的提出,为含钛高炉渣中钛组分浮选回收提供了新思路。本论文对含钛高炉渣工艺矿物学、钛组分选择性富集与析出、改性渣中主要矿物可浮性及与浮选药剂作用机理、改性渣浮选工艺等进行了研究。
  (1)钛组分选择性富集与析出
  原渣中主要矿物为钙钛矿、钛辉石及镁铝尖晶石,化学组分主要为CaO、SiO2和 TiO2, TiO2含量为19.35%。将钙钛矿作为富集相时,根据CaO-SiO2-TiO2三元相图重心理论,若保持w(SiO2))/w(TiO2)不变,加入2.54%的CaO可为钙钛矿的富集与析出创造条件。原渣与 CaO混匀后,经1025℃预氧化30 min得到预氧化渣,该过程可将对熔渣黏度和熔化温度影响较大的TiN、TiC及 Ti(C,N)等氧化,增加了原渣的氧势,进而使低价钛转变为高价钛,从而有利于钙钛矿晶体生长。
  预氧化渣与1.0%的Fe2O3在1470℃下熔融40 min,并以0.5℃/min降至1320℃恒温90 min,最终获得的改性渣中钙钛矿明显富集与析出,晶粒大小为63.17μm、结晶率为30.62%,主要呈排列整齐的十字状、粒状及串珠状等。改性渣中钙钛矿之所以呈此状排列,是因为当原渣组分被调整并辅以适宜的热处理制度时,钙钛矿因熔点较高率先析出并发生细微晶体融合,导致钙钛矿周围 Ca2+、TiO32-浓度降低而生长受限;随着熔渣温度降低,晶体只有穿过 Ca2+、TiO32-贫化层才能继续生长,则在生长受限处形成缩颈;因为颈缩处曲率半径较小,表面张力作用使其熔点降低,易于重熔而变得更细;曲率半径较大的枝晶比较稳定,缩颈熔化产生的离子向其扩散,使之长大、变粗。
  (2)矿物可浮性及药剂作用机理
  钙钛矿表面Ti、Ca含量基本相当;钛辉石和镁铝尖晶石表面Al的含量均较高;在纯水条件下,钙钛矿、钛辉石及镁铝尖晶石的零电点分别为pH=5.6、4.3和2.9。
  油酸钠(NaOL)对钙钛矿、钛辉石和镁铝尖晶石的选择性和捕收能力较差;十二烷基硫酸钠(SLS)的捕收能力较强而选择性较差;辛基异羟肟酸(OHA)对三种矿物表现出一定的捕收能力和选择性。以OHA为捕收剂时,水玻璃的选择性抑制效果较好,其次是草酸,CMC的选择性抑制效果较差。人工混合矿浮选试验表明,OHA浮选体系下获得的精矿TiO2品位为33.57%、回收率为49.53%,效果优于NaOL及SLS;当加入抑制剂水玻璃后,最终获得了TiO2品位为39.44%,回收率为50.19%的钙钛矿精矿。
  酸性条件下,OHA主要与钙钛矿表面Ti、钛辉石表面Al及镁铝尖晶石表面 Mg、Al发生化学吸附作用;在碱性条件下,OHA与钙钛矿表面 Ti和Ca、钛辉石表面 Ca、Mg及镁铝尖晶石表面 Mg、Al发生化学吸附作用。在酸性条件下,水玻璃在钙钛矿表面的吸附作用较弱,但易吸附于钛辉石及镁铝尖晶石表面,阻碍了 OHA与钛辉石和镁铝尖晶石作用,起到选择性抑制作用。
  (3)改性渣中钙钛矿的浮选分离
  改性渣原渣矿浆浓度为20%、调浆3 min后,矿浆pH值高达12.61,此时游离氧化钙含量为0.55%。以H2SO4为调整剂、OHA为捕收剂,改性渣粗选时H2SO4消耗量高达16.31 kg/t,且矿浆pH难以调控,也未能取得较好的浮选指标,精矿的SEM及EDX分析结果表明,各矿物表面覆盖有针状硫酸钙,因而造成捕收剂无选择性。经盐酸处理后的改性渣粗选试验结果表明, OHA用量为100 g/t,水玻璃用量为500 g/t,硫酸用量为100 g/t时,获得的精矿TiO2品位为29.74%,回收率为49.95%。
  虽经盐酸处理后精矿品位有所提升,但并未达到显著效果,且产生的含酸废水还需进一步处理。因此,探索改性渣中钙钛矿浮选分离新工艺,对含钛高炉渣中钛组分的有效回收有一定的指导意义。
[硕士论文] 李生平
冶金工程 重庆大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,在国防及化工等领域快速发展的刺激下,钛产品以其优良的综合性能备受关注。随着世界范围内天然金红石日趋减少,储量相对丰富的钛铁矿逐渐成为生产钛白及海绵钛等产品最主要的原料。由钛铁矿为原料制备富钛料的方法中,经电炉“碳热还原-高温熔分”工艺获得的高钛渣是富钛料中最主要的一种形式,因此可以说电炉高钛渣是当前含钛材料制备的重要中间产物。尽管我国在过去二十多年中通过引进国外电炉冶炼钛渣先进技术,并在不懈地摸索与实践中逐渐掌握了其中若干关键技术,但由于生产工艺相对落后,目前高钛渣产能还不能满足发展需求,需进一步提高我国的电炉钛渣冶炼水平。高钛渣高温性质是影响电炉冶炼操作、炉况顺行和能耗等指标的重要因素,因此对其高温性质的掌握,对于电炉冶炼过程中的精细化操作至关重要。考虑到高钛渣导电性影响冶炼过程中开弧操作、供热效率及熔池热量分布,进而影响综合能耗,本论文采用交流阻抗谱法,系统测试了高钛渣导电性随体系中各成分和温度的变化规律。研究表明,随温度变化,高钛渣电导率在60到170 S/cm之间。含钛高炉渣在高温下电导率在0.4 S/cm左右,而不含Ti3+的钛渣(如含60%TiO2的MnO-TiO2炉渣)电导率在10 S/cm附近,这表明高钛渣的高电导率与Ti3+,即存在于Ti3+与Ti4+间的电子导电有关;FeO、CaO、SiO2、MgO氧化物的加入降低了炉渣中Ti3+含量的降低,从而降低了钛渣电导率;TiO2和Ti2O3含量的增加提高Ti3+含量,从而提高高钛渣电导率。
  物相检测分析和计算均表明高钛渣凝固后的主要物相为(Fe, Mg)xTiyO5和金红石TiO2。分子动力学结构计算结果显示各原子间键长由短到长为Si-O  在含钛高炉渣与电炉富钛渣两个体系中,钛氧化物均主要以六配位[TiO6]形式存在,但随着钛氧化物增加,含钛高炉渣中钛氧(Ti-O)六配位比例逐渐降低而低配位(五配位和四配位)逐渐增加;而富钛渣中钛氧(Ti-O)六配位数随二氧化钛含量增加逐渐增加。均方差位移分析表明钛渣体系中各原子扩散能力顺序为Mg>Fe>O>Al>Ti>Si。
[硕士论文] 王杰
冶金工程 武汉科技大学 2017(学位年度)
摘要:焦炭在高炉冶炼过程中起着发热剂、还原剂、渗碳剂和料柱骨架等作用,是高炉生产无法替代的核心燃料。焦炭在高炉行程中由于机械破坏、热应力、溶损反应和渣铁侵蚀等其强度和粒度都在下降,且焦炭溶损反应是导致其在高炉中下部碎裂和粉化的主要原因。锌在高炉内的循环富集及对高炉焦炭的危害已逐步得到证实,但其对焦炭热态性能劣化的作用机制尚不明确。本文采用液相吸附法研究锌在高温下对焦炭溶损反应的影响机理,通过主曲线拟合法探究锌对焦炭气化反应动力学模型及参数的影响规律,并结合XRD、BET、扫描电子显微镜和光学显微镜多维度分析了富锌反应后焦炭微晶结构、孔结构、显微结构和光学组织的演变特征。研究内容主要有以下几个结论:
  首先,焦炭反应性研究发现锌吸附于焦炭上对焦炭的气化反应具有催化作用,但不同温度下催化效果差异较大。采用多浓度梯度定量解析富锌量和催化作用的相关性,结果表明随着锌吸附量增多,催化作用加强,但加强的幅度会减小,且在Zn吸附量达到1.17%后,反应性随锌量的增加而增加的趋势并不明显,焦炭的催化作用可能存在极限值。
  其次,采用非等温方法研究了锌对焦炭气化反应动力学的影响规律。结果表明对于在不同升温速率下的反应,锌对焦炭气化反应的影响规律一致,即随着富锌量的增加,焦炭气化反应逐渐向低温区移动,气化反应的剧烈程度增加,气化反应时间提前。采用主曲线拟合法分析了吸附锌前后焦炭气化反应的反应机理函数,结果表明富锌后焦炭气化反应过程满足核收缩模型,并采用等转化率法验证了曲线拟合法选用机理函数的准确性。通过模型拟合方法得到的动力学参数发现,随着锌吸附量的增多,焦炭的表观活化能明显降低,但指前因子也逐渐减小,表明在锌对焦炭气化反应催化中存在着动力学补偿效应。
  再次,本文从多个维度探究锌对焦炭溶损反应的作用机制,研究发现锌对焦炭溶损反应催化作用的本质是锌对焦炭碳结构的催化具有选择性,使原本反应活性较低的各向异性的反应性增大。与此同时,碳基质的加速消耗使得焦炭微孔中大量的封闭孔被打开,孔壁的坍塌使得部分微孔合并连通,从而为锌蒸汽、CO2向焦炭内部的扩散和碳基质与CO2的接触提供有利条件,反应被进一步加剧。并且更为剧烈的宏观孔连通使得焦炭孔壁变薄,孔径不均匀度增大,焦炭内部犹如一个超级贯穿孔,形成较多裂纹和蜂窝状洞室,焦炭强度大幅降低。
  最后,锌的催化机理可用电子循环接受理论来解释,且通过Materials studio软件的计算证明了电子循环接受理论在锌对焦炭气化反应催化的适用性,即锌对焦炭溶损反应的催化作用主要归因于锌促进了电子的转移,加速了酮基的分解。此外,在锌的存在体系下酮基分解所需的能量降低,酮基更容易分解,从而增大了焦炭的反应活性。
[硕士论文] 甘杰
矿业工程 武汉科技大学 2017(学位年度)
摘要:高磷鲕状赤铁矿作为含铁原料进行降硅脱磷提铁分选时,由于高磷鲕状赤铁矿嵌布粒度极细、成分和结构组成复杂、易泥化及含磷偏高等特点,往往导致铁精矿的铁品位低、回收率较低,同时含磷较高、选矿成本较高,因此严重制约该类矿石的大规模常规开发利用。
  本试验研究尝试以高磷鲕状赤铁矿为原料研制铁红,为开发利用高磷鲕状赤铁矿提供新的方案。通过矿石进行焙烧处理、分选除杂、酸浸试验、铁红制备等一系列工艺条件试验,最终确定制备高级铁红的完整工艺流程。
  试验针对高磷鲕状赤铁矿原矿样、磁化焙烧-磁选精矿样和金属化焙烧-磁选精矿样三种试样分别酸浸,试验结果发现:原矿样不易酸浸;磁化焙烧-磁选精矿样铁浸出率较低,只有29.41%;金属化焙烧-磁选精矿酸浸效果最好,在室温下就可达到92.89%。用细度为-0.074mm占88%的金属化焙烧-磁选精矿样进行酸浸,相应的最佳条件是:硫酸浓度为1.8mol/L,液固比为10ml/g、浸出温度25℃、浸出时间30min、搅拌速度200r/min。
  铁红制备试验结果表明:酸浸液浓度、水解pH、温度等对沉铁有较大影响。酸浸液经过预先除杂,调整水解pH值为4,水解温度25℃;往酸浸液中缓慢加入氧化剂H2O2,并控制pH值为4,此时是Fe2+氧化为Fe3+的最佳pH值,亦即Fe3+水解沉淀平衡时pH值;水解得到沉淀物,然后将沉淀物过滤、洗涤、干燥、煅烧得到铁红产品。铁红的纯度为99.5%,是高品质产品。
[硕士论文] 刘威
冶金工程 武汉科技大学 2017(学位年度)
摘要:焦炭作为高炉料柱的骨架,对高炉冶炼非常重要。高反应性铁焦是将铁矿石和配煤事先破碎、按比例混合后,在高温下炭化而得到的一种新型焦炭,在干馏的过程中Fe2O3被逐级还原成Fe;高炉部分使用铁焦后,可以提高矿石的还原效率,同时大幅度削减CO2的排放。近年来,关于高反应性铁焦的研究逐渐变多,而碱金属和锌在高炉内的循环富集会造成铁焦强度变差,这对高炉顺行有负面影响,本文围绕碱金属和锌对铁焦气化反应的影响开展了研究。
  铁焦试样是将配合煤和铁矿粉按一定比例混合在武汉科技大学实验焦炉中炼制而得,采用浸泡法向铁焦中添加K和Zn,用热重天平和气体分析仪研究了铁焦在几个不同温度下的失重和废气成分随时间的变化,基于未反应核模型分析了铁焦的气化反应动力学,确定了铁焦的气化开始温度。结果表明:K和Zn对铁焦的气化反应均有催化作用,Zn降低气化开始温度的作用没有K那样强烈;在添加K的条件下,普通焦炭和铁焦的粒焦反应性和反应后强度之间均有良好的直线关系,但幅度不同,即粒焦反应性每增加1%,普通焦炭的反应后强度降低约1.42%,铁焦的反应后强度降低约1.50%;在添加Zn的条件下,铁焦的粒焦反应性每增加1%,对应的反应后强度降低约1.09%。
  此外,在低温下K降低铁焦气化反应内扩散阻力的作用很明显,内扩散活化能减小很多,而降低化学反应活化能的作用相对较弱;与普通焦炭不同,增碱铁焦的气化反应的控制环节不受反应温度和反应率的影响,始终为内扩散和化学反应混合控制。锌对铁焦的催化作用表现为提高了与CO2气化反应速率k+,降低了反应活化能Ea,降低了反应速率对温度的依赖性,使反应能够在较低的温度下进行,所以反应开始温度降低了。
[硕士论文] 张权
冶金(热能)工程 武汉科技大学 2017(学位年度)
摘要:随着高炉大型化的推进,高炉容积越来越大,设备也越来越先进,高炉的寿命也越来越长。尽管如此,高炉工作者依然在不懈地研究,希望可以在延长高炉寿命这一问题上能有更大的突破。高炉服役后,高炉炉缸炉底内衬的侵蚀状态是决定高炉寿命的主要因素,一旦高炉内衬侵蚀达到一定程度,炉缸会破溃而造成重大安全事故。过早停炉会造成重大浪费,但若不及时停炉又会酿成重大事故。因此,通过现有的条件和技术来实时监测炉缸炉底侵蚀状态对高炉安全生产具有重要的实际指导意义。
  本文以武钢4号高炉为研究对象,以传热学为基本理论,通过边界元的方法建立了高炉炉缸炉底传热过程的数学模型。总结本文的研究工作,主要内容如下:
  (1)在建立炉缸炉底侵蚀模型时,并没有直接以高炉炉缸炉底的真实边界为边界,而是以炉缸炉底炉衬的外边界的热电偶所处的位置为边界,这样处理不仅使模型的计算得以简化,而且计算的精度更高。
  (2)模型计算考虑了耐火材料导热系数随温度变化给计算带来的影响,采用基尔霍夫变化的方法,将非线性问题转变为线性问题,解决了利用边界元法建立高炉炉底炉缸侵蚀模型把导热系数看成常数而造成计算精度下降的问题。
  (3)在计算用边界元法得出的线性方程组时,采用了超松弛迭代的方法来求解,大大加快了收敛的速度。
  (4)模型首先通过正交实验的优化设计方法,在假定25条侵蚀线后,比较8支监测点热电偶的计算温度和实际温度,得到了最优化的侵蚀线,然后采用样条曲线来曲线拟合这些已经校正好了的控制点,实现了1150℃侵蚀线的逼近和拟合,保证了等温线的真实性。
  比较计算值与热电偶实际值,绝对误差的最大值为7.5℃,最大相对误差为2.23%,误差在实际工程误差允许(<5%)范围内,计算值和实际热电偶值吻合较好。1150℃侵蚀线和870℃炭砖脆化线皆在陶瓷杯中,可以判定高炉处于安全生产状况。
[硕士论文] 李宝华
冶金工程 重庆大学 2017(学位年度)
摘要:我国攀西地区拥有近百亿吨的钒钛磁铁矿资源,虽然高炉法冶炼普通钒钛磁铁矿已经形成了较为成熟的工艺流程,但是攀西地区钒钛磁铁矿储量最为丰富的红格矿区所产“红格矿”,因其Cr2O3含量较高(0.49%~0.82%),其在高炉流程中的冶炼行为与普通钒钛矿有差异,目前尚未形成成熟的冶炼工艺流程。因此开展对于Cr2O3在含钛高炉渣中的溶解及还原行为研究,不仅能为将来开发利用高铬型钒钛磁铁矿提供理论依据,缓解我国铁矿石依赖进口的局面,而且还能够为后续的钒铬分离方法提供参考,具有重要学术及应用价值。本文通过理论计算与实验研究相结合对Cr2O3在含钛高炉渣中的溶解及还原行为进行了系统研究,得出以下主要结论:
  ① Cr2O3在含钛高炉渣中的溶解行为研究
  理论计算表明:温度能够增加Cr2O3在该炉渣中的溶解度;碱度能够降低Cr2O3在该炉渣中的溶解度;TiO2能够降低 Cr2O3在该炉渣中的溶解度,但影响较小;Al2O3能够降低Cr2O3在该炉渣中的溶解度;MgO能够降低Cr2O3在该炉渣中的溶解度;FeO能够降低Cr2O3在该炉渣中的溶解度。
  ② Cr2O3在含钛高炉渣中的还原行为研究
  1)理论计算表明:以CO为还原剂,T<1520 K为Cr2O3的稳定存在区,T>1520 K为 Cr的稳定存在区;在铁水成分不变的情况下,温度的升高会增加铬的活度。用C作还原剂还原Cr2O3随着温度升高的产物生成次序是Cr3C2→Cr7C3→Cr23C6→Cr。含碳铁水还原 CaO-SiO2-Al2O3(14%)-MgO(8%)-TiO2-Cr2O3(1%)渣系,当温度从900℃增加到1600℃,碱度为1.1,TiO2%=20%时,被还原进入到铁水中Cr的百分含量先增加后趋于平稳;当碱度从0.9增加到1.3,温度为1450℃, TiO2%=20%时,碱度的变化对炉渣中Cr2O3的还原影响较小;当TiO2%从0%增加到25%,碱度为1.1,温度为1450℃时,TiO2%的变化对炉渣中Cr2O3的还原影响较小。
  2)在1450℃下进行的熔融还原实验:随着反应时间的增加,被还原进入到铁水中Cr和Ti的质量百分含量增加;随着TiO2含量的增加,还原反应平衡时被还原进入铁水中Cr的含量降低;TiO2含量从0%增加到5%时,反应初始阶段的还原速率增加,而当TiO2含量从5%增加到20%时,反应初始阶段的还原速率降低;理论计算结果与实际实验结果相吻合,且误差较小。
  3)运用多组分耦合反应动力学模型的方法,建立了Cr2O3在15%TiO2含量高炉渣中还原的耦合动力学模型,并得出:根据实验检测数据计算,15%TiO2渣系的熔融还原反应,铁液中Cr和Ti的传质系数为3.1×10-4 m/s,渣中氧化物的传质系数为1.55×10-5 m/s时,该耦合反应动力学模型对于Cr2O3在此高炉渣中还原过程的吻合程度较高,从而可以较好的预测不同还原时间下Cr2O3被还原进入铁水中的含量。
[硕士论文] 王冬东
冶金工程 重庆大学 2017(学位年度)
摘要:高炉软熔带与炉内煤气流的二次分布和煤气利用密切相关,继而直接影响炉况的顺行与燃料的消耗,因此研究软熔带的形成机理以获得其合理的形态结构对于高炉操作至关重要。现有的工作重在通过测试含铁炉料的软熔性能,获取表征物理形态变化的温度、压差来评价软熔带的形状及透气性,忽略了内部发生的化学反应,特别是浮氏体还原-成渣反应及其相互间的竞争行为对其形成规律的影响。本文围绕软熔带形成机理,依次从浮氏体还原反应竞争行为、成渣反应竞争行为和还原-成渣反应竞争行为等三部分开展系统的研究工作,研究结果对于浮氏体还原过程中不同气体组分之间的动态竞争行为及作用机制获得了新的认知,对于不同氧化物对浮氏体成渣反应的影响规律也挖掘了新的数据。
  本研究主要内容包括:①当利用CO-H2二元混合气体还原浮氏体时,反应速率小于对应两种单一气体单独还原时反应速率的线性加和。基于物理电路知识,类比提出了C-S-S、C-S-P、C-P-S、C-P-P、I-P-S、I-S-P六个模型用以模拟气基还原浮氏体过程中,CO与H2间的相互作用关系。通过模型理论计算与实验测量结果的比较,其中I-S-P模型的预测结果与实验测量的结果最为接近,推导三者还原浮氏体速率满足下列关系式,且相对误差小于8.5%。②当单独添加CaO或者Al2O3后,软化过程整体提前,软化开始温度分别从783℃提前到735℃和775℃。整个过程既没有检测出压差,也没有发现滴落现象,由此说明添加CaO虽然促进软化,但是形成的渣相不利于滴落。单独添加SiO2时, FeO与SiO2结合生成硅铁橄榄石(2FeO?SiO2,熔点1189℃),软化整体滞后,且熔融区间相对于纯浮氏体也有所推迟。当单独添加MgO时,推迟浮氏体二元渣系的滴落行为。③同时加入CaO、SiO2时,软化开始和结束温度受酸碱两种氧化物的影响而呈中和趋势,软化区间主要受结束温度滞后的影响而有所增大。同时加入 SiO2、MgO,较基准实验温度均提前,软化区间较基准实验基本不变。同时加入 SiO2、Al2O3,比SiO2、MgO更为显著的提前,软化开始温度为646℃,软化结束温度为828℃。④所有样品还原前的收缩速率都要比还原后的收缩速率大,其中添加CaO后的样品前后差距最大,大约相差9.7倍,加 SiO2后的样品前后相差最小仅为4.9倍,纯浮氏体和添加MgO和Al2O3的样品前后相差大概在6倍左右。添加CaO的样品还原前的收缩速率较纯浮氏体的大,而还原后的收缩速率较纯浮氏体的小;添加SiO2的样品还原前的收缩速率要比纯浮氏体的小,但在还原后收缩速率却比纯浮氏体的大;添加MgO的样品熔滴实验整个过程的收缩速率都比纯浮氏体样品的大;而添加Al2O3的样品整个熔滴过程的收缩速率都比纯浮氏体的小。⑤气氛对添加SiO2和添加MgO的二元渣系成渣反应影响较大,当还原气氛由CO变为H2时,FeO-SiO2渣系下推迟成渣软化的作用,FeO-MgO呈现促进成渣软化的作用,而对于CaO的二元渣系,气氛对其影响较小,添加Al2O3的二元渣系不同还原气氛几乎对其成渣反应没有影响。⑥当进一步增加CaO含量时促进作用逐渐减小,而从整体上看CaO的增加会促进成渣反应,致使整个过程中未出现压差且最后的总收缩率降低。当加入10%SiO2时,FeO的还原反应趋势强于 FeO与 SiO2的成渣反应,进一步加入20%SiO2后,SiO2与FeO结合生成2FeO?SiO2成渣反应要强于FeO的还原反应。当单独添加MgO时,添加5%和10%的二元渣系都较纯浮氏体推迟软化,二者的开始软化温度分别推迟到834℃和891℃,并且MgO含量越高,软化推迟现象越明显,说明MgO的添加会促进FeO和MgO的结合成渣反应而不利于FeO的还原。添加Al2O3时,添加5%时较纯浮氏体推迟软化,添加10%时使软化稍微提前。说明随着Al2O3的含量增加,对于软化区间推迟效果呈现先增加后减小的作用。
[硕士论文] 马聪
材料加工工程 山东建筑大学 2017(学位年度)
摘要:灰铸铁凭借其优良的铸造性能、耐磨性、导热性、减震性等性能,被广泛的应用到实际的生产中,例如汽车刹车盘、刹车鼓的生产基本上都是使用的灰铸铁材料。但是,灰铸铁件的力学性能相对较差。目前,人们为了提高灰铸铁的力学性能常用的方法是添加合金元素。但是,近年来合金元素的价格不断的飙升。添加合金元素,势必会带来成本的增加。
  镍生铁中的低镍生铁是指含有少量镍(1.6%-1.8%)、铬(2%-3%)的一类生铁,它与普通的生铁冶炼方法相似,价格比市面上的普通生铁稍高。本课题以低镍生铁为原材料中的一种,与普通原生铁以及废钢等进行配料来生产灰铸铁件。对灰铸铁试样的力学性能、金相组织、内应力等检测分析,得出以下结论。
  力学性能方面:随着镍生铁比例的增加(镍、铬含量的增加),抗拉强度呈现出先增加后下降的趋势,硬度呈现出一直上升的趋势。当碳含量为3.4%时,铬含量为0.4%(镍生铁比例为12%)时,力学性能最佳,强度为212MPa,硬度为205HB;当碳含量为3.6%时,铬含量为0.5%(镍生铁比例为14.9%)时,力学性能最佳,强度为204MPa,硬度为198HB;当碳含量为3.8%时,铬含量为0.7%(镍生铁比例为20.8%)时,力学性能最佳,强度为195MPa,硬度为204HB。
  显微组织方面:随着镍生铁比例(镍、铬含量)的增加,组织中的石墨形态由粗大的A型石墨逐渐的变为细小的A型石墨,基体组织中珠光体逐渐增多,但是随着镍生铁比例(镍、铬含量)的超过一定范围时,开始有 D型石墨出现并逐渐增加,基体中开始有自由渗碳体出现并逐渐增加。当碳含量为3.4%时,铬含量为0.4%(镍生铁比例12%)时,石墨形态及基体组织最为理想。当碳含量为3.6%时,铬含量为0.5%(镍生铁比例为14.9%)时,石墨形态及集体组织最为理想。当碳含量为3.8%,铬含量为0.6%(镍生铁比例为17.9%),石墨形态及基体组织最为理想。
  内应力方面:通过对3大组试样的组织中的内应力检测得出,随着镍生铁比例(镍、铬含量)的增加,组织中的内应力基本呈现出了一直增加的趋势。
  实际应用方面:镍生铁在生产SG20材质以及HCCM材质的刹车盘中得到了应用,力学性能、石墨形态、基体组织均能满足材质要求并且节约成本,取得了不错的效果。
  实验结果表明,镍生铁的应用一方面能够促进灰铸铁性能的提升;另一方面,又能够降低生产成本,因此,镍生铁在灰铸铁的熔炼中的应用具有很高的经济效益。
[硕士论文] 许松
冶金工程 重庆大学 2017(学位年度)
摘要:KR脱硫法在铁水预处理方法中,具有脱硫效率高、脱硫效果稳定和脱硫成本低等诸多优点,现在已经被各大钢铁企业广泛使用生产低硫含量钢。因此对KR脱硫法的研究成为众多学者的研究课题,实验室KR脱硫法研究主要有物理模拟与数值模拟。数值模拟研究随着计算机发展相对成熟,物理模拟中的水模型实验法则因为KR搅拌过程的复杂性存在实验方法与测试参数上的不完善。
  本研究以宝钢KR脱硫动力学不足为基础,结合化工领域搅拌罐内固液两相传质实验研究与铁水预处理实验方法,提出全面的KR脱硫水模型实验方法与测试参数,并对宝钢KR脱硫动力学进行动力学优化实验,得出合理的搅拌工艺参数。水模实验方法动力学相似采用修正费鲁特准数,模拟脱硫剂介质选择根据斯托克斯公式推导。测试参数有自由液面上升高度、中心漩涡下潜深度、分散系数、混匀时间、弱流区比例、传质系数、粒子分散数目等多方面反映特征。再以数值模拟法和公式法为辅助方法,验证得出水模实验结果的可靠性。宝钢KR铁水脱硫优化实验应用得出,搅拌桨转速120r/min、潜入深度1650mm时,流体在搅拌罐内动力学条件最好。由于宝钢实际生产电机功率限制使搅拌桨转速100r/min左右,此条件下实验得出搅拌桨潜入深度为1350mm时各个参数达到最佳。在一定范围内适当增加搅拌桨半径与铁水罐直径比,提高脱硫反应效率。水模实验表明直径比为0.41的搅拌桨适合宝钢现行搅拌工艺。三叶搅拌桨与四叶相比,增加叶面间夹角同时减轻搅拌桨重量,同一条件下搅拌能传递效率得到提高,流体受迫运动强度增加,减少脱硫剂中心团聚,提高脱硫效率。控流装置中的挡板,能够有效的将旋转运动的流体改变为轴向的垂直翻转运动,消除中心漩涡脱硫剂聚集现象,提高脱硫剂在流体中卷吸量,提高脱硫剂利用率。2块长挡板能够有效的提高塑料粒子分布,提高脱硫剂利用率且减少耐火材料消耗。不加挡板情况下,一次性加料、喷吹混合加料与连续性加料三种方式对流体中脱硫剂分散性效果表现为:喷吹加料>连续加料>一次性加料。加入挡板后,三种加料方式对脱硫剂分散效果无明显区别。同一种加料方式下,有挡板脱硫剂分散效果大于无挡板。挡板影响粒子团聚作用大于喷吹加料与连续性加料。
[硕士论文] 单成
冶金工程 重庆大学 2017(学位年度)
摘要:我国攀枝花-西昌地区蕴藏着丰富的钒钛磁铁矿资源。半个多世纪以来,我国在钒钛磁铁矿高炉冶炼技术方面取得举世瞩目的成就。然而,由于钒钛磁铁矿特殊的成分特点:原矿中TiO2含量达到10wt.%以上,高炉全钒钛矿冶炼将导致诸如炉渣粘稠、渣中带铁、炉况失常以及泡沫化严重等一系列问题。需配加大量的普通矿来抑制全钒钛矿冶炼的不利影响,严重制约其综合利用。因此,提高高炉过程钒钛磁铁矿的配比是实现其综合利用的必由之路。
  高配比或全钒钛磁铁矿冶炼时,高炉内特别是炉缸区将产生严重的内生泡沫化问题。而对于高钛高炉渣的泡沫化问题,前人的研究主要针对熔渣泡沫化现象的成因、影响因素的定性分析及起泡后的消泡方法;在研究方法方面基本采用外来气源气泡的方法,并且缺乏对高温下泡沫高度的直接连续的实测检测方法。
  本研究首先在实验室搭建了基于泡沫渣导电规律的炉渣发泡实时测量装置,建立了相对稳定、误差较小的实验测量方法。然后利用该装置和方法对含钛高炉渣内生泡沫化过程进行了实验研究及定量分析,得到的结论如下:
  1.基于泡沫渣的导电机理搭建了泡沫渣高度实时测量装置,对测量装置的可行性及准确性进行了实验验证。由于液态炉渣具有导电性,实验证实测量装置得到的电流值同熔渣的上涨高度呈正比,证明了方法的可行性;通过常温和高温的重复性实验对比:采用钼片作为电极得到的电流值与熔渣发泡高度有明显的线性关系,其相关系数达到0.95以上,同时其重复性也可满足实验研究的需要。
  2.采用含钛高炉渣中FeO与C的化学反应产生气体而引起了内生气源发泡过程,根据实验得到的结果,含钛高炉渣高温泡沫化过程主要分为三个阶段:起泡阶段(反应开始产生气泡到泡沫高度持续上升的过程)、泡沫持续阶段(泡沫高度达到相对稳定的过程)、消泡阶段(泡沫高度开始下降到不再变化的过程)。
  3.含钛高炉渣中TiO2含量及碱度(CaO/SiO2)对于发泡过程的影响机制不同。TiO2含量主要对熔渣的发泡高度产生较大的影响,随着TiO2含量增加,起泡率明显增大,同时TiO2含量的增加也使得熔渣泡沫化的时间增加。碱度则主要对熔渣的发泡时间产生较大影响,随着碱度的增加,泡沫化过程的三个阶段时间均呈增加的趋势,且泡沫持续时间增加的尤为明显。
  4.根据对炉渣物理性质的计算,对于处于还原气氛下的含钛高炉渣,在实验研究条件下,TiO2含量的增加以及碱度的降低均可增加炉渣的粘度,降低表面张力,且TiO2的被还原产出固相使得粘度增加尤为明显。但相对于粘度,表面张力的变化幅度较小。
  5.实验研究和理论计算表明:粘度对炉渣的内生泡沫化行为影响尤为显著,粘度的增大使得起泡率明显增加,泡沫化时间明显延长。相对于粘度,表面张力的变化并不大,对泡沫化过程未产生明显影响。
  6.熔渣的电导率也是影响泡沫化实验结果的重要因素,研究发现其主要对实验的初始电流值有一定影响:熔渣电导率增加可使初始电流略有增加。
  7.论文最后分析探讨了用于描述由内生气泡在炉渣中积累引起泡沫化的数学方程,为后续含钛高炉渣内生泡沫化模型的构建提供参考。
[硕士论文] 林启立
冶金工程 重庆大学 2017(学位年度)
摘要:转底炉处理含碳球团工艺可用于处理铁矿石(粉),也可用于处理冶金企业的含铁粉尘,特别是处理钢铁企业的含锌含铁粉尘具有明显的优势。转底炉处理含碳球团工艺的关键是固体碳还原铁氧化物,由于处理原料的不同,含铁原料中的铁氧化物的存在方式也不同,还原动力学及其机理也不同,针对三种转底炉含碳球团工艺处理的物料(即铁精矿、含锌钢铁粉尘及铜渣)开展理论与实验研究,探讨不同还原物料在转底炉中的还原机制,为转底炉处理不同含铁原料的还原工艺参数的制定提供理论依据。
  本研究首先针对不同物料的含碳球团还原过程进行了热力学分析,热力学计算表明:Fe2SiO4物相用C直接还原,开始温度为807℃,比FeO的开始温度高100℃左右,用CO还原Fe2SiO4时,气相中CO含量大于86%,才能将Fe2SiO4还原至Fe;含锌粉尘中的ZnO物相的还原,C直接还原时,当温度超过880℃后,碳气化反应的CO浓度就可超过了ZnO还原所需的浓度,此时ZnO的C直接还原转化为借助碳气化反应的间接还原来进行。鉴于铁精矿、含锌钢铁粉尘及铜渣中含铁物相的基本组成为氧化铁、氧化亚铁和铁橄榄石等,本文对化学纯的Fe2O3、FeO、2FeO·SiO2进行了固体碳还原的热重分析实验,探究了这三类纯物质的还原控制机理,为后续铁精矿、含锌钢铁粉尘及铜渣动力学研究提供了依据。根据转底炉工艺的特点,利用实验室高温电炉对转底炉工艺进行了热态模拟实验研究,通过正交实验,研究了不同工艺参数(即:温度、C/O比、还原剂等因素)对含碳球团还原的影响,结果表明:还原剂种类对铜渣含碳球团的还原影响最大,还原温度对铁精矿和含锌钢铁粉尘含碳球团的还原影响最大,在相同条件下,不同物料含碳球团的终止还原度分别是,铁精矿70.1%、含锌钢铁粉尘54.1%、铜渣49.4%,据此可以判定铜渣的还原难度最大,含锌钢铁粉尘次之,铁精矿的还原难度最小。在动力学研究部分,采用相继反应模型,通过高温还原实验,求算出铁精矿和含锌钢铁粉尘含碳球团还原反应的活化能分别是179.8 KJ/mol和261.3 KJ/mol,还原反应的控速环节均为碳的气化反应;铜渣含碳球团还原反应的活化能为373.6 KJ/mol,还原反应的控速环节为界面或局部化学反应。
[硕士论文] 王妍鹏
控制科学与工程 天津工业大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,中国经济高速发展与环境污染之间的矛盾愈发突出,钢铁企业作为中国的能耗大户,如何提高能源利用率就显得至关重要。高炉煤气(Blast Furnace Gas,BFG)是冶金生产过程中极为重要的二次能源,其受入量往往会出现较大的波动,这种突然的波动若无有效防范,将带来安全隐患,因此,对高炉煤气受入量的准确预测可以降低有害风险,提高设备利用率。
  本文以钢铁行业炼钢过程为背景,针对高炉煤气受入量难以有效预测的问题,提出了一种数据滤波与二重神经网络相结合的建模预测新方法。首先,分析了国内外钢铁企业能源管理系统发展状况,并介绍了国内外研究学者在煤气预测方面的研究现状;其次,介绍了能量去噪法与带有自适应噪声的经验模态分解(EEMDAN)相结合的滤波算法,该算法一方面弥补了传统EMD算法的缺点,采用EEMDAN进行模态分解,使得分解信号更加平稳化;另一方面引入了能量去噪算法,实现了对工业信号的有效去噪,减少了工业扰动对预测建模的影响。最后,建立了EEMDAN-DRBF的预测模型,该模型主要思想是将原始信号去噪并分解为不同时间尺度下的固有模态(IMF)分量,根据各模态自相关函数的特点,分别对每个模态建立径向基神经网络(RBF)预测模型;再次,为了提升单网络模型精度,根据各模态与原始数据相关性建立二重径向基神经网络(RBF)预测模型,并通过此模型对各模态预测结果进行融合和修正。
  针对复杂工业过程中高炉煤气受入量的数据的无规律性,使用本文提出的方法建立宝钢的高炉煤气受入量预测建模,并与其它建模方法相比较,实验表明该方法去噪效果良好,预测精度高,可以为钢铁企业煤气的管理调度提供可靠的数据支持。
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