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毕业论文答辩 2012 06 专业名称 冶金工程姓名 氧化镁对高铝渣流动性能和脱硫性能影响的研究 结论 1 文献综述 2 研究方案及内容 3 实验结果与分析 探讨影响马钢高炉炉渣脱硫能力的因素 4 5 论文提纲 1 1研究目的 一 文献综述 研究高铝渣主要化学成分对炉渣粘度 熔化性温度Ts 脱硫性能的影响 得出炉渣在高Al2O3条件下合理的造渣制度 为马钢4000m3高炉在高Al2O3条件下形成合理炉渣提供建议和技术支持 1 2渣中的MgO对炉渣性能的影响 1 降低粘度R2为1 05 1 20时 欲使1500 炉渣的粘度低于0 40Pa s 应保证炉渣中MgO含量大于7 8 图中阴影部分为较适宜高炉冶炼的炉渣成分区域 因此 在高Al2O3含量条件下 适宜调整炉渣中MgO的含量 可降低炉渣粘度 图1 1CaO SiO2 Al2O3 MgO四元渣系等粘度图 1500 粘度单位 0 1Pa S 一 文献综述 2 适宜的MgO含量图1 2给出了Al2O3含量为20 时的CaO SiO2 Al2O3 MgO四元渣系状态图 图中细虚线为熔化温度 双点划线为等二元碱度线 粗实线为MgO 8 时的等浓度线 粗虚线为MgO 15 时的等浓度线 图1 2CaO SiO2 Al2O3 MgO四元渣系的状态图 一 文献综述 从图中可见 当二元碱度为1 05 1 20 Al2O3含量为20 MgO含量为8 时 图4中粗实线 炉渣的熔化温度低于1400 若继续提高渣中MgO含量 炉渣的熔化温度将相应提高 例如 将MgO含量提高至15 时 图1 2中粗虚线 炉渣的熔化温度将提高到1500 因此 高Al2O3含量条件下 高炉冶炼时应适当提高渣中的MgO含量 但不能过高 炉渣中适宜的MgO含量应为8 11 一 文献综述 二 研究方案及内容 2 1研究方案 本实验本实验以马钢第三炼铁总厂高炉2012年3月的炉渣为原料 根据表2 1马钢高炉现场渣成分进行配合渣实验研究 实验选定的变量是炉渣的CaO SiO2 MgO含量 Al2O3含量和TiO2含量 以纯化学试剂调整炉渣的CaO SiO2 MgO含量和Al2O3含量和TiO2含量 配制46个试样分别进行粘度 熔化性温度的测定 二 研究方案及内容 表2 1马钢高炉现场渣化学成分 二 研究方案及内容 2 2实验设备 本次炉渣粘度测定采用RTW 08型熔体物性综合测定仪测定 装置简图如下 1 电子天平测定2 炉架3 同步电机4 扭矩传感器5 转杆6 炉管7 高温炉8 石墨坩埚9 转头10 轴承11 电动机12 炉升降机构13 控制柜 图2 1粘度测定仪 二 研究方案及内容 2 3实验步骤 1 制备渣样 实验渣样由分析纯化学试剂 CaO SiO2 MgO和Al2O3 与现场炉渣配制而成 造渣的主要工艺过程如图2 2所示 图2 2造渣工艺图 二 研究方案及内容 2 测定粘度 将配置好的渣样 约140克 装入粘度炉内 由计算机按控温参数自动升温 当温度达到1520 时恒温30min 然后开始以2 min降温并测定炉渣粘度 在测定值超过2Pa s时 炉渣中有固体物析出 测定完毕 3 处理数据 得到炉渣的 t曲线 以曲线的转折点 也即与45 的切线相切的切点温度作为熔渣的熔化性温度 Ts 三 实验结果与分析 炉渣R4和镁铝比对炉渣熔化性温度的影响 三因素对炉渣流动性的影响 3 1MgO含量对炉渣粘度和熔化性温度的影响 三 实验结果与分析 表3 1不同MgO含量对炉渣 Al2O3 16 5 的影响 三 实验结果与分析 图3 1MgO含量对炉渣粘度的影响 CaO SiO2 1 15 Al2O3 16 5 三 实验结果与分析 图3 2MgO含量对熔化性温度的影响 Al2O3 16 5 CaO SiO2 1 15 三 实验结果与分析 对表3 1中炉渣的粘度数据进行回归计算 可以得出炉渣粘度与MgO含量变化关系得回归方程 Ts 1419 66 3 8XR 0 802式中Ts 炉渣熔化性温度 X 炉渣MgO含量 从式中可以看出 炉渣内MgO含量每增加1 炉渣的熔化性温度会减低4 左右 从图中可以看出 当渣中w Al2O3 和二元碱度确定时 炉渣的粘度 熔化性温度随着渣中MgO含量的增加总体呈现降低的趋势 三 实验结果与分析 3 2MgO含量对高铝炉渣的影响 表3 2不同MgO含量对高Al2O3炉渣 Al2O3 17 5 的影响 三 实验结果与分析 图3 3MgO含量对炉渣粘度的影响 Al2O3 17 5 三 实验结果与分析 从图3 3中可以看出 当高炉渣内Al2O3含量为17 5 时 高炉渣的粘度随着MgO含量的升高而降低 从表3 2中也可以看出 当高炉渣内Al2O3含量为17 5 时 高炉渣熔化性温度随着MgO含量的升高也是逐渐降低的 通过23组和24组的对比可以看出 高炉渣在高MgO低碱度的时候粘度比高碱度低MgO时要低的多 这说明对于Al2O3含量为17 5 的高铝渣要适当提高MgO的含量 从而保证炉渣的流动性 对于高铝渣 高MgO低碱度渣系比低MgO高碱度渣系稳定 三 实验结果与分析 表3 1不同MgO含量对高Al2O3炉渣 Al2O3 18 5 的影响 三 实验结果与分析 图3 4MgO含量对炉渣粘度的影响 Al2O3 18 5 三 实验结果与分析 表3 4不同MgO含量对高Al2O3炉渣 Al2O3 19 5 的影响 三 实验结果与分析 图3 5MgO含量对炉渣粘度的影响 Al2O3 19 5 三 实验结果与分析 3 3炉渣R4和镁铝比对炉渣流动性能的影响 图3 6炉渣熔化性温度与R4的关系 对于同样的R2 若R4越大则炉渣熔化性温度越低 这表明明在R2确定时 如果尽量提高R4将会有利于降低炉渣的熔化性温度 三 实验结果与分析 图3 7炉渣粘度与R4的关系 温度 1440 三 实验结果与分析 图3 8炉渣粘度与R4的关系 温度 1470 三 实验结果与分析 图3 9炉渣粘度与R4的关系 温度 1500 三 实验结果与分析 从图3 7 图3 8和图3 9中可以明显看出 炉渣的粘度随着R4的升高而呈现降低的趋势 对于Al2O3含量较高的高炉渣系 可以通过最大限度提高MgO含量来提高渣系的R4 以此降低炉渣的粘度 提高炉渣的稳定性 三 实验结果与分析 图3 10炉渣熔化性温度与镁铝比的关系 R2 1 15 根据对本实验中R2 1 15炉渣的熔化性温度和镁铝比进行回归分析 Ts 1415 69 55 212XR 0 574Ts 熔化性温度X 镁铝比即w MgO w Al2O3 从式中可以看出在炉渣的碱度为1 15不变时 炉渣的熔化性温度随着镁铝比的升高而降低 镁铝比每升高0 1则炉渣的熔化性温度降低5 5 三 实验结果与分析 图3 11炉渣熔化性温度与镁铝比的关系 R2 1 19 三 实验结果与分析 图3 12炉渣熔化性温度与镁铝比的关系 R2 1 23 同样看出 炉渣的熔化性温度随着镁铝比的升高而降低 三 实验结果与分析 对于高Al2O3含量渣的冶炼 当Al2O3含量确定时 应尽量降低终渣的R2水平 提高R4水平与MgO的含量 这样可以降低炉渣粘度以及熔化性温度 改善熔渣的流动性 确定造渣制度以二元碱度为主要调节手段 四元碱度为辅助手段 镁铝比作为参考的的总方针 三 实验结果与分析 3 4三因素对炉渣流动性的影响 为了能进一步考研究Al2O3 MgO 二元碱度三因素交互作用对炉渣粘度和熔化性温度的影响 试样41 46的实验与试样3 22 28实验组成三因素 三水平的正交实验 Al2O3含量分别为16 5 17 5 18 5 MgO含量分别为8 5 9 5 10 5 二元碱度 CaO SiO2 分别为1 15 1 19 1 23 将实验测得的数据汇总于表3 5 三 实验结果与分析 表3 5实验数据汇总表 三 实验结果与分析 三 实验结果与分析 由以上实验和分析结果可知 当高炉渣内CaO SiO2 1 15 MgO 10 5 Al2O3 16 5 在1440 1470 下粘度最低 流动性最好 三 实验结果与分析 四元渣系的粘度三元线性回归方程 1440 1 043 1 075X1 0 032X2 0 034X3R 0 856 1470 1 010 0 992X1 0 031X2 0 031X3R 0 875 1500 0 802 0 800X1 0 023X2 0 022X3R 0 747式中 1440 为炉渣在1440 时的粘度值 1470 为炉渣在1470 时的粘度值 1500 为炉渣在1500 时的粘度值 X1 X2 X3分别为二元碱度 MgO含量和Al2O3含量 三 实验结果与分析 由方程可见 在二元碱度为1 15 1 23 MgO含量为8 5 10 5 Al2O3含量为16 5 18 5 范围内 Al2O3含量的增加以及二元碱度的增加都将直接导致炉渣黏度上升 MgO含量增加对炉渣粘度的上升起缓解作用 尤其在低温时MgO降低粘度的效果更明显 这对于降低炉渣低温区的粘度 保证炉渣流动性具有比较好的效果 三 实验结果与分析 表3 6三因素极差汇总表 三 实验结果与分析 根据表3 6的极差汇总表 各因素对炉渣粘度的极差大小作如下分析 1500 主 次二元碱度Al2O3MgO1470 主 次二元碱度Al2O3MgO1440 主 次二元碱度MgOAl2O3 在实验范围内 R2对炉渣粘度的影响最大 当炉渣较高时 炉渣粘度总体比较低 这时通过调节MgO含量就可以保证炉渣粘度比较低 而当炉温比较低时因为MgO调节能力不足够 这时就需要通过调节炉渣的碱度和Al2O3含量来控制炉渣的粘度 从而保证炉渣具有足够的流动性 三 实验结果与分析 以马钢1 3号高炉条件下的炉渣为对象 对现场炉渣数据利用统计分析软件SPSS 进行多元线性回归处理 探讨了炉渣主要组成与脱硫能力的关系 其结果对高炉造渣制度以及合理炉料结构的选择具有一定的指导意义 四 探讨影响马钢高炉炉渣脱硫能力的因素 4 1软件SPSS简介 SPSS StatisticalPackagefortheSocialScience 是世界上著名的统计分析软件之一 本章主要运用SPSS的多元回归功能 运用SPSS软件作逐步回归具有如下的功能 1 通过作散点图 可以直观地看出变量间是否具有线性关系 从而大致判断可能进入回归方程的变量 2 通过对变量及参数的控制作逐步回归 SPSS能自动剔除与因变量关系较弱的自变量 建立一个最优的回归模型 可见 SPSS软件用于统计分析是极为方便且有效的 四 探讨影响马钢高炉炉渣脱硫能力的因素 4 2多元回归分析 LS 1249 483 125 792R2 1853 582R3 3889 633R4 25 626w CaO 0 828w SiO2 29 512w MgO 78 494w Al2O3 18 904w FeO 5 224w TiO2 52 661w Si LS 2342 288 228 726R2 2440 695R4 42 406w CaO 45 455w SiO2 43 161w MgO 46 002w Al2O3 7 402w FeO 1 238w TiO2 57 495w Si LS 5078 211 469 542R2 1133 802R3 7846 751R4 117 212w CaO 91 421w SiO2 131 422w MgO 142 551w Al2O3 2 328w FeO 30 972w TiO2 10 032w Si 四 探讨影响马钢高炉炉渣脱硫能力的因素 表4 11号高炉 进入 法回归方程的R值 表4 22号高炉 进入 法回归方程的R值 表4 33号高炉 进入 法回归方程的R值 四 探讨影响马钢高炉炉渣脱硫能力的因素 为了探索影响高炉炉渣脱硫能力的主要因素 利用统计分析软件SPSS 录入现场数据 采用 逐步 分析方法 得到回归方程 1 高炉LS 110 177 57 569w Si 3 481w CaO R 0 6952 高炉LS 77 815 80 500R2 58 319w Si R 0 8203 高炉LS 193 390 171 313R2 15 598w Si R 0 765 四 探讨影响马钢高炉炉渣脱硫能力的因素 通过以上回归方程 可以发现R2 Si 即炉温 是影响炉渣脱硫的主要因素 一般规律是炉渣碱度越高 脱硫能力越强 因为提高炉渣碱度就是增加渣中CaO含量 使渣中SiO2含量相对降低 因而炉渣中氧负离子的浓度得到提高 无论从热力学还是从动力学来看 温度越高则对脱硫反应越有利 一是由于脱硫反应是吸热反应 提高温度对脱硫反应有利 二是提高温度降低炉渣粘度 促进硫离子和氧离子的扩散 对脱硫反应也是有利的 四 探讨影响马钢高炉炉渣脱硫能力的因素 表4 41号高炉 逐步 法回归方程排除的变量 四 探讨影响马钢高炉炉渣脱硫能力的因素 表4 52号高炉 逐步 法回归方程排除的变量 四 探讨影响马钢高炉炉渣脱硫能力的因素 表4 63号高炉 逐步 法回归方程排除的变量 四 探讨影响马钢高炉炉渣脱硫能力的因素 1 3号高炉炉渣脱硫能力LS与R2 Si 的关系如图 4 1 4 6 所示 图4 11号高