钒钛铁精矿内配碳球团传热-还原-钒走向的机理研究

钒钛铁精矿内配碳球团高温快速还原过程中一些关键科学问题，如球团和料层传热与还原之间相互关系及影响机理，碳对球团预还原、深还原以及金属化球团高温熔炼分离所得钛渣（FeO）含量、生铁[C]和[V]含量的综合影响规律和作用机理，目前鲜见报道或存在争议。本项目依传热学基础理论推导球团和料层导热系数、温度场分布，建立数学模型，应用微型无线热电偶预埋法在线监测还原过程单球和料层温度变化，验证数学模型；依冶金热力学和动力学理论计算球团中铁钒钛氧化物还原速度、金属化球团高温熔炼分离所得钛渣(FeO)含量、生铁[C]和[V]含量，建立数学模型，在自制试验转底炉、50KVA试验电弧炉上进行试验验证。理论研究与试验研究相结合，探明钒钛铁精矿内配碳球团传热-还原-钒走向规律及互相作用机理，这对提高钒钛铁精矿还原效率、优化还原和铁钒钛分离工艺、丰富完善有关还原熔分理论，具有重要的科学意义。

钒钛铁精矿内配碳球团高温快速还原过程中传热及与还原之间相互关系及影响机理，金属化球团熔分-深还原过程中钛渣中（FeO）含量、残碳量及生铁中[C]与[V]走向的综合影响规律和作用机理等，未见或鲜见研究报道。本项目既在此方面开展基础研究。. 将传热学与直接还原基本理论相结合，分析研究了影响钒钛铁精矿内配碳多球团料层和单球团内部导热的影响因素，表明在加热还原过程中球团综合导热系数影响因素较多且复杂，球团制备工艺参数、还原工艺参数均影响其综合导热系数；推导出了内部发生吸放热反应的球团温度场数学模型，提出了多球团料层传热未反应层模型。. 改装传统材料导热系数测试仪，实测球团内部综合导热系数为（0.2～0.7）W/(m•K)，探明高温快速还原条件下内配碳球团和多球团料层的综合传热系数与主要影响因素的关系；研制出内插热电偶的内配碳球团制备装置及温度场在线实时测试试验装置，获得大量理论计算和实测结果，探明了球团及料层内温度场、传热速度对铁氧化物还原程度的影响机理，验证了多球团料层传热未反应层模型正确；球团料层升温是非性线升温，内部温差均随炉温升高而增大，最大温差20℃~30℃，温度梯度为8.3℃~12.5℃/cm。. 研究了钒钛铁精矿碳热直接还原热力学和动力学机理，表明还原出的[V]、[Si]、[Ti]等元素溶入生铁液中。同时，在渣-铁界面处渣中（FeO）、(V2O3)均能与[V]、[Si]、[Ti]发生耦合反应而生成相对应的氧化产物，从而影响钒的走向，直接还原过程反应受扩散控制。. 利用聚集电子相炉渣组分活度模型，计算出了模拟渣系中铁、钒、钛、硅氧化物的活度，利用瓦格纳理论计算了模拟铁水中钛、钒、硅的活度系数，并根据炉渣组分活度模型的元素分配常数计算公式，计算了钒、硅、钛在渣铁间的分配比。研究了影响渣-铁间元素还原的主要因素。依铁平衡和碳平衡原理，建立了金属化球团中残碳量、金属化率、钛渣中（FeO）含量与钒进铁率的影响数学模型。. 上述研究成果为理论研究与试验研究相结合，对探明钒钛铁精矿内配碳球团传热-还原-钒走向规律及互相作用机理，对提高钒钛铁精矿还原效率、优化铁钒钛还原分离工艺以及丰富完善有关熔分-深还原理论，具有重要的科学意义。