电场强化冶金渣杂质元素高效分离与综合利用的基础研究

The efficiently comprehensive utilization of metallurgical slag including converter slag and refining waste slag is an important research content in metallurgical process, and metal slag reaction is an important way to change the physical and chemical reaction and properties of metallurgical melt, effectively promoting the metal slag reaction can improve the resources utilization efficiency and metallurgical effect. Electric field can cause a physicochemical properties to metallurgical melt and has a certain impact for molten steel-slag reactions，with the thermodynamic software simulation and high-temperature experiment, using Scaning Electron Microscope(SEM)，Optical Microscopy(OM), metal Original Position Analyzer(OPA) and other modern metal detection and analysis methods, selecting molten carbon steel – LD steel slag (or molten steel(alloy) - refining slag) reaction system as research object, The studies on the physicochemical properties such as Non-equilibrium Phosphorus (or Sulfur) Capacity(NPC or NSC) of molten slag，and the Positive (or Reverse) Migration Characteristics (PMC or RMC) and mechanism of elements and inclusions in steel-slag reaction under electric field are carried out, and the effect of all factors on migration characteristics of different elements and inclusions in molten steel-slag reaction system are comparely studied under DC electric field or DC+ pulsed electric field or using different electrode materials or electric field exerting manner. Some appropriate electric field processing parameters, electrode materials, and electric field exerting manner are explored. Based on these results, the dynamic model of molten steel-slag reaction under electric field is established, and it will improves the responsiveness and efficiency of moltern steel-slag，and provides a theoretical foundation and scientific basis for using of the electric field treatment in metallurgical process such as smelting of high quality steel and recycling of steel slag contianing phosphurous or refining waste-slag cataining sulphur.

冶金渣特别是转炉渣、精炼废渣的高效综合利用是冶金过程的重要研究内容，渣金反应是冶金熔体物理化学反应和性质变化的重要途径，有效地促进渣金反应能够提高冶金效果和资源利用效率。电场可以强化渣金反应过程，本项目运用热力学软件模拟和高温实验相结合的方法，借助金相显微镜、扫描电镜、金属原位分析仪等现代检测与分析手段，以钢(合金)液-转炉渣(钢液-精炼渣)体系为对象，研究电场作用下熔渣的非平衡磷(硫)容量等物理化学性质，以及钢-渣反应体系中杂质元素磷、硫在渣-金间的迁移特性和机理，比较研究直流电场或脉冲-直流耦合电场以及不同电极材料或电场施加方式作用下各因素对钢-渣反应体系中杂质元素的迁移特性影响。探索合适的电场处理参数、电极材料和电场施加方式，建立电场作用下的钢-渣反应动力学模型，提高钢-渣反应效率和杂质元素的分离去除能力，为含磷钢渣和精炼脱硫废渣杂质元素高效分离与资源化利用提供理论基础和科学依据。

冶金渣特别是转炉渣、精炼废渣的高效综合利用是冶金过程的重要研究内容，渣金反应是冶金熔体物理化学反应和性质变化的主要途径，有效地促进渣金反应能够提高冶金效果和资源利用效率。利用电场强化不同渣-金反应过程特性，本项目运用Factsage等热力学软件模拟和高温实验相结合的方法，借助金相显微镜、扫描电镜、金属原位分析仪等现代检测与分析手段，以钢(合金)液-转炉渣(钢液-精炼渣)及转炉精炼混合渣体系为对象，理论计算和实验测定CaO- Al2O3-SiO2-MgO(-FeO)渣系的电导率、粘度、磷(硫)容量和分配比等物理化学学性质，实验研究电场作用下熔渣的非平衡磷(硫)容量等物理化学性质变化，钢-渣反应体系中杂质元素磷、硫在渣-金间的定向迁移特性和机理，比较研究脉冲电场和直流电场以及不同电极材料或电场施加方式作用下各因素对渣-金反应体系中杂质元素的迁移特性影响。探索合适的电场处理参数（电场电压、电场作用时间）、电极材料（铁电极、钼电极、石墨电极）和电场施加方式（正向施加和反向施加，挂片法和普通电极上插法）。建立电场作用下的磷、硫元素迁移的渣-金反应动力学模型，提高渣-金反应效率和杂质元素的分离去除能力。. 研究结果表明，施加不同电极和电场条件下转炉钢渣和精炼废渣中的杂质磷和硫可以脱除，磷、硫杂质元素从渣侧向界面的迁移为限制性环节。Fe-C电极反向施加6V直流电场可以使钢渣中磷脱除率达到95.3%，钢渣中的磷含量可以降低到0.05%以下；Fe-C电极施加1Hz、4.5V的低频脉冲电场时熔渣的除磷率为73.6%，钢渣中的磷含量可以降低到0.1%以下；电场处理精炼废渣除硫效果不及钢渣除磷效果好，可获得接近30%的除硫率。采用Fe-C电极反向施加3~6V直流电场处理钢渣实验的非平衡磷容量降低1个数量级，Lp=0.3~0.8左右，也下降1个数量级。电场处理精炼废渣实验的硫容量降低1~2个数量级，Ls=7~9左右，与常规条件下碱度R<1的精炼渣系相当。. 采用Fe-C电极反向施加直流电场处理含磷钢渣的除磷效果最好。研究结果为含磷钢渣和含硫精炼渣杂质元素高效分离与资源化利用提供理论基础和科学依据。