TiC含量对含钛冶金熔渣流变特性的影响研究

摘要

钒钛磁铁矿是提钒提钛、生产金属钛、钛白粉等的原料，具有很高的综合利用价值。中国钒钛磁铁矿资源丰富，储量约在180亿吨以上，但其低品位、共生矿的性质，制约了中国钒钛磁铁矿的综合利用。钒钛磁铁矿在高温、强还原度的条件下，一些钛化物被还原成高熔点的TiC、TiN和其固溶体Ti(C，N)，形成了复杂的气-固-液三相，引起生产中的一系列问题，如渣中带铁、泡沫渣等。为了解决上述问题，有必要对含有TiC的熔渣流变特性进行研究探讨。 本文以攀钢现场高炉渣为基础，配制CaO-SiO2-A12O3-MgO-TiO2五元渣系。通过添加不同含量的TiC，模拟高炉高钛熔渣体系，将流变学原理应用到熔渣的流变特性分析中，采用高温流变仪研究了不同TiC含量对非均相含钛熔渣流变特性的影响，考察了粘度、剪切速率、剪切应力之间的关系，建立本构方程，确定流变特性参数，判定不同条件下的流体类型，揭示非均相含钛熔渣的非牛顿行为及其流变规律。判断出属于非牛顿流体的熔渣的后，验证其是否具有触变特性、电流变特性、Weissenberg效应等。结果表明: (1)TiC含量的增加能够使高钛熔渣粘度增加、熔渣体系流动性变差。TiC含量的增加，改变了熔渣内结晶的结构和分布，钙钛矿等以TiC为晶核形成高度弥散于熔渣体系内的固相结晶。随熔渣温度降低，钙钛矿等结晶相继续析出长大，显著增大了熔渣体系粘度。 (2)TiC≥4wt％时，熔渣体系内出现较明显的屈服应力，熔渣流动时首先要克服熔渣体系内的屈服应力。而且，类似于物理学中静摩擦力大于动摩擦力的规律，熔渣体系内，静态屈服应力大于动态屈服应力。 (3)TiC≥6wt％时，熔渣体系表现出明显的剪切稀化现象，高剪切速率能够将处于塑性假塑性流体的熔渣转变为牛顿流体。 (4)时间对熔渣流变特性的影响表明:TiC=8wt％时，各温度下恒温时间的延长有利于熔渣体系内钙钛矿等固相结晶相长大，从而增加了熔渣体系的粘度;同时，在温度较高(1773K)时出现了触变“滞回曲线”，表现出较好的触变特性。当TiC≤6wt％时，恒温时间仍对熔渣体系粘度有一定影响，但是没有出现明显的“滞回曲线”。 (5)熔渣电流变特性的研究表明:TiC=8wt％时，先逐渐增大电场，然后忽然撤掉电场，熔渣的粘度先增大后减小，说明电场影响了熔渣内部结构，熔渣具有正电流变特性。当TiC=Owt%时熔渣粘度没有这种变化规律，这表明TiC作为高介电常数固体悬浮颗粒，受电场作用时，影响了熔渣流变特性。 (6)含钛熔渣的Weissenberg效应验证实验表明:TiC=8wt％和TiC=0wt％时，熔渣液面均未出现爬杆现象。

目录

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摘要

第1章绪论

1．1引言

1．2含钛熔渣的性质

1．2．1含钛熔渣的生成

1．2．2含钛高炉渣的化学成分及矿物组成

1．2．3含钛熔渣的流动性

1．3高炉冶炼钒钛磁铁矿存在的问题

1．3．1炉渣粘稠

1．3．2渣中带铁

1．3．3泡沫渣

1．4含钛高炉渣的综合利用

1．5含钛熔渣流变特性的研究进展

1．6本文的研究意义及内容

1．7本研究创新之处

第2章含钛熔渣流变特性研究方法和实验装置

2．1引言

2．2实验原料

2．3实验流程及装置

2．3．1实验准备

2．3．2熔渣流变特性测定

2．3．3检测与分析

2．4流体类型

2．5流体粘度的测量方法

2．6流变学基础

2．7非牛顿流体的常见性质

2．7．1剪切稀化

2．7．2触变特性

2．7．3电流变特性

2．7．4 Weissenberg效应

第3章含钛熔渣的渣流变特性

3．1引言

3．2实验方案

3．3实验结果及分析

3．3．1含钛熔渣的粘度

3．3．2熔渣的流变特性曲线

3．3．3本构方程的建立

3．4本章小结

第4章时间对含钛熔渣流变特性的影响

4．1恒温时间对含钛熔渣粘度的影响

4．1．1引言

4．1．2实验方案

4．1．3实验结果及分析

4．2含钛熔渣的触变特性

4．2．1引言

4．2．2实验方案

4．2．3实验结果及分析

4．3本章小结

第5章含钛熔渣的电流变特性

5．1引言

5．2实验方案

5．3实验结果及分析

5．3．1含钛熔渣的电流变特性(TiC=8wt％)

5．3．2含钛熔渣的电流变特性(TiC=4wt％)

5．3．3含钛熔渣的电流变特性(TiC=0wt％)

5．4本章小结

第6章含钛熔渣的Weissenberg效应

6．1引言

6．2实验方案

6．3实验结果及分析

6．4本章小结

第7章结论

参考文献

致谢