电磁悬浮精炼金属熔滴热力学分析及试验研究

来源 :昆明理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:newrevon
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电磁悬浮精炼技术应用在火法冶金中,其优势主要体现于金属材料可悬浮空中,能够有效地避免高温熔炼金属时坩埚带来的污染源,同时又能够为冶炼过程提供良好的热力学及动力学条件。本研究以硅铁合金及冶金级硅为研究对象,通过其杂质脱除过程进行热力学及试验研究,旨探讨金属电磁悬浮过程中除杂原理,并为电磁悬浮熔炼技术提供理论参考。本研究采用热力学计算、理论分析并结合相关实验的方法,对电磁悬浮精炼硅铁合金及冶金级硅脱磷过程进行探索。主要研究结果见下:(1)在纯Ar气氛条件下通过电磁悬浮精炼Si-Fe-P三元金属熔滴热力学分析计算表明:精炼温度为1723K-2123K时,硅铁合金及冶金级硅中Si-Fe-P三元系在温度区间内活度发生相应变化。Si的活度会呈现递增的趋势随后趋于平稳,Fe与P的活度与温度呈正相关,并保持递增的趋势。(2)在Ar-H2混合气氛条件下电磁悬浮精炼Si-Fe-P三元金属熔滴热力学分析计算表明:在通入不同组分的Ar-H2混合气氛时,精炼硅铁合金及冶金级硅过程中存在磷与氢气反应的吉布斯自由能及焓值发生相应变化。金属熔体中的磷的挥发是以P2、P两种形式挥发。H2通入后会与杂质P反应生成磷氢化合物该过程是放热反应,在高温1723K-2123k时熔滴表面生成的磷氢化合物以PH、PH2,PH3形式存在。氢气是具有较好导热性能的气体。随着不断通入H2,温度降低到1723K以下时PH、PH2会转变为PH3,最终以PH3的形式达到脱磷的效果。(3)通过探索电磁悬浮精炼试验过程中温度及气氛条件,表明不同气氛流量及气氛种类均会对硅铁合金及冶金硅脱磷过程产生影响,其中通过50%Ar-50%H2、100%H2与100%Ar对比试验结果表明,一定范围内加大气氛流量有利于杂质磷脱除,且硅铁合金及冶金级硅脱磷效果随着H2含量增加而显著提高。悬浮精炼温度为1823K时,当通入气氛为100%H2,气体流量为1.5L/min时,硅铁合金脱磷率为89.9%,冶金级硅脱磷率为90.3%。
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