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微波干燥钛渣的动力学特性及其机理

中国冶金 2024年第2期34卷 142-148页

作者：林清华黄巍巍高磊陈晋陈菓云南大西洋焊接材料有限公司云南昆明650500 云南民族大学云南省高校绿色化学材料重点实验室云南昆明650500 昆明理工大学冶金与能源工程学院云南昆明650093

氯化法生产钛白粉的工艺是以钛渣为原料,主要包含氯化、氧化和后处理等工艺。钛渣中含有一定的水分,易与氯气发生反应,生成的HCl和HClO会腐蚀设备。氧化过程中急剧的温度变化会导致水蒸气聚集,进而引起产品严重团聚,增大生产成本并降低... 详细信息

氯化法生产钛白粉的工艺是以钛渣为原料,主要包含氯化、氧化和后处理等工艺。钛渣中含有一定的水分,易与氯气发生反应,生成的HCl和HClO会腐蚀设备。氧化过程中急剧的温度变化会导致水蒸气聚集,进而引起产品严重团聚,增大生产成本并降低产品性能。常用的烘箱干燥法、冷冻干燥法和喷雾干燥法已经难以满足现如今工业化生产中节约时间、节省成本的要求。微波干燥有着独特的传热机理,它的选择性加热会将热量直接传递给物料中的水分,从而迅速提高水分的温度使其快速挥发。利用微波选择性加热干燥钛渣的优点,讨论了初始水含量、初始质量以及微波功率对干燥过程的影响规律。钛渣质量为50 g、水含量(质量分数)为2%,在微波功率550 W的条件下,有效扩散系数为1.24431×10^(-7)m^(2)/s。研究结果表明,上述因素与有效扩散系数呈正相关,结合微观图像分析获得了钛渣微波深度干燥过程中的热质迁移机理,微波干燥能使钛渣快速释放内部水分,实现钛渣的深度干燥。本研究为微波干燥的工业化施行提供了一定的理论基础。

关键词：钛渣微波干燥初始水含量初始质量微波功率有效扩散系数热质迁移机理

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中空电极钛渣电弧炉内电弧特性的模拟

钢铁钒钛 2024年第2期45卷 28-34页

作者：刘泉管小平肖军杨宁中国科学院过程工程研究所北京100190 中国科学院大学北京100049 攀钢集团研究院有限公司四川成都610031

钛渣电弧炉内电弧特性对炉料融化以及还原过程具有重要影响。采用流体力学耦合电磁场的方法,建立了钛渣电弧炉内电弧区域的数学模型,对电弧区内的多物理场进行了模拟,研究了中空电极对电弧区域内的流场、温度场及电磁场的影响,并对比分... 详细信息

钛渣电弧炉内电弧特性对炉料融化以及还原过程具有重要影响。采用流体力学耦合电磁场的方法,建立了钛渣电弧炉内电弧区域的数学模型,对电弧区内的多物理场进行了模拟,研究了中空电极对电弧区域内的流场、温度场及电磁场的影响,并对比分析了实心电极与中空电极的差异。结果表明,与实心电极相比,中空电极的温度场仍呈“钟罩型”分布,但由于洛伦兹力和压力导致中空区域附近出现较大的负速度,阻碍了中空电极处的进料。进一步研究发现,中空电极内径的大小会影响电弧区域电流密度分布,继而决定了洛伦兹力和压力的分布特征,揭示了中空电极对电弧特性的影响机制。

关键词：钛渣电弧炉中空电极电弧特性数值模拟

中空、实心电极电炉熔炼钛渣过程中电弧特性的对比研究

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钢铁钒钛 2024年第1期45卷 19-27页

作者：李孟臻李宝宽于洋肖军东北大学冶金学院辽宁沈阳110819 攀钢集团研究院有限公司钒钛资源综合利用国家重点实验室四川攀枝花617000

为了深入探究中空电极技术在钛渣电炉冶炼工艺中的优势所在,以25.5 MW钛渣电炉实际电极尺寸为基础,分别建立了中空和实心电极电弧的数学模型,模拟得到中空、实心电极电弧的电磁场、温度场和流场分布特性,研究了电流大小和电弧长度对熔... 详细信息

为了深入探究中空电极技术在钛渣电炉冶炼工艺中的优势所在,以25.5 MW钛渣电炉实际电极尺寸为基础,分别建立了中空和实心电极电弧的数学模型,模拟得到中空、实心电极电弧的电磁场、温度场和流场分布特性,研究了电流大小和电弧长度对熔池表面温度分布的影响规律。结果表明,电弧内电流密度、焦耳热值、速度和温度的较大值位于阴极斑点附近,中空电极是内外径中心线下方区域,实心电极是中心轴线附近区域。采用中空电极时,周围的电弧会向中轴线汇聚,该现象有利于提高电弧加热物料的效率。当电流值由34 kA增大到54 kA,两种情形下的熔池表面平均温度分别提升了708 K和109 K。当电弧长度由0.3 m缩短到0.1 m,两种情形下的熔池表面平均温度分别提升了2 500 K和46 K。相比于实心电极,中空电极更适合采用大电流和短弧长的运行方式,且合理控制弧长对提高中空电极电弧加热效率的效果更显著。

关键词：钛渣电炉冶炼中空电极电弧特性数值模拟电流大小电弧长度

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钛渣电弧炉中的多物理场和还原反应模型

东北大学学报（自然科学版） 2022年第2期43卷 206-213页

作者：李宝宽欧海彬于洋李孟臻东北大学冶金学院辽宁沈阳110819

针对电弧炉操作参数的选取与控制,建立了一个物料、钛渣、铁水三相传输与反应过程的三维多物理场模型.基于有限体积法,求解模型方程,结果表明:焦耳热、温度场和电压压降都主要集中在熔池表面接近电极的区域,表现出多物理场的强耦合性和... 详细信息

针对电弧炉操作参数的选取与控制,建立了一个物料、钛渣、铁水三相传输与反应过程的三维多物理场模型.基于有限体积法,求解模型方程,结果表明:焦耳热、温度场和电压压降都主要集中在熔池表面接近电极的区域,表现出多物理场的强耦合性和不均匀性;熔池沿横向的扩张随着时间的推移而明显减缓,直至稳定在炉壁附近,形成挂渣层;料层内钛精矿和焦炭的质量分数影响还原反应发生的位置,使之不断向炉膛入料口移动;电炉入料量与反应速率拥有相似的变化趋势,当炉况趋于稳定时,钛渣生成速率为2.4 kg·s^(-1),铁水生成速率为1.5 kg·s^(-1),主料口、副料口和炉心料口的质量流量之比为20∶22∶9.

关键词：电弧炉钛渣数值模拟多相反应 VOF模型动网格

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冷却方式对钛渣中钙溶出行为的影响

中国有色金属学报 2023年第7期33卷 2247-2256页

作者：和奔流邱冠周中南大学资源加工与生物工程学院长沙410083 龙佰集团股份有限公司焦作454000

以攀西地区钛铁矿电炉冶炼法制备的钛渣为对象,结合CaO-MgO-SiO2三元相图,采用X射线荧光光谱仪、X射线衍射仪和扫描电镜研究不同冷却方式对钛渣的矿物组成、显微结构、元素分布规律的影响。结果表明:采用空气缓慢冷却时,钛渣中MgO与TiO_... 详细信息

以攀西地区钛铁矿电炉冶炼法制备的钛渣为对象,结合CaO-MgO-SiO2三元相图,采用X射线荧光光谱仪、X射线衍射仪和扫描电镜研究不同冷却方式对钛渣的矿物组成、显微结构、元素分布规律的影响。结果表明:采用空气缓慢冷却时,钛渣中MgO与TiO_(2)形成黑钛石,其他杂质元素主要形成透辉石(CaMgSi_(2)O_(6))和镁方柱石(Ca_(2)MgSi_(2)O_(7))。而采用水淬冷却时,颗粒整体分散度较均匀,钛渣中硅主要以二硅酸钙(CaSi_(2)O_(5))形态和玻璃质相互包融成一种复合体形态,与黑钛石相互嵌合分布。水淬冷却钛渣在酸浸过程中脱钙效果明显改善,经碱性脱硅后可获得脱钙率为94.26%、CaO、SiO_(2)和TiO_(2)成分含量分别为0.12%、0.49%、90.1%的富钛料。

关键词：钛渣富钛料水淬浸出脱钙

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硫酸铵焙烧法提钛渣碱浸提硅反应动力学

矿产综合利用 2022年第1期43卷 142-145,199页

作者：隋丽丽马明阳翟玉春张俊张大军沈阳医学院药学院辽宁沈阳110034 沈阳市第120中学辽宁沈阳110031 东北大学冶金学院辽宁沈阳110819

硫酸铵焙烧钛渣提钛后的滤渣中含有大量的硅,本文分析了碱浸提钛渣提硅的动力学反应过程,结果表明:该碱浸过程受克-金-布产物层固膜扩散控制,根据阿罗尼乌斯方程得到反应的表观活化能为28.91 kJ/mol,确定动力学方程式为:1+2(1-x)-3(1-x)... 详细信息

硫酸铵焙烧钛渣提钛后的滤渣中含有大量的硅,本文分析了碱浸提钛渣提硅的动力学反应过程,结果表明:该碱浸过程受克-金-布产物层固膜扩散控制,根据阿罗尼乌斯方程得到反应的表观活化能为28.91 kJ/mol,确定动力学方程式为:1+2(1-x)-3(1-x)^(2/3)=4.8554exp[-28910/(RT)]•t。

关键词：硫酸铵钛渣二氧化硅碱浸动力学

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钛渣酸解率降低原因及对策分析

轻金属 2023年第3期 40-43页

作者：肖军李凯茂王海波攀钢集团研究院有限公司钒钛资源综合利用国家重点实验室四川攀枝花617000

针对某钛渣厂生产的钛渣酸解率降低问题,开展钛渣主要化学成分、矿相结构、还原程度、生产工艺等多方面综合分析。结果表明:钛渣成分、金红石含量、晶粒尺寸等与本次钛渣酸解率降低没有直接关系;钛铁矿相、硅酸盐相及黑钛石相相互夹杂... 详细信息

针对某钛渣厂生产的钛渣酸解率降低问题,开展钛渣主要化学成分、矿相结构、还原程度、生产工艺等多方面综合分析。结果表明:钛渣成分、金红石含量、晶粒尺寸等与本次钛渣酸解率降低没有直接关系;钛铁矿相、硅酸盐相及黑钛石相相互夹杂比例增加是该批次钛渣酸解率降低的主要原因。通过优化捣炉时机、强化冶炼过程控制、延长精炼及冷却时间等措施,钛渣现场应用时,酸解率均值由86.2%提升至93%以上,提升效果明显。

关键词：钛渣酸解率冶炼

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焦炭粒度对钛渣冶炼影响研究

钢铁钒钛 2023年第3期44卷 39-44页

作者：李凯茂肖军马勇宋兵邱淑兴攀钢集团研究院有限公司钒钛资源综合利用国家重点实验室四川攀枝花617000 攀钢集团钛业有限责任公司四川攀枝花617000 重庆大学材料科学与工程学院重庆400044

根据颗粒在流体中自由沉降运动特点,通过理论计算得到连续加料冶炼钛渣条件下被带出焦炭颗粒粒径最大值为0.06 mm。结合工业上应用情况,得到试验用焦炭粒度范围2~8 mm。基于此,考察了焦炭粒度对钛渣冶炼的影响,结果表明,在功率不变条件... 详细信息

根据颗粒在流体中自由沉降运动特点,通过理论计算得到连续加料冶炼钛渣条件下被带出焦炭颗粒粒径最大值为0.06 mm。结合工业上应用情况,得到试验用焦炭粒度范围2~8 mm。基于此,考察了焦炭粒度对钛渣冶炼的影响,结果表明,在功率不变条件下,焦炭粒度偏大、反应相对滞后引起冶炼过程烟气温度、CO浓度波动大,冶炼初期存在电极位置快速上升等问题,导致吨渣焦耗、百吨料耗时、吨渣电耗比基准期分别多24 kg、0.18 h、52.07 kWh;相较而言,功率由17.67 MW/h提升至18.14 MW/h(提升0.47 MW/h)时,热力学和动力学条件得到改善,促进焦炭充分反应,消除炉内残碳量,使冶炼更加稳定,同时吨渣焦耗、吨渣电耗比“未提升功率的试验期”分别降低了26 kg、128.12 kWh;焦炭粒度分布变窄且均匀,有利于钛渣冶炼过程和质量稳定控制,而功率提升可有效降低焦炭粒度相对偏大对钛渣冶炼的不利影响。

关键词：钛渣冶炼焦炭粒度下限电耗

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氟铵体系钛渣浸出行为研究

氟铵体系钛渣浸出行为研究

作者：唐舒扬中南大学

学位级别：硕士

氟化法制备钛白粉具有试剂易循环的优势,有望替代环境污染严重的硫酸法钛白粉生产工艺,成为一种清洁的钛白粉生产新方法。该方法浸出过程决定了钛回收率及钛白产品质量,查明浸出过程钛及杂质元素溶出行为,对于推动氟化法钛白粉制备新方... 详细信息

氟化法制备钛白粉具有试剂易循环的优势,有望替代环境污染严重的硫酸法钛白粉生产工艺,成为一种清洁的钛白粉生产新方法。该方法浸出过程决定了钛回收率及钛白产品质量,查明浸出过程钛及杂质元素溶出行为,对于推动氟化法钛白粉制备新方法的工程化应用具有重要意义。论文以钛渣为对象,开展了氟化浸出反应历程和微观演变行为研究,获得以下主要结论:(1)含钛矿物及主要脉石矿物在浸出过程中,氟铵体系中的H先将钛及杂质元素溶出,再与氟铵体系其他离子结合形成相应的化合物。金红石浸出反应对H浓度要求最高,需在铵氟比为0即氢氟酸体系下才能发生反应。铁板钛矿、镁板钛矿、铝板钛矿、五氧化三钛及钛铁矿等含钛矿物对H浓度要求低于金红石,铵氟比小于1即可发生反应,硅酸钙在任意铵氟比均能发生反应。除钙、镁离子生成Ca F和Mg F沉淀外,钛及其他组分离子,随铵氟比升高分别生成相应的氟(氧)钛酸铵和氟铵盐类配合物,其中氟(氧)钛酸铵和氟硅酸铵的饱和溶解度明显高于其他组分离子氟铵盐类配合物。(2)钛渣浸出过程中被H溶出的钛离子生成(NH)Ti F进入溶液,钙、镁离子会单独形成Ca F、Mg F沉淀,部分铝离子与钙镁离子相互作用形成Ca MgAlF、NHMg Al F沉淀,其余部分铝离子和铁离子形成相应的(NH)Al F、(NH)Fe F沉淀。随着浸出体系铵氟比升高,钛渣的反应性下降,而钛及杂质元素溶出的选择性增强。当氟铵体系铵氟比为0及0.2时,反应过程会形成相对致密的产物沉积层,而铵氟比为0.5时反应过程形成的产物沉积层结构疏松。(3)以钛渣为氟化法制备钛白粉原料时,为实现Ti元素高效溶出,同时杂质元素大部分沉淀,并防止反应过程形成致密产物层阻碍浸出反应进行,推荐实际体系的铵氟比控制为0.5。图105幅,表12个,参考文献90篇

关键词：氟铵体系钛渣浸出行为配位化学反应