电解金属碎锰电渣重熔脱硫的基础研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51804227
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0410.冶金物理化学与冶金原理
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Electrolytic manganese metal scrap would be created during manganese electrolytic process. Since the manganese metal scrap has a higher sulfur content, it cannot be used in the industrial production without further treatment. As a result, China, as the world’s largest producer of the electrolytic manganese, suffers billions of dollars in losses every year. In order to improve the value of the manganese metal scrap, electroslag remelting technology with a water-cooled non-consumable electrode has been employed to reduce the sulfur content in the manganese metal scrap. In the present work, we would focus on the thermodynamics and kinetics of the desulfurization of the manganese metal scrap under the action of an alternative electromagnetic field, and the evolution rule of the slag-manganese sulfur partition ratio, and finally try to reveal the transport behavior of the sulfur between the molten slag and the molten manganese. We first plan to measure the activity of the sulfur and oxygen in the molten manganese based on 60% CaF2 - (40-x)% Al2O3 - x% CaO (mass%) slag system. The computational models of the sulfur capacity and the slag-manganese sulfur partition ratio are then developed. The influences of the compositions of the slag, content of MnO, and oxygen partial pressure in the atmosphere would also be explored. According to above researches, the desulfurization performance induced by the molten slag and the gas would be revealed, and the quantitative relation between the addition amount of the aluminum and the slag-manganese sulfur partition ratio could also be found. Besides, in order to establish the three-comprehensive comprehensive mathematical model of desulfurization of the manganese metal scrap in the electroslag remelting process, a visual physical model experiment would be used to study the formation, grow up, oscillation and falling of the manganese droplet. The variation of the sulfur content distribution in the slag and the manganese then can be predicted by using this model. The present work would afford a theoretical foundation for the electroslag remelting process of the electrolytic manganese metal scrap, which is desired to yield a refined manganese with low-sulfur and low-carbon, and the production of the high-purity manganese.
电解金属锰过程中产生部分含硫量高的碎锰,无法直接用于工业生产,作为世界上产量最大的电解锰生产国,中国因此每年损失上亿元。为提高碎锰利用价值,本项目拟采用水冷非自耗电极电渣重熔对碎锰进行脱硫,通过对交变电磁场作用下锰液电渣脱硫反应的热力学和动力学研究,阐明碎锰电渣脱硫过程中渣锰间硫分配比的演变规律,揭示硫在渣锰两相间的迁移行为。基于60%CaF2-(40-x)%Al2O3-x%CaO(mass%)渣系,测定锰液中硫、氧活度,建立电渣硫容量、渣锰间硫分配比计算模型,探索渣系组分、MnO含量和气氛氧分压对渣锰间硫分配比的影响,揭示熔渣脱硫和气化脱硫规律,掌握加铝量与硫分配比之间的定量关系。利用可视化物理模拟实验观察交变电磁场作用下锰液滴的形成、长大、振荡及沉降,建立碎锰电渣重熔脱硫过程三维非稳态全耦合数学模型,预测硫在渣锰两相中浓度随时间的变化。研究将为精准控制碎锰电渣重熔过程奠定理论基础。

结项摘要

电解金属锰过程中产生部分含硫量高的碎锰,无法直接用于工业生产,作为世界上产量最大的电解锰生产国,中国因此每年损失上亿元。为提高碎锰利用价值,本项目建立了碎锰电渣脱硫热力学模型,探究了渣系组分、MnO含量和气氛氧分压对渣锰间硫分配比的影响,掌握了电渣熔渣脱硫和气化脱硫规律,获得了还原剂添加量与硫分配比之间的定量关系。基于碎锰电渣脱硫热力学模型,建立了碎锰电渣重熔脱硫过程三维非稳态全耦合数学模型,揭示了重熔过程中电磁场、焦耳热场、渣金两相流动、传热以及硫在渣锰两相中再分配的规律。利用建立好的数值模型,多因素综合优化水冷电极直径与结晶器内径之比、水冷电极冷却水流量、碎锰添加速率、重熔电流和渣厚等结构和操作参数,并进行了工业实验。研究结果表明,在空气气氛下,使用含Na2O电渣,搭配水冷铜电极电渣重熔电解金属碎锰,并添加镁钙合金时,可有效脱除金属锰中的硫元素,重熔电渣锭中的平均残余硫含量为0.0174%,对应的脱硫率为85.62%。炉渣中Na2O含量越高,渣的硫容量、CaO活度和Na2O活度的提高,其脱硫效果越好。Na2O含量高于10.44%时,Na2O促进脱硫主要通过提高渣的硫容量和Na2O活度,低于10.44%时是通过提高渣的硫容量和CaO活度。因此,炉渣中Na2O含量不应超过10%,以确保炉渣的高脱硫能力、流动性和低挥发性。含Na2O渣搭配镁钙合金脱氧剂可以在有效脱硫的同时,减少电渣锭的氧含量。终渣中11.73%的MnO证明,镁钙脱氧剂虽然可以还原部分MnO,但是空气气氛下,高温锰液依旧被其被严重氧化,提高了熔渣的氧化性,并加重了锰损失。因此在保护气氛下进行电渣重熔电解碎锰是更好的选择。随着电渣重熔过程的进行,锰熔池氧化加剧,熔渣池的MnO含量逐渐升高。在采用含Na2O渣电渣重熔电解碎锰时,电渣重熔进料前期,渣中MnO含量较低时,可以采用较小的电流,在脱硫的同时减少锰液的氧化,在电渣重熔后期,增大电流,以在熔渣中MnO含量较高时,提高渣/锰硫分配比,保证电渣锭整体较好的脱硫效果。

项目成果

期刊论文数量(11)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(6)
专利数量(4)
Cerium addition effect on modification of inclusions, primary carbides and microstructure refinement of H13 die steel
添加Ce对H13模具钢夹杂物、一次碳化物变质及显微组织细化的影响
  • DOI:
    10.2355/isijinternational.isijint-2020-739
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    ISIJ International
  • 影响因子:
    1.8
  • 作者:
    Xijie Wang;Guangqiang Li;Yu Liu;Fang Wang;Qiang Wang
  • 通讯作者:
    Qiang Wang
Investigation on Desulfurization of Rejected Electrolytic Manganese Metal Scrap: Experiment and Mathematical Modeling
废弃电解锰金属废料的脱硫研究:实验和数学模型
  • DOI:
    10.1007/s11663-021-02129-2
  • 发表时间:
    2021-03
  • 期刊:
    Metallurgical and Materials Transactions B
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Ru Lu;Guangqiang Li;Yunming Gao;Chengbin Shi;Qiang Wang
  • 通讯作者:
    Qiang Wang
电渣重熔精炼过程数值模拟研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    钢铁研究学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王强;王芳;贺铸;李光强;李宝宽
  • 通讯作者:
    李宝宽
CFD and Experimental Investigation of Desulfurization of Rejected Electrolytic Manganese Metal in Electroslag Remelting Process
电渣重熔废电解金属锰脱硫CFD及实验研究
  • DOI:
    10.1007/s11663-019-01766-y
  • 发表时间:
    2020-01
  • 期刊:
    Metallurgical and Materials Transactions B
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Qiang Wang;Ru Lu;Zhiyuan Chen;Guangqiang Li;Yongxiang Yang
  • 通讯作者:
    Yongxiang Yang
Study on sulfur transfer behavior during refining of rejected electrolytic manganese metal
废电解金属锰精炼过程中硫转移行为研究
  • DOI:
    10.3390/met9070751
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Metals
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Qiang Wang;Yu Liu;Fang Wang;Yulong Cao;Guangqiang Li
  • 通讯作者:
    Guangqiang Li

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其他文献

真空退火处理对冷喷涂铝基复合材料组织与性能的影响
  • DOI:
    10.13251/j.issn.0254-6051.2021.01.004
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    金属热处理
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王强;翟乐;牛文娟;张明星
  • 通讯作者:
    张明星
鹿衔草内生真菌Penicillium solitum次生代谢产物的分离鉴定与神经保护活性筛选
  • DOI:
    10.13344/j.microbiol.china.220035
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    梅佳辉;杨曦亮;方伟;杨素梅;任梦瑶;汪超;王强;邹瑜
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    邹瑜
武夷山洋坊霓辉石正长岩的锆石SHRIMP U-Pb年龄及其构造意义
武夷山羊坊黄石正龙岩SHRIMP U-Pb年代及其建造意义
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  • 发表时间:
    2003
  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    王强;赵振华;简平;熊小林;马金龙;包志伟
  • 通讯作者:
    包志伟
屏山县老君山自然保护区种子植物区系的研究
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
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  • 作者:
    陈薇薇;周颂东;皮军;王强;何兴金
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    何兴金
熊果酸对脂多糖诱导的 THP-1 细胞的作用及机制研究
  • DOI:
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  • 期刊:
    中国药科大学学报
  • 影响因子:
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  • 作者:
    崔伟曦;王强;陈虹;杨杰
  • 通讯作者:
    杨杰

其他文献

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王强的其他基金

定向凝固TiAl合金片层界面偏析诱发高密度纳米变形孪晶及其强韧化研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    24 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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