氮在Ca-SiO_2-Al_2O_3渣中的热力学研究

本文借助于光学碱度概念,对CaO-SiO_2-Al_2O_3熔渣中氮的稳定性进行了研究。结果表明,气相中氮不是与渣中自由氧离子作用,而是与网络结构作用而进入熔渣。根据氮与网络结构SiO_2或Al_2O_3之间的反应。提出了熔渣氮容量的新定义。根据渣中氮的行为,结合一系列的试验结果,得到了1823 K时CaO-SiO_2-Al_2O_3渣的氮容量计算公式IgC_N=-11.721gA-14.26和三元渣系的等氮容量曲线。     

CaO-SiO2-Al2O3-TiO2熔渣脱氮行为研究

通过FactSage热力学软件计算,探究了1 600℃下CaO-SiO_2-Al_2O_3-TiO_2渣系熔渣成分对熔渣脱氮能力的影响规律。结果表明,各个成分的脱氮能力可表示为TiO_2 SiO_2 Al_2O_3CaO,在相同的氮容量条件下,熔渣需要的碱度随TiO_2含量的增加而增加;分析了w(TiO_2)=0,25%,50%时,脱氮能力相对较好的渣系,依据不同钢种对熔渣碱度的要求,可相应地调整CaO-SiO_2-Al_2O_3-TiO_2渣中TiO_2含量,从而优化熔渣脱氮效果。并通过与实际数据对比,证明利用FactSage软件来预测不同成分熔渣的氮容量变化趋势是可靠的。     

CaO—SiO2—Al2O3熔渣脱氮的理论探讨

本文借助于一些试验数据和有关的热力学数据,对CaO-SiO_2-Al_2O_3熔渣脱氮进行理论探讨。结果表明,熔渣脱氮的适宜热力学条件为合适的熔渣组成,钢中较低的a_o和适当低的温度,适宜的熔渣组成为％CaO=35-45,％SiO_2=50-60,％Al_2O_3=0-10。     

含CaCl_2渣在精炼温度下的同时脱磷和脱硫

通过试验,考察了CaO-Al_2O_3-CaCl_2渣在1550℃下的脱磷、脱硫作用,并与CaO-Al_2O_3CaF_2渣的脱磷、脱硫效果进行了比较。同时,还讨论了含CaCl_2熔渣的稳定性。结论如下:只要配比合适,在精炼温度下,含CaCl_2渣具有同时脱磷、脱硫的作用,而且脱磷效果明显优于含CaF_2渣,这很可能与含CaCl_2渣中生成稳定的Ca_5(PO_4)_3Cl有关;增大CaO/Al_2O_3比值,减少CaCl_2的加入量,均有利于提高含CaCl_2熔渣的稳定性。     

不锈钢连铸保护渣中B_2O_3作用机理的探讨

本文研究B_2O_3对保护渣的熔点、粘度和结构的影响,结果表明,B_2O_3可抑止熔渣中高熔结晶的析出,增强保护渣吸收Cr_2O_3和TiO_2的能力。确定了B_2O_3在保护渣中的最佳含量。     

Al_2O_3-CaO-CaF_2渣系性能的研究

对Al_2O_3-CaO-CaF_2渣系的初晶温度、电导率以及物相组成进行了研究。研究结果表明:向CaO-Al_2O_3二元系中分别添加10%、15%以及20%的CaF_2时,Al_2O_3-CaO-CaF_2系的渣样电导率随着CaF_2含量的增加而增大,初晶温度不断降低;随着渣系的温度升高,该渣样的电导率也不断增大,当添加20%CaF_2时,Al_2O_3-CaO-CaF_2渣的初晶温度为1 468℃。A_2O_3-CaO-CaF_2渣系中主要物相组成为CaAl_2O_4、Ca_2Al_3O_6F、Ca_2AlF_7以及AlF_3。CaF_2添加量为10%时,熔渣中有大量的CaAl_2O_4物质,随着CaF_2添加量的增加,CaAl_2O_4物质越来越少,而Ca_2Al_3O_6F和Ca_2AlF_7物质越来越多。     

CaO-Al_2O_3基连铸保护渣对Al_2O_3溶解行为的研究

采用旋转柱体法,研究了高铝高锰钢连铸过程中CaO-Al_2O_3-B_2O_3渣系对Al_2O_3的溶解行为,考察了Al_2O_3棒直径、温度和保护渣成分对Al_2O_3溶解行为的影响。结果表明,在一定时间内,1 300℃下,同种保护渣中Al_2O_3的溶解量随Al_2O_3直径的增大而增加;在一定直径和保护渣成分情况下,Al_2O_3的溶解量随温度的升高而增加;在一定直径和温度(1 300℃)下,2#渣中Al_2O_3的溶解量最大;Al_2O_3的溶解速率在熔渣液渣面处最大。此外,在保护渣吸收Al_2O_3能力及吸收后性能稳定性方面,2#渣优于其他三种保护渣。     

电渣重熔过程中熔渣成分变化的研究

在电渣重熔过程中,熔渣的成分经常会随时间推移发生变化,熔渣成分的变化会影响电渣重熔锭元素分布的均匀性,甚至影响电渣重熔工艺的顺行.本文从含氟渣系的挥发和渣壳形成两个方面出发,论述影响电渣重熔过程中熔渣成分变化的因素以及熔渣成分变化对电渣重熔锭中Al、Ti元素烧损的影响.结果表明:CaO会降低熔渣的失重率,SiO_2和Al_2O_3会提高熔渣的失重率;渣壳的非平衡凝固引起的组分偏析,会使高熔点相Ca_4Al_6F_2O_(12)(3CaO·3Al_2O_3·CaF_2)和Ca_(12)Al_(14)F_2O_(32)(11CaO·7Al_2O_3·CaF_2)析出,致使熔渣的成分发生变化.此外,在电渣重熔Inconel 718高温合金过程中,通过理论计算,得出渣系中加入6%～10%的TiO_2能够抑制熔渣成分变化,并降低合金中Al和Ti的烧损.     

高稀土氧化物熔渣体系黏度的实验研究

钕铁硼永磁材料、AB_5型储氢合金、镍氢电池电极材料等稀土废料采用H_2选择性还原-渣金熔分处理后,废料中的稀土元素在熔分渣中得到了有效地富集。为了保证渣金熔分过程的顺利进行,采用旋转柱体法对熔渣体系的黏度进行了研究,以确定该熔渣体系的组元配比,同时使该熔渣具有高的稀土氧化物含量、适宜的熔化性温度和黏度。研究结果表明,当RE_2O_3含量为55%～60%时,对于RE_2O_3-SiO_2-Al_2O_3-FeO-B_2O_3熔渣体系,熔化性温度随RE_2O_3含量的降低、FeO含量的增加而降低,而RE_2O_3-SiO_2-Al_2O_3-MnO熔渣体系,熔化性温度随RE_2O_3含量的降低而降低。60%(Pr, Nd)O_x-19.3%SiO_2-9.7%Al_2O_3-7%FeO-4%B_2O_3和55%(La, Ce)O_x-25.3%SiO_2-12.7%Al_2O_3-7%MnO熔渣体系,具有稀土氧化物含量高(适中)、熔化性温度和黏度适宜,是最优的熔渣配比,可分别作为从钕铁硼永磁材料废料和AB_5型储氢合金废料、镍氢电池电极材料废料中提取稀土的基础渣系。     

Al_2O_3和MgO对含铬渣黏度及结构影响的研究

为使铬铁冶炼过程中的渣系具有良好流动性同时让渣金分离顺利进行,研究Al_2O_3和MgO对含铬渣黏度的影响具有重要的理论价值。应用拉曼光谱法从微观结构方面研究了Al_2O_3和MgO对CaO-SiO2-MgO-Al_2O_3-Cr_2O_3渣系黏度的影响。结果表明:在牛顿流体状态下,含铬渣的黏度随着渣中Cr_2O_3及Al_2O_3含量的增加而增大,随着MgO含量的增加而降低。结合拉曼光谱的分析结果,随着Al_2O_3含量的增加,高聚合度单元Q_(Si)~2和Q_(Si)~3的含量随之增大,而低聚合度单元Q_(Si)~1和Q0Si的含量随之降低,渣系中每个参与形成网络结构的硅原子所含非桥氧数量(NBO/Si)降低,因此熔渣聚合度增大。而随着MgO含量的增加,熔渣结构发生高聚合度单元Q_(Si)~3向低聚合度单元Q_(Si)~1和Q0Si的转变,NBO/Si值增大,渣系黏度变化与熔渣聚合度变化趋势保持一致。因此,通过分析渣系组元含量变化对渣系聚合度的影响可直观体现黏度变化趋势。     

高温下CaO—SiO2—FeO—MgO饱和—X渣系的泡沫性能

测量CaO-SiO2-FeO-Al2O3和CaO-SiO2-FeO-Al2O3MgO饱和－X（X＝Al2O3,MnO,P2O5和CaF2）渣系的泡沫性能是为了了解其泡沫特性,CaO-SiO2-FeO-10Al2O3渣（C／S＝0．93和1．2）渣系的泡沫化率随着FeO含量增加而减少,直到达20％为止。当FeO含量在20－40％时泡沫化率几乎恒定。熔渣粘度被认为是影响泡沫性能的主要因素,把Al2O3加入到硅酸盐熔渣中,因溶渣粘度增加,会造成泡沫化率增加;这可以用硅酸铝熔渣中Al2O3结构作用加以解释。在饱和MgO和Al2O3值渣系中,FeO相当于酸性氧化物,因为熔渣比饱和MgO和无Al2O3渣碱性更强。而这里FeO因为Al2O3提高了MgO在渣中溶解度而充当碱性氧化物。在饱和中加入MgO会减少泡沫化率,只是因为减少了熔渣粘度。但是,在熔渣中加入CaF2和P2O5会造成熔渣泡沫性能复杂;这可能是因为Marangoni效应。可以从如下的因次分析获得泡沫化率和熔渣的物理特性间的关系。∑＝214μ／√ρσ（关于CaO基渣系）∑＝999μ/√ρσ（关于饱和渣系MgO）泡沫高度可以认为是熔融铁脱碳率的函数,在电炉工艺中熔渣的泡沫作用可以作为脱碳率的函数加以讨论。     

钢包渣中V2O5和稀土氧化物在常压下对钢液脱氮的影响

为了研究熔渣中V2O5和RexOy对钢液氮含量的影响,选用CaO—SiO2-Al2O3系碱性渣作为基础渣系。通过对试验结果分析可知,熔渣中加入V2O5后,对钢液脱氮起了一定的作用,但效果不明显;渣中加入RexOy后,对钢液脱氮的影响不太明显,但是,它能够较好保护钢液,阻止钢液吸氮。     

固体CaO在3CaO·P_2O_5-2CaO·SiO_2饱和熔渣中的溶解及反应机理

为了深入了解非均相脱磷剂中固体CaO在3CaO·P_2O_5-2CaO·SiO_2(C_2S-C_3P)饱和熔渣中的溶解及反应机理,采用静态浸入法和旋转圆柱法研究固体CaO在C_2S-C_3P饱和CaO-SiO_2-Fe_tO-P_2O_5(10%)渣中的溶解行为,运用FESEM/BSED-EDS对固体CaO和熔渣界面进行了观察,分析了固体CaO与C_2S-C_3P饱和熔渣间的反应机理。结果表明,加强对熔池的搅拌,能够加快固体CaO在熔渣中的侵蚀速度和溶解速度;发现了固体CaO在饱和熔渣中的溶解数量受熔渣中FeO通过边界层向固体内部渗透深度的影响,FeO渗透深度越深,溶解越多;固体CaO先与熔渣中的硅和磷反应生成磷含量低的C_2S-C_3P固溶体,待一段时间后,最终生成磷含量高的Ca_5(PO_4)_2SiO_4。     

添加剂CaO、Al_2O_3和Cu_2O对铜渣黏度的影响

调控铜渣黏度是提高铜渣贫化效果、促进渣-铜分离的关键因素,本文通过采用高温黏度计测定铜熔渣的黏度,研究了添加剂CaO、Al_2O_3和Cu_2O在不同温度下对铜渣黏度的影响规律。研究结果表明:在相同温度条件下,铜渣的黏度随CaO含量的增加先降低后升高,当CaO含量增加到6%时,铜渣的黏度降至最低,当CaO含量达到7%时,CaO与渣中物质生成难熔化合物,导致渣黏度升高;在渣贫化过程中,Al_2O_3被认为是一种酸性物质,加入Al_2O_3可形成高熔点化合物并提高铜渣的液相温度,从而导致铜渣黏度的增加;在渣贫化过程中,Cu_2O与渣中的Fe~(2+)离子反应生成Fe_3O_4,使铜渣黏度增加;随着添加剂Al_2O_3和Cu_2O含量的增加,改变了铜渣物相组成,提高铜渣的黏度流变表观活化能。     

Al2O3对CaO—“FeO”—SiO2—CaF2熔渣粘度的影响

在1714K－1757K温度范围内利用旋转圆柱法测试了CaO-“FeO”-SiO2-CaF2渣系粘度随着不同的Al2O3添加量的变化。第一步试验是对添加少量Al2O3达到平衡条件下进行的粘度测试。为了比较该结果采用一种工业用结晶器保护渣进行了类似的试验。对于这两种情况，发现在所有实验温度下粘度均随着Al2O3添加量的增加而增加，且增加的粘度与添加的Al2O3呈线性关系。对于工业用结晶器保护渣，添加2－6％Al2O3甚至会导致粘度大幅增加。采用上述系列熔渣在动态模型中也进行了等温试验。这里，熔渣粘度的变化用来监测连续不断地溶解在渣中的一种Al2O3圆盘与时间的函数关系。这样设计试验是为了溶解铝主要沿着垂直方向进行，按照试验后熔渣外形和粘度变化的速率讨论了Al2O3溶解的速率。Al2O3圆盘试验显示了渣的组分在固态Al2O3中的扩散及Al2O3的溶解是由熔渣中的固体物溶解产生的。     

CaO—SiO2—Na2O—CaF2—Al2O3—MgO保护渣系的Al2O3吸收速率和粘度

采用CaO-SiO2-Na2O-CaF2-Al2O3-MgO渣系,通过测定熔渣的粘度和Al2O3吸收速率,研究连铸保护渣的Al2O3吸收速率与粘度及化学成分之间的关系。在一定条件下,当CaO/SiO2为1.2左右时,粘度达到最小值,Al2O3吸收速率达到最大值,分别为0.10?Pa*s、8.403×10-4?kg*m-2*s-1。随着渣中Na2CO3含量、CaF2含量和MgO含量的增加,粘度减小,Al2O3吸收速率增大。随着渣中Al2O3含量的增加,粘度增大,Al2O3吸收速率减小。粘度为Al2O3吸收速率的主要控制因素。随着熔渣粘度的增加,连铸保护渣的Al2O3吸收速率逐渐减小。     

CaO-SiO_2-FeO-P_2O_5-Al_2O_3脱磷渣系中组元活度的计算

2CaO·SiO_2-3CaO·P_2O_5含磷固溶体的生成可提高转炉液相渣的脱磷能力,减少渣量.但目前CaO-SiO_2-FeO-P_2O_5-Al_2O_3渣系中各组元活度的变化规律尚不明确,无法为分析含磷固溶体的形成机理提供理论依据.为此,本文依据分子离子共存理论建立了熔渣组元的活度模型,分析了不同条件下组元活度的变化规律.结果表明:随渣中Al_2O_3含量的增加,2CaO·SiO_2、3CaO·P_2O_5、3FeO·P_2O_5的活度逐渐降低;随着碱度的增大,3CaO·P_2O_5的活度升高,2CaO·SiO_2、3FeO·P_2O_5的活度则呈先升高后降低的趋势;随着渣中FeO含量的增加,2CaO·SiO_2、3FeO·P_2O_5及CaO·Al_2O_3的活度逐渐增大,并在w(FeO)为15%时达到最大值,之后逐渐降低;升高温度会导致CaO、3CaO·SiO_2的活度增大,2CaO·SiO_2的活度降低.     

熔渣下钢液真空吹气脱氮动力学模型

在多功能真空感应炉中进行熔渣下钢液真空吹气脱氮的实验研究基础上，根据氮在钢－渣和渣－气间的化学反应及传质边界层理论，建立了脱氮动力学模型，给出了钢液脱氮的理论计算公式，理论计算的脱氮率与ＬＦＶ炉生产实际脱氮率结果基本相同。     

不锈钢BaO-BaF_2渣系脱磷的试验研究

本文利用BaO-BaF_2-Cr_2O_3渣系对不锈钢在1853～1893K精炼温度下进行了实验室脱磷试验,其平均脱磷率为23％。试验表明,在X(BaO)/X(BaF_2)为60/40、熔渣中Cr_2O_3为5～7％、温度为1853K、钢液初始铬硅低的条件下,对不锈钢可取得较好的脱磷效果。     

CaF2渣系与成分变化的试验研究

 采用CaF2—CaO—Al2O3—SiO2—MgO渣系,通过测定渣池的失重量,建立二次回归正交设计模型,借此研究了含氟化钙熔渣的失重率与CaF2含量的关系以及渣系中其它氧化物对渣池失重的影响。研究发现：渣系中氧化物与氟化物反应造成了熔渣的失重,而且在相同的实验条件下,干燥的SiO2、Al2O3和MgO均可提高氟化钙渣系的失重率,但随着CaO含量的增加,熔渣的失重率降低。另外,渣池温度、氧化物组元在熔渣中的活度对渣系的失重都有影响。