CaO-MgO-FeO-Al_2O_3-SiO_2-P_2O_5渣系与碳饱和铁液间硫分配比的热力学模型

在富氧顶吹熔融还原冶炼高磷铁矿的工艺研究中,以共存理论为基础,结合全选主元松弛迭代法,利用VB 6.0计算了CaO-MgO-FeO-Al2O3-SiO2-P2O5渣系中结构单元或离子对的质量作用浓度,并建立了该渣系与碳饱和铁液间硫分配比的热力学模型,由该模型计算的硫分配比与工艺中实测的硫分配比吻合程度较好,说明利用共存理论所建立的脱硫模型能适用在熔融还原高效脱磷熔渣。     

CaO-SiO_2-Al_2O_3-Na_2O-TiO_2渣铁水脱硫动力学

为了研究炉渣铁水脱硫速率,在实验室条件下进行了温度为1 673～1 773 K时CaO-SiO_2-Al_2O_3-Na_2O-TiO_2渣铁水脱硫的动力学试验。结果表明,随着温度的增加,脱硫速率加快,炉渣熔化效果更好。多数脱硫反应在约50 min后硫质量分数基本不变。通过建立铁水脱硫动力学的数学模型,计算脱硫过程中硫的传质系数和传质阻力。硫的传质系数范围为5.02×10-7～18.69×10-7m/s。温度为1 673～1 723 K时活化能为464.06 kJ/mol,温度为1 723～1 773 K时活化能为176.35 k J/mol。通过矿相解离分析仪(MLA)观察硫在渣铁界面附近的分布情况,结合MLA扫描图片,认为高温时硫在渣中的传质是脱硫过程的限制环节。     

高炉CaO-SiO2-Al2O3-MgO-TiO2渣与铁液间硫分配比的热力学模型

 炉渣离子与分子共存理论认为,CaO-SiO2-Al2O3-MgO-TiO2渣中结构单元或离子对的作用浓度能够像传统意义上的熔渣活度一样表征化学反应能力。通过建立1773K时高炉CaO-SiO2-Al2O3-MgO-TiO2渣中结构单元或离子对的作用浓度控制方程,运用Matlab进行求解,进而建立了该渣系计算渣铁间硫分配比的通用热力学模型。此外,该模型能够定量计算出CaO和MgO各自对渣铁间硫分配比的热力学贡献率。建立的模型的计算结果表明,当TiO2含量增加时渣铁间硫分配比及CaO的热力学贡献率逐渐降低,而MgO的贡献率逐渐上升。     

CaO-SiO_2-Na_2O-CaF_2-Al_2O_3-MgO保护渣系的Al_2O_3吸收速率和粘度

采用CaO -SiO2 -Na2 O -CaF2 -Al2 O3-MgO渣系 ,通过测定熔渣的粘度和Al2 O3吸收速率 ,研究连铸保护渣的Al2 O3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 ,Al2 O3吸收速率达到最大值 ,分别为 0 .1 0Pa·s、8.4 0 3× 1 0 - 4 kg·m- 2 ·s- 1 。随着渣中Na2 CO3含量、CaF2 含量和MgO含量的增加 ,粘度减小 ,Al2 O3吸收速率增大。随着渣中Al2 O3含量的增加 ,粘度增大 ,Al2 O3吸收速率减小。粘度为Al2 O3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Al2 O3吸收速率逐渐减小。     

CaO-SiO_2-Al_2O_3-V_2O_3四元系活度模型

根据熔渣结构的分子离子共存理论建立了CaO-SiO2-Al2O3-V2O3四元系活度模型。应用该模型计算出的活度数据,对用钒氧化物矿代替钒铁直接合金化冶炼高速钢的工艺过程进行了热力学计算和分析。用此活度数据计算了Al作还原剂时渣的平衡成分。计算结果表明,渣中V2O3的质量分数极低,直接合金化的热力学条件好,钒的理论最大还原率高。通过计算钢中或渣中的各种还原剂还原渣中V2O3的ΔG和LV,表明在炼钢工艺常用的所有还原剂中,Al的还原能力最强。     

CaO-SiO_2-Al_2O_3-TiO_2渣系活度计算模型的建立及应用

在钒钛磁铁矿高炉冶炼工艺中产生了大量的含钛高炉渣,然而由于缺少相对应的活度等热力学数据,导致了钛资源的回收利用不够充分。因此,依据分子离子共存理论,建立了CaO-SiO_2-Al_2O_3-TiO_2渣系活度计算模型并采用Matlab计算软件进行求解,通过活度计算值以及选择性析出和富集技术的方法,选择CaO·TiO_2相作为钛组分的富集相,通过调整成分或者温度等,使CaO·TiO_2相活度增大,同时将SiO_2和Al_2O_3等物质富集到非富钛相中,并最终实现钛组分的选择性分离。结合Factsage热力学软件计算了含钛渣系相图和不同温度下的液相区分布,分析了钙钛矿CaO·TiO_2相、硅酸二钙2CaO·SiO_2相和黄长石2CaO·Al_2O_3·SiO_2相等物相在1600℃下的等活度图。结果表明,在典型钛渣成分的基础上适当增加碱度可以有效的实现钛组分在CaO·TiO_2相中的富集,而使其它非钛成分富集于2CaO·SiO_2相和2CaO·Al_2O_3·SiO_2相中,从而实现CaO·TiO_2富钛相的有效分离。     

碱度对CaO-SiO_2-Al_2O_3-MgO-TiO_2渣系黏度的影响

针对重庆钢铁集团近年来增加澳矿使用量后,炉渣中Al2O3含量的增加对炉渣流动性的不利影响,对重钢高炉的炉渣性能进行了试验研究。以重钢高炉现场渣为基础,利用旋转黏度计测试了Al2O3质量分数为12%、Mg O质量分数为8%、Ti O2质量分数为5%、碱度为1.07~1.50时,Ca O-Si O2-Al2O3-Mg O-Ti O2渣系黏度变化情况;并测量了不同Ti O2含量时炉渣黏度变化情况。研究结果表明:在当前碱度范围内,随着二元碱度增加,炉渣黏度降低,当二元碱度超过1.35时,黏度降低趋势变平缓;炉渣中加入适量Ti O2能降低黏度,改善流动性。     

CaF_2对CaO-SiO_2-Al_2O_3渣系保护渣结晶行为的影响

针对CaF_2对CaO-SiO_2-Al_2O_3渣系保护渣结晶性能的影响问题,在实验室运用热丝法、X射线衍射法获得了不同CaF_2质量分数下的保护渣TTT曲线以及相应温度条件下的结晶物类型。试验结果表明,该渣系保护渣低温下稳定存在的结晶物质不是传统CaO-SiO_2渣系的枪晶石,而为钙铝黄长石和氟化钙;随着CaF_2质量分数的增加,平均结晶孕育时间减少,鼻尖点孕育时间缩短,鼻尖点处的结晶温度提高,结晶能力增强。而在CaF_2质量分数增加到一定程度后,F-将从网络外体破网作用转化为有一定的成网作用,会减弱保护渣的促晶能力,结晶能力增加趋势减缓。同时,与传统CaO-SiO_2渣系保护渣相比,具有更强的结晶性能。     

CaO-SiO_2-MgO-FeO-MnO-P_2O_5脱磷专用转炉渣系磷分配比的热力学模型

为提高全三脱工艺脱磷专用转炉的脱磷效率,基于离子-分子共存理论,建立了脱磷专用转炉渣系磷分配比的热力学模型;将模型计算的磷分配比和现场生产测得的磷分配比进行对比,并利用该模型探究了出钢温度、Fe O含量、二元碱度三个重要因素对磷分配比的影响。结果表明,出钢温度控制在1 580 K~1 610 K,二元碱度控制在1.6~2.0,Fe O含量控制在25%~30%之间既能达到较高的磷分配比,又能节省钢铁料和辅料的消耗。     

熔融CaO-SiO_2-Al_2O_3-MgO渣系中氢渗透度的研究

采用渣膜渗透和气相色谱直接分析方法对熔融 CaO-SiO_2-Al_2O_3-MgO 渣系氢的渗透度进行了研究。结果表明:氢的渗透度与温度有明显关系,随温度增加而增加。渗透度随碱度变化有一最大值(R=2.5)。碱度大于或小于2.5时,渗透度随碱度变化是相反的。渗透度与水气分压平方根成正比。渣中氢的扩散系数随温度增加而增加,碱度为2.5时,其值最高。     

基于差热分析对CaO-SiO_2-Al_2O_3系保护渣结晶动力学的研究

在高铝钢的连铸过程中,CaO-SiO_2系保护渣在与钢中的[Al]反应过后转变为CaO-SiO_2-Al_2O_3系保护渣,同时液渣结晶能力增强,润滑效果变差。为了控制钢渣反应后形成的CaO-SiO_2-Al_2O_3系保护渣的结晶行为,利用差热分析研究了保护渣的非等温结晶动力学,基于Avrami方程及Friedman法分析了Li_2O及Na_2O的加入对保护渣的结晶速率、晶体生长方式,及有效结晶活化能的影响。结果表明,Li_2O的加入在降低保护渣结晶温度的同时使结晶速率变慢。此外,Li_2O的加入可以降低保护渣的有效结晶活化能,这表明Li_2O的加入可以使保护渣的结晶变得更容易。当渣中含有8%Na_2O时,Li_2O的加入促进了渣膜中12CaO·Al_2O_3的生成,导致固态渣膜的结晶比升高,这有可能对保护渣的润滑效果带来不利影响。     

TiO_2,Cr_2O_3和熔剂对CaO-SiO_2-Al_2O_3渣系物性的影响

采用最大气泡压力法、旋丝法和半球点法,分别测定了二十五个按正交原则设计的,以CaO-SiO_2-Al_2O_3为基的熔渣的表面张力、粘流活化能和熔点。讨论了CaF_2,Na_2CO_3,Na_2B_4O_7,TiO_2,Cr_2O_3和碱度R对上述物性的影响。对实验结果作了理论分析。     

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.     

添加剂对CaO-SiO_2-Al_2O_3系熔渣性质的影响

在CaO-SiO_2-Al_2O_3系碱度为0.38～O.9的范围内,测定了添加剂Na_2O、CaF_2和B_2O_3对其熔化温度、粘度、密度和表面张力的影响,添加剂的加入量为2～15％.文章中简述了几个性质的测定方法,对粘度、表面张力等性质在固体保护渣中的作用进行了讨论.     

连铸保护渣分熔倾向度的测定方法及CaO-SiO_2-Al_2O_3-Na_2O-CaF_2系分熔倾向度数模

连铸保护渣,一般都是多种物料的粉状机械混合物,在受热熔化过程中,这种保护渣会发生分熔,从而造成不均匀成渣。 本文提出一种检测连铸保护渣分熔倾向度的方法,并依此法为CaO-SiO_2-Al_2O_3-Na_2O-CaF_2系连铸保护渣建立了一个分熔度的统计数学模型,可以用该模型来预报该类连铸保护渣的成渣均匀性。     

CMFS渣系与铁液间磷平衡分配比的最优化线性模型探讨

根据Gibbs相律法和磷酸盐在渣中的矿物组成变化规律,对影响CaO-MgO_(sat)-Feo_n-SiO_2渣系 与铁液间磷平稀分配比L_p的决定性变量和其L_p模型可能领辖的合理(CaO)含量范围作出了新的 考虑。通过对文献实验数据的多元逐步回归分析,从多方面得出了较前人的L_p模型精 度更高、并更反映客观现象的L_p优化模型。本文主要讨论:(1)把实验数据按CaO/SiO_2=0～0.9, 0.91～1.9和>1.9分为3个区段后分别按lgL_p=f([CaO]+0.7(MgO),TFe,(P_2O_5),1/T)函数 式,及把(CaO)=0～饱和的全部实验数按lgL_p=f([(CaO+0.7(MgO)],(TFe),(P_2O_5)R, 1/T)函数式进行一次多元逐步回归分析所得的结果;(2)将所得L_p模型与Healy公式和Suito 公式进行比较。并提出造好炼钢的最佳化初渣理论碱度CaO/SiO=1.9。     

炉渣组分对CaO-Al2O3-SiO2-TiO2-MgO-Na2O渣系与铁液间硫分配比的影响

针对高碱度高氧化铝的CaO-Al2O3-SiO2-TiO2-MgO-Na2O六元渣系,通过在1 773 K温度下测定其与铁液间的硫分配比,研究该渣系的脱硫性能.利用偏最小二乘法回归分析,建立了可较好预测硫分配比的回归方程,利用回归方程分析了炉渣碱度(mCao/msiO2)、MgO、TiO2、Al2O3以及Na2O对硫分配比的影响.结果表明,当炉渣碱度大于2.9时,炉渣硫分配比均在140以上,表明该渣系具有较强的脱硫能力.在实验范围内,硫分配比随炉渣碱度的增加而提高.当碱度一定时,MgO对硫分配比的影响不大,TiO2、Al2O3均使硫分配比降低,其中Al2O3降低硫分配比较为明显.硫分配比随Na2O增加而增加,少量的Na2O即可明显提高炉渣的脱硫能力.     

CaO-SiO2-MgO-Al2O3渣系渣铁间硫分配比热力学模型

 为了探明高炉渣系组成对高炉渣脱硫能力的影响,根据分子-离子共存理论,建立了CaO-SiO₂-MgO-Al₂O₃高炉渣系与铁液间硫分配比的热力学模型,利用试验测定值对其进行验证与修正,探究碱度R、w((MgO))/w((Al₂O₃))和w((Al₂O₃))对炉渣脱硫能力的影响。研究结果表明,修正后的CaO-SiO₂-MgO-Al₂O₃高炉渣系硫分配比(L_S)热力学模型能较好地预测熔渣的脱硫能力,修正后的相对误差为8%,较修正前的相对误差降低了11%;当w((MgO))/w((Al₂O₃))=0.25~0.45,w((Al₂O₃))=15%时,随着碱度R的增加,炉渣的脱硫能力(L_S)增大;当w((Al₂O₃))=15%,R=1.15~1.25时,随着w((MgO))/w((Al₂O₃))的增加,炉渣的脱硫能力(L_S)增大;当w((MgO))/w((Al₂O₃))=0.25~0.45,R=1.20时,随着w((Al₂O₃))的增加,炉渣的脱硫能力(L_S)减小,故高Al₂O₃条件下应适当增加炉渣中的w((MgO))/w((Al₂O₃))。