CaO-Al2O3和CaO-SiO2-Al2O3渣系中组元活度的计算

根据分子和离子共存理论,建立了CaO-Al2O3和CaO-SiO2-Al2O3渣系的活度计算模型,并利用模型对渣中各组元的活度进行了计算,分析了w(CaO)对渣中组元活度的影响.结果表明,在CaO-Al2O3渣系中,当w(CaO)小于45%时,随着w(CaO)的增加,3CaO·Al2O3和12CaO·7Al2O3的活度不断升高,而CaO·Al2O3的活度变化不大;当w(CaO)大于45%时,随着w(CaO)的增加,CaO·Al2O3和12CaO·7Al2O3的活度不断降低,而3CaO·Al2O3的活度则略有升高.在CaO-SiO2-Al2O3渣系中,12CaO·7Al2O3的活度低于其在CaO-Al2O3渣系中的活度,随着w(CaO)的增加,CaO和3CaO·Al2O3的活度不断升高,2CaO·SiO2的活度则不断降低,CaO·Al2O3的活度呈现先升高后降低的趋势.     

基于一般三元系计算正规离子熔液模型渣的组元活度

本文根据熔渣离子理论的正规离子熔液模型要点,基于一般三元系,对正规离子熔液模型渣的组元活度计算公式进行了详细推导。在推导过程中,对所涉及的量的物理、化学意义作了明确的交代。     

精炼渣中FeO的活度模型

根据熔渣结构的分子离子共存理论,建立了SiO2-Al2O3-CaO-MgO-FeO-MnO六元渣系的活度计算模型。计算得到了LF精炼渣中FeO的活度值,并分析了炉渣成分Al2O3、FeO以及碱度w(CaO)/w(SiO2)对FeO活度的影响,为帘线钢精炼变渣过程中控制回硫提供指导。     

MnO—SiO2渣系物理性质计算模型

以炉渣结构的共存理论为基础，通过对ＭｎＯ－ＳｉＯ２渣系结构单元的确定、热力学数据的选取以及结合线性回归的方法，建立了ＭｎＯ－ＳｉＯ２渣系在１４００￣１６００℃温度和一定浓度范围内的物理性质（粘度、表面张力和电导率）的计算模型。在上述范围内模型计算的理论数值与文献的实测结果符合良好，而且比目前应用的炉渣物理性质的经验或半经验公式更为系统和精确。     

CaO—MnO—SiO2渣系作用浓度的计算模型

基于炉渣结构的共存理论,建立了CaO—MnO—SiO2三元渣系组元作用浓度的计算模型,考察了碱度、温度对组元MnO作用浓度NMnO的影响.结果表明:模型计算值NMnO与文献实测活度值aMnO非常吻合,说明本模型能够较好地反映该渣系的结构本质;当B<2.0时,NMnO随着碱度的增加而增加;当碱度B=2.0时,NMnO达到最大值;当B>2.0时,NMnO随着碱度的增加而降低;在低碱度范围内,碱度对NMnO的影响更为明显;温度对NMnO的影响则不是很明显.     

CaO-MgO-MnO-FeO-CaF2-Al2O3-SiO2渣系粘度的计算模型

依据炉渣结构的共存理论与不同温度和成分下熔渣Ｃａｏ－ＭｇＯ－ＭｎＯ－ＦｅＯ－ＣａＦ２－Ａｌ２Ｏ３－ＳｉＯ２的实测粘度制定了本渣系作用浓度和粘度的计算模型,计算结果符合实际证明作用浓度模型可以反映本渣系的实际结构,粘度模型也正确地反映了本渣系粘度与温度及各结构单元作用浓度的正确关系。     

CaO-SiO_2渣系作用浓度的计算模型

根据炉渣结构的共存理论和CaO-SiO_2渣系相图制定了不同温度区间的作用浓度计算模型。在炼钢温度下计算结果表明,考虑2个硅酸盐(CaSiO_3和Ca_2SiO_4)或3个硅酸盐(CaSiO_3,Ca_2SiO_4和Ca_3SiO_5)的计算模型都是合用的。比较不同计算方案结果证明,用本文回归所得的热力学数据比用文献数据更能符合实际,所以对文献数据应进一步研究。硅酸盐作用浓度的最大值与相图中固液相同成分熔点的位置一致,说明硅酸盐对本渣系的熔点具有极为重要的影响,炉渣总质点数随碱度而变化中出现最小值的原因是炉渣中进行了多个结构质点结合成一个分子的反应。     

CaO-MgO-CaF2-Al2O3-SiO2五元渣系粘度的计算模型

依据炉渣结构的共存理论和五元渣系ＣａＯ－ＭｇＯ－ＣａＦ２－ＳｉＯ２－Ａｌ２３在不同温度和成分下的实测粘度值,制定了本渣系的作用浓度和粘度计算模型,计算结果符合实际,证明计算模型可以反映ＣａＯ－ＭｇＯ－ＣａＦ２－Ａｌ２Ｏ３－ＳｉＯ２渣系的实际结构与粘度、结构单元的作用浓度及温度之间的正确关系。     

MnO-SiO2,MgO-SiO2和CaO-Al2O3-SiO2熔渣粘度的计算模型

根据炉渣结构的共存理论与不同温度和成分下ＭｎＯ－Ｓｉｏ２,ＭｇＯ－ＳｉＯ２和ＣａＯ－Ａｌ２Ｏ３－ＳｉＯ２三渣系的实测粘度,制定了这些渣系的粘度计算模型,计算结果符合实际,证明这些模型可以正确地反映相应渣系粘度与各结构单元作用浓度和温度间的关系。     

CaO—Al2O3—SiO2熔渣的作用浓度计算模型

根据相图和炉渣结构的共存理论，推导了ＣａＯ－Ａｌ２Ｏ３－ＳｉＯ２渣系作用浓度的计算模型，计算的ＮＣａＯ和ＮＳｉＯ２与相应的实测αＣａＯ和αＳｉＯ２基本符合，从而证明所得模型可以反映本渣系的结构本持。与此同时，还发现生成正硅酸盐（２ＣａＯ．ＳｉＯ２）的碱度因Ａｌ２Ｏ３的增加而变大的事实和本渣系有Σｎ较小的活跃部分。     

熔融CaO-SiO_2-Al_2O_3-MgO渣系氢的渗透度

采用水气通过熔融渣膜扩散和气相色谱直接测定的新方法来研究熔渣氢的渗透度,结果表明:氢的渗透度与温度有明显关系,随着温度增加,渗透度增加。在1350～1450℃,CaO-SiO_2-Al_2O_3-MgO渣系氢的渗透度为9.34×10~(-(?))～5.65×10~(-(?))mol/(min·mm),碱度为2.5时氢的渗透度最大,碱度小于2.5时,渗透度随碱度增加而增加,碱度大于2.5时,渗透度随碱度增加而降低,渗透度与水气分压平方根成正比,氢在熔渣中的扩散系数可从渗透度与溶解度中计算出来;为1.51×10~(-4)～7.24×10~(-3)cm~2/s。     

含TiO2三元渣系粘度计算模型

根据炉渣结构的共存理论与CaO-SiO2-TiO2三元渣系在不同湿度和TiO2 成分下粘度的文献值，建立了此三元渣系的作用浓度和粘度计算模型。在模型计算过程中，采用MATLAB编制相应的计算程序，并绘制了1400℃、1500℃在碱度R＝0.9-1.0之间、不同TiO2含量下，渣系的粘度随TiO2百分含量变化的曲线。结果表明TiO2含量增加，其作用浓度增加，CaO-SiO2-TiO2三元渣系的粘度下降，并且温度升高粘度降低，计算值与实测值有很好的一致性，从而说明模型的合理性。     

FeO—Fe_2O_3—SiO_2渣系的作用浓度计算模型

根据共存理论的基本观点,从FeOn—SiO_2渣系的相图和粘度数据及FeOn—Fe_2O_3相图确定了本渣系的结构单元为Fe~(2+),O~(2-)简单离子和SiO_2,Fe_2O_3,Fe_3O_4及Fe_2SiO_4分子。在此基础上利用Fe_2SiO_4和Fe_3O_4的标准生成自由能数据推导了计算Feo—Fe_2O_3—SiO_2渣系各组元作用浓度的模型。 计算的NFe_tO与实测的αFe_tO符合,且NFe_tO、NSiO_2、NFe_2SiO_4和炉渣总质点数∑n随B_1=∑nFeO/∑nSiO_2而改变,而NFe_2O_3和NFe_3O_4随B_2=∑nFeO/∑nFe_2O_3而改变,表明Fe_2SiO_4和Fe_3O_4的混合是理想的,两者间的相互影响是不大的。     

CaO-SiO2-MgO-Al2O3四元渣系Al2O3活度预测模型

高炉渣系各组元活度对高炉冶炼和产品质量具有重要的影响作用. 基于分子-离子共存理论,建立CaO-SiO₂-MgO-Al₂O₃四元渣系Al₂O₃活度预测模型;结合试验测定值对其进行验证与修正,最终建立了修正的CaO-SiO₂-MgO-Al₂O₃四元渣系Al₂O₃活度预测模型;同时,依据模型计算结果探究R(w(CaO)/w(SiO₂)),w(MgO)/w(Al₂O₃)和w(Al₂O₃)对Al₂O₃活度的影响. 研究结果表明:修正后的CaO-SiO₂-MgO-Al₂O₃四元渣系Al₂O₃活度预测模型具有较高的预测精度,能够很好地预测熔渣Al₂O₃活度;当w(MgO)/w(Al₂O₃)=0.40,w(Al₂O₃)=20%时,随着R增加,Al₂O₃活度逐渐减小;当R=1.25,w(Al₂O₃)=20%时,随着w(MgO)/w(Al₂O₃)增加,Al₂O₃活度逐渐减小;当w(MgO)/w(Al₂O₃)=0.40,R=1.25时,随着w(Al₂O₃)增加,Al₂O₃活度逐渐增大.     

TiC颗粒对CaO-SiO_2-MgO-Al_2O_3-TiO_2炉渣电导率的影响

采用交流阻抗谱法测定了含有不同的TiC颗粒含量和粒度的CaO SiO2 MgO Al2O3 TiO2拟五元炉渣在1633K时的表观电导率·根据炉渣的交流阻抗谱,提出了合理的等效电路;根据表观电导率随温度变化的关系,估算了1633～1693K温度范围内TiC含量和粒度不同的炉渣的表观活化能·结果表明:炉渣体系的表观活化能随TiC颗粒的含量增高及粒度减小而增大,而对TiC质量分数为0 5%的炉渣其表观活化能随TiC颗粒粒度减小而稍有减小;在1633K时,炉渣体系的表观电导率随TiC颗粒的含量增高及粒度减小而减小,而对TiC质量分数为0 5%的炉渣其表观电导率随TiC颗粒粒度减小而稍有增大;在1633～1693K温度范围内,含有相同含量、不同粒度TiC的炉渣,其表观电导率和温度关系符合Arrhenius关系·     

含钛高炉渣活度模型的建立及热力学分析

根据分子离子共存理论,建立了CaO-SiO2-MgO-Al2O3-TiO2含钛高炉渣活度模型,模型计算结果与实验测定结果吻合较好.利用该模型并结合相图计算分析了碱度和w(TiO2)对含钛高炉渣主要组元活度的影响.结果表明,含钛高炉渣中钛的主要赋存相是CaO·TiO2,1500℃时典型含钛高炉渣中CaO·TiO2的活度为0.18.随着碱度和w(TiO2)增加,CaO·TiO2活度先增后减.当碱度区间在1.08~3.08,w(TiO2)在26%~43%的条件下,有利于CaO·TiO2活度的增加,促进钛组分在钙钛矿中富集.CaO·TiO2活度最大值所需碱度随TiO2含量的增加而增加,当含钛高炉渣中w(TiO2)为20%~28%时碱度为1.34~1.63,对促进钛在钙钛矿中的富集是有利的.     

CaO－Al_2O_3－SiO_2熔渣的作用浓度计算模型

根据相图和炉渣结构的共存理论，推导了ＣａＯ－Ａｌ２Ｏ３－ＳｉＯ２渣系作用浓度的计算模型，计算的ＮＣａＯ和ＮＳｉＯ２与相应的实测αＣａＯ和αＳｉＯ２基本符合，从而证明所得模型可以反映本渣系的结构本质。与此同时，还发现生成正硅酸盐（２ＣａＯ·ＳｉＯ２）的碱度因Ａｌ２Ｏ３的增加而变大的事实和本渣系有∑ｎ较小的活跃部分。     

SiO_2-FeO-Fe_3O_4-CaO-MgO系炉渣的混料模型

针对中条山有色金属公司冶炼厂铜精矿的特点和熔池熔炼法这一新的炼铜工艺对炉渣的基本要求,采用“五分量对数项混料模型的D-最优和 D_n-最优设计”,对含量(％)为FeO 40-65,Fe_3O_4 3.5-10,SiO_2 28-42,CaO 3-15,MgO 0.5-5的炉渣粘度与熔点等性能进行系统的实验研究,确立不同温度(1 160,1 210,1 260℃)下炉渣粘度与组分之间关系的混料回归模型以及炉渣熔点与组分之间关系的混料回归模型。