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-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。     

基于IMCT理论的CaO-SiO2-MgO-Al2O3-Na2O渣系的脱硫热力学模型

 为了精确表征含Na2O渣系的脱硫能力，改善脱硫效果，基于熔渣离子与分子共存理论（IMCT）建立了CaO-SiO2-MgO-Al2O3-Na2O渣系结构单元的作用浓度计算模型和1 753 K时该渣系的脱硫热力学模型。并对渣系的总硫分配比及各自硫分配比的影响因素进行了讨论分析。理论结果表明，除LS， MgS外，随着Al2O3质量分数的增加，该渣系的脱硫能力明显下降，而MgO和Na2O质量分数的增加，对提高渣系的脱硫能力具有明显的促进作用。此外，少量的Na2O即可表现出很强的脱硫效果，这为含有Na2O的冶金二次资源在铁水脱硫过程中的应用以及铁水脱硫渣系的优化提供了必要的理论依据。     

CaO-SiO2-FeO-Al2O3-Na2O-TiO2-P2O5渣系的脱磷热力学模型

基于分子离子共存理论(IMCT)建立了CaO-SiO_2-FeO-Al_2O_3-Na_2O-TiO_2-P_2O_5渣系的磷分配比预测模型,并讨论了组分变化对磷分配比的影响以及各碱性组元对磷分配比的贡献。结果表明,该模型计算的磷分配比与实测值吻合度较好;随着w(CaO)增加,磷分配比先增加后趋于平缓,其中30%是较合适的CaO含量;随着w(Na_2O)增加,磷分配比逐渐增加,且Na_2O比CaO脱磷作用更强;随着w(FeO)增加,磷分配比总体呈上升趋势;随着w(Al_2O_3)、w(SiO_2)和w(TiO_2)的增加,磷分配比均呈下降趋势,且相较于Al_2O_3,SiO_2对渣系脱磷能力的不利影响更明显;熔渣中碱性组元CaO和Na_2O对渣系的脱磷能力贡献最大。     

硫容量模型和在五元渣系CaO SiO2 MgO Al2O3 FetO中的应用

 硫容量和硫平衡分配比是衡量炼钢过程中渣系脱硫能力的重要指标。通过光学碱度模型和KTH模型计算了五元渣系CaO SiO2 MgO Al2O3 FetO的硫容量,并与文献的实验测定值进行了比较。结果表明用KTH模型计算的硫容量比用光学碱度模型计算的硫容量更接近实验值,因此KTH模型可用来预测不同组元渣系的硫容量。还详细研究了硫容量和硫平衡分配比的影响因素,结果表明硫容量随炉渣碱度和温度的增加而增加,硫平衡分配比随着钢液中铝、碳、硅含量的增加而增加。     

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。     

MgO含量对CaO-Al_2O_3-SiO_2-MgO精炼渣脱硫能力的影响

利用Factsage软件和KTH模型计算并分析了不同MgO含量时四元渣系CaO-Al2O3-SiO2-MgO的硫容量以及钢液(1 600 ℃)溶解铝质量分数为0.03 %时渣钢间硫平衡分配比的影响.得出控制炉渣成分为w(MgO)<8 %,w(CaO)=54 %～59 %,w(Al2O3)=25 %～30 %,w(SiO2)=6 %～10 %时,渣钢间硫平衡分配比能达到500以上,能满足快速冶炼超低硫钢的要求.     

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。     

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.     

Nb_2O_5-MgO-Mno-SiO_2系熔渣和铁液平衡的研究

本实验应用化学平衡法,在氧化镁坩埚中,研究含铌的熔渣——溶铁体系的平衡。平衡研究过程中采用固体电解质氧浓差电池: Mo,Cr Cr_2O_3 l Zr02(MgO)I[O)Fe’Mo直接测定铁液中氧活度。实验温度1800。c。用X射线衍射法鉴定平衡渣样中铌的存在形态。测定铌氧化物在氧化镁饱和的Nb205一Mg0一SiO:一Mn0系渣中的活度以及铌在渣一铁之间的平衡分配系数,并论述了对这些参数的影响因素。应用Temkin离子理论计算了熔渣中的氧化锰活度,与实验所得值进行了比较。     

碳饱和铁水与CaO—SiO2—VxOy熔渣平衡体系间各组元的分配

在1450～1580℃范围内,对钒、硅及磷、硫等元素在碳饱和铁水与CaO-SiO_2-V_xO_y渣系间的分配进行了实验研究。结果表明:随着渣碱度B(CaO/SiO_2)的增加,钒、硅及磷、硫的分配比将增大;而提高温度将降低钒、硅在渣-铁间的分配比。应用光学碱度的概念表征熔渣的碱度,考察了在不同光学碱度及不同温度下,该渣系容钒、容磷和容硫的能力,表明光学碱度增加,渣中的钒容量,磷容量及硫容量随之增大,且它们都具有较好的线性关系。升高温度,将有利于增大渣的硫容量,但容钒、容磷能力显著降低。     

CaO SiO2 V2O3三元系活度模型及其应用

 根据熔渣结构的分子离子共存理论建立了CaO SiO2 V2O3三元系活度模型，应用该模型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。 结果表明：在高温下，SiC比Si、C的还原性能强。SiC和Si与V2O3反应时渣钢间V的分配比随碱度的提高而下降，而C与V2O3反应时渣钢间V的分配比随碱度变化不大。Si和C与V2O3反应时渣钢间V的分配比随Si、C含量的提高而下降。     

CaO-SiO2-MgO-Al2O3系精炼渣的活度计算模型

精炼渣系对钢中夹杂物的演变与去除有着重要影响,渣金反应导致铝脱氧钢中大量形成MgO-Al_2O_3夹杂物,危害钢材的表面质量与疲劳性能.为了降低渣中MgO的反应性,文中依据分子离子共存理论,建立了CaO-SiO_2-MgO-Al_2O_3系精炼渣的活度计算模型,利用该模型,计算分析了渣中MgO含量、SiO_2含量、CaO/Al_2O_3和CaO/SiO_2对渣中MgO活度的影响规律.结果表明,增加Si O2含量可显著降低MgO活度.当MgO含量为10%时,控制CaO/Al_2O_3小于1和CaO/SiO_2小于0.6可有效降低MgO活度.     

基于共存理论的钢包炉(LF)渣硫分配比模型的建立和应用

基于离子与分子共存理论,通过计算钢包炉（LF）精炼渣结构单元的质量作用浓度,建立了一种计算57CaO-10SiO₂-8MgO-25Al₂O₃四元渣系与钢液硫分配比的热力学模型,计算得出1630℃LF精炼结束时,该渣系的渣-钢间的硫分配比L_S=1115。通过9炉210 t双孔底吹氩LF渣样检测结果表明,当减去因现场和渣系的氧势等条件限制,所存在的定值系统偏差,该模型可有效反映工业生产的LF精炼渣硫分配比。     

CaF2-SiO2-Al2O3-CaO-MgO五元渣系的电导率

 为了系统研究五元含氟渣系各组元对熔渣电导率的影响,根据5因素2次正交旋转回归法设计渣系,使用RTW-10熔渣物性测定仪,采用交流4探针法,测定了1600℃下各渣系的电导率;研究了各组元对含氟渣系电导率的影响。结果表明：当CaF2的含量(质量分数,下同)在10%~75%时,随着Al2O3和SiO2含量的增加电导率逐渐减小,而随着CaF2、MgO和CaO含量的增加电导率逐渐增大;在w(Al2O3)=20%、w(MgO)=10%和w(CaF2)=50%时,当w(CaO)小于7%,随着w(SiO2)的递增电导率逐渐减小,而当w(CaO)大于7%时,随着w(SiO2)的递增电导率逐渐增大;在w(SiO2)=10%、w(MgO)=10%和w(CaF2)=50%时,当w(Al2O3)小于11%时,随着w(CaO)的递增电导率逐渐减小,当w(Al2O3)大于11%,随着w(CaO)的递增电导率逐渐增大。     

基于熔渣离子分子共存理论的CaO-MgO-SiO2-FeO-Al2O3熔渣黏度预测模型

研究了含FeO的CaO-MgO-SiO₂-FeO-Al₂O₃五元渣系的黏度预测模型，引入黏度的补偿效应，通过对前人的熔渣共存理论黏度预测模型进行改进，建立含FeO熔渣的黏流活化能和各结构单元之间的关系，模型计算的黏流活化能和拟合得到的数值吻合较好。根据补偿效应，利用模型计算的黏度值与实测值的误差在允许范围内。分析表明，随着渣中混合碱度w(CaO)/w(SiO₂+Al₂O₃)和碱性氧化物(如MgO和FeO)含量的增加，熔渣黏度降低。另外，熔渣黏度随着温度的升高而降低，低温条件下，熔渣组分的变化对熔渣黏度的影响较大。基于本模型计算的参数值可用补偿效应代替前人模型中的Ai参数拟合值，使模型参数值整体减少。     

基于共存理论的含铬渣黏度预测模型

熔渣黏度对冶金过程尤为重要。为预测含铬渣黏度，基于炉渣离子与分子共存理论，结合课题组测试得到的系列含铬渣黏度数据，建立含铬渣黏度与温度和结构单元之间的预测模型。模型计算的黏度值与实测值吻合较好，通过模型，有助于在较大的适用范围内预测含铬渣黏度。模型能够计算含铬渣黏度的大小，考察黏度受温度和组分影响的变化趋势。结果表明，随着温度、碱度和MgO质量分数的增加，黏度降低。随着Cr2O3和Al2O3质量分数的增加，黏度升高。相比于高温情况下，低温下组分对黏度的影响程度更大。     

H2-C熔融还原条件下渣金间磷的分配比的试验研究

 通过300kg级氢-碳熔融还原热模拟试验,从热力学角度分析了氢-碳混合熔融还原条件下磷的分配比,运用熔渣规则溶液模型计算了氧化钙、二氧化硅、氧化镁、氧化铝、氧化亚铁、五氧化二磷六元熔渣组分的活度、活度系数,进而计算出一定温度条件下熔渣的磷容量以及渣金平衡时磷分配比的理论值。通过比较理论计算得出的磷分配比与试验中磷的分配比的差异,解析产生差异的原因,进而为氢-碳混合熔融还原炼铁新工艺冶炼高磷铁矿提供参数。试验结果表明：用熔渣规则溶液模型计算渣金间的磷的分配比是合适的,氢-碳熔融还原工艺可以利用高磷铁矿。     

CaO-FeO-SiO2-Al2O3/Na2O/TiO2渣系与碳饱和铁水间磷分配行为

 为了研究Al2O3、Na2O和TiO2作为铁水预处理渣的助熔剂对铁水预处理脱磷的影响,借助FactSage热力学软件绘制了CaO-FeO-SiO2渣系1 573 K液相区。随着Al2O3和Na2O质量分数的增加,该渣系液相区明显扩大,TiO2对渣系液相区影响不大。实验室研究采用纯铁箔替代碳饱和铁水进行热力学平衡试验,间接测定了1 573 K时铁水预处理脱磷渣与碳饱和铁水间的平衡磷分配比。结果表明,渣铁磷分配比随渣中Al2O3和TiO2质量分数的增加而减小,TiO2对磷分配比的影响相对较小;渣铁磷分配比随渣中Na2O质量分数和碱度的增加而增加,Na2O可显著提高渣的脱磷能力;渣铁磷分配比随渣中FeO质量分数的增加先增加后减小,最合适的FeO质量分数为35%～40%。     

高镁铝酸钙型预熔精炼渣配加合成渣以及Al对低碳钢深脱硫的研究

用10 kg感应炉进行了20%～40%高镁铝酸钙预熔渣(/%:5SiO2、37CaO、42Al2O3、13MgO、3FeO)配加60%～80%合成渣(/%:10SiO₂、61CaO、25Al₂O₃、4MgO)及加5～10g/kg Al对初始(74～167)×10^-6 [S]的低碳钢(/%:0.06C、0.20Si、1.20Mn、0.020Nb、0.015Ti)的深脱硫试验。结果表明,钢液硫含量在精炼10 min内就可到达最低值,精炼过程随着钢液氧活度逐渐升高而渣硫化物容量逐渐降低,渣钢硫分配比减小,钢液有一定的回硫;较大的铝加入量、较低的初始硫含量和较大的渣硫化物容量有利脱硫反应的进行,也可以抑制钢液回硫;20%高镁铝酸钙预熔渣+80%合成渣脱硫效果较好,控制精炼渣成分(/%):50～60CaO、5～7MgO、28～32Al₂O₃、～8SiO₂、Al加入量3 g/kg,钢中硫含量可降至0.0016%。