CaO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)-TiO_(2)渣系脱硫热力学与实验研究

以精炼渣为研究对象,为探索四元渣系CaO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)-TiO_(2)中各组元对炉渣脱硫能力的影响规律,基于分子离子共存理论,建立了CaO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)-TiO_(2)渣系结构单元的作用浓度控制方程,从而构建了渣-钢之间的硫分配比数学模型,定量表征了炉渣碱度、Al_(2)O_(3)含量以及TiO_(2)含量变化对硫分配比和脱硫率的影响程度,并与管式炉热态实验结果进行对比。热力学计算和热态实验结果表明:炉渣各组元对硫分配比影响的主次顺序为:碱度>TiO_(2)含量>Al_(2)O_(3)含量,对炉渣脱硫率影响的主次顺序为:碱度>w(Al_(2)O_(3))>w(TiO_(2));随着碱度的增加,脱硫率和磷分配比逐渐增加,随着Al_(2)O_(3)含量的增加,脱硫率和磷分配比逐渐降低,而随着TiO_(2)含量的增加,脱硫率和磷分配比先增加后降低。结合理论研究与热态实验,得出了四元CaO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)-TiO_(2)渣系的最佳配比:6<R<7、w(TiO_(2))<5%、25%<w(Al_(2)O_(3))<30%。

计算水溶液结构单元或离子对的质量作用浓度通用热力学模型及其在二元和三元水溶液中的应用(英文)

基于离子与分子共存理论,建立了计算二元和三元强电解质水溶液中结构单元或离子对的质量作用浓度的通用热力学模型;同时,采用4种二元水溶液和2种三元水溶液验证该通用热力学模型。通过转换标准态和浓度单位,用所建立的通用热力学模型计算出的298.15K时4种二元水溶液和2种三元水溶液中结构单元或离子对的质量作用浓度和文献中报道的活度值吻合得很好。因此,可采用本研究提出的通用热力学模型计算出的二元和三元水溶液结构单元或离子对的质量作用浓度预报二元和三元强电解质水溶液中组元的反应能力;同样,也可证实本研究提出的通用热力学模型的假设条件是正确和合理的,即强电解质水溶液是由阳离子和阴离子、H2O分子和其他水合盐复杂分子组成的。基于该通用热力学模型计算出的二元和三元强电解质水溶液结构单元或离子对的质量作用浓度严格服从质量作用定律。

基于最小Gibbs自由能原理的CaO-SiO_2炉渣和Si-Ca金属两相体系平衡热力学模型

基于封闭平衡体系Gibbs自由能最小原理对精炼Si液中杂质Ca的炉渣金属体系建立热力学模型,由该热力学模型得到Si液中Ca的摩尔分数xCa与CaO-SiO2二元渣系CaO的摩尔分数xCaO的关系和文献报道的实验结果吻合良好,即0.3<xCaO<0.4较有利于Si液脱Ca。热力学模型计算结果表明:Si液中Si和Ca的活度分别与SiO2和CaO质量作用浓度的比值符合炉渣金属组元活度之间的关系式,且计算结果比文献报道的数据精度更高。因此,基于炉渣离子分子共存理论的质量作用浓度可与经典的炉渣活度一样表征CaO-SiO2二元渣系组元的反应能力。由建立的热力学模型计算结果确定的反应[Ca]+0.5(SiO2)=(CaO)+0.5[Si]的标准摩尔反应Gibbs自由能变化表达式为r m,CaO G=89 532.7 21.8T(J/mol)。

电渣重熔中脱氧剂种类影响炉渣脱氧的热力学分析

以工业纯铁为研究对象,熔渣-金属中各个组元间的热力学平衡反应和质量守恒为基础,计算了不同的脱氧剂添加量下钢中的Si,Al的平衡质量分数,建立了脱氧剂Al,CaSi,CaSiBa的脱氧热力学模型.结果表明:基于本模型对多种脱氧剂进行的研究能够符合实验结果,在采用Al,CaSi,CaSiBa脱氧时,渣中FeO质量分数分别能降低到0.04%,0.08%,0.08%,铝脱氧可以使得熔渣中氧势降到最低,且渣中Al2O3由于脱氧而增加的量相对于原始质量分数变化幅度较小,与CaSi,CaSiBa相比具有良好的氧势控制能力.

CaO-MnO-SiO_2渣系的表面张力计算模型

基于熔渣结构离子与分子共存理论和Butler方程,建立了CaO-MnO-SiO2熔渣表面张力计算模型。模型利用纯组元的表面张力和摩尔体积以及熔渣中各组元表面相和体相中作用浓度(活度)可以计算出CaO-MnO-SiO2熔渣表面张力随熔渣成分、温度的变化规律。表面张力的计算结果与文献介绍的值吻合很好。计算了1773 K下CaO-MnO-SiO2渣系的等表面张力线,并进一步考察了炉渣成分对表面张力的影响。

酸性精炼渣系SiO_2-Al_2O_3-CaO-MgO-FeO-MnO中Al_2O_3活度计算模型

为了获得帘线钢软吹终点钢水酸溶铝含量与渣中Al2O3之间平衡的热力学数据,本文根据熔渣结构的分子离子共存理论,建立了Si O2-Al2O3-Ca O-Mg O-Fe O-Mn O六元渣系的活度计算模型.计算得到了炼钢温度下酸性精炼渣中Al2O3的活度值,并分析了w(Mg O)和碱度w(Ca O)/w(Si O2)对Al2O3相关组元活度的影响,为帘线钢钢水软吹酸性渣精炼脱铝提供指导.

RbCl-H2O二元系和RbCl-RbNO3-H2O三元系作用浓度计算模型

利用离子-分子共存理论建立温度为298．15K时强电解质水溶液二元系RbCl-H2O和三元系RbCl-RbNO3-H2O作用浓度计算热力学模型。热力学模型计算的以纯物质为标准态、以摩尔分数为浓度单位的RbCl-H2O二元系各组元作用浓度经过转换系数转换后，与文献报道的以无限稀为标准态、以质量摩尔浓度为浓度单位的组元活度吻合良好。RbCl-RbNO3-H2O三元系的RbCl和RbNO3转换后的作用浓度与文献报道的活度在总离子强度为0．01、0．05、0．1、0．5、1．0、1．5、2．0、3．0和3．5mol／kg时均良好吻合。这说明基于离子-分子共存理论建立的作用浓度计算热力学模型能反映强电解质水溶液RbCl-H2O和RbCl-RbNO3-H2O的结构特性；且组元的作用浓度在计算的浓度单位内严格遵守质量作用定律。

PbO-CaO-SiO_2-FeO-Fe_2O_3渣系氧化铅活度热力学模型（英文）

基于炉渣结构分子和离子共存理论,建立1273-1733 K下的PbO-CaO-SiO2-FeO-Fe2O3渣系氧化铅活度热力学模型,计算PbO活度并绘制等活度曲线,考察炉渣碱度Q、氧化铁比率R和温度T对活度NPbO和活度系数γPbO的影响。结果表明,活度系数γPbO的模型计算值与文献测定值吻合程度高,说明该模型能较好地反映该渣系结构本质;NPbO呈拉乌尔正偏差,且随渣中PbO含量的升高而增大,但受温度的影响不明显;γPbO随Q的升高而增大;对于Q〉0.3的碱性渣,γPbO随R的升高而出现极大值。该研究结果可用于现代炼铅工艺的热力学研究和操作优化。

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-SiO_2-MgO-Al_2O_3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.

电渣重熔Inconel 625合金铝钛氧化的热力学分析

针对电渣重熔Inconel 625合金过程中Al和Ti含量的控制问题,通过渣-金平衡实验和基于离子-分子共存理论建立作用浓度热力学模型的研究,探索渣系组元对Al,Ti烧损的影响机制.研究了渣系各组元活度及活度比与渣系成分间的关系.研究结果表明:当TiO_(2)的质量分数为3%时,渣系能较好地控制Al和Ti氧化的效果.炉渣中的CaO会引起合金中Al和Ti不同程度的烧损,过量CaO会导致合金发生“烧Ti增Al”现象.升高温度可以抑制合金中Al的氧化,而降低温度可以抑制Ti的氧化.在1823 K下,能够有效减少Inconel 625合金电渣重熔过程中Al和Ti烧损的渣系组成为w(CaF_(2))=50%~60%,w(Al_(2)O_(3))=15%~20%,w(CaO)=14%~20%,w(MgO)=3%,w(TiO_(2))=2.5%~3.5%.

CaO-SiO_(2)-MgO-Al_(2)O_(3)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-SiO 2-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-SiO 2-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-SiO 2-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.

Ce_(2)O_(3)对CaF_(2)-CaO-Al_(2)O_(3)-MgO电渣重熔渣系熔化行为的影响

目前,采用电渣重熔(ESR,electroslag remelting)还原稀土渣是一种有效的稀土添加工艺,而稀土氧化物的加入势必会改变渣系熔化性质,进而影响ESR工艺顺行及稀土钢质量。基于分子离子共存理论(IMCT)建立了CaF_(2)-CaO-Al_(2)O_(3)-MgO-Ce_(2)O_(3)五元渣热力学模型,从热力学角度分析了渣中各组元对Ce_(2)O_(3)活度的影响规律。采用半球法测定了不同Ce_(2)O_(3)含量和w((CaO))/w((Al_(2)O_(3)))(C/A)条件下渣系熔点,结合SEM-EDS和XRD对渣系物相和微观形貌进行测试与分析。研究结果表明,当温度为1873 K时,C/A、MgO、Ce_(2)O_(3)含量增加均增加渣系中Ce_(2)O_(3)的活度,且影响顺序为Ce_(2)O_(3)>C/A>MgO;w((Ce_(2)O_(3)))≥18%、w((MgO))≥4%以及C/A≥1.1时,钢中的铈元素不再烧损。随着Ce_(2)O_(3)添加量由0增加到24%,渣系熔点呈先降低后增加的趋势,加入少量Ce_(2)O_(3)能够促进稀土渣系熔点降低。但过量的Ce_(2)O_(3)会导致渣系中生成较多高熔点相2CeAlO3,从而使得稀土渣系的熔点升高。随着C/A从1.1增加至1.4,渣系的熔点呈降低趋势,主要原因是高熔点物相减少,导致稀土渣系熔点降低。试验测得的平衡铈含量与理论计算值相差不大,且变化趋势一致。渣金平衡试验证明了w((Ce_(2)O_(3)))为18%~20%能够减少铈元素的烧损,进一步证明该热力学计算模型和根据该模型得到的五元渣系范围是正确的。抑制稀土元素烧损的最佳渣系配比范围为w((CaF_(2)))/w((Al_(2)O_(3)))=1.4、w((Ce_(2)O_(3)))=18%~20%、w((MgO))=4%~5%、w((CaF_(2)))=50%~60%,为稀土渣ESR提供理论指导。

脱磷保碳的理论与试验研究

基于分子—离子共存理论建立了CaO-MgO-FeO-SiO2-P2O5五元渣系作用浓度计算模型,在此基础上分析了炉渣组元对脱碳、脱磷反应吉布斯自由能变化的影响规律,证明了脱磷保碳的可行性,并通过高温试验发现:在初始碳含量为0.5%、磷含量为0.032 5%的情况下,当熔渣碱度控制在5左右、FeO含量控制在10%20%时,脱磷率可达75%以上,留碳率在50%70%。

高温镍基合金电渣重熔过程中的Al、Ti成分控制

电渣重熔过程中Al和Ti的氧化导致电渣锭轴向成分不均匀,从而对电渣锭的耐腐蚀性能和力学性能产生不利影响。为了控制电渣铸锭中Al和Ti含量的均匀性,需要明确高温电渣重熔过程中Al和Ti含量的变化,并通过优化渣体系比例和冶炼条件来减少合金中Al和Ti的氧化。在现有文献的基础上,以CaF_(2)-CaO-Al_(2)O3-MgO-TiO_(2)这一低氟渣系和Incoloy825合金为例,综述了电渣重熔过程中Al和Ti元素控制的研究现状。应用离子与分子共存理论(IMCT),结合FactSage软件,总结了渣的热力学和动力学研究方法。讨论了温度和渣成分对合金中平衡Al、Ti含量的影响。基于膜渗透理论,提出了预测合金中Al和Ti含量的动力学模型,得到了电渣过程中Al和Ti含量随时间变化的数学方程式以及渣-金属反应速率的限制方法。确定电渣重熔Incoloy825合金时TiO_(2)的最佳添加量约为10%。用IMCT和FactSage对渣-金平衡实验结果进行了比较和分析。FactSage计算结果比IMCT计算结果更准确。TiO_(2)含量越高,计算结果与实验结果之间的偏差越小。

443超纯铁素体不锈钢冶炼过程氧含量和夹杂物分析

在443超纯铁素体不锈钢冶炼过程的AOD结束、VOD结束、LF钙处理后、LF钛、铌合金后及连铸浇铸中期分别取钢样,分析了全氧含量和夹杂物的类型及形貌特征。采用共存理论对冶炼过程的平衡氧含量进行了计算。试验结果表明:全氧含量和平衡氧含量的变化规律是一致的,随着冶炼过程进行,全氧含量和全氧平衡氧含量整体是不断降低的。夹杂物类型:AOD主要为CaO-SiO_(2)-Al_(2)O_(3)-MgO和Al_(2)O_(3);VOD主要为Al_(2)O_(3)和CaO-Al_(2)O_(3)-MgO-SiO_(2);LF钙处理后,主要为CaO-Al_(2)O_(3)-MgO-SiO_(2);连铸中间包中夹杂物类型和LF钛、铌合金化后的夹杂物类型是一致的,都为球形的CaO-Al_(2)O_(3)-MgO-TiO_(2)夹杂物。根据夹杂物类型提出了夹杂物的演变过程。

Inconel 718高温合金电渣重熔热力学分析

基于离子-分子共存理论建立了计算电渣重熔Inconel 718高温合金过程中平衡Al和Ti含量的热力学模型.并讨论了CaO-SiO_2-MgO-FeO-Al_2O_3-TiO_2-CaF_2电渣重熔渣系成分变化时,渣中各组元的活度、活度比值与炉渣成分的关系.与此同时,研究了不同温度条件下,镍基合金中平衡的Al和Ti含量与炉渣成分之间的关系.结果表明:冶炼温度升高时,合金中平衡的Al含量随之升高,而平衡Ti含量降低;渣中MgO和CaF_2只起到调整炉渣物理化学性质的作用,对控制镍基合金中Al和Ti元素烧损作用不大.

电渣重熔中的脱氧热力学

为了研究电渣重熔的脱氧制度,基于熔渣的离子分子共存理论,以模具钢和脱氧剂铝为研究对象,根据渣-金反应中各组元的质量守恒定律和热力学平衡定律,构建了电渣重熔中的脱氧热力学模型。模型结合试验得到了钢中各个合金元素的热力学平衡质量分数随脱氧剂铝添加量的变化关系,并依据模具钢的合金成分要求对脱氧剂铝的添加量进行了分析。结果表明,钢中硅、铝、锰和渣中氧化铝的平衡质量分数随着脱氧剂铝的增加呈升高的趋势,而渣中氧化硅、氧化铁、氧化锰呈降低趋势;考虑到模具钢中各个合金元素的成分要求,脱氧剂铝的添加量不宜超过1.7kg/t(钢)。

Inconel718高温合金电渣重熔铝钛元素烧损热力学分析

为了研究Inconel718高温合金电渣重熔过程中渣系各组元对合金中易氧化元素铝、钛的影响,以五元渣系CaF_2-CaO-Al_2O_3-MgO-TiO_2为基,通过分子与离子共存理论,根据渣金界面中各组元的平衡反应和物质守恒,建立了Inconel718高温合金电渣重熔过程中渣金界面铝、钛元素氧化反应的热力学模型。通过分析该模型并对模型结果进行渣金平衡验证试验,验证了模型的有效性。研究结果表明,渣中CaF_2、MgO质量分数的变化对合金中铝、钛元素的影响很小;渣中Al_2O_3有烧钛增铝的作用,TiO_2有烧铝增钛的作用,CaO能够抑制铝元素的烧损;能够有效减少Inconel718高温合金电渣重熔过程中铝、钛元素烧损的渣系配比为CaO质量分数为20%～25%、TiO_2质量分数为4%～6%、MgO质量分数为1%～4%、CaF_2质量分数为50%～60%、Al_2O_3质量分数为15%～20%。

CaO-SiO_(2)-MgO-Al_(2)O_(3)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-SiO_(2)-MgO-Al_(2)O_(3)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((Al_(2)O_(3)))和w((Al_(2)O_(3)))对炉渣脱硫能力的影响。研究结果表明,修正后的CaO-SiO_(2)-MgO-Al_(2)O_(3)高炉渣系硫分配比(LS)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((Al_(2)O_(3)))=0.25~0.45,w((Al_(2)O_(3)))=15%时,随着碱度R的增加,炉渣的脱硫能力(LS)增大;当w((Al_(2)O_(3)))=15%,R=1.15~1.25时,随着w((MgO))/w((Al_(2)O_(3)))的增加,炉渣的脱硫能力(LS)增大;当w((MgO))/w((Al_(2)O_(3)))=0.25~0.45,R=1.20时,随着w((Al_(2)O_(3)))的增加,炉渣的脱硫能力(LS)减小,故高Al_(2)O_(3)条件下应适当增加炉渣中的w((MgO))/w((Al_(2)O_(3)))。