Al2O3-CaO基预熔精炼渣吸收Al2O3夹杂的动力学研究

$" ） 与 $% 59 ! 存在线性关系， 45. 6, 在 ’ ) 熔渣中的熔解速度
要略大于 * ) 渣。这是因为 ’ ) 渣中 45. 6, !<A6 比 渣 中 45. 6, 浓 度 较 低， 其吸收和熔解 值为 +?*， 渣 45. 6, 的能力大一些。’ ) 渣的碱度比 * ) 渣大， 由于在 吸收 45. 6, 的能力随碱度的增大而升高， 渣中形成的高熔点物质 B$6. 含量较低的情况下， ・ 、 钙长石 （ <A6 ・B$6 ・ 钙铝黄长石 （.<A6 45. 6,・B$6） 数量不多， 这些高熔点物零散聚集于熔 .45. 6, 等） 起不到阻止 45. 6, 进一步熔 渣和 45. 6, 固体界面， 解的作用。同时， 碱度高， 渣中 <A6 含量高， 易于 与上浮到渣中的 45. 6, 夹杂物形成低熔点物 （如 ・ 。渣中 <AC. 含量影响具有正反 ’.<A6 /45. 6, 等）
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注： ! Z ,-. *$ Y/0* 为 " R #； # Z ,-. *$ Y/0* 为 ! R .。
下端的 ,-. *（ 圆柱体试样， 当降 ." == ] ." ==） $ ! 以预热 至坩锅内熔渣面 $" ’ X" == 处停留 X =3>， 试样再浸入熔渣中， 开启电机旋转， 转速时间分别 为 !"" ’ ."" 6Y=3> （转速根据表面更新理论模拟计 算所得） ， 旋转分别为 !" ’ \ =3>。停止旋转后将 试样升到渣面上 $" ’ X" == 处停留 . =3>， 并慢速 旋转， 待试样冷却置于盐酸溶液中浸泡， 去除表面 粘附的熔渣后测其平均直径； （.）,-. *$ 在精炼渣 中熔解速度常数测定。与测定熔解速度方程的操 作相似， 此实验在 ! X"" [ 和 !." 6Y=3> 的条件下， 测定 X 个相同氧化物试样在不同旋转时间后半径 的减少值。实验参数和 ,-. *$ 柱体直径减少值见 表 .。
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研究设备及方法
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精炼渣 !Z #Z ()* % !"
表 @ 试验精炼渣成分 AB =/;97,27/* .5 *74*7, 9752/2/; 4"(; AB
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在粘度测试设备上加装一套可拆卸的旋转横 梁臂， 进行精炼渣吸收 L 类夹杂物的研究。利用 专门的步进电机控制旋转速度。为使控制设备易 操作， 具有良好的人机界面， 专门开发研制了一台 步进电机控制器。该设备工作原理： 操作者通过 开关列阵人工设置转速， 然后经嵌入式控制单元 （(/W） 向三相步进电机功率驱动发送脉冲信号。 步进电机的旋转模式为每脉冲旋转 !4X 度。 利用 % 因素 $ 水平的 . 次回归正交设计法 进行实验方案的设计， 在对 !5 组铝钙 （!Y. 实施） 型预熔精炼渣的熔化温度、 粘度和脱硫性能进行 ［!］ 系统深入研究的基础上 ， 对比选取了其中两组 渣 （! Z 和 # Z ） 来研究它们吸收 L 类夹杂的性能， 两组渣的成分如表 ! 所示。 精炼渣吸收夹杂 （ L 类） 的动力学实验研究方 法为： （!）,-. *$ 在精炼渣中的熔解速度方程。将 放入炉内加热至 .X" ) 渣 样 放 入 石 墨 坩 锅 中 ， 万方数据 使渣形成均匀液态， 缓慢下降装在钼杆 ! X"" [ ，
用下式可计算出 45. 6, 熔解速度常数： （ % & %） （ " & "） * 7# ! ! ! . ! （!% & !% ） # （3）
表明 ’ ) 熔渣 * 7 +?/* 大于 * ) 熔渣 * 7 +?1*， ) ’ 渣容纳 45. 6, 的能力更强。 .-, 搅拌速度对熔解速度的影响 （ . +1+ @ ） ， 固体 45. 6, 在熔渣 45. 6, 熔点高 中的熔解过程与化学作用、 组元的扩散及 45. 6, 向熔渣的渗透有关， 可分为 , 个环节： （’）熔渣向 （.）熔渣与 45. 6, 接触， 在界面 45. 6, 表面的吸附； 发生化学作用， 生成熔点较低的物质； （,）反应生 成物向渣相中迁移。
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实验结果和讨论 45. 6, 在熔渣中的熔解速度方程 圆柱体试样的旋转线速度： ! 7. ""# （’）
固体在熔体wenku.baidu.com的熔解速度， 在多数情况下扩
［,］ 散是限制性环节 。由图 ’ 可看出， （& 59
式中：" 8圆 柱 体 试 样 的 平 均 半 径 !##；# 8转 速 ! ・ " #$% & ’ 。 熔解速度与搅拌速度的关系表达式如下： （& 或 （& 59 $" ） 7 &!’ $% （.）
#23*. ， !4$ ’ #4526* 精炼渣中 ,-. *$ 圆柱体旋转线速度对 ,-. *$ 夹杂熔解速度的影响和 ,-. *$ 在渣中的 +/01. ， 熔解速度常数。结果表明， 降低精炼渣粘度和减少渣中初始 ,-. *$ 含量， 有利于提高精炼渣吸收 ,-. *$ 的能力。 关键词 ,-. *$ 7/0* 基精炼渣 ,-. *$ 夹杂 吸收 动力学
$" ） 7 ( 59 ! : 59 & $%
其中： 式 . 中 ;、 < 均为系数， " " （ 59 ! & 59 ! ） ［ （ 59 （ &! ） （ &! ） ］ & 59 # % ! !% (7 . （ 59 ! & 59 ! ） # " （ &! ） 59 & 7 59 & ( 59 ! !% 计算得出 45. 6, 在 ’ ) 精炼渣中的熔解速度 方程： （& $" ） 7 ’ - .’ = ’+ & 0 ! + -2* $% （,）
第 .\ 卷第 ! 期 .""X 年 ! 月
特殊钢
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W:-R .\ R ^:R ! a0>B06J .""X ・ .! ・
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停留在渣钢界面上并熔解于渣中； 三是由于界面 能的作用， 渣钢界面上的氧化物夹杂自发的转入
［@］ ［A］ 渣相 。过程自发进行的热力学条件为 ：
杂的能力； 另一方面， 渣中加入的 !"#$ 超过一定 限度， 将会有枪晶石和萤石晶体析出， 降低吸收 &’$ () 的能力。本渣系由于属低熔点型的铝钙型 精炼渣， !"#$ 对降低渣的熔点和粘度的作用不太 明显， 影响渣物理性质的主要是 &’$ () *!"( 比值 的大小。从环保和降成本的角度出发， 本精炼渣 可含较低或完全不加 !"#$ 。渣中加入 +,( - ./0 时， 有利于渣吸收 +,( 能改善精炼渣的物理性质， &’$ () 夹杂能力的提高。 +,( 和 !"( 属同一主族 元素氧化物， 二者性质较接近， 由于 +,( 向渣中提 $1 使得渣中复合阴离子更 供 ( 的能力比 !"( 强， 易于解体， 因而使熔渣粘度降低， 改善了 &’$ () 夹 杂物在渣中扩散的动力学条件。 渣的组成及相关物理性质值见表 .、 表 )， 由 表中数值可看出， &’$ () 的吸收速率随渣中 &’$ () * 随 （ +,( % 23(） 值增大而增 !"( 值 增 大 而 减 少， 加。精炼渣熔解吸收 &’$ () 夹杂在渣钢界面上进 行， 减少粘度不仅可以增加熔渣对 &’$ () 夹杂的 润湿性， 而且可以加快熔解后 &’$ () 在渣中的迁 移速度， 因此粘度为 &’$ () 吸收速率的主要控制 （ +,( % 23(） 含 因素 。精炼 渣 中 的 &’$ () *!"(、 量通过改变熔渣粘度来影响 &’$ () 吸收速率。当 渣的粘度随 &’$ () *!"( &’$ () *!"( 5 /67 8 /69 时， 值增加而降低， 精炼渣吸附 &’$ () 夹杂的能力很
45. 6, 在 * ) 精炼渣中的熔解速度方程： （& .-. $" ） 7 / - /3 = ’+ & 0 ! + -/0 $% （0）
45. 6, 在熔渣中的熔解速度常数 当温度、 转速一定时， 利用下式可测出圆柱体
［.］ 试样在不同熔渣中的熔解速度常数 ：
（&
$) ） 7 *+ $%
（1）
图’ C$9- ’ $" ） 与 59 ! 的关系图 $% $" （ & ）A%M 59 ! DE5AF$G%HI$J KEFLEE% 59 $% （& 59
式中： + 8圆柱体试样的侧表面积 !>#. ； ) 8精炼渣吸 万方数据 收 45. 6, 夹杂的质量 !9。
第.期 赵和明等： &’$ () B!"( 基预熔精炼渣吸收 &’$ () 夹杂的动力学研究 ・ $) ・ ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 两方面作用， 一方面， 渣中 !"#$ 增加， 除降低熔渣 粘度外， 还由于引入了 !" 离子， 因此与碱度增 加相似， 在一定含量范围内可增大吸收 &’$ () 夹
转速 ! 时间 ! ・ #$% & ’ #$% " ’++ ’.+ ’1+ ’*+ .++ ’+ 2 * / 3 转速 ! 时间 ! !(!#$% ・ #$% & ’ #$% " ’) *) ’, - . ’+ - /+ ’.+ , ’, - 1 ’+ - *+ ’.+ 1 ’, - + ’+ - 0/ ’.+ / ’0 - + ’+ - *0 ’.+ 2 ’3 - . ’’ - 01 ’.+ ’’ !(!#$% ’) *) 0-* ,-1 /-+ 0-2 *-. 3-* ’, - . ’+ - * ’/ - ’ ’. - ,
!"# $% &’($ 基预熔精炼渣吸收 !"# $% 夹杂的动力学研究
赵和明 王新华 谢 兵
（北京科技大学冶金与生态工程学院， 北京 !"""#$） 摘 要 （重庆大学材料科学与工程学院， 重庆 %"""%%）
通过改进的粘度测试装置， 测试和研究了成分 （&） 为： % ’ !"()*， $% ’ $+,-. *$ ， $$ ’ %./0*， $’
特殊钢 第 .3 卷 ・ .. ・ ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !
表 ! 转速和时间对 "#! $% 柱体直径减少值 （! 的影响 &） ’()#* ! +,,*-. /, 0/.(.123 45**6 (26 .17* /2 6*-0*(4* 8(#9* （! &）/, "#! $% -:#126*0 61(7*.*0