D0I:10.13374/j.issn1001053x.2006.01.006 第28卷第1期 北京科技大学学报 Vol.28 No.I 2006年1月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jan.2006 疏容量和硫分配比的计算及分析 郝 宁王海涛王新华李宏王万军 北京科技大学冶金与生态工程学院，北京100083 摘要介绍了硫容量的理论背景、KTH模型计算硫容量方法以及硫平衡分配比的计算方法，分 析了彩响硫平衡分配比的因素，结果表明：硫平衡分配比随钢液中[%C].[%A]的增加而增加， 随钢液温度的增加而降低；疏容量随钢液温度增加而增加，随渣中(%Al,O)/八%CaO)比值的增加 而降低. 关键词硫容量；硫分配比：彩响因素：温度 分类号T℉769.9 随着用户对钢中硫含量要求的日益严格，纯 0.1013Pa的氧硫之间的平衡.炼钢时除特殊情 净钢深脱硫冶炼理论和工艺研究已成为国内外研 况外，氧分压都小于0.1013Pa.反应(2)是渣-钢 究的焦点问题，要实现纯净钢深脱硫，选择吸收 两相间的平衡 硫能力大的合成渣系的是非常重要的.硫容量是 反应(1)的平衡常数可表示为： 表示炉渣脱硫能力的主要参数，是选择合理脱硫 渣系的重要依据.目前，已经开发了几个预测硫 4s2- K1= s(%S) (3) 容量随渣成分和温度的变化关系的模型，例如由 ad-Ps 瑞典皇家理工学院冶金系开发的KTH计算模 其中，as2-和ao2分别是渣相中S和O的活度； 型l、光学碱度模型2]等，Andersson和Jonsson p,和ps是Sz(g)和O2(g)的分压；fs-是渣相中 对这些模型进行了验证，指出预测不同温度、不同 的硫的活度系数：(%S)是渣中硫含量 渣成分的硫容量的最有效的模型是KTH模 Fincham和Richardson'5]用式(3)表示了硫 型3].本文介绍了应用KTH模型计算渣的硫容 容量(Cs)的概念： 量；用()hta和Suito的经验公式[4)计算渣中 Al2O3活度，用计算出的Al2O3活度和钢液中铝氧 iao Cs=- 的平衡关系计算钢液中氧活度：再根据经验公式 fa- -=(%S) (4) ps 计算钢渣之间的硫平衡分配比的方法；最后利用 其中，K1是反应(1)的平衡常数 这个方法对影响钢-渣之间硫平衡分配比的几个 疏容量(Cs)仅仅是温度和渣成分的函数，它 因素作了具体分析 描述了一种液态炉渣潜在的脱硫能力，可用来比 1 理论背景 较不同炉渣的脱硫能力的大小 由瑞典皇家理工学院冶金系开发的KTH模 1.1疏容量概念 型可以计算Cs·在KTH模型中，等式(4)中的 讨论炼钢过程中的脱硫时，主要考虑以下两 个反应： K1用式(5)表示， 。止用式(7)表示 fs- s(g)+)-0g)+(s)() K1=expAG RT (5) S]+(02-)=[0]+(S2-) (2) △G°=118535-58.8157T (6) 反应(1)是描述渣-气两相中氧分压小于 其中，△G为反应(1)的吉布斯自由能，Jmol-; 收稿日期：2004-11-20修回日期：200502-28 T为温度，K;R为气体常数8.314J小mo1.K-1. 作者简介：郝宁(1979一)，女，博士研究生；王新华(1951一)，男. 教授，博十 (7)
第 2 8 卷 第 1 期 2 0 0 6 年 l 月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n a l o f U n i v e rs it y o f S e i e n c e a n d T e e h n o l og y Be 幼in g V o l . 2 8 N o . l J a n . 2 0 0 6 硫容量和硫分配 比的计算及分析 郝 宁 王 海 涛 王 新 华 李 宏 王 万 军 北京科技 大学 冶 金与生 态工 程 学 院 , 北京 10 0 0 8 3 摘 要 介 绍了硫容量的理论背景 、 K T H 模型计算硫容量方法 以及硫平衡分配 比的计算方法 , 分 析 了影 响硫平衡分配比的 因素 . 结果表明 : 硫平衡分配 比随钢液 中〔% C] , 【% 川」的增加 而增 加 , 随钢液温度的增加而 降低 ; 硫容量 随钢液温度增加而增 加 , 随渣中 ( % 1A 2O 3 ) (/ % C a o ) 比值的增加 了厄降低 . 关键词 硫容量 ; 硫分配 比 ; 影响因 素 ; 温 度 分类号 T F 7 69 . 9 随着用户对 钢 中硫 含 量要 求 的 日益严 格 , 纯 净钢深 脱硫 冶炼理论 和工 艺研究 已成 为 国内外研 究 的 焦点 问题 . 要 实现 纯 净钢 深脱 硫 , 选择 吸 收 硫 能力大的合 成渣系的是 非常重 要 的 . 硫容量 是 表示炉 渣脱硫 能 力的 主要 参数 , 是选 择 合理 脱硫 渣 系 的重 要依 据 . 目前 , 已 经开 发 了几 个 预测 硫 容量随渣成分和 温度 的变 化关 系 的模型 . 例 如 由 瑞典 皇 家理 工 学 院 冶 金 系开 发 的 K T H 计 算 模 型 川 、 光 学 碱 度 模 型 [2 ] 等 , A n d e r s s o n 和 J o n s so n 对 这些模型进 行了验证 , 指 出预 测不同温度 、 不同 渣成 分 的 硫 容 量 的 最 有 效 的 模 型 是 K T H 模 型 3[] . 本 文介 绍 了应 用 K T H 模 型计 算渣的硫 容 量 ; 用 ( ) ht a 和 s iu t 。 的 经 验 公 式’[] 计 算 渣 中 1A 2叭 活度 , 用 计算出的 iA Z O : 活 度和钢液 中铝氧 的平衡关 系计 算 ` 钢 液 中氧 活 度 ; 再 根据 经 验 公式 计算钢渣之 间的 硫平 衡分配 比的方法 ; 最 后 利用 这个方法对 影响钢 一 渣之 间硫 平衡分 配 比的 几个 因 素作 了具 体分析 . 0 . 1 01 3 P a 的氧 硫 之 间的 平衡 . 炼钢 时 除特 殊 情 况外 , 氧分压都小于 0 . 10 1 3 P a . 反应 ( 2) 是渣一 钢 两相 间 的平衡 . 反应 ( l) 的平衡 常数可表示 为 : a 。 2 一 风 、 。 2 一 ( % S川下二 K l = 一 } 尸 = — }一 ( 3 ) a ~ 2 一 飞{ 刀 ~ 以 ~ 2 一 、 { 刀 ~ U V 为 2 U V ’ 、 其中 , 。 犷 一 和 。 0 2 一 分 别是 渣相 中 S 和 O 的活 度 ; p ( ) 2和 p 、 是 剐 g ) 和 0 2 (s) 的分压 ; fsz 一 是渣 相 中 的硫的 活度系数 ;( % )S 是 渣中硫含量 . F i n e h a m 和 R i e h a r d s o n [ 5 } 用 式 ( 3 ) 表示 了硫 容量 ( c s )的概念 : K l 。 _ 2 一 {户。 C 、 = - 一 = ( % S ) }立 ( 4 ) J 5 2 一 丫p 熟 理 论背景 1 . 1 硫 容量概念 讨论炼 钢过 程 中的脱 硫 时 , 主要考虑 以下两 个反 应 : 令s2 ( g ) 、 ( (岁 一 )一鲁0 2 ( g ) + ( 5 2 一 ) ( 1 ) 2 一飞 、 。 ’ \ ` 一 ` 2 、 ` 、 b z “ 一 〔s 」十 ( (护 一 )一仁() 卜 ( 2S 一 ) ( 2 ) 反应 ( 1) 是 描 述 渣 一 气 两 相 中 氧 分 压 小 于 其 中 , K l 是反 应 ( l) 的平 衡常数 . 硫 容量 ( c s )仅 仅是 温度和渣 成分 的 函数 , 它 描述 了一种液 态炉 渣潜在 的脱 硫 能力 , 可用 来 比 较不 同炉渣 的脱硫 能力 的大小 . 由瑞典皇家理 工 学院 冶金 系开 发 的 K T H 模 型可 以 计算 c s . 在 K T H 模 型 中 , 等 式 ( 4) 中 的 K l 用式 ( 5 ) 表示 , 竿 用式 ( 7 ) 表示 . 一 ” ` 一 、 ` 一 ’ r 一 ’ ` ” f s , 一 ” ` 一 ” 、 ` ’ 一 “ 一 ’ ` ’ ` } △G 令 } 八 1 = e x P } 一 耳石万不 ) 、 丈、 1 ( 5 ) 收稿 日期 : 加 0 4 一 11 一 20 修回 日期 : 2 0 0 5一 0 2 一 2 8 作者简介 : 郝 宁 ( 19 7 9一 ) , 女 , 博士 研究 生 ; 王 新华〔19 51 一 ) , 男 , 教授 , 博十 △ G 令 二 1 15 5 3 5 一 5 s . 8 15 7 T ( 6 ) 其中 , △ G 母 为反应 ( 1) 的吉布 斯 自由能 , J · m ol 一 ` ; T 为温度 , K ; R 为气体常数 8 . 31 4 ) · m ol 一 ` · K 一 ’ . 竺鱼 _ _ _ 「 止乏] 丁一 = ex PI 万六二 } ( 7) fs Z - 一 、 “ 匕 R T 习 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2006. 01. 006
·26· 北京科技大学学报 2006年第1期 一元系中，专仅仅是温度的函数；多元系中，： ai=f[i] (15) 就是温度和成分的函数 其中，是钢液中元素i的活度系数，j代表钢液 =∑(X,:+5mx) (8) 中溶解的元素，g代表元素j对i的作用系数，a: 其中，下标i代表渣中的组元i,X:是多元渣系中 是钢液中元素i的活度. 组元i的摩尔分数，：是温度对组元i的线性系 因此，式(13)中的fs可根据式(14)计算得 数（没有不同组元的相互作用），：mix代表渣中不 出.式(13)中a[o利用钢液中的溶解铝和氧的反 同组元的相互作用（主要决定于渣的成分和温 应计算，平衡时钢液中的A12O3的活度为顶渣中 度). Al2O3的活度 对于五元渣系Al2O3-CaO-MgO-MnO-SiO2 2LA1]+3[O]=A2O3(S) (16) 的的表达式如下]： △G9=-1205115+386.714T(Jmol-1) E=XALO,SALO,+XCoSco+XMoMo+ (17) Xwoiuo+Xa,o+69-e0+ 以固态Al2O3作为标态，式(16)的平衡常数 可表示为： 00+9-s0+0c0+ n-△G9 K16=exp RT a AlO 器w0+00+90e0+ ÷2 (18) 3 a[An[o] 90e0+ .A1203SO2-Mg0, 其中，aC,是渣相中AhO的活度，a[A是钢液 中溶解铝的活度 80o+90咖0+ 为了从式(18)中计算ao,需要计算a和 620-c +SO,-MnO-CaO+ mix aO3 9200 (9) 钢液中铝的活度可表示为： IAI]=fAI[%Al] (19) 其中一些详细的参数值见文献[1]和[5] 1.2 疏分配比的计算 其中，f是钢液中溶解铝的活度系数，由式(14) 为了把硫容量同渣钢间的硫分配比联系起 计算；[%A1]是钢液中溶解铝的含量. 来，综合反应(1)，(2)得反应(10)： 应用Ohta和Suito的经验公式[来计算CaO -SiO2-Al2O3-Mg0四元渣系中的Al2O3的活度， [s1+202(g)-01+2s,(g) (10) 该经验公式的可靠性在文献[3]中已经得到验证. 反应(10)的平衡常数K10用式(11)表示[61： Ohta和Suito应用渣-钢平衡技术来确定氧化物 1gK10=-93+1.375 T (11) 的活度，确定渣中A2O3活度的计算公式如下： 平衡常数K1o还可表示为： g0g=L0.275(%C0t016L%Ms01+ (%SiO) 0.033(%A203）-1.560 (20) K10= Ps(%S)aral ats]Po [%S]IsCs (12) 其中，渣中各组分的含量用质量分数表示 其中，a[o和as1是钢液中0和s的活度，fs是 计算出ao和a[再利用式(I8)就可以 钢液中S的活度系数，「%S]是钢液中硫的含量， 把aro计算出来. 综上所述，用KTH模型计算出Cs,用Wagn- 结合式(11)和式(12)，钢-渣间硫的平衡分 配比Ls可用下式表示[6]： er等式计算出fs,用Ohta和Suito的经验公式计 (%S2= 算出a,0,再用钢液中的溶解铝和氧的反应平 IgLs=lg [%S] 衡计算出aro,按式(13)即可把Ls计算出来. 23+1.357+lgf,+leC-l®ao(13) 2Cs和Ls的影响因素分析 钢液中某一组元i的活度作用系数用Wagn- 精炼过程中渣中SiO2,MgO的质量分数变化 er等式计算： 很小，因此在计算不同参数对硫平衡分配比的影 gf=∑([%j]) (14) 响时将其定为常数，即Mg0为8%，SiO2为
北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 0 6 年 第 i 期 一元 系中 , 宁仅仅是温度 的函数 ; 多元 系 中 , 泞 就是 温度和 成分的 函数 . 右一 艺 ( x 、誉、 + 右m i x ) ( s ) 其 中 , 下标 i 代表渣 中的组元 i , X 、 是 多元渣 系 中 组元 i 的摩尔分数 , 右, 是 温 度 对 组 元 i 的 线性 系 数 (没有 不 同组 元 的 相互 作 用 ) , 普、 x 代表 渣 中不 同组元 的相 互 作 用 ( 主 要 决 定 于 渣 的 成 分 和 温 度 ) . 对 于五元渣 系 iA Z q 一 C a O 一M g O 一 M n o 一 iS q 的 右的表达 式如下 lj[ : 宁一 X 从。 3 气吼 + X ca o 右cao + X M四誉M四 + X M · O ` M · o + X s l o Z ` s 、。 2 + ` xoZ 3一 aC O + : xoZ 3一 Mn 。 + 。 xoZ 3一 isoz + 。淤 一 aOC 、 淤 一 OMn 十 : 淤 一 M今 : 黔 一 isoz 一 aOC + `黔 一 赃 。 。 + : 黔 一 isoz 一 酗 十 八 L O _ 一 M州〕 M rl 〔) A l , O , 一 51 0 , 一 M n O 户 ` j 一 + 户 ` J ` + 51 0 月一 M 创〕一 C a o 5 10 一 M n 斌〕 ~ C aO 宁m ;扩 一 + 誉m i扩 + ,录分 一 M四 一 M n O ( 9 ) 其 中一些详 细的参 数值见文 献 「l] 和 「5] . 1 . 2 硫分配 比 的计算 为 了把硫 容 量 同 渣 钢间 的硫 分 配 比联 系 起 来 , 综合反应 ( 1 ) , ( 2 )得反 应 ( 10 ) : a 、 = 五 [ i 〕 ( 1 5 ) 其 中 , 关 是钢 液中元 素 i 的 活度 系数 , j 代表 钢液 中溶解 的元素 , 弓代表元 素 j 对 i 的 作用 系 数 , a ` 是钢液 中元 素 i 的 活度 . 因此 , 式 ( 13 ) 中的 f s 可 根据 式 ( 1 4) 计算得 出 · 式 ( 1 3 )中 “ o[ 〕利 用钢液 中的溶解铝和 氧的反 应计算 , 平衡 时钢液 中 的 1A 2 0 3 的 活度 为 顶渣 中 1A 2场 的活度 . 2 [ A I」+ 3 [ O ] = A 1 2 O 3 ( S ) ( 16 ) △G 母 = 一 1 2 0 5 1 1 5 + 3 8 6 . 7 14 T ( J · m o l 一 ` ) ( 17 ) 以固态 1A 2马 作为 标态 , 式 ( 1 6) 的平 衡常数 可表示为 : { 一 △ G 仑 ) 八 1 6 = e X p { 一万子否一 ) = 、 J 、 i 产 a 从吼 2 3 a r , a F n l ( 18 ) [ S ] + 鲁o2 ( g )一 [ o ] 乙 1 、 , 十 万祝 Lg ) ` ( 1 0 ) 反 应 ( 10 )的平 衡常数 K l 。 用式 ( 1 1 )表 示 [ “ ] : `g K I。 一 举 + 1 . 3 7 5 ( 1 1 ) 其 电 “ 、 2 0 3是 渣相 中 lzA 几 的活 度 , “ lA[] 是钢 液 中溶 解铝 的活度 . 为了从 式 ( 18 )中计算 。 o[ 〕 , 需要计算 “ 〔朋 和 a 从吼 ’ 钢液 中铝 的活度可表 示为 : a [ A , } = 人 l [% A I ] ( 1 9 ) 其中 , 场是 钢液 中溶 解 铝 的活 度 系数 , 由式 ( 14) 计 算 ;[ % lA 」是钢液 中溶解铝 的含量 . 应 用 O h t a 和 s u i t o 的经验公 式 [ 4 ]来计算 e a o 一 is q 一 A坦q 一 M四 四元 渣系 中的 1A 2几 的活度 , 该 经验公 式的可 靠性在文 献 〔3] 中已 经得到 验证 . O ht a 和 S iu ot 应用 渣一钢平 衡 技 术来确 定 氧化 物 的活度 , 确定渣 中 A 1 2 0 3 活度的计 算公式 如下 : 平衡 常数 K l 。还 可表示 为 : 馆“ 从叭 _ _ 、 压 _ 丈、 I n 一 { 一 、「 n , 。 1 、广 门 “ [ s ] 丫p OZ L为 。 J J s 七 S 一 0 . 2 7 5 ( % 〔治() ) + 0 . 1 6 7 ( % M ( % S iq ) 0 . 0 3 3 ( % iA Z场 ) 一 1 . 5 6 0 ( 2 0 ) ( 12 ) 其 中 , 。 o[ 」和 。 s[] 是 钢液中 O 和 S 的 活 度 , f s 是 钢液 中 S 的活度系数 , 厂% S 〕是钢液 中硫的含 量 . 结合式 ( 1 1) 和 式 ( 1 2) , 钢一 渣 间硫 的平 衡 分 配 比 L S 可用下 式表示 6[] : 19 : S 一 19 黯 - 一 攀 + ` · 3 , 7 + `g f s + `g C一 `g a 〔o : ( `” 钢液 中某一组 元 i 的 活度作用 系数用 W ag n - e r 等式计算 : 19关二 习 (试仁%j )] ( 1 4 ) 其中 , 渣 中各组分 的含 量用质量分数表 示 . 计算出 “ 从叭和 “ 〔、 〕 , 再 利 用 式 (1 8 ) 就 可 以 把 。 〔0 〕计算出来 . 综 上所述 , 用 K T H 模型计算出 C S , 用 Wag n - er 等式计算出 f s , 用 o h at 和 S iu ot 的经 验公 式计 算出 “ 伙0 3 , 再 用钢液 中 的溶解铝 和 氧 的 反 应 平 衡计 算出 。 o[] , 按式 ( 13 ) 即可把 L 、 计算 出来 . 2 c s 和 L S 的影响因素分析 精炼 过程 中渣 中 iS q , M g O 的质量分数 变化 很小 , 因此在计 算不 同参数对 硫 平衡 分配 比的影 响 时 将 其 定 为 常 数 , 即 M g O 为 8 % , iS q 为
Vol.28 No.I 郝宁等：硫容量和疏分配比的计算及分析 ·27· 7%[3).以高强度船板钢A32钢液为例分析各参 方时，那么钢中的硫就会有向渣中扩散的趋势 数对硫平衡分配比的影响. 700 120 2.1[%A1小，[%C]对Ls的影响 b00 18 --5 16 固定T和渣成分，考虑钢液中[%C]和 ￥500 [%A1]对L.s的影响. 10 渣成分：(a(),55%:Al2O3,30%;Mg(),8%; 00 器200 16 SiO2,7%.温度T,1550t:,钢液：[%A1], 100叶 0.02%-0.06%;[%C],0.1%~1%. 1650170017501800185019001950 由上：述方法进行计算，结果如图1. 温度K 500- -.-1.02%A1 图2计算的Ls,Cs和钢液T的关系 4s0 ---.04%A1 —.06%A Fig.2 Calculated Ls,Cs as a function of T 0 2.3渣中(%Al203)/(%CaO)比值对Ls的影响 海250 固定T、渣中MgO,SiO2含量、钢液中[%C] 200 和[%AI],考虑渣中(%Al2O3)/(%CaO)的比值 I50 对Cs的影响. 100 .20.40.60.81.0 12 [%C】 温度T,1550℃.渣中：MgO,8%;SiO2, 图1计算的Ls和[%AI小，[%C]的关系 7%.钢液中：[%A1],0.03%;[%C],0.2%. Filg.I Calculated Ls as a function of [%Al]and [%C] 模型计算结果如图3所示，渣中(%Al2O3)/ (%CaO)比值的增加使得降低，即随着炉渣中 从图1可以看出，1s随[%A1],[%C]的增加 C(O含量的降低，炉渣吸收硫的能力降低 而增大，且[%A]比[%C]对Ls的影响大，也就 50 是说增加[%1].[%C]有利于钢液脱硫.这是因 45 为钢中S和AI的活度作用系数fs和fA随[C]增 35 3 加而增加，f、增加引起Ls增加，可由式(13)看 声25 出，fu的增大可引起a的增大进而使钢液的ao 15 降低，这点可从式(18)，(19)看出.再根据式(13) 可得，a,的降低可引起Ls增加 0 0.20.40.60.81.01.21.41.6 由上述分析知f4,的增加会引起钢液中ao (%ALO.M%CaO) 降低，进而使Ls增加：另一方面，钢液中[A1]的 图3计算的Cs和渣中(%A20)/(%Ca0)的关系 降低引起钢液中ao增大，进而降低Ls Fig.3 Calculated Cs as function of (%AlO]/(%CaO) 2.2液T对L、的影响 固定渣成分和钢液中[%C]和[%A1],考虑 3 结论 T对L、的影响 (1)用KTH模型计算硫容量，用Wagner等 渣成分：CaO,55%;A20,30%;MgO, 式计算出fs,用Ohta和Suito的经验公式计算渣 8%；Si(02,7%,钢液中：[%A1],0.03%: 中A12O3活度，然后用此值计算钢液中氧活度，进 [%C],0.2%. 而可以计算出钢渣之间的硫平衡分配比. 由上述方法计算1s,结果如图2所示 (2)钢渣间的Ls随钢中[C],[A1]的增加而 由图2可以看出，温度T增加Cs增加，但 增加；随温度T的增加而降低， Ls降低.这说明随着温度的增加，炉渣的吸收硫 (3)炉渣的硫容量Cs随渣中(%A2O,)/ 的能力增加，且随温度的增加，Ls降低，即钢渣之 (%C(O)比值的增加而降低，随温度T的增加而 间的反应更容易达到平衡，也就是说温度升高，钢 增加. 中的硫[S]有向渣中扩散的趋势，如果实测的值 (4)Cs和Ls的影响因素的分析结果和实际 在图2中的实线上方时，渣中的硫就会有向钢液 结果十分符合，表明用KTH模型来计算硫容量 中扩散的趋势；如果实测的值在图2中实线的下 和硫平衡分配比有很高的准确性和实用性
V o l , 2 8 N o . l 郝宁等 : 硫容里和硫分配 比的计算及分析 2 7 方时 , 那 么 钢 中的硫 就会有 向渣中扩散 的趋 势 . 工彭耸考二\ 201816814210 642050 兰李洲拯冬写 7 % 川 . 以 高强 度船板 钢 A犯 钢 液 为 例分 析 各参 数对硫平 衡分配 比 的影 响 . 2 . 1 【% lA 〕 , 仁% C] 对 L S 的影响 固 定 T 和 渣 成 分 , 考 虑 钢 液 中 「仪 , C 」和 「% 1A 」对 了、 的影响 , 渣 成 分 : ( ’ a ( ) , 5 5 % ; A 1 2 ( ) 3 , 3 0 % ; M g ( ) , 8 % ; 5 10 2 , 7 % . 温 度 T , 1 5 5 0℃ . 钢 液 : 〔 `汤 A l 〕 , 0 . 0 2 % 一 0 . 0 6 % ; 「% C 」 , 0 . 1 % 一 1 % 由上述 方法进行计算 , 结果如 图 1 . 尸渝 50 0 4 50 厂 4 00 卜 3 50 七 3 00 - 2 50 2 0 0 卜 15 ( ) 卜 - 一 让 02% A I 三{丝;脸 一 一 训 图 2 F i g . 2 1 7 50 1 80 0 1 8 50 1 9 00 温度 爪 计算的 L S , c 、 和钢液 T 的关 系 C a l e u l a t ed L : , 〔 、 5 as a fu n e t i o n o f T 一 一 一 - 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 ~ 一 一 一 一 - ~ ~ 一 ~ 一 一 奈偌撅带兰划胭 `0() 厂 一 几丁一斌了一万乙一 石丫一万 ) 一丁2 【% C l 图 1 计算的 1 5 和 t % lA ] , 【% C 〕的关系 r i g . l ( 滋一c u 一a t“ 儿 s a s a r u n e t i o n o r 【% A 一j a n d 〔% e 〕 2 . 3 渣 中 ( % 1A 2 几 ) (/ % c a o) 比值对 L S 的影响 固定 T 、 渣 中 M gl 〕 , is q 含量 、 钢液 中 仁% C] 和「% A I」 , 考 虑 渣 中 ( % A 1 2 O 3 ) / ( % C a o ) 的 比 值 对 C : 的影响 . 温 度 丁 , 1 5 5 0 ℃ . 渣 中 : M g ( ) , 8 % : 5 10 2 , 7 % 钢液 中 : 「% A I] , 0 . 0 3 % ;[ % C 〕 , 0 . 2% . 模型计算 结 果如 图 3 所示 , 渣 中 ( % iA 2 0 3 )/ ( % C a O ) 比 值 的 增 加 使 得 降低 , 即 随 着 炉 渣 中 c a( ) 含量 的降低 , 炉渣 吸收硫 的能力降低 . - 一 ,喇仲踢。一\ 从图 1 可以 看出 , I : 随 「% lA l , 仁% c }的增 加 而增大 , 且 〔% lA 」比 t % C 」对 L : 的影 响大 , 也 就 是说增加 「% \l/ l , 〔% C 〕有 利于 钢液 脱硫 . 这是 因 为钢 中 s 和 AI 的活 度作用 系数 f s 和 f AI 随 〔C] 增 加而增加 , ` f污增 加引 起 L S 增 加 . 可 由式 ( 13 ) 看 出 , f AI 的增大 可引起 。 、 l的增大 进而 使钢 液 的 。 0 降低 , 这 点可从 式 ( 1 8) , ( 1 9) 看出 . 再根 据式 ( 13 ) 可得 , 。 ` ) 的降低 可引起 L : 增加 . 由 匕述 分 析 知 f A . 的增加 会 引起 钢液 中 。 0 降低 , 进而 使 L : 增 加 ; 另一 方 面 , 钢液 中 仁lA } 的 降低引起钢液 中 。 ` ) 增 大 , 进而 降低 I , 5 . 2 . 2 液 了 对 L 、 的影响 固定渣成 分 和钢 液 中 〔% C 」和 「% A 门 , 考 虑 T 对 L 、 的影响 . 渣 成分 : C a () , 5 5 % ; A 1 2 O 3 , 3 0 % ; M g O , 8 % ; 5 1( ) 2 , 7 % . 钢 液 中 : [ % A I〕 , 0 . 0 3% ; 「% (立〕 , 0 . 2 侠, . 由 上述方法计 算 1 5 , 结果如 图 2 所示 . 由图 2 可 以 看 出 , 温度 T 增 加 c s 增 加 , 但 L S 降低 . 这 说明随着温度 的增 加 , 炉 渣 的吸收 硫 的能力增加 , 且随温度 的增 加 , L S 降低 , 即钢渣 之 间的反 应更容 易达到 平衡 , 也就是 说温度升 高 , 钢 中的硫 〔S〕有 向渣 中扩 散 的趋 势 , 如 果 实 测 的值 在图 2 中的实线 上方 时 , 渣 中的硫 就会 有 向钢 液 中扩散 的趋 势 ; 如果 实测 的 值在 图 2 中实 线 的下 (% A 1 2 0 3 ) /(% C a O ) 图 3 计算的 C S和渣中 ( % 1A 2场 ) (/ % c a o) 的关系 F i g . 3 e a l c u 一a t de C s a s r u n e t i o n o f (% A1 2 o 3 ) / ( % C a o ) 3 结论 ( 1 ) 用 K T H 模 型计 算 硫容 量 , 用 w ag ne r 等 式 计算出 f s , 用 O h at 和 S iu ot 的经验公 式计 算渣 中 A 1 2 o : 活度 , 然后用此值计算钢液 中氧 活度 , 进 而 可以 计算 出钢渣之 间的硫平衡分 配 比 . ( 2 ) 钢 渣 I司的 z , : 随钢 中 [ e ] , 仁A I ]的增 加而 增 加 ; 随温度 T 的增加而 降低 . (3 ) 炉 渣 的 硫 容 量 C S 随 渣 中 ( % 1A 2 0 3 )/ ( % C a( ) 比值的增 加而 降低 , 随 温度 T 的增 加而 增加 . ( 4) c s 和 L S 的影 响因素的分析 结果和 实际 结果 十分 符 合 , 表 明用 K T H 模型 来计 算 硫 容量 和硫平衡 分配 比有 很高的准确性 和实 用性
·28· 北京科技大学学报 2006年第1期 参考文献 [4]Ohta H.Sutto H.Activities of SiO and AlO3 and activityo [1]Nzotta MM,Sichen D,Seetharaman S.Sulphide capacities in efficients of FetO and MnO in CaO-SiO2-Al2O3-Mgo siags Metall Trans B,1998,28B:119 some muiti component slag systems.ISII Int,1998,38: 1170 [5]Nzotta MM,Sichen D,Seetharaman S.A study of the sulfide [2]Young R W.Duffy J A,Hassall G J,et al.Use of optical ba- capacities of iron-oxide containing slags.Metall Trans B. 1999,30B:909 sicity concept for determining phosphorus and sulphur slag- metal partitions.Ironmaking Steelmaking,1992,19:201 [6]Gornerup M.Studuies of Slag Netallurgy in Stainless Steel- [3]Andersson M A T,Jonsson P G,Nzotta MM.Application of making Dissertation].Stockholm:Department of Metallur the sulphide capacity concept on high-basicity ladle slags used gy,Royal Institute of Technology,1997 in bearing-steel production.ISLJ Int,1999,39:1140 Calculation and analysis of sulphide capacity and sulphur partition ratio HAO Ning,WANG Haitao,WANG Xinhua,LI Hong,WANG Wanjun Metallurgical and Ecological Engineering School,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China ABSTRACT The theoretical background of calculating sulphide capacity by the KTH model and the method of calculating sulphur partition ratio were introduced.Some parameters that affect the sulphur par- tition ratio were studied.The result showed that (1)the sulphur partition ratio increased with the increase of [%C],[%Al]and decreased with the increase in temperature;and(2)the sulphide capacity increased with the increase in temperature and decreased with the increase of(%Al2O3)/(%CaO)in the slag. KEY WORDS sulphide capacity;sulphur partition ratio;effect factors;temperature
2 8 北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 0 6 年第 i 期 考 文 献 [ 4 ] lj[ 【5 ] 【Z J [ 6 〕 【3 J N zo t t a M M , S i e h e n D , eS e t h a r a m an 5 . S u lp h id e e a p a e i t i e s i n so m e m u l t i e o m卯 n e h t 5 1明 s邓t e m s . I S IJ I n t , 1 9 9 8 , 3 8 : 1 17 0 Y o u n g R W , D u f fy J A , H as a ll G J , e t a l . U s e o f o p t i e a l b a - s i e i t y e o n e e p t of r d e t e rm i n i叱 p h o s p ho r u s a n d s u lp h u r 5 1昭 - m e t a l P a rt it i o n s . I , n m . 址 n g St e l am ki gn , 19 9 2 , 19 : 2 0 1 A n d e r s osn M A T , J 6 n s os n P G , N z o t t a M M . AP p li e a t i o n o f t h e s u lp hid e e a p a e i t y e o n e e p t o n h ig h 一 bas i e i t y l a d l e s l a罗 u se d i n b e a r i n g 一 s t e e l p r o d u e t i o n . I S U I n t , 1 9 9 9 , 3 9 : 1 14 0 O h t a H , S u t t o H . cA t i v i t i e s o f S iq an d 12A O 3 an d a e t i v i t y e o - e ff i e i e n t s o f eF t O a n d M n ( ) i n C aO 一 5 10 2 一月2 0 3 一 M gO s lag s . M e t目1 T ar ns B , 1 99 8 , 2 8 B : 1 19 N oz t t a M M , S i e h e n D , eS e t h a r am a n 5 A s t u d y o f t h e s u lfid e e a P a e i t i e s o f ior n 一 o x id e co n t a i n i n g s al g s . M e t a ll T r a 璐 B , 19 9 9 , 30 B : 9 0 9 G 6 r n e r u P M . S t u d u i e s o f S la g N e t al l u 馆 y i n S t a i n l e s S t e e l - m a k i n g [ D i se r t a t i o n } . s t o e kh o lm : 压p a rt m e n t o f M e t a ll u r - g y , R o y a l I n s t i t u t e o f T e e h on l眼y , 19 9 7 C a l e u l a t i o n a n d a n a l y s i s o f s u lP h i d e e a P a e i t y a n d s u l p h u r p a r t i t i o n r a t i o 月叭 O 从 n g , W A N G H 改i at 。 , W城 N G iX n h u a , L l l 」d n g , W A N G 矶人Z nj u n M e t a l u r g i e a l an d E e o los i e a l E n g i n e r i n g cS l l o l , U n i v e r s i t y o f cS i e n e e a n d T e e h n o l o 盯 B e ij i n g , Be ij i n g 10 0 0 8 3 , C h i n a A B S T R A C T T h e t h oe r e t i e a l b a e k g or u n d o f e a l e u l a t i n g s u l P h id e e a P a e i t y b y t h e K T H m o d e l a n d t h e m e t h o d o f e a l e u l a t i n g s u l P h u r P a r t i t i o n r a t i o w e r e i n t or d u e e d . oS m e p a r a m e t e r s t h a t a ff e e t t h e s u l p h u r p a r - t i t i o n ar t i o w e r e s t u d i e d . T h e r e s u l t S h o w e d t h a t ( 1 ) t h e s u l p h u r p a r t i t i o n r a t i o i n e r e a s e d w i t h t h e i n e r e a s e o f [ % C ] , [ % iA ] a n d d e e r e a s e d w i t h t h e i n e r e a s e i n t e m p e r a t u r e ; a n d ( 2 ) t h e s u l p h id e C a p a e i t y i n e r e a s e d w i t h t h e i n e r e a s e i n t e m p e r a t u r e a n d d e e r e a s e d w i t h t h e i n e r e a s e o f ( % iA Z q ) / ( % C a O ) i n t h e S l a g . K E v w 0 R D S s u l p h i d e e a p a e i t y ; s u lp h u r p a r t i t i o n r a t i o ; e ff e e t f a e t o r s ; t e m p e r a t u r e