CaO-SiO2渣系作用浓度的计算模型

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1988.04.023 北京钢铁学院学报 第10卷第4期 Journal of Beijing University Vol,10 No.4 1988年10月 of Iron and Steel Technology 0ct.1988 CaO-SiO2渣系作用浓度的计算模型 张 鉴 (电冶数研室) 摘要根据炉渣结构的共存理论和CaO-SiO2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，考意2个硅酸盐(Casio,和Ca2SiO:) 或8个硅酸盐(CaSio,,Ca2SiO4和Ca,SiO:)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 酸盐对本查系的培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厨点结合成一个分子的反应。 关健词炉渣，活度，回归分析，共存理论，作用浓度，结构单元 Calculating Models of Mass Action Concentrations for the Slag System CaO-SiO2 Zhang Jian ABSTRACT:In accordance with the coexistence theory of slag structure and the phase diagram,mass action concentration calculating models corresponding to various temperature ranges for CaO-SiO2 slag system are formulated.Calcu- lated results at steelmaking'temperatures show that both calculating models, considcring two silicates (CaSiOs and Ca2 SiO)and considering three silicates (CaSiOs,Ca:SiO,and CaaSiOs),are applicable for mass action concentration calculation.Comparison of different calculating variants has proved that using thermodynamic data obtained by the regression analysis in this paper gives better agreement between calculated NCao and measured acao than using the data from references does,so the later should be investigated in detail in the 1986一05一31收稿 412

第 卷第 期 年 月 北 京 钢 铁 学 院 学 报 。 。 。 一 渣 系作用浓度的计算模型 张 鉴 电冶 教研 室 摘 要 根据炉渣结构的共存理论 和 一 渣系相 图制 定 了不 同温 度区间的 作 用浓 度计算模型 。 在炼钢沮度下计算结果表明 ， 考虑 个硅 酸盐 “ 和 ， 或 个硅 酸 盐 ， 一 和 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 盐对本凌系的 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 。 关扭润 炉渣 ， 活度 ， 回归分析， 共存理论 ， 作 用浓度 ， 结构单元 一 ， 一 旧 ， 一 ， ‘ ， 。 ， ， 一 一 收稿 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1988．04．023

future.The correspondence of maximum mass action concentrations of silicates with their congruent melting points in phase diagram lells us that silicates play very important roles in the melting temperalure of the givem system.The appea- rance of minimum En in the course of its variation with basicity can be explained by the fact that several structural units can combine to form one silicate molecule. KEY WORDS:slag,activity,regression analysis,coexistence theory of slag structure,mass action concentration,structural units CaO-SiOz渣系是治金上最基本的渣系，它影响着治金过程中的氧化、还原、脱硫、脱 磷等多种反应的进行，也影响着炉渣的物理性能。因此，人们对其研究比较广泛，就相图而 言'21，已达到相当成熟的程度。对本渣系的活度测量也作了不少工作(3~)，其中有些研 究结果彼此符合甚好，因而是可以信赖的。但具有普遍意义的计算模型还不多见。作者曾在 另文【8】中谈到过CaO-SiO,渣系作用浓度的计算模型，但限于当时的认识，内容很不系 统，也不全面。所以，为了将炉渣结构的共存理论运用于多元渣系，有必要系统地对本渣系 作用浓度的计算模型进行讨论。 1Ca0-Si02渣系的结构单元和计算模型 从CaO-SiO2相图l,21,因温度不同Ca0-SiO2渣系的结构单元可分4种情况： (1)在1800°C以上，结构单元为Ca+,02-,Si02,CaSi0,和Ca2Si04。 (2)在1464~1800°C之间，结构单元为Ca2+,02-,Si02,CaSi03,Ca2Si0,和 CasSiOso (3)在1250~1464°C之间，结构单元为Ca2+,02-,Si02,CaSi0g,3Ca0.2Si02, Ca2SiO,和Ca,SiOso (4)在1250°C以下，结构单元为Ca2+,02-,Si02,CaSi0s,3Ca0·2Si02和 Ca2SiO 因此，令b=∑nCaO,a=tSi02,×=nCa0,y=nSi02,2=nCaSic03,v=ngCa0·2Si02, w=nCa2Sio,u=CasSio, (1)在1800°C以上化学平衡式为： (Ca++02-)+(Si02)=(CaSi03) Ncasios K1=Ncao×Nso: (1) △G°=-92528+2.512T(25~1540m),J/nol 2(Ca2++02-)+(Si02)=(Ca2 Si0) Nca2sio K:=Nicaox Nsio: (2) △G°=-118905-11.304T(25~2130m),J/mol 物料平衡为： b=×+2+2w (3) 413

认 一 刃 ， ， ， 一 ， 一 渣 系是冶金上 最基 本的渣 系 ， 它影响着冶金过程 中的氧 化 、 还原 、 脱硫 、 脱 磷 等多种反 应的进行 ， 也影响着炉渣的物理性能 。 因此 ， 人们 对其研究比较广泛 ， 就相 图而 言 【 ‘ ’ “ ’ ， 已达到 相 当成熟的程度 。 对 本渣 系的活度测 量也作了不少 工作 〔 一 ’ ， 其中有些研 究结果彼此 符合甚好 ， 因而 是可以信赖的 。 但具 有普遍意义的计 算模型还不多 见 。 作者曾在 另文 吕’ 中谈到过 一 。 渣 系作 用浓度的计 算模型 ， 但 限于 当时 的 认 识 ， 内容 很 不 系 统 ， 也不 全面 。 所以 ， 为 了将 炉 渣结 构 的 共存理论运 用于多元渣 系 ， 有必要 系统地对 本渣 系 作用浓度 的计 算模型进行讨 论 。 一 渣系的 结构单元和计算模型 从 一 相 图 ‘ ， ’ ， 因温度不 同 一 渣 系的结构单元可 分 种情况 在 以上 ， 结 构 单元为 ’ ， 一 ， ， 和 ‘ 。 在 一 “ 之 间 ， 结 构单元 为 ， ’ 一 ， ， ， ‘ 和 。 。 在 一 “ 之’ ， 结 构单元为 “ ， “ 一 ， ， ， 一 ， ‘ 和 。 。 在 以 下 ， 结 构 单 元 为 ， “ 一 ， ， 。 ， · 和 一。 因此 ， 令 刃， ， 万 ， ‘ ，夕 ， ， · ， 功 ‘ ， 。 。 ， 则 在 以上 化学平衡 式 为 一 刀 笋 △ 一 ， 一 ‘ 万七 ‘ △ “ 一 一 。 优 ， 物料 平衡 为 二 之 脚

a=y+z+w (4) 由（1)到(4)式得作用浓度的计算模型为： K2(2a-b+x)x2+K1(a-b+x)(x+0.5a)x-(b-x)(x+0.5a)2=0 (b-x)(x+0.5a)2 y=K,x+0.50)x2+2K,x2)2=x1* K2x2 x+0.5ayw=x+0.50 各组元的作用浓度为： .NeO2 Nc NC2o=- 2 NCa2SiO=2x+a (7) (2)在1464~1800°C之间化学平衡式为： (Ca2++02-)+(SiO2)=(CaSiO3) Ncasios K1=Ncao×Nsio2 (8 △G°=-22476-38.52T,J/mol 2(Ca2++02-)+(Si02)=(Ca2Si0,) Nca2sio K,=N2cao×Nsio2 (9) △G°=-100986-24.03T,J/mol 3(Ca2++02-)+(Si02)=(Ca3Si0,) Ncassios K Ncaox Nsio. (10) △G°=-93366-23.03T,J/mol 物料平衡为： b=×+2+2四+34 (11) 4=y+2+w+4 (12) 由（8)到(12)式得作用浓度的计算模型为： Kg(3a-b+x)x3+K2(2a-b+x)(x+0.5a)x2+K1(a-b+×)(x+0.5a)2x -(b-x)(x+0.5a)3=0 (13) (b-x)(x+0.5a)8 y=K1(x+0.5a)x+2K,(x+0.5@)x2+3Kx3 K2x2 K3x5 w=(x+0.50)y9 u=x+0.5@y. (14) 各组元的作用浓度为： .5 Nsio,Neasio Nca0=七 Ncaasio Neaasios= (15) 414

山 由 到 式得 作用浓度的计算模 型为 一 劣 一 。 一 一 。 了 代八 ‘产、、 了、、 一 川 十 二 ￡声一二二二 ，二丁口二，二二二飞，，一二布于尸二万 ， “ 二尸丁下厂下二丁 一 八 叹苦 。 勺。 少劣 “ 乙几 万 一 潇 一 “ 盆 而下瓦万万户 各组元的 作用浓度 为 劣 劣 。 劣 刀 之 劣 口 ‘ 脚 劣 口 在 一 “ 之间 化学平 衡式 为 一 。 刃 万 一 一 。 ， 曰，，‘任月 ‘毛‘ △瓦丫 卜 ‘ 一 一 △ 。 ‘ 一 一 ， 。 一 一 。 ， 物料 平衡为 劣 之 功 “ 之 切 由 到 式得 作用浓度的计 算模型为 一 二 劣 一 劣 劣 劣 一 劣 一 一 劣 劣 。 夕 二 而 牙不万而粉掇招兴爵面下丽弃 。 气井乞笼矛为 · 从禹宁乳砰 各组元 的 作用浓度 为 万 。 劣 劣 口 。 二 之 劣 口 万 一 切 万 。 “ 劣 口

(3)在1250~1464°C之间 化学平衡式为： (Ca2++02-)(8)+Si02(8)=CaSi03(8) Ncasios K1=Nca0×Nsio2 (16) △G0=-92528+2.512T(25~1540m),J/mol W3ca0·2si02- 3(Ca++02-)s,+25i02s)=3Ca0.2Si02(6)K2=Wca0×Wsi02 (17) △G0=-236973+9.63T(25~1500°C),J/mol 2(Ca+0-)(+SiO:(8)=Ca:SiO()K=Nicaox Nsio Nca2sio (18) △G°=-118905-11.304T(25~2130m),J/mol 3(Ca2++02-)(6)+Si02(8)=Ca3Si0s(s) Ncassios K,=Nca0×Nsio2 (19) 物料平衡为： 6=￥+2+3U+2w+34 (20) a=y+z+2v+w+u (21) 由(16)到(21)式得作用浓度的计算模型为： 06+5*+2)+Jb+5+2)+24x2×(1-2xx） K1 ∑n= (22) 慕+(1+陪+器)+-6=0 (23) 器+(1++器+》-=0 4K2× (24) 2Kv y= n 2K2x22 Kna w=24 KEn 4=4Kx2 (25) K12m2 各组元的作用浓度为： Nea Nsto,Neasios Naco+2 Neaio Nea0 (26) (4)在1250°C以下化学平衡式为： (Ca)(+SiO:()=CaSiO3()K1=Ncao Nsio: Ncasios (27) △G0=-92528+2.512T(251540m),J/mol 415

在 之间 化学平衡式 为 一 。 。 。 △ 一 。 们 ， 一 · · △ “ 一 。 ， ’ 一 。 ‘ 些 么 “ 一 一 。 。 ， 卜 。 。 ‘ 。 物料平衡 为 劣 之 脚 之 口 叨 “ 由 到 式得作 用浓度的计算模型为 ‘“ “ ， 了 万 二 君 、 吸 一 匕，获二 一 一 ， 、 艺八 劣 二 一 一 一 一一 一 一 曰 君 、 一 ，二二二， 口 、 艺入 盆 资万” 之 十 劣 刃 二 一 艺 万 么 万 万 劣 一二 。 十 灭玉玄万 个 瓦百矛 ‘ 一 “ “ ” 二 二尸代厂 乙八 苦 之 口 ， 之 盆万件 切 劣 万 宫 肚 劣 万 “ 君 各 组元的作用浓度 为 从 。 要 ， 爪 。 名， ， 从 。 一 笼熟 目 ‘ 二 二 二 、 了 口 ‘ “ “ ’ “ ” “ 二落万 、 ， ‘ 奄切而 ， 汤 “ ， ， “ 一 二一 汤 丹 在 以下化 学平衡式 为 一 。 。 万 △ “ 一 。

3(Ca+)(+2SiO(=3CaO2SiO:()K:=NScaox Nisio N3ca0·2si02- (28) △G°=-236973+9.63T(25~1500°C),J/mol 2(Ca2++02-)(s)+Si02(8)=Ca2Si04(8) Nica2sio K,=N2cao×Nsi02 (29) △G°=-118905-11.304T(25~2130m),J/mo1 物料平衡为： b=x+z+3UT2w (30) a=y+2+2v+w (31) 由(27)到(31)式得作用浓度的计算模型为： 3m=-a+6+x+2y)+V-a+6+x+2y)2+8K1xy (32) 2 2(Kx+2器y+悠）去+-b=0 (33) 2°y+2*2)1 [2(K,x+8* 2）a+1〕y-a=0 (34) 2=2K1x, Shyi v=8K n4y2, w=K3*2 Sn2y (35) 各组元的作用浓度为： Neao= 。 Nsio2=y I Neasio (36) N3ca0.25i0:=n Nca2si0=n 以上就是按不同温度范围所制定的CaO-SiO,渣系作用浓度的计算模型。如果模型符合 实际，则计算的作用浓度应与实测活度一致。 2计算结果及讨论 由于1800°C以上，1250~1464°C之间和1250°C以下8个温度范围的Ca0-Si02渣系 活度实验结果，还未见报导，计算结果无法与实际进行比较。列出以上3个温度范围的计算 模型是为了给制定多元渣系的计算模型提供依据。所以下面仅就1464~1800°C之间的计算 模型进行讨论。在这个区间内虽然从CaO-SiO2相图看，应生成3个硅酸盐CaSiO, Ca2SiO,和CaaSiO。,但因Ca3SiO,没有固液相同成分熔点，在液相中是否生成，还是一 个需要确定的问题。这样将前边的(13)式改写为： 2+50-K,+K,a-84t60 (a-6+x)x (3a-6+x)x2 +Ksa-8+x)(x+0.5o)2 (13) 416

一 。 一 △ “ 一 。 ， 一 一 。 △ 一 一 ， 物料平衡为 由 到 刃 汀 口 一 留 之 脚 式得作用浓度的计 算模型为 一 夕 斌 一 劣 夕 “ ，夕 习 万 二 一 。 之 下 一，石了 ‘ 一 于 一二共尸， 了 去 一 “ 一 二 ， 名 卜 】 二 劣 刃 ， 枪羊 言 ‘ 〕 一 “ 劣 万昨 刃 ‘ 艺 各 组元的作用浓度为 。一 瓮 ， 。 去 ， · “ 。 “ ， 百万 ’ 一 百万 ， 功 “ “ “ 二 飞而 以上就是按不同温度范围所制定的 一 渣 系作用浓度的计算模型 。 如果模型符合 实际 ， 则计算的作用浓度应与实测活度一致 。 计算结果及讨论 由于 “ 以上 ， 之间和 “ 以下 个温度范围 的 一 渣系 活度实验结果， 还未 见报导 ， 计算结果无法与实际进行 比较 。 列出以上 个温度范围的计算 模型是 为了给制定多元渣系的计算模型提供依据 。 所 以下面仅就 一 之 间的计算 模型进行 讨论 。 在这个 区间内虽 然 从 一 相 图看 ， 应 生 成 个 硅 酸 盐 ， ‘ 和 。 ， 但 因 。 没有固液相同成分熔点 ， 在液相 中 是 否生 成 ， 还是 一 个需要确定的问题 。 这样将前边的 式 改写 为 一 二 。 十 一 劣 一 戈 一 。 护 一 劣 ， ， 。 、 一 ， 二一一一一一 尸一， 一丁 二厂一一一一二 气 二一 丁 蕊一 、 夕 一 〔 一 劣 〔劣 十 。 ‘

令 立=6-*)x+05@),A=K1,B1=K2X=a-6+sx+0.5@) (2a-b+x)x (a-b+x)x (3a-b+x)x2 B,=Kg1X2=a-6+x(x+0.5a)7 则(13)'式变为：立=A+B,X1+B,X2 (13a)′ (13a)'式为典型的二元回归方程式，利用实测的cca0【5,1和下式求x(=ncao)后， x=0.5a×aca0 (37) 1-acao (由c0=十0.6得来) 即可用(13)'式进行二元回归以确定K1,K2和K3,从而确定Ca,SiO。是否存在于熔渣中。 回归结果如表1。K,和K2为正值，说明CaSiO,和Ca2SiO,在炼钢温度下的确是存在的， 而K3为负值，这在热力学上是不可能的，说明在上述条件下Ca3SiOs是不存在的。为此， 再假定CaO-SiO,渣系在本温度范围的结构单元为Ca2+,02-,SiO2,CaSi02和CaSiO。 并用一元回归方程〔] 裘1对Ca0-Si02渣采进行二元回归的结果 Table 1 Results of linear regession of two independent variables for Cao-SiO2 slag system 1500℃ 1600℃ b 4CAO CAO 0.634 0.366 0.0017 0.000539818 0.61 0.39 0.0025 0.000784411 0,59 0.41 0.0022 0.000650431 0.57 0.43 0.0033 0.000943614 0.58 0.42 0.0024 0.000697674 0.54 0.46 0.0044 0.001193250 0.54 0.46 0.0033 0.000893950 0,51 0.49 0.0084 0.001642512 0.50 0.50 0.0055 0,001382604 0.48 0.52 0.0090 0,002179617 0.48 0.52 0.0074 0.001789240 0.46 0.54 0.012 0,002793522 0,45 0.55 0.0120 0,002732794 0,44 0.56 0,018 0.00103258 0.423 0,577 0,024 0.005200820 0,42 0.58 0.039 0.008522373 回归结果 K1 K名 Ka R K1 K2 K3 R 747.364 35255.3-2509240.999993 519.144 21099.8 -1213570.999316 b-x)(x+0.5@=K,+K2a-6+x)(x+0.5a) (2a-6+x)x (38) (a-6+x)x 同样回归表1的数据后得： 当1500°C时K1=877.286,K2=32428.17,7=0.99996 当1600°C时K1=649.927K2=18237.066,r=0.988695 由以上两个温度下的平衡常数得： 1gK1=4326.3+0.50306 T △G°casi03=-82868-9.636T,J/mol(39) 417

令 一 劣 。 一 劣 一 一卜劣 二 ， ， 一 劣 劣 。 、卜 二 ， 一 二 二 艺 一 二 劣 。 则 尹式 变 为 十 产式为典型的二 元回归方程式 ， 利 用实测 的 ， 和 下式 求 川 尹 ” 。 。 后 ， 劣 。 一 由 “ 。 劣 二 。 得来 即可用 ‘ 式进行二 元 回 归以确定 ， 和 ， 从而确定 。 是否存 在于熔渣中 。 回 归结 果如 表 。 和 为正值 ， 说 明 和 ‘ 在炼钢温度下的确 是存在的 ， 而 为 负值 ， 这 在热力 学上是不可 能的 ， 说 明在上 述条件下 。 是不 存在的 。 为此 ， 再假定 一 渣 系在本温度范 围的结 构单元为 ， “ 一 ， ， 和 ‘ 并用一元回 归方程 “ 〕 亥 对 一 渣 系进行二 元 回归的 结果 一 亡 ℃ 召 吕 ‘ 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 ， 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 么 。 回 归 结 果 。 。 一 。 。 。 一 。 一 二 。 一 劣 劣 一 二 同样回 归表 的数据后得 当 “ 时 。 ， 当 “ 时 二 一 劣 。 。 。 。 。 由以上两 个 温度下的 平衡常数得 。 ， △ “ 。 。 一 一 。

1gK2=8301-0.1709685△Gca25i04=-159002+3.275T,J/mol(40) T (39)和(40)式是认为渣系仅生成CaSiO,和Ca2SiO,两种硅酸盐的有关热力学数据。 但由于表1中护流的碱度B(=%8）较小，最高在1.364~1.381之间。高碳度的情 况没有包括进去。所以我们又假定在上述渣系中生成Ca:SiO.,并在K3已知的条件下将 (13)'式改为： (3a-6+x)x2 6x+0.5a-Ka-68+x)+0.5a2 (a-6+x)x (2a-6+x)x =K1+K2a-b+x)(x+0.5a） (13b) 式中：Kg=10-C（-93366-23037)/4,1868/4.575T)【101 用(13b)'式回归表1的数据后得： 当1500°C时K1=881.915,K2=32327.434,K3=8940.824,r=0.99996 当1600°C时K1=656.80,K2=18086.642,K3=6376.72,r=0.98737 由以上2个温度下的平衡常数得： 1gK1=4250:4655+0.5481 T △Gcasio.3=-81416-10.498T,J/mol(41) 1gK2=8375-5721-0.2144 T △G°ca2sio4=-160431+4.106T,J/mol(42) (41)和(42)式为在K3(即认为本渣系生成Ca,SiO)给定的条件下回归得的CaSiOs和 Ca2Si0,的生成热力学数据。 这样对于1464~1800°C之间的作用浓度计算结果可以进行以下4种方案的比较： (1)采用结构单元Ca2+,02-,Si02,CaSi03和Ca2SiO,并利用文献〔6)的下述热力学 数据进行计算。 (Ca2*+02-)+(Si02)=(CaSi0g) △G°=-22476-38.52T,J/mo1 2(Ca2++02-)+(Si02)=(Ca2Si0,)△G°=-100986-24.03T,J/mol (2)采用结构单元Ca2+,O2-,SiO2,CaSiOs,Ca2SiO,和CasSic0s并利用上述热力 学数据和文献〔10)的下述热力学数据进行计算。 3(Ca2++02-)+(Si02)=(CasSi(0g)△G°=-93366-23.03T,J/mol (3)采用结构单元Ca2+,O2-,Si02,CaSi0,和Ca2Si04并用(39)和(40)式中回 归所得的热力学数据进行计算。 (4)采用结构单元Ca2+,O2-,Si02,CaSi0,Ca2Si0,和Ca.SiO。并用(41)和 (42)式中回归所得结果和文献〔10〕的热力学数据进行计算。 计算结果如表2所示。从这些比较中可以看出： 418

一 △ ‘ 二 一 ， 和 式是认 为渣系仅生 成 和 ‘ 两 种硅 酸 盐的 有关 热力学数据 。 但由于表 ‘ 中炉渣的碱度 ” 二 。 公 较小 ， 最高在 一 之 间 。 高碱 度 的情 况 没 有包括进去 。 所 以我们 又假定在上 述渣系中生 成 。 ， 并在 已 知 的 条 件 下将 尹式改为 一 劣 。 一 一 一 二 。 一 二 二 。 “ 一 」 一 一 一 卜二 劣 。 ， 式 中 。 一 以 一 一 · · ， 〕 用 产式回归表 的数据后得 当 时 、 二 ， 二 ， 当 “ 时 ， ， 由以上 个温度下的 平衡常数得 。 ， 。 ， 。 △ 一 一 。 ， 一 。 △ ‘ 二 一 。 ， 和 式 为在 即认 为本渣 系生成 。 给定的 条件下 回归得的 和 ‘ 的生 成热力学数据 。 这样对于 。 “ 之 间的 作用浓度计算结果 可以进行 以下 种方案的比较 采 用结构单元 ’ ， ’ 一 ， ， 和 ‘ 并利 用文献 〔 〕的下述 热力学 数据进行计 算 。 十 一 一 一 。 ， 十 一 ‘ △ 一 一 。 ， 采用结构单元 ， 一 ， ， ， ‘ 和 。 并利 用上述热力 学数据和文献〔 〕的下 述热力学数据进行计算 。 十 一 ， 。 一 一 。 ， 采 用结构单元 ’ ， 一 ， ， 和 并用 和 式 中回 归所得的热力学数据进行计算 。 采 用 结 构 单 元 ， 一 ， ， ，， 和 。 并用 和 式 中回归所得结果和文献〔 〕的热力学数据进行计算 。 计算结果如 表 所示 。 从这些 比较 中可以看 出 飞

表2不同方案所得Ncao与实测acao的比较 Table 2 comparision of calculated Ncao by different variants with acao measured 炉渣组成m01 4cs0 不同方案计算的Ncao 序号 实验 (1) (2) (3) (4) 1500℃ 1 0.634 0.366 0.0017 0,00226732 0.00226651 0.001331977 0.00132715 0.59 0,41 0.0022 0,00321756 0.00321518 0.001971343 0.00196580 0.58 0.42 0,0024 0.00350110 0.00349802 0.002171948 0.00216637 g 0.54 0.48 0.0033 0.00503072 0,00502165 0.003327483 0.00332298 0.50 0.50 0,0055 0.00760708 0.00757738 0.005500616 0.0055064 6 0,48 0.52 0.0074 0.00958808 0.00953184 0.007298260 0.00730078 0.45 0.55 0.0120 0.0141117 0.0139552 0.011596608 0.0115901 0,423 0.577 0.024 0.0210759 0.0206433 0,018390352 0.0183085 1600℃ 1 0.61 0.39 0.0025 0.0030881 0.00308638 0.002202277 0,00218894 2 0.57 0,43 0.0033 0.00438122 0.00437616 0.003218516 0,00320561 3 0.54 0.46 0.0044 0,00586383 0.00585166 0.004447318 0.00443906 4 0.51 0.49 0.0064 0.00810592 0.00807468 0,006408587 0,0061279 6 0.48 0,52 0.0090 0.0116485 0,011563 0.009669852 0.00969521 0.46 0.54 0.012 0.0152082 0.0150384 0.013050222 0.0130851 7 0.44 0.56 0.018 0.0203272 0.0199635 0,017985769 0.0179978 0.42 0.58 0.039 0.0279728 0.0271757 0.02541296 000252917 (I)在上述温度范围内，考虑Ca,SiO。存在或者不加考虑对计算Ncao影响不大，在目 前尚无更确凿的事实证明其中一种方案具有显明的优越性前，暂时认为可以让两种方案并 存。 (2)利用回归所得热力学数据计算得的Ncao远比用文献〔6,10〕中的热力学数据计算者 更符合实际。所以建议在上述温度范围内使用(39)到(42)式中回归所得的热力学数据来 进行作用浓度的计算，并对原有热力学数据作进一步的研究。用(3)和（4)方案计算得 的本渣系在1600°C下各作用浓度随碱度（∑nsio2)而变化的情况如图1和图2所示。 从图1和图2看出(3)和(4)两种方案除图8中有微量的Ca,SiO,和Ca2SiO,的顶 点位置有差别外，其余均十分相似。而且虽然方案(4)考虑了CasSiO。的存在，但由于其 量甚微，不会对本渣系的作用浓度计算引起大的改变。这就是(3)和(4)两种方案计算 结果差别不大的根本原因。 从两图也可看出在硅酸盐固液相同成分熔点的地方，正好相应硅酸盐的作用浓度具有最 高点，这说明硅酸盐对炉渣的熔点具有十分重要的影响。 同时还可看出，总质点数n在Vcasios和Nca2sie,的顶点之间有一最小值。产生这 种现象的原因是熔渣中进行了多个质点结合成一个硅酸盐分子的反应，即 419

窦 不同 方案所得 万 。 与 实测 。 的 此较 护渣组成 ‘ ‘ 不 同方案计算的 序 号 － 实 验 － ‘ ℃ 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 ℃ 。 。 。 。 。 。 。 盈 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 在上述温度范 围内 ， 考虑 。 存在或者不加 考虑对计算 。 。 影 响不大 ， 在 目 前 尚无更确凿 的事实证明其中一种方案具 有显 明的优越 性前 ， 暂时认 为可 以 让两 种 方 案 并 存 。 利 用回 归所得热力学数据计算得的 。 。 远 比 用文献 〔 ， 。 〕中的热力 学 数 据计算者 更符合实际 。 所 以建议在上 述温度范围内使 用 到 式中回 归所得 的热力学数据来 进行作用浓度的计算 ， 并对原有热力学数据作进一步的研究 。 用 和 方案计算得 的 本渣系在 “ 下各 作用浓度随碱度 刃 而 变化的情况 如 图 和 图 所示 。 从 图 和 图 看出 和 两种方案除 图 中有微量的 和 的 顶 点位置有差别 外 ， 其余均十分相似 。 而 且虽然方案 考虑 了 。 。 的存在 ， 但 由于其 量甚微 ， 不 会对 本渣系的 作用浓度计算引起大的 改变 。 这 就是 和 两 种方案计算 结果差别不大的根本原因 。 从 两 图也可看 出在硅酸盐 固液相 同成 分熔 点的地方 ， 正好相 应硅 酸 盐的 作 用浓度具 有最 高点 ， 这说 明硅酸盐对炉渣 的熔 点具 有十分重要 的影响 。 同时 还可看 出 ， 总质 点数 万 在 和 。 。 ‘ 的顶点之 间有一最小 值 。 产 生 这 种现象的原因是熔渣 中进行 了多个质 点结合成 一个硅酸盐分子的反应 ， 即

EAcao 一B宁81o5 9.04.02331.51.0 0.429 0.1110.0 2.0 0.667 0.25 简 9.04.0 0.4290.111 2.01 2.33 0.667 0.25 1.8 1.8 1.6 -19792.65-2.30157 1.6 -19445.88-2.50t5T 14 =-38318,24+0.9800T 1. △as1o 12 =-22300-55r0 1.0 1.0 0.8 0.8 04 0,6 0.6 0,4 0.4 0.2 0.2 0.2 0.4 0.6 0,8 1,0 0.2 0.40.6 0.8 1.0 20so2=1-3nc0 EHsio1-它ica0 图11600C下Ca0-Si02渣系各作用浓度和总质 图21600C下CaO-SiO2渣系各作用浓度和总质点数 点数2a陆碱度(Ensio2)而变化 ￡随碱度（Σmso2)而变化的情况 Fig.1 Change of mass action concen- Fig.2 Changes of mass action concen- trations and sum of moles s with trations and sum of moles with basicity (sio2 in slag system basicity (sioz in slag system Ca0-Si02at1600°C CaO-SiO2 at 1600*C 图中△G°的单位用ca1/mo1 图中△G°的单位用ca1/mo1 (Ca2++02-)+(Si02)=(CaSi03)一8个质点结合成1个分子 2(Ca2++02-)+(Si02)=(Ca2Si0)一5个质点结合成1个分子 3(Ca2++02-)+(Si02)=(Ca;Sic0s)一7个质点结合成1个分子 结果使炉渣中总质点数变小所致。 综上所述，在炼钢温度下用考虑2种硅酸盐(CaSiO3和Ca2SiO)或8种硅酸盐 (CaSiOs,Ca2SiO和CaSiO。)的作用浓度计算模型都可得到与实际相符的计算结果，所 以两种模型都是合用的，而热力学数据则以使用回归所得者为佳。 3结 论 (1)根据炉渣结构的共存理论和CO-SiO2渣系的相图制定了本渣系不同温度区间的作 用浓度计算模型。 (2)在炼钢温度下，考虑2个硅酸盐(CaSiO,和Ca,SiO,)或3个硅酸(CaSiOs, Ca,SiO,和Ca,SiO。)的作用浓度计算桃型均可计算出符合实际的结果，因而两种模型都是 合用的。 (3)利用回归所得热力学数据的计算结果比用文献上的更符合实际，所以建议对文献上 的热力学数据作进一步研究。 (4)各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 炉渣的熔点具有十分重要的影响。 (⑤)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 420

公丹。 。 户刀声 ， “ 峭玛 口 。 。 ， 口 砍 仁 一 ，，习 ， 一岁” 广二 一 △ 钱 一叱， 、生竺兰 、卜 ， △祛翻 二一 。 日 。 呵 、 △济蕊 二一 ， 一 。 州 。 阅 二 入 ‘ 队 人 别日 、 ’ 贷 ， 份仪 声招 呱 丫 奋衬 口 冈 八 、 才 闷卜 ‘· ， 任冻 产阅屯 洲圈 ︸、飞 、叹。 省之断睿么丹。刊二 气。。 阳 身 。 △群 口 日 “ 〔 ，肠 二一 ，尸 。 侣 孟 、 一 守 ， △嗡 知叼 ’ ， 一 日 ， 一 洲从入 抓山记 洲尸厂 凤滓呀、 气扩 产 气 准飞奋于尹义 ， 订入 州卜 。 口 ’ 氏 牟、 ‘ 山 一 写队 偏召弓‘ 老气睿‘ ︸算 ‘ 考著名‘ 冲 时卜期 。 艺 尹 吃月 图 下 一 渣系各作 用浓度 和总质 图 ‘ 下 一 渣系各作 用浓度和总质点 数 点数工 随 碱度 刃 而变化 刃 ， 随 碱度 工 而变化的情况 一 万 刃 ‘ 主 ， 一 么 一 么 图 中△ 的 单位用 · 图 中△ 。 的单位用 十 ’ 一 － 个质点结 合成 个 分子 艺 一 ‘ － 个质 点结合成 个 分子 一 。 － 个质点结合成 个分子 结果使炉渣中总质点数变小所致 。 综上 所述 ， 在炼钢温度下 用 考 虑 种 硅酸 盐 和 ‘ 或 种 硅 酸 盐 ， ‘ 和 。 的作用浓度计算模型都可得到与实际相符的计算结果 ， 所 以两种模型都是合用的 ， 而 热力学数据则 以使用回归所得 者为佳 。 结 论 根据炉渣结构的共存理论和 一 渣 系的相 图制定 了本渣 系不 同 温度 区间的 作 用浓度计算模型 。 在炼钢温度下 ， 考虑 个 硅 酸 盐 和 ‘ 或 个硅 酸 ， ‘ 和 。 。 的 作用浓度计算模型均可计算出符合实际 的结 果 ， 因而两种模型都是 合用的 。 利 用回归所得热力学数据的计算结果 比 用文献上 的更符合实际 ， 所 以建议 对文献上 的热力学数据作进 一步研究 。 各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 护渣的熔点具有十 分重要 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。 参考文献 1 Glasser F P.Journal Amer Ceram Soc,19621 45(5):242 2 Schlackenallas,Duisserdorf:Verlag Stahleisen M.B.H.1981:39 3 Carter P T,Macfarlane T G.J Iron and Sfeel Inst.1957;(1):54 66 4大森康男，三本木贡治。日本金属学会志。1961,25(2)：136~139 5沉村企好，铁钢。1961，(14)：1873~1878 6 Sharma R A,Richardson F D.Journal Jron and Steel Institute,1962: 200(5)Part5:373~379 ?张子青，周继程，田彦文等.全国第五届冶金过程物理化学年会论文集（上册）· 1984,254~263 8张鉴.北京钢铁学院学报。1984，(1)，21~29 9张鉴.北京钢铁学院学报.1986，(4)：1~6 10 Sims Clarence E.Electric Furnace Steelmaking,Vol,I,N.Y.Interscience, 1962 米米3米8张3米8米G米8%米 专 利 米米e米米G米8米米米 传热系数测定仪 Int,Cl4.G01N27/18 专利号86202375 授权日1987.7.29 申请日1986.4.29 专利权人北京钢铁学院设计人张克强蔡开科刘像生 专利代理机构北京钢铁学院专利代理事务所 代理人范光前 摘 要 一种传热系数测定仪是由加热控温系统、数据采集系统、计算机系统和控制系统组成。 加热控温系统由可控硅电源和温度控制仪组成，数据采集系统由直流放大板和A/D转换板组 成。控制系统用来控制试件测温器的加热、保温。通过计算机控制，可连续测定连铸二冷水 和铸坯表面的传热系数及热流密度，并打印计算结果。 421

成一个分子的反应 。 参 考 文 献 。 巾 阴 。 。 位 夕 ” 。 。 ， ” ” ” 大 森康男 ， 三 本木贡治 日 本金属 学 会志 ， 派 村企好 铁 己 钢 ， ， ， ” ， 丫 张 子 青 ， 周继程 ， 田彦文 等 全国第五 届冶金过 程物理化学年会论 文 集 上 册 ， 张鉴 北京钢铁学院学报 ， 张 鉴 北京 钢铁 学院学报 。 了 “ ” 。 ， 才 为东” ， ， 。 ， 专 传 热 系 数 测 定 仪 。 ‘ 。 专利号 授权 日 申请 日 。 。 专利权人 北京钢铁学院 设计人 张克强 蔡开科 刘 豫生 专利代理机构 北 京钢铁学院专利代理事务所 代理人 范光前 摘 要 一种 传热 系数测 定仪 是 由加 热控温系统 、 数据采 集系统 、 计 算机 系统和控制系统 组 成 。 加 热控温 系统 由可 控硅 电源和 温度控制仪 组成 ， 数据采集系统 由直流 放大板和 转换 板 组 成 。 控制系统 用来 控制试件测 温器 的加 热 、 保 温 。 通过计 算机控制 ， 可 连续测定 连 铸二 冷水 和 铸坯 表面 的 传热 系数及 热 流密度 ， 并 打 印计 算结 果 。 工