增刊1 田冬东等：Ca0-Al,0,SiO2Mg0渣系精炼行为的热力学预测 ·129· 40%,且Si02的质量分数越多，低熔点区面积越大： 容量. 如果将夹杂物成分控制在区域2，则夹杂物中各组 在KTH模型中，硫容量表示如下： 元成分的控制范围是：Ca0在50%左右，Al,0,在 45%左右，Mg0的质量分数在5%左右，Si02的质量 c=em(-S)m(-后)= 分数小于5%. )p Σ(X）+5幽1 RT 2硫容量 (5) 由前可知，Ca0-Al203-SiO2一Mg0四元系夹杂 式中：△G°为反应(1)的标准吉布斯自由能；R为摩 物可以控制两个低熔点区域内，两个低熔点区域的 尔气体常数，8.314J/(Kmol):T为温度；X:为四元 渣系中组元i的摩尔分数；(：为组元间不存在相互作 主要差别在于其渣系的碱度，即低熔点区域1的碱 用时单组元关于温度的作用系数，（为组元间的混 度较低，而低熔点区域2的碱度较高.冶炼过程中 合相互作用系数. 夹杂物的类型会逐渐接近所使用的终点渣系.精炼 渣另外一个重要作用是脱硫，下面分别对这两个区 对于Ca0-A山，0，-Si02-Mg0四元渣系，！可表 示如下： 域内渣系的脱硫能力进行研究讨论，炉渣脱除钢液 中硫的能力可用渣钢硫容量来表征， 5=XAL035 ALO +Xcao5 cao Xsioz5sio2+g+ 2.1硫容量的定义 出o台+("o+0+g0+ 在脱硫过程中，存在以下两个主要反应： 0i0,0+00+00+9c0. (6) 25,(g)+(02-)=0,(g)》+(s2-)s:(0 式中，与均可在文献8]内查得.因此可采用 S]na+(02-）s=O]mead+(s2-）s: (2) KTH模型对不同成分Ca0-AL,0,-SiO2-Mg0四元 反应(1)的平衡常数为： 渣系的硫容量进行预测. Po2 fs-w (S) 2.2低熔点区域的硫容量 (3) 由前文可知，为将两个低熔点区域的面积比例 d02-l Ps a02- 则硫容量的定义式如下： 分别控制在最大，则对于区域1，Mg0的质量分数控 制在10%：对于区域2，Mg0的质量分数控制在 Kjdo-=(S)Psz Cs=- (4) 5%.由图2可以发现，为使低熔点区域面积的比例 fa. 最大，当渣系控制在区域1内，则渣系的碱度（即 式中，a2.和ao2.分别为渣中S2-和02-的活度：f. w(Ca0)/w(Si02),以R表示)在0.1~1.2之间，钙 为渣中S2-的活度系数Ps,和Po,分别为S2和02的 铝比（即(Ca0)/o(A山03），以C/A表示)大于 分压；0(S)h为渣中硫的质量分数. 0.3;若将渣系控制在区域2，则渣系的R大于7，C/ 由硫容量定义式可知，硫容量与温度和渣成 A在0.9~1.5.两个低熔点区域内渣系硫容量随 分有关，目前己经开发出了多种硫容量模型，其 C/A和R的变化曲线如图5 中KTH模型已经被证实能较准确的预测渣系硫 由图5可以发现，低熔点区域1内渣系硫容量 35m a 450f 30 ★-CA=0.3 400 一*-CA=0.9 --CMA=1 -0-CHA=1.2 CM=5 -o-C/A=10 350 ·-CA-1.5 30 15 ★ G250 10 200 150 0 10 0.2 0.40.60.81.01.2 6810121416182022 R 图5不同C/A渣系硫容量随碱度的变化曲线.(a)区域1：(b)区域2 Fig.5 Changes of sulfur capacity with different C/A and alkalinities:(a)area 1:(b)area 2增刊 1 田冬东等: CaO--Al2O3--SiO2--MgO 渣系精炼行为的热力学预测 40% ，且 SiO2 的质量分数越多，低熔点区面积越大; 如果将夹杂物成分控制在区域 2，则夹杂物中各组 元成分的控制范围是: CaO 在 50% 左右，Al2O3 在 45% 左右，MgO 的质量分数在 5% 左右，SiO2 的质量 分数小于 5% ． 2 硫容量 由前可知，CaO--Al2O3--SiO2--MgO 四元系夹杂 物可以控制两个低熔点区域内，两个低熔点区域的 主要差别在于其渣系的碱度，即低熔点区域 1 的碱 度较低，而低熔点区域 2 的碱度较高． 冶炼过程中 夹杂物的类型会逐渐接近所使用的终点渣系． 精炼 渣另外一个重要作用是脱硫，下面分别对这两个区 域内渣系的脱硫能力进行研究讨论，炉渣脱除钢液 中硫的能力可用渣钢硫容量来表征． 2. 1 硫容量的定义［7］ 在脱硫过程中，存在以下两个主要反应: 1 2 S2 ( g) + ( O2 － ) slag = 1 2 O2 ( g) + ( S2 － ) slag ; ( 1) ［S］metal + ( O2 － ) slag =［O］metal + ( S2 － ) slag ． ( 2) 反应( 1) 的平衡常数为: K1 = aS2 － aO2 － pO2 p 槡S2 = fS2 － ω ( S) slag aO2 － pO2 p 槡S2 ， ( 3) 图 5 不同 C/A 渣系硫容量随碱度的变化曲线 . ( a) 区域 1; ( b) 区域 2 Fig． 5 Changes of sulfur capacity with different C /A and alkalinities: ( a) area 1; ( b) area 2 则硫容量的定义式如下: CS = K1 aO2 － fS2 － = ω ( S) slag pO2 p 槡S2 ． ( 4) 式中，aS2 － 和 aO2 － 分别为渣中 S2 － 和 O2 － 的活度; fS2 － 为渣中 S2 － 的活度系数; pS2和 pO2分别为 S2 和 O2 的 分压; w ( S) slag为渣中硫的质量分数． 由硫容量定义式可知，硫容量与温度和渣成 分有关，目前已经开发出了多种硫容量模型，其 中 KTH 模型已经被证实能较准确的预测渣系硫 容量． 在 KTH 模型［8］中，硫容量表示如下: CS = exp ( － ΔG— ) ＲT ·exp ( － ζ ) ＲT = ( exp － ΔG— ) ＲT · [ exp － ∑( Xi·ζi ) + ζmix ] ＲT ． ( 5) 式中: ΔG— 为反应( 1) 的标准吉布斯自由能; Ｒ 为摩 尔气体常数，8. 314 J/( K·mol) ; T 为温度; Xi为四元 渣系中组元 i 的摩尔分数; ζi为组元间不存在相互作 用时单组元关于温度的作用系数，ζmix为组元间的混 合相互作用系数． 对于 CaO--Al2O3--SiO2--MgO 四元渣系，ζ 可表 示如下: ζ = XAl2O3 ζAl2O3 + XCaOζCaO + XSiO2 ζSiO2 + XMgOζMgO + ζ Al2O3-CaO interaction + ζ Al2O3-SiO2 interaction + ζ CaO-SiO2 interaction + ζ MgO-SiO2 interaction + ζ MgO-CaO-Al2O3 interaction + ζ SiO2-CaO-Al2O3 interaction + ζ SiO2-MgO-Al2O3 interaction + ζ SiO2-MgO-CaO interaction ． ( 6) 式中 ζi与 ζmix均可在文献［8］内查得． 因此可采用 KTH 模型对不同成分 CaO--Al2O3--SiO2--MgO 四元 渣系的硫容量进行预测． 2. 2 低熔点区域的硫容量 由前文可知，为将两个低熔点区域的面积比例 分别控制在最大，则对于区域 1，MgO 的质量分数控 制在 10% ; 对 于 区 域 2，MgO 的质量分数控制在 5% ． 由图 2 可以发现，为使低熔点区域面积的比例 最大，当渣系控制在区域 1 内，则渣系的碱度( 即 w( CaO) /w( SiO2 ) ，以 Ｒ 表示) 在 0. 1 ～ 1. 2 之间，钙 铝比( 即 w ( CaO) /w ( Al2O3 ) ，以 C /A 表 示) 大 于 0. 3; 若将渣系控制在区域 2，则渣系的 Ｒ 大于 7，C / A 在 0. 9 ～ 1. 5． 两个低熔点区域内渣系硫容量随 C /A 和 Ｒ 的变化曲线如图 5． 由图 5 可以发现，低熔点区域 1 内渣系硫容量 ·129·