D0I:10.13374/i.issn1001053x.2000.01.039 第22卷第4期 北京科技大学学报 Vol.22 No.4 2000年8月 Journal of University of Science and Technology Beijing Aug,2000 Ca0-MgO-CaF2-Al03SiO2五元渣系 粘度的计算模型 李金锡张鉴 北京科技大学冶金学院，北京100083 摘要依据炉渣结构的共存理论和五元渣系CO-MgO CaF一SiO2-AlO,在不同温度和成分 下的实测粘度值，制定了本渣系的作用浓度和粘度计算模型.计算结果符合实际，证明计算模 型可以反映CaO-MgO-CaF-Al,O-SiO:渣系的实际结构与粘度、结构单元的作用浓度及温度 之间的正确关系. 关键词共存理论：结构单元：粘度：计算模型 分类号T044.6 粘度是炉渣的主要物理性质之一，炉渣粘 SiO2,CaO.Al2O3,MgO.Al:O,3Ca0-3Al2O,CaF2, 度的大小对冶炼工艺操作有着十分重要的影 2CaO-SiO2,2Mgo-SiO,11Ca0-6Al2OCaF2, 响，炉渣的粘度影响冶金反应的速率，从而也影 CaO.Mgo.SiO2,3Ca0.Al2O,12Ca0.7Al,O3,Cao 响治金设备的生产率] 2AlO,CaO6AlO,,3Al2O,2SiO2,3Cao.SiO, 由于现有经济技术条件的限制，对炉渣粘 CaO.Mgo.2SiO2,2CaO.Mgo.2SiO2,3CaO.Mgo 度进行测量需要大量的人力、物力、财力.冶金 2Si02,Ca0-Al,032Si02,2Ca0·Al,0,-Si0. 工作者探讨如何充分利用已有实测粘度数据，12计算模型 通过建立数学模型进行粘度的预测，并已取得 为了建立数学模型，将各结构单元的代表 了一定的成果.然而，已有的粘度数据只是对 符号设定如下：熔渣成分b1=xco,b:=xMo, 部分炉渣在一定成分范围内的测量结果，且所 b=c,a1=xAuo,2=xso;平衡后各结构 测数据和经验公式往往出入比较大，适用范围单元的作用浓度N,=Nco,N=NMO,W,= 也比较窄. Nc,N。=NAo.,N=Nsa,N。=NcS,N,= 由于经验模型的局限性，为了扩大粘度的 NMgo so.Ns Nco Ao,N NMgo-ALO Nio= 预测范围，建立炉渣粘度与其结构单元和温度Noo,c,N,=Ncos0,Na=Nio,N,= 间的理论模型是十分必要的，因为炉渣的物理 Niico-slO-CF,Nu -NCo-Mgo-so.Nis N3co-LO. 性质决定了其化学结构，而不是相反，本文即以 Nis=NxC-TL,N7 NCO-2AL.O.Nis =NCo-6ALO. CaO-Mgo CaFz-AaO,-SiO2渣系为例进行研究. Ng=Nuo,2s0,N0=Nca050,N21=Nc0M0250., N=NaCvO-Mgo250.N3 N3CO-Mg0250.N= 1各结构单元作用浓度的计算模型 No-ALO2SO,Ns=Nco-Ao,S0;x=平衡总摩尔分 11结构单元 数.由此可写出化学平衡： [(Ca2+02-)+SiO=CaoSiOx) 根据炉渣结构的共存理论s,”,查阅了CaO- N=K N Ns (1) MgO-AlO,-SiO2,CaO-Al:O,-CaF2,CaO-Mgo △G9=-81416-10.498TJ/mol SiO,CaF,相图，确定CaO-MgO CaF,-Al,O (Mg+O2)+SiOx=Mgo.SiOx) SiO,渣系的结构单元为： N=K2NNs (2) 简单离子Ca,Mg,F,O2; △G号=-36425+1.675TJ/mol 分子化合物Al,O,SiO2,Ca0-SiO2,Mg0 ((Ca2+02-)o+Al2O3=CaO.AlO3) N:=KN N. (3) 1999-09-25收稿李金锡男，27岁，硕士 △G9=-18120-18.62TJ/mol第 2 2 卷 第 4 期 20 0 年 8 月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n a l o f U n i v e r s i yt o f s e i e n c e a n d l七c h n o l o yg B e ij i n g V b l 一 2 2 N 0 . 4 A u g . 2 0)0( C a o - M g O 一C a F Z一1 2 0 二5 10 2 五元渣系 粘度的计算模型 李金锡 张 鉴 北京科技大学冶金学院 , 北京 10 0 0 8 3 摘 要 依据炉 渣结 构 的共 存理论 和五 元渣系 C a o 卜M g o ( ! a F厂 5 10 犷A 1 2 o 。 在不 同温度和 成分 下 的实测粘 度值 , 制 定 了本渣 系的作用 浓度和粘 度计 算模 型 . 计 算结 果符合 实际 , 证 明计 算模 型可 以反 映 C a C卜 M g o 一 C aF 犷A 1 2 0 3一 510 2 渣 系的 实际结 构与粘度 、 结 构单元 的作用 浓度及 温度 之 间的正确 关系 . 关键 词 共 存理 论 ; 结构 单元 ; 粘 度 ; 计算 模型 分 类号 T O 4 4 . 6 粘 度是 炉 渣 的主 要 物理 性 质 之 一 炉 渣粘 度 的大 小 对冶炼 工 艺 操作 有着 十 分 重 要 的影 响 . 炉 渣 的粘度 影 响冶 金 反应 的速率 , 从而 也影 响 冶金 设备 的生 产率 `1一刀 . 由于 现有 经 济技术条件 的 限制 , 对 炉 渣 粘 度进行测 量 需要 大 量 的人力 、 物 力 、 财力 . 冶 金 工 作者 探 讨如何充分 利用 己有 实测 粘度数据 , 通过建立 数 学 模型 进 行 粘度 的预 测 , 并 已 取 得 了一 定 的成 果 『3叫 . 然 而 , 已 有的粘度数据 只 是对 部 分 炉 渣在一 定 成 分 范 围 内 的测 量 结 果 , 且 所 测 数据 和 经 验 公 式往 往 出入 比较 大 , 适用 范 围 也 比较窄 . 由于 经 验模型 的局 限 性 , 为 了扩 大 粘度 的 预 测 范 围 , 建立炉 渣 粘度 与其 结 构单 元和 温度 间 的理 论模 型 是十分必 要 的 , 因 为炉 渣 的物理 性质 决定 了其化 学 结构 , 而 不 是 相 反 . 本文 即 以 c a o 卜 M g o 曰 C aF 厂A : 0 3一 51 0 2渣 系为 例进行 研究 . 1 各 结构单元作用 浓度的计 算模型 1 . 1 结构单元 根 据 炉 渣结 构 的共 存理 论 【圳 , 查 阅 了 C a O 一 M g o 卜 A 1 2 O厂5 10 2 , C a O 一 A 1 2 O 3一 C a F Z , C a O 一M g O 一 5 10 2月 C a F Z 相 图 , 确 定 C a C卜 M g O 一 C a F Z叭1 2 0 3一 51 0 2渣 系的结构单元为 : 简单离子 C +az , M宫 ` , F 一 , 0 2一 ; 分 子 化合 物 A 1 2 O 3 , 5 10 2 , C a O · 5 10 2 , M g O · 19 9 9 一 09 一 2 5 收稿 李 金锡 男 , 2 7 岁 , 硕士 5 10 2 , C a O · A 1 2 O 3 , M g O · A 1 2 0 3 , 3 C a O · 3 A 1 2 0 , · C aF Z , Z C a O · 5 10 2 , ZM g O · 5 10 2 , 1I C a O · 6 A 1 2 O , · C aF Z , C a O · M g O · 5 10 2 , 3 C a O · A 1 2 O 3 , 12 C a O · 7 A 1 2 0 3 , C a O · ZA 1 2 O 3 , C a O · 6A 1 2 0 3 , 3A 1 2 O 3 · 2 5 10 2 , 3 C a O · 5 10 2 , C a O · M g O · 2 5 10 2 , Z C a O · M g O · 2 5 10 2 , 3 C a O · M g O · 2 5 10 2 , C a o · A 1 2 O 3 · 2 5 10 2 , ZC a O · A 1 2 O 3 · 5 10 2 . 1 . 2 计算模型 为 了建 立 数 学 模型 , 将 各结构单元 的 代表 符号 设 定 如 下 : 熔渣成 分 b , 一 及cao , b Z = 及 M go , 瓦 = 及 C叮 , “ , 一 玩 =lo , a Z = 及iso ; 平 衡后 各结构 单 元 的 作 用 浓 度 凡 = Nc a。 ,从 = 编 凶 , 从 = Nc aF , 从 = N^ =lo , 凡 一 Ns io , 从 = Nc ao . isa , 凡 二 编 叨 isq , 从 一 从 :刃 iA刀 , 凡 = 坑 go IA刃 , 凡 。 = 从cao . 3A o13 caF , 凡 , 二 从cao . iso , 抓 2 = 从 M四 5 10 , 凡 , = 戈 . cao 6A o17 caF , 凡 4 = Nc ao . M go s io , 凡 5 = 凡 cao . :IA o , 抓 6 = 凡 Z cao . 7、 o , 凡 : = 从 油。 二人 1 : o , N l: = Nc o o . 6 ^ , o , 凡 ; 一 从:l^ 。 is2 。 , Nz0 一 从cao sio : , 从 , 一 cN ao M go isZ o , 从 : = 从cao . M四 . 25 10 , 从 3 = 从cao 侧沙 25 10 : , 从 4 = Nc ~ :10 25 。 凡 = Ncz ao . l^ ” 5 10 ; 及 一 平 衡总 摩 尔分 数 . 由此可 写 出化 学 平衡 〔5,6 , : {厂蒸沂器蒸 {搭端:〕艺臀 {黔咨淤嚣影泞 ( l ) ( 2 ) ( 3 ) DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2000. 04. 039