第10期 董相娟等：TiO2-Al2O3-CaO-SiO2低碱度高钛渣熔体黏度特性 1299· 表1不同高钛渣设计成分（质量分数）及其二元碱度 Table 1 Design composition and binary basicity of different high TiO2 slags 编号 成分/% 二元碱度(CaO/SiO2) Cao SiO2 Al203 TiO2 Ti43 16.0 32.0 9.0 43.0 0.5 Ti38 17.7 35.3 9.0 38.0 0.5 Ti33 19.3 38.7 9.0 33.0 0.5 Ti28 21.0 42.0 9.0 28.0 0.5 Ti23 22.7 45.3 9.0 23.0 0.5 A112 18.3 36.7 12.0 33.0 0.5 A16 20.3 40.7 6.0 33.0 0.5 A13 21.3 42.7 3.0 33.0 0.5 R0.7 23.9 34.1 9.0 33.0 0.7 R0.6 21.8 36.2 9.0 33.0 0.6 R0.4 16.6 41.4 9.0 33.0 0.4 R0.3 13.4 44.6 9.0 33.0 0.3 2.5 ★R0.3(1) 2.5 ■Ti43 2.0- ★R0.3(2) ·A13(1) ■Ti38 2.0 oA13(2) ·Ti33 ÷Ti28 15 ▲Ti23(1) 4Ti23(2) 1.5 ★Ti23 蟹 1.0 ★ ★ 0.5 0.5 0.0 1 0.0 1650 175018001850 1700 17501800 1650 1700 1850 温度/K 温度/K 图2 三种试样(Ti23、A13和R0.3)黏度变化的重复性实验 图3 TiO2含量对TiO2-A12O3-CaO-Si02渣黏度的影响 结果 Fig.3 Effect of TiO2 content on the viscosity of TiO2- Al2O3-CaO-SiO2 slags Fig.2 Repeated experimental results of the change in vis- cosity of three samples (Ti23,Al3 and R0.3) 2.2A1203含量对高钛渣黏度的影响 图4为1653~1873K间，Al20g含量对Ti02 2实验结果及分析 Al2O3-CaO-SiO2渣黏度的影响.由图可以看到，在 2.1Ti02含量对高钛渣黏度的影响 低碱度(R=0.5)、相同温度下，TiO2-Al2Og-CaO- 图3为1653~1873K间，Ti02含量对Ti02 SiO2渣黏度均随A12O3含量的增加而增加.通常 Al203-CaO-SiO2渣黏度的影响.由图可以看到，在 A13+在(SiO4)4-网状结构中，被称为中间体，主 低碱度(R=0.5)、相同温度下，TiO2-A2O3-Ca0- 1.2 SiO2渣黏度随TiO2含量的增加而降低.根据熔渣 ■A112 4A19(成分同Ti33) 的离子理论，渣的黏度较大程度上决定于S-O离 ◆A16 0.9 ★A13 子团的复杂程度，S-O离子团越复杂，熔渣的黏度 ■ 越大.由于Ti4+离子半径(0.68×10-10m)比Si4+ 0.6 ◆ 离子半径(0.41×10-10m)大，并且Ti4+离子的静 电势(1.85 kJ.mol-1)比Si4+离子的静电势(2.51 0.3 kJ-mol-1)小，所以渣中Ti4+对氧离子的束缚较 ★ S4+对氧离子的束缚弱.随着渣中TO2含量的增 加，T4+增多，渣中对氧离子的束缚变弱，从而表 0.0 1650 1700 1750 1800 1850 现出部分氧离子解离的倾向.同时T4+不会如Si4+ 温度/K 图4A1203含量对TiO2-Al2O3-Ca0-SiO2渣黏度的影响 一样构成复杂的阴离子团，有利于渣中复杂硅氧离 Fig.4 Effect of Al2O3 content on the viscosity of TiO2- 子团趋向于简单结构促使炉渣黏度降低[-剑 Al203-CaO-SiO2 slags第 10 期 董相娟等：TiO2-Al2O3-CaO-SiO2低碱度高钛渣熔体黏度特性 1299 ·· 表 1 不同高钛渣设计成分 (质量分数) 及其二元碱度 Table 1 Design composition and binary basicity of different high TiO2 slags 编号 成分/% 二元碱度 (CaO/SiO2) CaO SiO2 Al2O3 TiO2 Ti43 16.0 32.0 9.0 43.0 0.5 Ti38 17.7 35.3 9.0 38.0 0.5 Ti33 19.3 38.7 9.0 33.0 0.5 Ti28 21.0 42.0 9.0 28.0 0.5 Ti23 22.7 45.3 9.0 23.0 0.5 Al12 18.3 36.7 12.0 33.0 0.5 Al6 20.3 40.7 6.0 33.0 0.5 Al3 21.3 42.7 3.0 33.0 0.5 R0.7 23.9 34.1 9.0 33.0 0.7 R0.6 21.8 36.2 9.0 33.0 0.6 R0.4 16.6 41.4 9.0 33.0 0.4 R0.3 13.4 44.6 9.0 33.0 0.3 图 2 三种试样 (Ti23、Al3 和 R0.3) 黏度变化的重复性实验 结果 Fig.2 Repeated experimental results of the change in vis￾cosity of three samples (Ti23, Al3 and R0.3) 2 实验结果及分析 2.1 TiO2含量对高钛渣黏度的影响 图 3 为 1653∼1873 K 间，TiO2 含量对 TiO2- Al2O3-CaO-SiO2 渣黏度的影响. 由图可以看到，在 低碱度 (R=0.5)、相同温度下，TiO2-Al2O3-CaO￾SiO2 渣黏度随 TiO2 含量的增加而降低. 根据熔渣 的离子理论，渣的黏度较大程度上决定于 Si-O 离 子团的复杂程度，Si-O 离子团越复杂，熔渣的黏度 越大. 由于 Ti4+ 离子半径 (0.68×10−10 m) 比 Si4+ 离子半径 (0.41×10−10 m) 大，并且 Ti4+ 离子的静 电势 (1.85 kJ·mol−1 ) 比 Si4+ 离子的静电势 (2.51 kJ·mol−1 ) 小，所以渣中 Ti4+ 对氧离子的束缚较 Si4+ 对氧离子的束缚弱. 随着渣中 TiO2 含量的增 加，Ti4+ 增多，渣中对氧离子的束缚变弱，从而表 现出部分氧离子解离的倾向. 同时 Ti4+ 不会如 Si4+ 一样构成复杂的阴离子团，有利于渣中复杂硅氧离 子团趋向于简单结构促使炉渣黏度降低 [7−8] . 图 3 TiO2 含量对 TiO2-Al2O3-CaO-SiO2 渣黏度的影响 Fig.3 Effect of TiO2 content on the viscosity of TiO2- Al2O3-CaO-SiO2 slags 2.2 Al2O3含量对高钛渣黏度的影响 图 4 为 1653∼1873 K 间，Al2O3 含量对 TiO2- Al2O3-CaO-SiO2 渣黏度的影响. 由图可以看到，在 低碱度 (R=0.5)、 相同温度下，TiO2-Al2O3-CaO￾SiO2 渣黏度均随 Al2O3 含量的增加而增加. 通常 Al3+ 在 (SiO4) 4− 网状结构中，被称为中间体，主 图 4 Al2O3 含量对 TiO2-Al2O3-CaO-SiO2 渣黏度的影响 Fig.4 Effect of Al2O3 content on the viscosity of TiO2- Al2O3-CaO-SiO2 slags