.1574 北京科技大学学报 第35卷 3基于离子和分子共存理论定义的炉渣氧 引起的：在s4渣系中，计算值NFeO仅在0.1这 化能力NFe,o 个区间范围和实测值ape。不一致，在其他区间 基于炉渣离子和分子共存理论MCT6-8,37-41, 二者有良好的线性对应关系：在渣系s13中，Fe2O3 炉渣中不仅存在简单离子和简单分子，而且存在简 质量分数为6.30%~22.81%，说明该渣系氧化能力较 单分子和简单离子对形成的复杂大分子.同时，本 强，而文献报道的活度数值却大多在0.1附近，这 文在炉渣组元质量作用浓度Nreo和NFe2Oa的基 违背了冶金热力学基本原理，故可得到结论该实验 础上以炉渣中铁氧化物的质量作用浓度Npe,o来 误差较大，导致计算值Nre:O和实测值are,o不一 致 表征炉渣的实际氧化能力.炉渣中铁氧化物之间存 在着如下动态平衡反应： 口s1O82△s3Vs4◇s5 qs6D87Os8☆s9O810 (Fe203)+[Fel=3(Fe2++02-), (13) 1.0 +s11×s12米s13日s14 米 (Fe0.Fe203)+[Fel=4(Fe2++02-). (14) 0.8 由式(13)可以明显看出，简单分子F2O3对炉 0.6 渣氧化能力的贡献等于离子对(F2++02-)对其贡 献的3倍.同样如式(14)所示，复杂分子Fe0Fe2O3 0.4 对炉渣氧化能力的贡献等于离子对(2++02-)对 其贡献的4倍.因此炉渣的氧化能力N,。0-74 0.2 可定义为 0.0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 NFe:O=NFeO NFe2Oa-Feo NFeO-Fe203-Feo= OgeD NFeo 3(nFe2+.Fe2Oa-FeO +nO2-.Fe2O3-FeO) 图114种渣系的实测铁氧化物活度aFe,0和基于MCT ∑n: 模型计算的综合质量作用浓度NF心，O的关系 4(nFe2+.FeO-Fe2Oa-FeO+nO2-.FeO-Fe2O3-FeO) Fig.1 Comparison between the measured activity of iron ox- ∑ni ide(s)aFero and calculated comprehensive mass action con- NFeo+ 3×2mPe2O+4×2nFe0-Pe203= ∑ni centration of iron oxides NFero based on the IMCT in 14 slag ∑n systems NFeO +6NFe20a +8NFeO.Fe203 (15) 在渣系s7、s8、s10和s13中，分别比较考 本文需指出的是，由IMCT6-8,37-41定义的 虑P2O5时渣系中铁氧化物的质量作用浓度 NFe,o与传统治金物理化学中的ape:0有相似的意 地dingP,.0。和忽略P205时渣系中铁氧化物的 义.同时，N,o在某些渣系中的值可能大于1，这 质量作用浓度N8gP,0,如图2所示.从图中 是因为虽然Nre0、Nre2O3和NFeo.Fe2O3各自的值 可看出NngP8和N8neP,0o有着非常好 都小于1，但三者之和NFe0+6NFe202+8Nre0.Fe2O3 的线性对应关系，二者的拟合度为0.9999.因此， 未必小于1. 即使渣系s7、s8、s10和s13中P2O5的质量分数超 过5.0%，可将P205忽略而不会对铁氧化物的质量 4基于IMCT理论炉渣氧化能力Nre,o 作用浓度带来明显的误差.为方便起见，本文渣系 验证 s7、s8、s10和s13中VP,0可简写为N,0- 4.1铁氧化物NFe,o和实测值aFe,0的比较 4.2Nre0,Nfe2oa,Npeo.Fe2oa和实测值ape0 在14种含FeO渣系s1s14中，基于IMCT-N: 的比较 模型计算得到的综合质量作用浓度NFeo和实测值 基于IMCT6-8,37-41,炉渣中的铁氧化物由 aFe,o的比较如图1所示，同时表征各渣系的符号均 简单离子(Fe2++02-),简单分子Fe203和复杂 列于图1，下文同.由图1可以看出，计算值Nre,O和分子Fe0Fe2O3组成.s1sl4渣系中NFe0、 实测值aFe,0有良好的线性对应关系，但在s3、s4和 NFe2Oa、NpeO.Fe2Og和实测值aFe,0的比较如图3 s13渣系中二者无明显的对应关系.在s3渣系中，质所示.从图中可看出绝大部分计算值N0与实测 量作用浓度Npe,0和实测值ae,24在区间0.20.5 值aFe,0有良好的线性对应关系，同时所有渣系中 内没有很好的对应关系，其主要原因是由实验误差 NFe0的数值均小于1.0· 1574 · 北 京 科 技 大 学 学 报 第 35 卷 3 基于离子和分子共存理论定义的炉渣氧 化能力 NFetO 基于炉渣离子和分子共存理论 IMCT[6−8,37−41]， 炉渣中不仅存在简单离子和简单分子，而且存在简 单分子和简单离子对形成的复杂大分子. 同时，本 文在炉渣组元质量作用浓度 NFeO 和 NFe2O3 的基 础上以炉渣中铁氧化物的质量作用浓度 NFetO 来 表征炉渣的实际氧化能力. 炉渣中铁氧化物之间存 在着如下动态平衡反应： (Fe2O3) + [Fe] = 3(Fe2+ + O2−), (13) (FeO · Fe2O3) + [Fe] = 4(Fe2+ + O2−). (14) 由式 (13) 可以明显看出，简单分子 Fe2O3 对炉 渣氧化能力的贡献等于离子对 (Fe2++O2−) 对其贡 献的 3 倍. 同样如式 (14) 所示，复杂分子 FeO·Fe2O3 对炉渣氧化能力的贡献等于离子对 (Fe2++O2−) 对 其贡献的 4 倍. 因此炉渣的氧化能力 N [6−7,41] FetO 可定义为 NFetO = NFeO + NFe2O3→FeO + NFeO·Fe2O3→FeO = NFeO + 3(nFe2+,Fe2O3→FeO + nO2−,Fe2O3→FeO) Pni + 4(nFe2+,FeO·Fe2O3→FeO + nO2−,FeO·Fe2O3→FeO) Pni = NFeO + 3 × P 2nFe2O3 ni + 4 × 2n P FeO·Fe2O3 ni = NFeO + 6NFe2O3 + 8NFeO·Fe2O3 . (15) 本文需指出的是，由 IMCT[6−8,37−41] 定义的 NFetO 与传统冶金物理化学中的 aFetO 有相似的意 义. 同时，NFetO 在某些渣系中的值可能大于 1，这 是因为虽然 NFeO、NFe2O3 和 NFeO·Fe2O3 各自的值 都小于 1，但三者之和 NFeO +6NFe2O3 +8NFeO·Fe2O3 未必小于 1. 4 基于 IMCT 理论炉渣氧化能力 NFetO 验证 4.1 铁氧化物 NFetO 和实测值 aFetO 的比较 在 14 种含 FetO 渣系 s1∼s14 中，基于 IMCT-Ni 模型计算得到的综合质量作用浓度 NFetO 和实测值 aFetO 的比较如图 1 所示，同时表征各渣系的符号均 列于图 1，下文同. 由图 1 可以看出，计算值 NFetO 和 实测值 aFetO 有良好的线性对应关系，但在 s3、s4 和 s13 渣系中二者无明显的对应关系. 在 s3 渣系中，质 量作用浓度 NFetO 和实测值 a [24] FetO 在区间 0.2∼0.5 内没有很好的对应关系，其主要原因是由实验误差 引起的；在 s4 渣系中，计算值 NFetO 仅在 0.1 这 个区间范围和实测值 a [11] FetO 不一致，在其他区间 二者有良好的线性对应关系；在渣系 s13 中，Fe2O3 质量分数为 6.30%∼22.81%，说明该渣系氧化能力较 强，而文献报道的活度数值却大多在 0.1 附近，这 违背了冶金热力学基本原理，故可得到结论该实验 误差较大，导致计算值 NFetO 和实测值 aFetO 不一 致. 图 1 14 种渣系的实测铁氧化物活度 aFet O 和基于 IMCT 模型计算的综合质量作用浓度 NFet O 的关系 Fig.1 Comparison between the measured activity of iron ox￾ide(s) aFet O and calculated comprehensive mass action con￾centration of iron oxides NFet O based on the IMCT in 14 slag systems 在渣系 s7、s8、s10 和 s13 中，分别比较考 虑 P2O5 时渣系中铁氧化物的质量作用浓度 N includingP2O5 FetO 和忽略 P2O5 时渣系中铁氧化物的 质量作用浓度 N ignoringP2O5 FetO ，如图 2 所示. 从图中 可看出 N includingP2O5 FetO 和 N ignoringP2O5 FetO 有着非常好 的线性对应关系，二者的拟合度为 0.9999. 因此， 即使渣系 s7、s8、s10 和 s13 中 P2O5 的质量分数超 过 5.0%，可将 P2O5 忽略而不会对铁氧化物的质量 作用浓度带来明显的误差. 为方便起见，本文渣系 s7、s8、s10 和 s13 中 N includingP2O5 FetO 可简写为 NFetO. 4.2 NFeO，NFe2O3，NFeO·Fe2O3 和实测值 aFetO 的比较 基于 IMCT[6−8,37−41]， 炉渣中的铁氧化物由 简单离子 (Fe2++O2−)， 简单分子 Fe2O3 和复杂 分子 FeO·Fe2O3 组成. s1∼s14 渣系中 NFeO、 NFe2O3、NFeO·Fe2O3 和实测值 aFetO 的比较如图 3 所示. 从图中可看出绝大部分计算值 NFeO 与实测 值 aFetO 有良好的线性对应关系，同时所有渣系中 NFeO 的数值均小于 1.0