·1824· 工程科学学报，第39卷，第12期 表2不同雷诺数区间对应阻力系数值叫 对于小直径颗粒的沉降，Re。一般小于2.0，式(9) Table 2 Resistance values for different Reynolds intervals (又称斯托克斯定律)应用最为广泛.与合金沉降推导 Reo 流体类型 5 类似，可得熔渣上浮速度的表达式与沉降公式完全一致. ≤2.0 层流 24/Reo 2.2FeV50合金浇铸过程重力沉降过程分析 2.0-500 过渡区 18.5/Re86 对于多期法钒铁治炼浇铸出铁时，熔融渣金可能 500~2×105 湍流 0.44 发生二次互混，并在流体凝固前进行渣金分离.浇铸 熔体静置后，可近似采用斯托克斯定律进行合金沉降 ≥2×103 0.1 速度的计算分析.取典型渣样进行X射线荧光光谱分 析，并利用Factsage热力学软件中viscosity模块计算其 湍流区：u。=1.74 apn-p.）g (11) 0- 在1850℃时的黏度值，结果如表3所示 表3FeV50制备过程典型渣样成分的理论黏度 Table 3 Theoretical viscosity of typical slag sample of FeV50 smelting process 渣样成分质量分数/% 试样编号 黏度/(Pas) Si02 A203 Ca0 Mgo Fe203 CaF2 1* 0.9 65.2 15.5 14.6 1.9 0.055 2# 1.2 59.8 17.2 19.7 0.8 一 0.049 1.0 60.5 20.1 15.0 1.5 0.050 4# 1.5 65.0 19.9 11.2 1.3 0.054 0.5 60.5 18.2 13.4 0.7 4.3 0.048 渣层厚度50cm时，假设液态合金颗粒沉降属于 际治炼过程中，熔渣组分分布不均、浇铸过程热量失衡 层流区（通过式(8）核算可知Re。≤2.0)，采用Stokes 等问题可能导致实际黏度较计算值高，完全沉降时间 定律计算得到不同粒径合金理论沉降速度及沉降时间 进一步延长.此外，通过方程逆推得到相同条件熔渣 如表4所示.由表可知，粒径越小理论沉降时间越长， 上浮时间为1.2~4.7min,远低于合金沉降时间.因 工业生产条件下，100um合金颗粒在0.049~0.055Pa 此，若能够控制颗粒合金顺利沉降，基本就不会发生合 s黏度区间内的理论沉降时间为24.9~28.0min.实 金夹渣的问题 表4不同粒径合金在1850℃时的沉降特性 Table 4 Theoretical settlement characteristics of FeV50 alloy with different particle sizes at 1850 C 样品类型 黏度/(Pa·s) p/(g*cm-3) dlμm 4(ms1) Reo t/min 0.055 6.7 50 7.41×10-5 1.43×10-4 112 0.055 6.7 100 2.96×10-4 1.15×10-3 28 合金 0.049 6.7 50 6.97×10-5 1.27×10-3 99.8 0.049 6.7 100 2.79×10-4 1.02×10-2 24.9 0.0023 3.4 50 1.77×10-3 0.038 4.7 渣 0.0023 3.4 100 7.09×10-3 0.310 1.2 图1为不同治炼渣次TV及TFe的分布规律.由 渣中TV含量明显低于浇铸精炼渣.此外，由图2可 图可知，治炼前期贫渣TFe和TV质量分数区间分别 知，两期渣中TV含量随渣层位置的下降而逐渐升高， 为0.20%-0.30%和0.25%-0.40%，与V0-A1平衡 浇铸冷渣上、中、下层筛下物TV质量分数分别为 理论计算值相近.分析认为该渣次钒和铁为未被 0.18%、1.84%和7.55%，合金沉降效果不佳. 还原完全的氧化物，并以钒铁尖晶石和镁铝尖晶石的 浇铸下层渣样矿相解理分析系统的分析结果如图 类质同象的形式赋存a.浇铸渣中V及对应Fe明显 3所示.由图3可知，渣中除了弥散分布的钒和铁之 高于贫渣. 外，还存在部分钒、铁元素富集区.通过能谱分析发 由不同治炼期次渣中TV含量分布规律可知，由 现，该区域钒、铁质量分数分别为50.90%和45.23%， 于前期治炼时间长，且出渣过程不存在渣金混熔，前期 为初级还原合金.其尺寸范围在0.1~1.0mm之间，工程科学学报，第 39 卷，第 12 期 表 2 不同雷诺数区间对应阻力系数值［14］ Table 2 Ｒesistance values for different Ｒeynolds intervals Ｒe0 流体类型 ζ ≤2. 0 层流 24 /Ｒe0 2. 0 ～ 500 过渡区 18. 5 /Ｒe0. 6 0 500 ～ 2 × 105 湍流 0. 44 ≥2 × 105 ― 0. 1 湍流区: u0 = 1. 74 d( ρm － ρs) g 槡 ρs ． ( 11) 对于小直径颗粒的沉降，Ｒe0一般小于 2. 0，式( 9) ( 又称斯托克斯定律) 应用最为广泛． 与合金沉降推导 类似，可得熔渣上浮速度的表达式与沉降公式完全一致． 2. 2 FeV50 合金浇铸过程重力沉降过程分析 对于多期法钒铁冶炼浇铸出铁时，熔融渣金可能 发生二次互混，并在流体凝固前进行渣金分离． 浇铸 熔体静置后，可近似采用斯托克斯定律进行合金沉降 速度的计算分析． 取典型渣样进行 X 射线荧光光谱分 析，并利用 Factsage 热力学软件中 viscosity 模块计算其 在 1850 ℃时的黏度值，结果如表 3 所示． 表 3 FeV50 制备过程典型渣样成分的理论黏度 Table 3 Theoretical viscosity of typical slag sample of FeV50 smelting process 试样编号 渣样成分质量分数/% SiO2 Al2O3 CaO MgO Fe2O3 CaF2 黏度/( Pa·s) 1# 0. 9 65. 2 15. 5 14. 6 1. 9 ― 0. 055 2# 1. 2 59. 8 17. 2 19. 7 0. 8 ― 0. 049 3# 1. 0 60. 5 20. 1 15. 0 1. 5 ― 0. 050 4# 1. 5 65. 0 19. 9 11. 2 1. 3 ― 0. 054 5# 0. 5 60. 5 18. 2 13. 4 0. 7 4. 3 0. 048 渣层厚度 50 cm 时，假设液态合金颗粒沉降属于 层流区( 通过式( 8) 核算可知 Ｒe0 ≤2. 0) ，采用 Stokes 定律计算得到不同粒径合金理论沉降速度及沉降时间 如表 4 所示． 由表可知，粒径越小理论沉降时间越长， 工业生产条件下，100 μm 合金颗粒在 0. 049 ～ 0. 055 Pa ·s 黏度区间内的理论沉降时间为24. 9 ～ 28. 0 min． 实 际冶炼过程中，熔渣组分分布不均、浇铸过程热量失衡 等问题可能导致实际黏度较计算值高，完全沉降时间 进一步延长． 此外，通过方程逆推得到相同条件熔渣 上浮时间为 1. 2 ～ 4. 7 min，远低于合金沉降时间． 因 此，若能够控制颗粒合金顺利沉降，基本就不会发生合 金夹渣的问题． 表 4 不同粒径合金在 1850 ℃时的沉降特性 Table 4 Theoretical settlement characteristics of FeV50 alloy with different particle sizes at 1850 ℃ 样品类型 黏度/( Pa·s) ρ /( g·cm － 3 ) d /μm u0 /( m·s － 1 ) Ｒe0 t /min 0. 055 6. 7 50 7. 41 × 10 － 5 1. 43 × 10 － 4 112 合金 0. 055 6. 7 100 2. 96 × 10 － 4 1. 15 × 10 － 3 28 0. 049 6. 7 50 6. 97 × 10 － 5 1. 27 × 10 － 3 99. 8 0. 049 6. 7 100 2. 79 × 10 － 4 1. 02 × 10 － 2 24. 9 渣 0. 0023 3. 4 50 1. 77 × 10 － 3 0. 038 4. 7 0. 0023 3. 4 100 7. 09 × 10 － 3 0. 310 1. 2 图 1 为不同冶炼渣次 TV 及 TFe 的分布规律． 由 图可知，冶炼前期贫渣 TFe 和 TV 质量分数区间分别 为 0. 20% ～ 0. 30% 和 0. 25% ～ 0. 40% ，与 VO--Al 平衡 理论计算值相近［15］． 分析认为该渣次钒和铁为未被 还原完全的氧化物，并以钒铁尖晶石和镁铝尖晶石的 类质同象的形式赋存［16］． 浇铸渣中 V 及对应 Fe 明显 高于贫渣． 由不同冶炼期次渣中 TV 含量分布规律可知，由 于前期冶炼时间长，且出渣过程不存在渣金混熔，前期 渣中 TV 含量明显低于浇铸精炼渣． 此外，由图 2 可 知，两期渣中 TV 含量随渣层位置的下降而逐渐升高， 浇铸 冷 渣 上、中、下 层 筛 下 物 TV 质 量 分 数 分 别 为 0. 18% 、1. 84% 和 7. 55% ，合金沉降效果不佳． 浇铸下层渣样矿相解理分析系统的分析结果如图 3 所示． 由图 3 可知，渣中除了弥散分布的钒和铁之 外，还存在部分钒、铁元素富集区． 通过能谱分析发 现，该区域钒、铁质量分数分别为 50. 90% 和 45. 23% ， 为初级还原合金． 其尺寸范围在 0. 1 ～ 1. 0 mm 之间， · 4281 ·