·124 北京科技大学学报 第36卷 1%浓度标准态时不同温度下的[S]的活度表达式 图2所示的内容解释比较复杂，直观上看在吹 (式(11)). 炼开始的铁水温度下生成SO的可能性不大.但由 lny=-7.21+17Xs-8+6.5Xc-4X2-5XsXc 于转炉内温度场高低相差很大，从火点区到炉衬一 (10) 铁水界面会有1000℃以上的差别，所以当炉衬-铁 a.s=ep[(17Xs-8X+6.5Xe-4X2- 水界面铁水只有1100℃左右（入炉铁水在接受冷铁 料和石灰石后降温可能达到的低温)的时候，火点 5)×学]是 (11) 区最高温度可能达到2500℃左右，所以判断生成 Si0的可能性是存在的 式中：X为硅在三元系中的摩尔分数，X:= [%Si]/28 3 Si0生成的气氛条件 %Si]/28+%C/12+(100-%Si-%C])/56' [%Si]和[%C]表示Si和C的质量分数×100：Xc 转炉采用石灰石造渣炼钢产生了Si0,而在传 为碳在三元系中的摩尔分数，Xc= 统的石灰造渣治炼中却并未出现此现象，说明炉内 [%C]/12 产生的大量CO,气体及其与铁水反应生成的C0是 %Si]/28+%C/12+(100-%SiJ-%C])/56 变化产生的条件，结合反应(1)和(2)讨论如下.合 X为[%Si]=1时的硅在三元系中的摩尔分数. 并式(1)和式(2)得式(12)： 将式(11)分别代入式(7)和式(8)，可得出 Si0(g)+C02=Si02(1)+C0, Si0,活度、Si0分压Popm,和温度的关系.一般转 △G=-494283+153.583T,Jmol-.(12) 炉入炉铁水[C]的质量分数约4.2%、[Si]的质量 lg@=lgP0+25819.361T-8.02.(13) 分数0.4%，按照这一成分计算可得到图2 4.5 根据式(13)可以得出PmPo,Si0,()活度和 、9%C-4.2.I%Si-0.4 温度对Si0优势区域的影响如图3所示，Pso升高其 4.0 ①a-01 ③p-=10p 优势区域减小 35 ④p10p° 10 (1)po=10-p0.1 3.0 (2)po=10rp.a4=1.0 (2) (3p0=10p,=0.1 2.5 0p 6 3) (4)n=10p,a=1.0 ⑤P (4) 2.0 6 4 2 1400150016001700180019002000210022002300 T/K 0 图2不同sSi0分压和Si0,活度下pco/pco,与温度的关系 Fig.2 Relationship between temperature and poo/pco with different 400150016001700180019002000210022002300 T/K pressures of SiO and activities of SiO 图3 Pco/Pco,和温度对Si0优势区域的影响 根据以前的研究可知图，高碳低温铁水面上 Fig.3 Influence of pco/pco and temperature on the Si advantage Pco/Pco,约为102~103，即在图2中的两条水平线 area ⑥、⑦区域内.在造碱性渣吹炼过程中，Si02(1)的 由图3可以看出，随着温度的增高，S0稳定存 活度会产生变化，图2中给出了其由初始状态1变 在所要求的Pco/Pco,越来越低；对于固定的温度， 到0.1的区域.关于Si0分压，考虑到实际生成的 SiO2的活度越大，要求的PcolPco,越低.在PcoPco2= 条件，图中画出了Ps0=10-2和Pso=10-3、Ps0= 102~103,Ps0>10-的优势区域，温度应该在在 10-4三条线.在po/pco,约为102~103区域内，Si02 1800K以上. (I)的活度线以上，Pso线以下，是Si0的存在区域， Pco/Pco,间接表明了气氛的氧化性，由C0-C0,- Si02(I)的活度线和Pso线之间存在一个交点，交点 02体系中的平衡反应(14)，可得到po,与Pco/Pco,和 右侧的两线之间的区域为相应条件下的Si0的优先 T的关系如(15)式所示，由此可以探讨此时的P0, 生成区域 高低.北 京 科 技 大 学 学 报 第 36 卷 1% 浓度标准态时不同温度下的［Si］的活度表达式 ( 式( 11) ) ． lnγSi = －7. 21 +17XSi －8X2 Si +6. 5XC －4X2 C －5XSiXC． ( 10) a% ，Si = [ exp ( 17XSi － 8X2 Si + 6. 5XC － 4X2 C － 5XSiXC ) × 1773 ] T XSi Xθ Si ． ( 11) 式 中: XSi 为硅在三元系中的摩 尔分数，XSi = ［%Si］/28 ［%Si］/28 +［%C］/12 + ( 100 －［%Si］－［%C］) /56 ， ［% Si］和［% C］表示 Si 和 C 的质量分数 × 100; XC 为碳在三元系中的摩尔分数， XC = ［%C］/12 ［%Si］/28 +［%C］/12 + ( 100 －［%Si］－［%C］) /56 ; Xθ Si为［% Si］= 1 时的硅在三元系中的摩尔分数． 将式( 11) 分 别 代 入 式 ( 7 ) 和 式 ( 8 ) ，可 得 出 SiO2活度、SiO 分压、pCO /pCO2和温度的关系． 一般转 炉入炉铁水［C］的质量分数约 4. 2%、［Si］的质量 分数 0. 4% ，按照这一成分计算可得到图 2． 图 2 不同 SiO 分压和 SiO2活度下 pCO /pCO2与温度的关系 Fig． 2 Ｒelationship between temperature and pCO /pCO2 with different pressures of SiO and activities of SiO2 根据以前的研究可知［8］，高碳低温铁水面上 pCO /pCO2约为 102 ～ 103 ，即在图 2 中的两条水平线 ⑥、⑦区域内． 在造碱性渣吹炼过程中，SiO2 ( l) 的 活度会产生变化，图 2 中给出了其由初始状态 1 变 到 0. 1 的区域． 关于 SiO 分压，考虑到实际生成的 条件，图中画出了 pSiO = 10 － 2 和 pSiO = 10 － 3 、pSiO = 10 － 4 三条线． 在 pCO /pCO2约为 102 ～ 103 区域内，SiO2 ( l) 的活度线以上，pSiO线以下，是 SiO 的存在区域， SiO2 ( l) 的活度线和 pSiO线之间存在一个交点，交点 右侧的两线之间的区域为相应条件下的 SiO 的优先 生成区域． 图 2 所示的内容解释比较复杂，直观上看在吹 炼开始的铁水温度下生成 SiO 的可能性不大． 但由 于转炉内温度场高低相差很大，从火点区到炉衬-- 铁水界面会有 1000 ℃ 以上的差别，所以当炉衬--铁 水界面铁水只有 1100 ℃左右( 入炉铁水在接受冷铁 料和石灰石后降温可能达到的低温) 的时候，火点 区最高温度可能达到 2500 ℃ 左右，所以判断生成 SiO 的可能性是存在的． 3 SiO 生成的气氛条件 转炉采用石灰石造渣炼钢产生了 SiO，而在传 统的石灰造渣冶炼中却并未出现此现象，说明炉内 产生的大量 CO2气体及其与铁水反应生成的 CO 是 变化产生的条件，结合反应( 1) 和( 2) 讨论如下． 合 并式( 1) 和式( 2) 得式( 12) : SiO( g) + CO2 = SiO2 ( l) + CO， ΔGθ = － 494283 + 153. 583T，J·mol － 1 ． ( 12) lg pCO pCO2 = lg pSiO aSiO2 + 25819. 36 /T － 8. 02． ( 13) 根据式( 13) 可以得出 pCO /pCO2 、SiO2 ( l) 活度和 温度对 SiO 优势区域的影响如图 3 所示，pSiO升高其 优势区域减小． 图 3 pCO /pCO2和温度对 SiO 优势区域的影响 Fig． 3 Influence of pCO /pCO2 and temperature on the SiO advantage area 由图 3 可以看出，随着温度的增高，SiO 稳定存 在所要求的 pCO /pCO2 越来越低; 对于固定的温度， SiO2的活度越大，要求的 pCO /pCO2越低． 在 pCO /pCO2 = 102 ～ 103 ，pSiO ＞ 10 － 4 的 优 势 区 域，温 度 应 该 在 在 1800 K 以上． pCO /pCO2间接表明了气氛的氧化性，由 CO--CO2-- O2体系中的平衡反应( 14) ，可得到 pO2与 pCO /pCO2和 T 的关系如( 15) 式所示，由此可以探讨此时的 pO2 高低． ·124·