程礼梅等：钢铁冶金过程中的界面现象 .1141· 表1泡沫化指数的定量计算[-18] Table 1 Quantitative calculations of foaming index 年代 作者 公式 备注 参考文献 1989 Ito和Fruehan Σ=5700L 含质量分数30%Fc0的Fc0-Ca0-Si0,渣系 [11] Yp (碱性渣)Σ=115丛 Jian唱和 1991 Vyp [12] and Fruchan (酸性渣)Σ=0.93 w23 Zhang和 （碱性渣)上=115一上2 R9:(酸性渣) 1995 半经验公式，适用于不同渣 [13] Fruehan ∑=10.3×104 p Skupien和 2000 2=100u04 Gaskell yA5p43河 根据Jiang和Fruchan的数据得出 [14] Σ=const少(Ca0渣系，const=214: Cao-SiO2-Fe0-Al2 0.H Cao-SiO2-Fe0-Mgo 2001 Kim Yp [15] 饱和Mg渣系，const=999) (饱和的)-X(X=Al03,MnO,P03和CaF2) Lahiri和 1-E 2002 -=150× Seetharaman 三=8.82x10-6A,e2n,g4p dip 根据泡沫渣的破裂机理求得 [16] 2006 Bhoi和Jouhari 2=5004 含Fc0的CaO-SiO,-Fe0渣系 [17] p 2017 Park和Min 三=72.7(NB0/T4s 含FO的渣系 [18] 注：公式中μ，yP,ds,Anp4,g、NB0和T分别为黏度(Pas)、表面张力(N·m)、密度(kgm3)、气泡直径(m)、平均空隙率，比例 常数、每个气泡的高原边界数、量纲一表面黏度倒数的多项式、重力加速度(m·s2)、每个硅酸四面体的平均非桥连氧数和温度(K) 能黏附于界面的最大气泡尺寸，如图3所示[2].氧 一近似球形计算 和硫都是钢液中表面活性元素，氧含量的增加和硫 5 -一·Laplace方程计算 O测量值 含量的降低可以降低熔渣与钢液的接触角24-5]，减 小熔渣中的气泡直径，促进渣的泡沫化.钢中非表 10 面活性成分，如S元素对渣的泡沫化基本没有 气泡 HC-水 影响2 Hg 7.5 Ca0-Si0..1573K ★Ca0-si0-M,01TT3K Ca0-Si0.1673K CaO-SiO,-Fe0.1773K Ca0-Si0,-Fe0.1723 K Ca0-Sio,-Fe0-Mg0,1713 K 0 6.0 。-080 DC✉0-8i0,-Al,01773K0Ca0-Si0,-Fe0-AL,0,1773K 0 △Ca0-Si0-Fe0-Al0-P.0.1675-1689K 0 10 20 3040506070 Ca0-SiO,-Fe0-MgO-Tio.1713K 接触角() 4.5 Ca0-SiO,-Fe0-AL,O,-Mg0.1873 K 图3最大气泡体积与接触角的关系[] ⊙ 3.0 Fig.3 Relationship between maximum bubble volume and contact angle for mereury and hydrochlorie acid-water solution[ 1.5 ★ 4 过程中，主要使用以电石、石灰或镁为主的复合脱硫 剂.对于Ca0基脱硫剂，其脱硫效率比在钢液中直 838 0.43 .48 0.53 表面张力Nm 接添加CaO时低，这意味着通过加入添加剂形成的 图2渣的发泡指数与渣的表面张力的关系[B,5,18-] 液态渣相在脱硫中起着重要作用.因此，在分析 Fig.2 Relationship between the slag foaming index and surface ten- CaO基脱硫剂的脱硫效率时，铁液、液渣和固体CaO sion13,t5.18-22] 之间的界面现象，如接触角或界面张力，都是必须考 虑的重要特性.对于镁基脱硫剂，在脱硫过程中，脱 2铁水和钢液脱硫过程的界面现象 硫反应产物MgS在铁水中的溶解度极低，镁脱硫是 随着对超低硫钢生产需求的增加，脱硫速率的 固体或气体与铁液间的反应，具有良好的热力学和 控制过程不断被改进.在铁水预处理和二次精炼的 动力学条件程礼梅等: 钢铁冶金过程中的界面现象 表 1 泡沫化指数的定量计算[11鄄鄄18] Table 1 Quantitative calculations of foaming index [11鄄鄄18] 年代 作者 公式 备注 参考文献 1989 Ito 和 Fruehan 撞 = 5700 滋 酌籽 含质量分数 30% FeO 的 FeO鄄鄄CaO鄄鄄 SiO2渣系 [11] 1991 Jiang 和 and Fruehan (碱性渣)撞 = 115 滋 酌籽 ; (酸性渣)撞 = 0郾 93 滋 酌籽 2 / 3 — [12] 1995 Zhang 和 Fruehan (碱性渣)撞 = 115 滋 1郾 2 酌 0郾 2 籽d 0郾 9 b ;(酸性渣) 撞 = 10郾 3 伊 10 4 酌 12 滋 0郾 4 籽 11郾 7 d 23 b 半经验公式,适用于不同渣 [13] 2000 Skupien 和 Gaskell 撞 = 100 滋 0郾 54 酌 0郾 15 籽 0郾 39 根据 Jiang 和 Fruehan 的数据得出 [14] 2001 Kim 撞 = const 滋 酌籽 (CaO 渣系,const = 214; 饱和 Mg 渣系,const = 999) CaO鄄鄄 SiO2 鄄鄄FeO鄄鄄Al2O3 ,和 CaO鄄鄄 SiO2 鄄鄄FeO鄄鄄MgO (饱和的)鄄鄄X (X = Al2O3 , MnO, P2O5和 CaF2 ) [15] 2002 Lahiri 和 Seetharaman 撞 = 1 - 着 8郾 82 伊 10 - 6 A1 着 2 np cvg 滋 db 籽 = 150 伊 滋 db 籽 根据泡沫渣的破裂机理求得 [16] 2006 Bhoi 和 Jouhari 撞 = 500 滋 酌籽 含 FeO 的 CaO鄄鄄 SiO2 鄄鄄FeO 渣系 [17] 2017 Park 和 Min 撞 = 72郾 7(NBO/ T) - 4郾 85 含 FeO 的渣系 [18] 注:公式中 滋、酌、籽、db 、着、A1 、np 、cv、g、NBO 和 T 分别为黏度(Pa·s)、表面张力(N·m - 1 )、密度( kg·m - 3 )、气泡直径(m)、平均空隙率、比例 常数、每个气泡的高原边界数、量纲一表面黏度倒数的多项式、重力加速度(m·s - 2 )、每个硅酸四面体的平均非桥连氧数和温度(K). 能黏附于界面的最大气泡尺寸,如图 3 所示[23] . 氧 和硫都是钢液中表面活性元素,氧含量的增加和硫 含量的降低可以降低熔渣与钢液的接触角[24鄄鄄25] ,减 小熔渣中的气泡直径,促进渣的泡沫化. 钢中非表 面活性成分,如 Si 元素对渣的泡沫化基本没有 影响[26] . 图 2 渣的发泡指数与渣的表面张力的关系[13, 15, 18鄄鄄22] Fig. 2 Relationship between the slag foaming index and surface ten鄄 sion [13, 15, 18鄄鄄22] 2 铁水和钢液脱硫过程的界面现象 随着对超低硫钢生产需求的增加,脱硫速率的 控制过程不断被改进. 在铁水预处理和二次精炼的 图 3 最大气泡体积与接触角的关系[23] Fig. 3 Relationship between maximum bubble volume and contact angle for mercury and hydrochloric acid鄄water solution [23] 过程中,主要使用以电石、石灰或镁为主的复合脱硫 剂. 对于 CaO 基脱硫剂,其脱硫效率比在钢液中直 接添加 CaO 时低,这意味着通过加入添加剂形成的 液态渣相在脱硫中起着重要作用. 因此,在分析 CaO 基脱硫剂的脱硫效率时,铁液、液渣和固体 CaO 之间的界面现象,如接触角或界面张力,都是必须考 虑的重要特性. 对于镁基脱硫剂,在脱硫过程中,脱 硫反应产物 MgS 在铁水中的溶解度极低,镁脱硫是 固体或气体与铁液间的反应,具有良好的热力学和 动力学条件. ·1141·