第12期 甄小鹏等：转炉提钒终点钒的分配行为 ·1373· 考察温度影响的实验共四组，温度分别设定为 1.3反应时间的确定 1350、1375、1400和1425℃，实验采用的终渣为基 按照前述的实验方法先进行了预平衡实验.实 准渣M2号渣.除此四组实验，其余实验温度均为 验进行到第20分钟时除C元素外其他各元素含量 1375℃. 随时间变化已经比较微小，说明它们与渣趋于平衡. 此处要特别说明的是钒在钒渣中的价态问题 据此确定反应时间为20min.如图1(a)所示. 钒在钒渣中的存在价态及其影响因素对其的影响规 按前述方法分别进行两组实验，两组实验进行 律，目前尚无一致结论.但是，较多学者认为钒在钒 到20min时向坩埚内加入30g的预先配置的终渣， 渣中主要以+3价的形式存在.Nohair等司认为钒 渣号分别为Fel和Fe4号(20min时由实验一开始 渣中钒铁尖晶石有多种分子式，钒呈+2和+3价等 就加入的草酸亚铁与铁水中各组元反应生成的原始 价态；青雪梅等回对攀钢转炉提钒钒渣中钒的价态 渣量大约只有3g,并且其成分与表2中的各组钒渣 问题进行过研究，其钒渣成分与本文十分接近，认为 成分较为接近).两组实验在预配终渣加入后反应 钒主要以+3形式存在也有少部分以+2价形式存 5min半钢V含量变化便已比较微小如图1(b)所 示，此时测得半钢C质量分数均在3%左右，分别为 在.因此本文实验渣的配置以及相关的理论计算都 3.05%和2.79%.故确定加入预配终渣后的反应时 采用钒在钒渣中以+3形式存在的观点 间为5min 0.30 0.30 -V ◆一 0.25 0.25 ·-加人Fl号预配渣后的V ·一加入F4号预配渣的N 3 0.20 毅0.20 0.15 0.10 0.10 0.05 (a) 10 15 30 101520 反应时间/min 反应时间min 图1铁水中各组元含量变化曲线 Fig.1 Changing curves of element contents in hot metal 2 钒渣活度计算模型的建立 3结果分析及讨论 运用共存理论计算钒渣各组分活度.依据现有 3.1终渣组分和温度对渣中Fe0和V,0,活度及 的相关相图-，在本文涉及的温度范围内钒渣的 活度系数的影响 结构单元拆分如下： 图2和图3是表2中各组终渣中Fe0和V,03 Fe2+、Mn2+、Mg2+、02-、Si0,、Ti02、V,0、Mn0 活度及活度系数的计算结果，模型计算采用的温度 Si02、2Mn0Si04、2Mg0Si04、Mg0Si02、Fe0Si02、 数据与实验相同. 2Fe0Ti02、Fe0Ti02、Fe02TiO2、Mg0Ti02、Mg0· 由图2和图3可知：渣中F0的活度和活度系 2Ti02、2Mg0Ti022Mn0Ti02、Fe0V203. 数随渣中MnO和Fe0含量的增加而增加，随渣中 渣中各复合化合物及其相应的△G°-T关系式 V203、SiO2和Ti02含量的增加而减小，其值分别在 见表3-山 10-1和10°的数量级上；与Fe0相反，渣中V,03的 在此基础上，依据质量守恒以及渣中各组分间 活度及活度系数随渣中MnO和FeO含量的增加而 反应服从的质量作用定律，针对本渣系可唯一的确 减小，随V203、Si02和Ti02含量的增加而增加，其 值分别在10-2和101的数量级：在本文研究范围 定出一组有21个方程的非线性方程组，具体方程式 内，渣中Fe0、SiO2和TiO2含量对Fe0活度的影响 此处略去.解该方程便可计算出渣中各组分的相互 比较大，渣中Fe0和V203含量对V203活度的影响 作用含量 较大.此外，计算结果还表明温度对于Fe0和V,03第 12 期 甄小鹏等: 转炉提钒终点钒的分配行为 考察温度影响的实验共四组，温度分别设定为 1 350、1 375、1 400 和 1 425 ℃，实验采用的终渣为基 准渣 Mn2 号渣． 除此四组实验，其余实验温度均为 1 375 ℃ ． 此处要特别说明的是钒在钒渣中的价态问题． 钒在钒渣中的存在价态及其影响因素对其的影响规 律，目前尚无一致结论． 但是，较多学者认为钒在钒 渣中主要以 + 3 价的形式存在． Nohair 等［3］认为钒 渣中钒铁尖晶石有多种分子式，钒呈 + 2 和 + 3 价等 价态; 青雪梅等［2］对攀钢转炉提钒钒渣中钒的价态 问题进行过研究，其钒渣成分与本文十分接近，认为 钒主要以 + 3 形式存在也有少部分以 + 2 价形式存 在． 因此本文实验渣的配置以及相关的理论计算都 采用钒在钒渣中以 + 3 形式存在的观点． 1. 3 反应时间的确定 按照前述的实验方法先进行了预平衡实验． 实 验进行到第 20 分钟时除 C 元素外其他各元素含量 随时间变化已经比较微小，说明它们与渣趋于平衡． 据此确定反应时间为 20 min． 如图 1( a) 所示． 按前述方法分别进行两组实验，两组实验进行 到 20 min 时向坩埚内加入 30 g 的预先配置的终渣， 渣号分别为 Fe1 和 Fe4 号( 20 min 时由实验一开始 就加入的草酸亚铁与铁水中各组元反应生成的原始 渣量大约只有 3 g，并且其成分与表 2 中的各组钒渣 成分较为接近) ． 两组实验在预配终渣加入后反应 5 min 半钢 V 含量变化便已比较微小如图 1( b) 所 示，此时测得半钢 C 质量分数均在 3% 左右，分别为 3. 05% 和 2. 79% ． 故确定加入预配终渣后的反应时 间为 5 min． 图 1 铁水中各组元含量变化曲线 Fig． 1 Changing curves of element contents in hot metal 2 钒渣活度计算模型的建立 运用共存理论计算钒渣各组分活度． 依据现有 的相关相图［7--8］，在本文涉及的温度范围内钒渣的 结构单元拆分如下: Fe 2 + 、Mn2 + 、Mg 2 + 、O2 － 、SiO2、TiO2、V2O3、MnO· SiO2、2MnO·SiO4、2MgO·SiO4、MgO·SiO2、FeO·SiO2、 2FeO·TiO2、FeO·TiO2、FeO·2TiO2、MgO·TiO2、MgO· 2TiO2、2MgO·TiO2、2MnO·TiO2、FeO·V2O3 ． 渣中各复合化合物及其相应的 ΔG— － T 关系式 见表 3 ［9--11］． 在此基础上，依据质量守恒以及渣中各组分间 反应服从的质量作用定律，针对本渣系可唯一的确 定出一组有 21 个方程的非线性方程组，具体方程式 此处略去． 解该方程便可计算出渣中各组分的相互 作用含量． 3 结果分析及讨论 3. 1 终渣组分和温度对渣中 FeO 和 V2O3 活度及 活度系数的影响 图 2 和图 3 是表 2 中各组终渣中 FeO 和 V2O3 活度及活度系数的计算结果，模型计算采用的温度 数据与实验相同． 由图 2 和图 3 可知: 渣中 FeO 的活度和活度系 数随渣中 MnO 和 FeO 含量的增加而增加，随渣中 V2O3、SiO2 和 TiO2 含量的增加而减小，其值分别在 10 － 1 和 100 的数量级上; 与 FeO 相反，渣中 V2O3 的 活度及活度系数随渣中 MnO 和 FeO 含量的增加而 减小，随 V2O3、SiO2 和 TiO2 含量的增加而增加，其 值分别在 10 － 2 和 10 － 1 的数量级; 在本文研究范围 内，渣中 FeO、SiO2 和 TiO2 含量对 FeO 活度的影响 比较大，渣中 FeO 和 V2O3 含量对 V2O3 活度的影响 较大． 此外，计算结果还表明温度对于 FeO 和 V2O3 ·1373·