D0I:10.13374/i.issn1001-053x.2000.06.007 第22卷第6期 北京科技大学学报 Vol.22 No.6 2000年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.2000 Ca0-A2O3-Si02熔渣表面张力的计算模型 李金锡张鉴 北京科技大学治金学院，北京100083 摘要根据炉渣结构的共存理论与CO-Al,O-SiO熔渣在不同温度和成分下实测表面张力 值，制定了本渣系表面张力与熔渣各结构单元作用浓度及温度间关系的计算模型.计算结果符 合实际，证明该模型可以反映本渣系表面张力随熔渣作用浓度和温度而变化的规律， 关键词共存理论；表面张力；计算模型 分类号T044.6 文献标识码：A 1熔渣表面张力 度；a为组元i在熔体内部的活度：A:为组元所 占的面积. 炉渣表面张力（σ）是熔渣的重要物理性质 A=KNVD (4) 之一，对冶炼工艺操作有着十分重要的影响.在 式中，K=1.091,N=6.02×10,为组元i的摩 冶炼过程中渣钢之间的化学反应，除了[C]直接 尔体积. 被氧化成C0气体以外，其他杂质的去除都要 文献[5,6]利用Butler方程计算炉渣的表面 通过渣一金界面的传质来实现，这在很大程度 张力，在处理方法上采用Gbbs自由能.在利用 上取决于两相液体的界面张力大小. Butler方程进行计算时，他们采用一些热力学 由于测量炉渣表面张力需要大量的人力、 关系处理组元在熔体内、表面层的活度值 物力、财力，越来越多的冶金工作者开始探讨如 (a,a),得出一定条件下的熔渣或金属熔体的 何通过建立数学模型估算表面张力2.文献 表面张力计算值，但是在确定活度方面采用活 [1,3]指出表面张力随着温度和炉渣成分变化而 度系数(y)和相互作用系数(e),而且计算过程较 不断地变化，表面张力与温度之间的线性关系 为繁琐，经验成分较大.确定溶质在熔渣内的含 为： 量时，由于难以准确测量，往往不得不采用不同 o=A+BT (1) 的经验模型进行处理， 式中，o为表面张力，Nm;A,B为常数；T为热 从以上简介可以看出，目前在熔渣表面张 力学温度，K. 力方面，己经积累了一些实验数据，也总结了一 文献[4]研究CaO-Mg0-Al,O,-SiO2渣系的 些经验公式，可以对熔渣表面张力作出预测， 表面张力后，将1600℃下该渣系的表面张力表 但建立在熔渣结构基出上的表面张力计算模型 示为： 还未见报导.本文的目的就是将Ca0-AlO,SiO2 G=ZNa (2) 熔渣的表面张力模型建立在其实际结构的基础 ■】 式中：N为熔渣组元i的摩尔分数：为组元i 上，因为熔渣的物理性质决定于其化学结构，而 的表面张力. 不是相反. 文献[S]利用butler方程计算炉渣的表面张 力，改进的butler方程为： 2 熔渣表面张力的计算模型 aop (3) a 2.1Ca0-A山0，-Si02熔渣的结构单元 式中：σ为渣系的表面张力：为标准状态下，某 由炉渣结构的共存理论知，CaO-Al,O, 纯物质i的表面张力；矿为组元i在表面层的活 SiO2的结构单元为： 简单离子：Ca,0; 2000-05-24收稿李金锡男，27岁，硕士 *冶金部基础研究项目 分子化合物：Al,0,Si02,Ca0Si02,Ca0,第 2 2 卷 第 6 期 2 0 0 年 12 月 北 京 科 技 大 学 学 报 OJ u nr a l o f U l i v e . iyt o f s e le n c e a n d l 七c h n o ot gy B e ij i n g V b l .2 2 N O . ` D伙 . 2州沁 C a O , A lz O -3 is O Z熔渣表面张 力的计算模型 李金锡 张 鉴 北京科技 大学冶金学 院 , 北京 10 0 0 83 摘 要 根 据炉 渣结构 的共 存理 论与 C a o 卜A 1 2O 3se s i 0 2熔渣在 不 同温度和成 分下 实测 表面 张力 值 , 制 定了本渣系表 面张 力与熔渣 各结 构单 元作用 浓度 及温度 间关系 的计算 模型 . 计算结 果符 合 实际 , 证 明该 模型 可 以反 映本渣 系表 面 张力 随熔渣作 用浓 度和 温度 而变 化 的规律 . 关键词 共存 理 论 ; 表 面张 力 ; 计算模型 分类 号 T O 4 .6 文献 标识 码 : A 1 熔渣表面张力 炉渣 表面 张力 (的 是熔 渣 的重要 物理 性质 之一 , 对冶炼工艺操作有着十分重要 的影响 . 在 冶炼过程 中渣钢之 间的化学反应 , 除 了[1C 直接 被氧化 成 C O 气 体 以外 , 其他 杂质 的去 除都要 通过渣一金界 面的传质 来实现 , 这在很大程度 上取 决于两相 液体 的界 面张力大 小 〔1 . 由于测量 炉渣 表面 张力 需要 大量 的人 力 、 物力 、 财力 , 越来越 多的冶金工作者开 始探讨如 何通 过建立数 学模 型估算表 面张力 【哪 , . 文献 【1 , 3] 指 出表面 张力随着温度和 炉渣 成分变化而 不 断地变化 , 表面 张力与温度 之 间的线性关系 为 : 0 = A +B T (l) 式 中 , 。 为表 面张力 , N /m ; A , B 为常数 ; T 为热 力学温度 , K . 文献 4[ ] 研 究 C a o 月M g o 一 A 1 2 0 广51 0 2 渣系 的 表面张力 后 , 将 1 6 0 0 ℃ 下 该渣 系 的表 面张力表 示为 : 口 = Z 从拼 式 中 : 茂 为熔 渣组元 i 的摩 尔分数 ; 的表面 张力 . ( 2 ) al 为组元 i 度 ; 场 为组元 i 在熔体 内部的活度 ; A , 为组 元 i 所 占的面 积 . 法= 犬万仍 尸 (4 ) 式 中 , 犬 = 1 . 0 9 1 , N = 6 . 0 2 x l 0 2 , , K 为组元 i 的摩 尔体积 . 文献 5[, 61 利用 B ut le r 方程计算炉渣 的表面 张力 , 在 处理方法上采用 iG b bs 自由能 . 在利用 B ult er 方程进行计算 时 , 他们采用一些热力学 关系 处理 组元 i 在熔 体 内 、 表 面层 的活度 值 a(, , 衅 ) , 得 出一定条件 下的熔渣或金属熔体 的 表面张力计算值 . 但是在确 定活度方面采用活 度系数( 力和相互作用系数s( ) , 而且计算过程较 为繁琐 , 经验成分较大 . 确定溶质在熔渣 内的含 量 时 , 由于难 以准确测量 , 往往不得不采用不同 的经验模型进行处理 . 从 以上简介可 以看 出 , 目前在熔渣表面张 力方面 , 已经积累 了一些 实验数据 , 也总结了一 些经验 公式 , 可 以对熔渣 表面张力作出预测 . 但建立在熔渣结构基出上的表面张力计算模型 还未见报 导 . 本文 的 目的就是将 C a o 习叼 2 0 -r Siq 熔渣 的表面张力模型建立在其实际结构的基础 上 , 因为熔渣 的物理性质决定于其化学结构 , 而 不 是相反 . 文献 【5] 利用 b u t ler 方 程计算 炉渣 的表面 张 力 , 改进 的 b u t ler 方程 为 : =aof 谬 in 吩 (3) 式 中 : 6 为渣 系 的表面张力 ; 讨 为标准状态下 , 某 纯物质 i 的表 面张力 ; 衅 为组元 i 在表面层 的活 2 0 -0 05 一 2 4 收稿 李 金锡 男 , 27 岁 , 硕 士 * 冶 金部基 础研究项 目 2 熔渣表面 张力的计算模型 .2 1 C a o 卜A 1 2 0 -r 5 10 2 熔渣的结构单元 由炉渣 结构 的共存理论 知 口,8] , C a o 一A l , O 3 es 51 0 2 的结构单 元为 : 简单离 子 : C +az , 0 2 一 ; 分子化 合物 : 1A 2 0 3 , 5 10 2 , C a o · 5 10 2 , C aO · DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2000. 06. 007