,1080, 北京科技大学学报 第33卷 型预报的硫化物容量值较实测值偏低：而KTH模 No为该渣系中基于炉渣MCT2-6的C0和M0 型B-8计算过程相对较复杂，且KTH模型[5-8在应 的质量作用浓度；∑n为基于炉渣MCT2-计 用于部分渣系时还缺少必要的模型参数[向.因此， Shankar等[和Taniguchi等o分别建立了可精确 算的100g该渣系中所有结构单元总的平衡摩尔数， mol和6为铁液中S和O的活度系数 预报高AbO,渣系硫化物容量的模型.然而，Shankar 等和Tan iguchi等提出的硫化物容量模型能否精 根据式(2)，C0-SD2-Mg0-AbO3渣系与铁 确预报其他渣系的硫化物容量还需要进一步证明. 液平衡时的Ls可表征为四 基于炉渣离子分子共存理论(MCT)2-,本 k=5otl5wn-（S》e-(Set(Se= [s] [s] 文建立了Ca0-SD2-Mg0-AbO3炼铁渣系的硫化 物容量Cs2-预报模型，即MCT一C2-模型.通过实 16(K2eo+eND)业X基 (3) 测的该渣系硫分配比L计算的C-与MCT- [o] 6 式中，L为该渣系和铁液平衡时的硫分配比 C-模型计算的C-比较，以及与SS模型四 已经推导出炉渣金属间硫分配比L与炉渣硫 Young模型)、Shankar模型)、Taniguchi模型o和 KTH模型-)五种硫化物容量C-预报模型的结果 化物容量C-的关系式为20-1] 相比较，验证了本文建立的MCT-C2-模型的合理 6Lk=贷+1.375+5c-+ T 性.本文的最终目的是开发一种基于MCT2-的 gf一gao (4) 适合于多种渣系的MCT一C2-预报通用模型，进而为 式中，C-为炉渣硫化物容量，为铁液中0的活 具有良好脱硫能力的炉渣成分设计提供一种新方法， 度.因此，基于炉渣MCT2-1的C0-SD2M0- 1基于MCT的Ca0-SD2Mgp-AkO, Ab03渣系中(Ca+十02-)和(Mg+十02-)离子对 炼铁渣系硫化物容量模型 各自的硫化物容量及该渣系总的硫化物容量 C2,c0、C2-,M和C2-分别为 基于炉渣MCT2-1,Ca0-SD2M0-A03 lg Csz co=lg 16K2sNeo∑n 935-1.375 渣系和铁液间的脱硫反应可表征为-] (Ca2++02-)+[S]=(Ca2++s)+[0] 1swo∑n △.Gcs=105784.6-28.723T +-1. (Mg++02-)+[S]=(Mg++S)+[0] gC-=g[16(K2so+so∑ △.G246=203604.6-35.023T 935-1.375 (1) T 式中：△G品c和△，G品M为生成CaS和Mgs脱硫反 (5) 应的标准摩尔吉布斯自由能变，小mo;T为热力 式中，C2.co和C,M0分别为该渣系中离子对 学温度，K.因此，基于炉渣MCT2-1,C0-SD2- (Ca++02)和(Mg++02)或自由组元C0和 Mg0-Ab0四元渣系中离子对(Ca+十02-)和 Mg0各自的硫化物容量.由基于炉渣MCT2-建 (Mg+十02)与平衡金属相间的硫分配比Lsco和 立的计算该渣系结构单元或离子对的质量作用浓度 LMo分别为2) 的热力学模型可计算出Nco、Nw和∑n;通过 S)e1aNx 如式(1)所示脱硫反应的标准摩尔吉布斯自由能变 [s] [0] △G品可计算出K和Ks因此，式(5)为本文建 (2) (Sve 16KaNnxs 立的基于炉渣MCT2-1的Ca0SD2Mg0-Ab0 LM0一[S] [0] 6 炼铁渣系硫化物容量预报模型，即MCT-Cs2-模型. 式中：Lco和LM0分别为炉渣中离子对(Ca+ 2结果与讨论 02和(Mg十0-)与铁液间的硫分配比：(S)cs 和(S)M为炉渣组元Cas和MgS中S的质量分数； 2.1不同模型计算的1773K时Ca0-SD2- [S]和[O]为铁液中S和O的质量分数：K和Ks Mgo ALO,炼铁渣系硫化物容量的比较 为生成CaS和Ms脱硫反应的平衡常数；Nco和 为了验证本文建立的如式(5)所示的C0SD2北 京 科 技 大 学 学 报 第 33卷 型 ［4］预报的硫化物容量值较实测值偏低；而 ＫＴＨ模 型 ［5－8］计算过程相对较复杂‚且 ＫＴＨ模型 ［5－8］在应 用于部分渣系时还缺少必要的模型参数 ［6］．因此‚ Ｓｈａｎｋａｒ等 ［9］和 Ｔａｎｉｇｕｃｈｉ等 ［10］分别建立了可精确 预报高 Ａｌ2Ｏ3 渣系硫化物容量的模型．然而‚Ｓｈａｎｋａｒ 等 ［9］和 Ｔａｎｉｇｕｃｈｉ等 ［10］提出的硫化物容量模型能否精 确预报其他渣系的硫化物容量还需要进一步证明． 基于炉渣离子--分子共存理论 （ＩＭＣＴ） ［12－16］‚本 文建立了 ＣａＯ--ＳｉＯ2--ＭｇＯ--Ａｌ2Ｏ3 炼铁渣系的硫化 物容量 ＣＳ2－预报模型‚即 ＩＭＣＴ--ＣＳ2－模型．通过实 测的该渣系硫分配比 ＬＳ ［12］计算的 ＣＳ2－与 ＩＭＣＴ-- ＣＳ2－模型计算的 ＣＳ2－ 比较‚以及与 Ｓ--Ｓ模型 ［2］、 Ｙｏｕｎｇ模型 ［3］、Ｓｈａｎｋａｒ模型 ［9］、Ｔａｎｉｇｕｃｈｉ模型 ［10］和 ＫＴＨ模型 ［5－8］五种硫化物容量 ＣＳ2－预报模型的结果 相比较‚验证了本文建立的 ＩＭＣＴ--ＣＳ2－模型的合理 性．本文的最终目的是开发一种基于 ＩＭＣＴ ［12－16］的 适合于多种渣系的 ＩＭＣＴ--ＣＳ2－预报通用模型‚进而为 具有良好脱硫能力的炉渣成分设计提供一种新方法． 1 基于 ＩＭＣＴ的 ＣａＯ--ＳｉＯ2--ＭｇＯ--Ａｌ2Ｏ3 炼铁渣系硫化物容量模型 基于炉渣 ＩＭＣＴ ［12－16］‚ＣａＯ--ＳｉＯ2--ＭｇＯ--Ａｌ2Ｏ3 渣系和铁液间的脱硫反应可表征为 ［17－19］ （Ｃａ 2＋ ＋Ｏ 2－ ）＋［Ｓ］ ＝（Ｃａ 2＋ ＋Ｓ 2－ ）＋［Ｏ］‚ ΔｒＧ ○－ ｍ‚ＣａＳ＝105784∙6－28∙723Ｔ （Ｍｇ 2＋ ＋Ｏ 2－ ）＋［Ｓ］ ＝（Ｍｇ 2＋ ＋Ｓ 2－ ）＋［Ｏ］‚ ΔｒＧ ○－ ｍ‚ＭｇＳ＝203604∙6－35∙023Ｔ （1） 式中：ΔｒＧ ○－ ｍ‚ＣａＳ和 ΔｒＧ ○－ ｍ‚ＭｇＳ为生成 ＣａＳ和 ＭｇＳ脱硫反 应的标准摩尔吉布斯自由能变‚Ｊ·ｍｏｌ －1；Ｔ为热力 学温度‚Ｋ．因此‚基于炉渣 ＩＭＣＴ ［12－16］‚ＣａＯ--ＳｉＯ2-- ＭｇＯ--Ａｌ2Ｏ3 四元渣系中离子对 （Ｃａ 2＋ ＋Ｏ 2－ ）和 （Ｍｇ 2＋ ＋Ｏ 2－ ）与平衡金属相间的硫分配比 ＬＳ‚ＣａＯ和 ＬＳ‚ＭｇＯ分别为 ［12］ ＬＳ‚ＣａＯ ＝ （Ｓ）ＣａＳ ［Ｓ］ ＝ 16Ｋ ○－ ＣａＳＮＣａＯ∑ｎｉ ［Ｏ］ × ｆＳ ｆＯ ＬＳ‚ＭｇＯ ＝ （Ｓ）ＭｇＳ ［Ｓ］ ＝ 16Ｋ ○－ ＭｇＳＮＭｇＯ∑ｎｉ ［Ｏ］ × ｆＳ ｆＯ （2） 式中：ＬＳ‚ＣａＯ和 ＬＳ‚ＭｇＯ分别为炉渣中离子对 （Ｃａ 2＋ ＋ Ｏ 2－ ）和 （Ｍｇ 2＋ ＋Ｏ 2－ ）与铁液间的硫分配比；（Ｓ）ＣａＳ 和 （Ｓ）ＭｇＳ为炉渣组元 ＣａＳ和 ＭｇＳ中 Ｓ的质量分数； ［Ｓ］和 ［Ｏ］为铁液中 Ｓ和 Ｏ的质量分数；Ｋ ○－ ＣａＳ和 Ｋ ○－ ＭｇＳ 为生成 ＣａＳ和 ＭｇＳ脱硫反应的平衡常数 ；ＮＣａＯ和 ＮＭｇＯ为该渣系中基于炉渣 ＩＭＣＴ ［12－16］的 ＣａＯ和 ＭｇＯ 的质量作用浓度；∑ ｎｉ为基于炉渣 ＩＭＣＴ ［12－16］计 算的100ｇ该渣系中所有结构单元总的平衡摩尔数‚ ｍｏｌ；ｆＳ和 ｆＯ为铁液中 Ｓ和 Ｏ的活度系数． 根据式 （2）‚ＣａＯ--ＳｉＯ2--ＭｇＯ--Ａｌ2Ｏ3 渣系与铁 液平衡时的 ＬＳ可表征为 ［12］ ＬＳ＝ＬＳ‚ＣａＯ ＋ＬＳ‚ＭｇＯ ＝ （Ｓ）ＣａＳ＋ＭｇＳ ［Ｓ］ ＝ （Ｓ）ＣａＳ＋（Ｓ）ＭｇＳ ［Ｓ］ ＝ 16（Ｋ ○－ ＣａＳＮＣａＯ ＋Ｋ ○－ ＭｇＳＮＭｇＯ ）∑ｎｉ ［Ｏ］ × ｆＳ ｆＯ （3） 式中‚ＬＳ为该渣系和铁液平衡时的硫分配比． 已经推导出炉渣--金属间硫分配比 ＬＳ与炉渣硫 化物容量 ＣＳ2－的关系式为 ［20－21］ ｌｇＬＳ＝ｌｇ （Ｓ） ［Ｓ］ ＝－ 935 Ｔ ＋1∙375＋ｌｇＣＳ2－ ＋ ｌｇｆＳ－ｌｇａＯ （4） 式中‚ＣＳ2－为炉渣硫化物容量‚ａＯ为铁液中 Ｏ的活 度．因此‚基于炉渣 ＩＭＣＴ ［12－16］的 ＣａＯ--ＳｉＯ2--ＭｇＯ-- Ａｌ2Ｏ3渣系中 （Ｃａ 2＋ ＋Ｏ 2－ ）和 （Ｍｇ 2＋ ＋Ｏ 2－ ）离子对 各 自 的 硫 化 物 容 量 及 该 渣 系 总 的 硫 化 物 容 量 ＣＳ2－‚ＣａＯ、ＣＳ2－‚ＭｇＯ和 ＣＳ2－分别为 ｌｇＣＳ2－‚ＣａＯ ＝ｌｇ 16Ｋ －○ ＣａＳＮＣａＯ∑ｎｉ ＋ 935 Ｔ －1∙375 ｌｇＣＳ2－‚ＭｇＯ ＝ｌｇ 16Ｋ －○ ＭｇＳＮＭｇＯ∑ｎｉ ＋ 935 Ｔ －1∙375 ｌｇＣＳ2－ ＝ｌｇ 16（Ｋ －○ ＣａＳＮＣａＯ ＋Ｋ －○ ＭｇＳＮＭｇＯ ）∑ｎｉ ＋ 935 Ｔ －1∙375 （5） 式中‚ＣＳ2－‚ＣａＯ和 ＣＳ2－‚ＭｇＯ分别为该渣系中离子对 （Ｃａ 2＋ ＋Ｏ 2－ ）和 （Ｍｇ 2＋ ＋Ｏ 2－ ）或自由组元 ＣａＯ和 ＭｇＯ各自的硫化物容量．由基于炉渣 ＩＭＣＴ ［12－16］建 立的计算该渣系结构单元或离子对的质量作用浓度 的热力学模型 ［12］可计算出 ＮＣａＯ、ＮＭｇＯ和 ∑ ｎｉ；通过 如式 （1）所示脱硫反应的标准摩尔吉布斯自由能变 ΔｒＧ ○－ ｍ‚ｉ可计算出 Ｋ ○－ ＣａＳ和 Ｋ ○－ ＭｇＳ．因此‚式 （5）为本文建 立的基于炉渣 ＩＭＣＴ ［12－16］的 ＣａＯ--ＳｉＯ2--ＭｇＯ--Ａｌ2Ｏ3 炼铁渣系硫化物容量预报模型‚即 ＩＭＣＴ--ＣＳ2－模型． 2 结果与讨论 2∙1 不同模型计算的 1773Ｋ 时 ＣａＯ--ＳｉＯ2-- ＭｇＯ--Ａｌ2Ｏ3炼铁渣系硫化物容量的比较 为了验证本文建立的如式 （5）所示的 ＣａＯ--ＳｉＯ2 ·1080·