·1388· 工程科学学报，第38卷，第10期 混合后的液相线温度，熔渣显热提供该掺量河沙熔化 矿物的摩尔热容，Q。为河沙从固相转变为液相的 时所吸收的热量，其中包括河沙从初始温度升温到液 潜热. 相线温度所需要的热量与河沙在液相线温度下由固相 河沙在液相线温度下由固相转变为液相的潜热为 转变为液相的潜热.那么，排放的熔渣冷却到液相线 Q。=m,H. (3) 温度的熔渣显热为 式中，m为河沙的质量，H为河沙的熔解潜热 Q.=m.C.dT. (1) 将式(3)带入到式(2)中： 式中，Q,为熔渣显热，T为熔渣排放时的温度，T为熔 0=∑m,Cdr+m,H (4) 渣与河沙完全熔融时的温度，m,为熔渣的质量，C,为熔 渣的比热容 3 计算参数 河沙完全转变成熔渣所吸收的热量为 3.1原料的化学组成 0.=∑ncdr+0, (2) 钢渣与河沙来自山东莱芜某钢厂，对其进行X射 式中，Q为河沙熔化成熔渣所吸收的热量，T为河沙 线荧光与化学分析，可知钢渣与河沙的化学组成如表 的初始温度，n,为河沙各矿物的物质的量，C为河沙各 1所示. 表1钢渣与河沙的化学组成（质量分数） Table 1 Chemical compositions of steel slag and sands% 材料 Ca0 Fe2Os FeO Si0z Mgo A山203 MnO Naz0 K20 钢渣 40.12 11.90 16.09 17.09 3.90 3.62 3.53 0.15 0.10 河沙 2.87 2.72 71.26 0.88 13.92 0.05 3.71 3.87 3.2河沙的矿物组成 线温度最低，为1343.83℃，此时改质熔渣的碱度为 对河沙进行X射线衍射分析，如图1所示，河沙的 1.58:随着河沙掺量的继续增加，改质熔渣的液相线温 矿物组成分别为石英(PDF461045)、钠长石(PDF41- 度开始进入稳定期，即熔渣液相线温度随着河沙掺量 1480)与微斜长石(PDF760918),其中钠长石有少量 增加而变化不大. Ca2·固溶，由假设(1)可知，河沙的主要矿物组成为石 1600 24 。-液相线温度 英、钠长石与微斜长石. 1550 碱度 2.2 1500 2.0 1一石英 1.8 2钠长石 1450 3一微斜长石 1400 I350 1.2 1.0 I300 0.8 1250 17 23 0.6 河沙参量/% 图2不同河沙掺量下改质熔渣的液相线温度与碱度 Fig.2 Liquid phase temperature and basicity of modified molten slag 30 4050 60 70 with different addition of sands 20 对改质钢渣相图组分及其矿物组成进行研究.当 图1河沙的X射线衍射图 Fig.1 X-ray diffraction patters of sands 河沙掺量在1%~25%时，高温改质钢渣的主要化学 组成为Ca0、Si02与Fe0,总质量分数大于80%，因而 3.3液相线温度 选取Ca0-SiO,-Fe0系三元相图作为研究对象，从而 通过软件Factsage7.0对质量分数1%~25%的 阐释改质钢渣成分点在相图上的变化过程，如图3所 河沙掺量的改质熔渣液相线温度进行计算，并对其液 示.由图3可见，随着河沙参量从1%增加到25%，改 相线温度与碱度作图，如图2所示.当河沙掺入到熔 质钢渣组成从A点向B点移动，改质钢渣的碱度降 融钢渣后，改质熔渣的碱度随之降低，其液相线温度也 低，其初晶区都为硅酸二钙(C,S).A点改质钢渣的组 开始降低：当河沙掺量达到12%时，改质熔渣的液相 分处于三角形C,SC,S(硅酸三钙)Fe0内，冷却后所工程科学学报，第 38 卷，第 10 期 混合后的液相线温度，熔渣显热提供该掺量河沙熔化 时所吸收的热量，其中包括河沙从初始温度升温到液 相线温度所需要的热量与河沙在液相线温度下由固相 转变为液相的潜热． 那么，排放的熔渣冷却到液相线 温度的熔渣显热为 Qs = ms ∫ Tt Tl CsdT． ( 1) 式中，Qs为熔渣显热，Tt为熔渣排放时的温度，Tl 为熔 渣与河沙完全熔融时的温度，ms为熔渣的质量，Cs为熔 渣的比热容． 河沙完全转变成熔渣所吸收的热量为 Qen = ∑ ni ∫ Tl Ti CidT + Qp ． ( 2) 式中，Qen为河沙熔化成熔渣所吸收的热量，Ti 为河沙 的初始温度，ni为河沙各矿物的物质的量，Ci为河沙各 矿物的 摩 尔 热 容，Qp 为 河 沙 从 固 相 转 变 为 液 相 的 潜热． 河沙在液相线温度下由固相转变为液相的潜热为 Qp = miHl ． ( 3) 式中，mi为河沙的质量，Hl为河沙的熔解潜热． 将式( 3) 带入到式( 2) 中: Qen = ∑ ni ∫ Tl Ti CidT + miHl ． ( 4) 3 计算参数 3. 1 原料的化学组成 钢渣与河沙来自山东莱芜某钢厂，对其进行 X 射 线荧光与化学分析，可知钢渣与河沙的化学组成如表 1 所示． 表 1 钢渣与河沙的化学组成( 质量分数) Table 1 Chemical compositions of steel slag and sands% 材料 CaO Fe2O3 FeO SiO2 MgO Al2O3 MnO Na2O K2O 钢渣 40. 12 11. 90 16. 09 17. 09 3. 90 3. 62 3. 53 0. 15 0. 10 河沙 2. 87 2. 72 — 71. 26 0. 88 13. 92 0. 05 3. 71 3. 87 3. 2 河沙的矿物组成 对河沙进行 X 射线衍射分析，如图1 所示，河沙的 矿物组成分别为石英( PDF 46-1045) 、钠长石( PDF 41- 1480) 与微斜长石( PDF 76-0918) ，其中钠长石有少量 Ca2 + 固溶，由假设( 1) 可知，河沙的主要矿物组成为石 英、钠长石与微斜长石． 图 1 河沙的 X 射线衍射图 Fig． 1 X-ray diffraction patterns of sands 3. 3 液相线温度 通过软件 Factsage 7. 0 对质量分数 1% ～ 25% 的 河沙掺量的改质熔渣液相线温度进行计算，并对其液 相线温度与碱度作图，如图 2 所示． 当河沙掺入到熔 融钢渣后，改质熔渣的碱度随之降低，其液相线温度也 开始降低; 当河沙掺量达到 12% 时，改质熔渣的液相 线温度最低，为 1343. 83 ℃，此时改质熔渣的碱度为 1. 58; 随着河沙掺量的继续增加，改质熔渣的液相线温 度开始进入稳定期，即熔渣液相线温度随着河沙掺量 增加而变化不大． 图 2 不同河沙掺量下改质熔渣的液相线温度与碱度 Fig． 2 Liquid phase temperature and basicity of modified molten slag with different addition of sands 对改质钢渣相图组分及其矿物组成进行研究． 当 河沙掺量在 1% ～ 25% 时，高温改质钢渣的主要化学 组成为 CaO、SiO2与 FeO，总质量分数大于 80% ，因而 选取 CaO--SiO2 --FeO 系三元相图作为研究对象，从而 阐释改质钢渣成分点在相图上的变化过程，如图 3 所 示． 由图 3 可见，随着河沙掺量从 1% 增加到 25% ，改 质钢渣组成从 A 点向 B 点移动，改质钢渣的碱度降 低，其初晶区都为硅酸二钙( C2 S) ． A 点改质钢渣的组 分处于三角形 C2 S--C3 S( 硅酸三钙) --FeO 内，冷却后所 · 8831 ·