D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1999.03.006 第21卷第3期 北京科技大学学报 Vol.21 No.3 1999年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing June 1999 MnO-SiO2,Mgo-SiO,CaO-Al,O-SiO, 熔渣粘度的计算模型 李金锡》张鉴》Georges Urbain) I)北京科技大学冶金学院，北京100O832)FRANCE CATLLAR,Du Figuerals,,Chemin4 摘要根据炉结构的共存理论与不同温度和成分下MnO-SiO2,Mg0-SiO,和Ca0-Al,O,-SiO,三 渣系的实测粘度，制定了这些渣系的粘度计算模型.计算结果符合实际，证明这些模型可以正 确地反映相应渣系粘度与各结构单元作用浓度和温度间的关系 关键词共存理论：结构单元：粘度：计算模型 分类号T044.6 炉渣的粘度通过影响粒子穿过渣/钢界面 列模型的规律： 的速率影响反应的快慢.通过建立数学模型进 Ih号-2AN+810o0BNWT 行粘度估算，以减少人力和财力消耗，在这方面 (F=884.67,R=0.9999) (1) 的研究已取得了一定的成果2引，然而，已有的粘 其中：i=0,1,2,3,4:N,为熔渣结构单元i的作 度数据只是对部分炉渣在一定范围内的测量， 用浓度（摩尔分数），N。=1;n为粘度(Pas),适 且所测量数据和经验公式往往与实际结果出入 用渣系成分范围Mn0为30%~65%，SiO2为 比较大，适用范围也比较窄.本文拟从MnO- 35%-50%,温度范围为1400-1600℃. SiO2,Mg0-SiO2和CaO-AlO,-SiO2渣系的粘度开 回归具体参数如表1所列，图1为用式(1)计 始进行研究，以求解决这个问题. 算的本渣系粘度与文献[1,6,7]上Mn0-SiO,渣系 1二元渣系粘度计算模型 相应实测粘度的对比.由比较可见，计算结果是 符合实际的 1.1Mn0-Si02熔渣 表1Mn0-SiO,粘度计算模型的回归参数 由炉渣结构的共存理论和有关的相图查 A 8 知，MnO-SiO2的结构单元为 0 -4.5 7.62 简单离子：Mn2,02: -11.64 -2.81 分子化合物：SiOz,MnO·SiO2,2 MnO.Sio2: 2 -8.38 12.92 令熔渣成分为b=∑xMo,a=∑xs,o.平衡后 3 -13.09 -3.52 4 1.42 -9.79 的作用浓度为：N1=NMo,N2=Nso.,N=NMao-s0., N4=NiMoO.· 0.4 有关本渣系的作用浓度计算模型及结果已 在文献[4)中有所报道，此处从略.为了寻求本渣 0.3 系粘度与其各结构单元的作用浓度及温度间的 s.ed/ 0.2 关系，将不同温度和成分下各结构单元的作用 ·实测值 浓度与相应的实测熔渣粘度值结合起来，在考 0.1 一计算值 虑前人处理熔渣粘度方面经验的基础上进行了 1 多元线性回归后，得MnO-SiO2渣系粘度符合下 0 0.1 0.2 0.3 0.4 nn /Pa's 1998-06-08收稿李金锡男，26岁，硕士 ·冶金部基础研究基金资助课题No.970202320) 图1MnO-Si0:熔渣粘度计算值与实测值比较
第 1 卷 2第 3期 19 99年 月 6 北 京 科 技 大 学 学 报 J u o rn a l o U f n i v e s i y r t o s f e i e c e a n n ’ e d l c h n o l o y g B e i j i n g 】 V O 一 1 2 J U e l N0 3 1 9 9 9 M n O 一 5 1 0 , 2 M g o 一 5 10 2 不口 C a O 一 A 1 2O 3一 5 10 2 熔渣 粘度 的计 算模 型 李金锡 ` , 张 鉴 ” G e o gr e s rU b a i n Z, l ) 北京科技 大学冶 金学 院 , 北京 10 0 0 8 3 2 ) F RA N C E e fA L L A 民 D u F i即 e ar 一s , e h e m i n 4 摘 要 根 据炉 结构 的共存理 论与不 同温度 和成 分下 Mn o 一 s iq , M g o 一 5 10 2 和 c a o 一 1A 2 q 一 51 0 2 三 渣系 的实 测粘度 , 制定 了这些渣 系 的粘 度计 算模 型 . 计算 结果 符合 实际 , 证 明这 些模 型可 以正 确地反映 相应渣 系粘度 与各结构 单元 作用浓 度和温 度 间的关 系 . 关键词 共 存理论 ; 结构单 元 ; 粘度 ; 计算 模 型 分类 号 T 0 4 .4 6 炉渣 的粘 度 通过 影 响粒子 穿过 渣 /钢界 面 的速 率影 响反应 的快慢1 . 通过 建立 数学模型 进 行粘度估算 , 以减少人力和财力消耗 , 在这方面 的研究 己取得 了一 定的成果 `圳 . 然而 , 已 有的粘 度 数据 只 是对部 分炉渣在一 定范 围内的测 量 , 且所测量数据和经验公 式往往与实际结果 出入 比 较大 , 适用范 围也 比较 窄 . 本文 拟从 M n O - 5 10 2 , M gO 一 5 10 2和 C a o 一 A 1 2 0 3一 5 10 2渣 系的粘度开 始进行研究 , 以求解 决这 个 问题 . 列模型 的规律 : 一” 1 1 1工尸, , I X A戎 + 艺( 1 OOOB 入) / T 户刃 j 司 4 O 凡尹八0 ù、 0 2 , 乏卜.铭 1 二 元 渣系粘度计 算模型 1 . 1 M n -O S犯 : 熔渣 由炉渣 结构 的共存理 论 ` ,5] 和有 关 的 相 图查 知 , N 恤O 一 51 0 2 的结构单元为 简单离子 二 N 伍 2十 , 以 ; 分子化合物 : 5 10 2 , M ll O · 5 10 2 , ZM h o · 5 10 2 ; 令熔渣成分为 b = 艺x oMn , a = 艺xs io . 平 衡 后 的作用浓度为 : 凡 = 入辐 ,。 , 从 二 Ns io Z ,凡 = 入弘 n o 一 iso : , 从 = 从枷 . ` : . 有关本渣系 的作用浓度计算模型及结果 已 在文献 4[ l中有所报道 , 此处 从 略 . 为 了寻 求本渣 系粘度与其各结构单元 的作用浓度及 温度间 的 关系 , 将不 同温度和 成分下 各结构单元 的 作用 浓度与相应 的实测熔渣粘度值 口,结合起来 , 在考 虑前人处理熔渣粘度方面经验 的基础上进行 了 多元线性 回归后 , 得 M i l o 一 51 0 2 渣系粘度符合 下 19 8一6 一 08 收稿 李金 锡 男 , 26 岁 , 硕士 中 冶 金部基 础研究 基金资助 课题 (N .o 9 7 0 2 0 2 3 2 0) (F = 8 84 . 6 7 , R = 0 . 9 9 9 9 ) ( l ) 其 中 : i = 0 , 1 , 2 , 3 , 4 ; 从 为熔渣 结构单元 i 的作 用 浓度 (摩尔分 数 ) , N0 一 l ; 粉为 粘度 (P .a s) , 适 用渣 系 成 分 范 围 M n O 为 30 % 一65 % , 51 0 2 为 3 5% 一 5 0 % , 温度 范 围为 1 4 0 0一 1 6 0 0 oC . 回归 具 体参 数 如表 l 所列 , 图 1 为用 式 ( l) 计 算的本渣 系粘度与文 献「1 , 6, 7] 上 M n o 一 5 10 2渣 系 相 应实测 粘度的对 比 . 由 比较可见 , 计算结 果 是 符合实 际 的 . 表 1 M n o 一 is q 粘度计算模型 的回归参数 i A , B 0 一4 . 5 7 . 6 2 一 1 1 . 一 8 . 一 1 3 . 0 9 1 . 4 2 一 2 . 8 1 12 . 9 2 一 3 . 5 2 一 9 . 7 9 实测值 一 计算 值 0 . 2 叮计 爪a · s 0 . 3 0 . 4 图 1 M n o 一 51 0 : 熔渣粘度计算值与实测值 比较 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1999. 03. 006
·238· 北京科技大学学报 1999年第3期 从式(1)可以看出，温度是影响粘度的首要 表2Mg0-SiO,粘度计算模型的回归参数 因素，温度升高毫无例外地会引起粘度的降低， i W B, 相反温度降低，则熔渣粘度会相应增大. 0 85.19 8746.4 另外，结合式(I)和表1可以看出：MnSiO, -1501.3 10.09 2 -56.18 108672 MnO0和SiO2三者作用浓度的提高会引起粘度 10.78 -89424 的降低；其中MnSiO,和SiO,由于温度系数为负 4 264.2 -1.74×10° 值，温度升高时，其降低粘度的作用还会加强， 而SO2由于温度系数为正值，温度升高时，其降 0.5 低粘度的作用会削弱：相反Mn2SiO,作用浓度的 0.4 升高，会引起粘度的增大，只是由于其温度系数 为负值，温度升高时，其增大粘度的作用会削 20.3 弱. 02 ·实测值 12Mg0-Si0,熔渣 0.1 一计算值 由炉渣结构的共存理论脚和有关的相图查 知，MgO-SiOz的结构单元为 0 0.1 0.20.3 0.40.5 简单离子：Mg+,02: na /Pa-s 分子化合物：SiO2,Mg0SiO2,2Mg0·SiO2, 图2Mg0-SiO,熔渣粘度计算值与实测值的比较 令熔渣成分为b=ΣxMo,a=Σxso.平衡后 的作用浓度为N1=NMeo,N2=Nso,N3=o-o, 升高时其降低粘度的作用会削弱；与此相反， N,=NiMo-SIo,.有关本渣系的作用浓度计算模型 MgSiO3和MgSiO,的作用浓度的增加，会引起 及结果已在文献[8]中有所报道，此处从略.为了 粘度的增大，但由于其温度系数为负值，温度升 寻求炉渣粘度与其结构单元作用浓度及温度之 高时其增大粘度的作用会削弱. 间的关系，将不同温度和成分下各结构单元的 2Ca0-A20g-Si02渣系粘度的计算 作用浓度与相应的实测熔渣粘度值四的作用浓 度计算模型结合起来，在考虑前人处理熔渣粘 模型 度方面经验的基础上进行了多元线性回归后， 由炉渣结构的共存理论侧和有关的相图查 得MgO-SiO2渣系粘度符合下列模型的规律： 知阿，Ca0-Al,O-SiO2的结构单元为 Ln号=三AN+21000BN)T 简单离子：Ca,02; (F=335.79,R=0.9987) (2) 分子化合物：Al2O,SiO2,CaO·SiO2,CaO·Al,O, 其中：i=0,1,2,3,4;N为熔渣结构单元i的作 2CaO.Al2O,SiO2,CaOAl2O32SiO2,3Cao.SiO2, 用浓度（摩尔分数），。=1.n为粘度(Pas),适用 3CaO.Al2O3,2CaO.SiO2,12Ca0.7Al2O,Cao 渣系成分范围为Mg029%46%,Si02 ·2Al0,Ca0·6Al20,3Al0g2Si02· 44%~71%,温度范围为1600-1800℃. 令熔渣成分为：b=∑xeo,a1=∑xs0,a2= 回归参数如表2所列.将相同条件下的 ∑xo.平衡后的作用浓度为N1=No,N2=Nso, MgO-SiO,渣系成分及温度代入上述式(2)中计 N3 =NAIO,,N NCo:SIo.'Ns =NCo:AL0.'Ns= 算相应的粘度数值，并与实测结果1.s,进行比较 NicO-NO,N7=NCo-ALD.250.,Ns =NCo-S0.'N 如图2所示.由图中可见，该模型的计算结果与 N3co-ALO.,No =Naco-Sio.,Nu =NiaCo-TALO.,N2= 实际符合甚好，证明本模型可以正确地反映粘 NCo.2AL0.N =Nco-6LO.N=N3ALO.2S0.. 度与结构单元的作用浓度和温度的关系. 有关本渣系的作用浓度计算模型及结果已 从式(2)同样可以看出，温度是影响粘度的 在文献[5]中有所报道，此处从略. 首要因素，温度升高毫无例外地会引起粘度的 将不同温度和成分下计算的熔渣各结构单 降低，相反温度降低，则熔渣粘度会相应增大· 元的作用浓度与对应的炉渣粘度值川结合起 Mg0和SiO2的作用浓度提高，会引起粘度 来，在考虑前人处理熔渣粘度方面经验的基础 的降低，同时由于它们的温度系数为正值，温度 上进行了多元线性回归后，得出CaO-AlO-SiO
. 2 3 8 . 北 京 科 技 大 学 学 报 1 9 9 9 年 第 3 期 从式 ( l) 可 以看 出 , 温度是 影响粘度 的首要 因素 , 温 度升高毫 无例外地会 引 起粘度 的降低 , 相反温 度 降低 , 则熔渣粘 度会相应 增大 . 另 外 , 结合式 ( l) 和 表 1 可 以看 出 : M ll s iO 3 , M n o 和 51 0 2 三 者作用浓度 的提 高会 引 起粘度 的降低 ; 其 中 M n s iq , 和 51 0 2 由于 温度系数 为负 值 , 温 度升高 时 , 其 降低粘 度 的作用 还会加强 , 而 51 0 2 由 于温度系数 为正值 , 温度升 高时 , 其 降 低粘 度的作用会削弱 ; 相反 M n Z is O ; 作用浓度的 升高 , 会 引起 粘度 的增大 , 只是 由于其温度系数 为负值 , 温度 升高 时 , 其增 大粘 度 的作用 会削 马马 . 1 . 2 M g o 一 5 10 2 熔渣 由炉 渣结构 的共存理论sI] 和 有关 的相 图 `6 ,查 知 , M g o 一 51 0 2 的 结构单元 为 简单离子 : M g +2 , 0 2 一 ; 分子化 合物 : 5 10 2 , M g o · 5 10 2 , ZM g o · 5 10 2 . 令熔 渣成 分为 b 二 Z 翔。 , a = 艺xs io . 平衡后 的作 用浓度 为筑 一 编四 , 从 一 Ns 。 , 凡 二编 叨 isa , 从 二 从 M go . iso , . 有 关本渣系 的作用浓度计算 模型 及结 果 己在文献 【8] 中有所报 道 , 此处从略 . 为 了 寻 求 炉渣 粘度与其 结构单元作用浓度及温度之 间 的 关系 , 将 不 同温度和 成分下 各 结构单元 的 作用 浓度 与相 应 的实测熔 渣粘度值 `2] 的作用 浓 度 计算模 型结合起 来 , 在考虑前人 处 理熔渣粘 度方 面经 验 的基础 上进 行 了 多元线 性 回归后 , 得 M g O 一 51 0 2 渣 系粘度 符合下 列模 型 的规律 : 表 2 M gO 一 5 10 : 粘度 计算模型 的回 归参数 i A ` 双 0 8 5 . 19 8 7 4 6 . 4 l 一 1 5 0 1 . 3 10 . 0 9 2 一 5 6 . 1 8 10 8 6 7 2 3 10 . 7 8 一 8 9 4 2 4 4 2 64 . 2 一 l . 7 4 x l 0 6 0 . 5 广 es es we we e 一一一一一一一一一一 门`é`, 0 , 乏.卜林 0 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 叮计 P/ a · s 图 2 M g o 一 5 10 : 熔渣粘度计算值与实测值的 比较 升高时其 降低 粘度 的作用会 削弱 ; 与此 相反 , M gs io , 和 M今is 众 的作用浓度的增加 , 会 引起 粘度的增大 ,但 由于 其温度系数为负值 , 温度升 高时其增大粘度 的作 用会 削弱 . 畔 二 X A戎 + 艺( 1 0 0 0B 戎) /T (介3 3 5 . 7 9 , R = 0 . 9 9 8 7 ) (2 ) 其 中 : i 一 0 , 1 , 2 , 3 , ;4 从 为熔渣 结构单元 i 的作 用浓 度 (摩尔 分数 ) , N0 = 1 . 叮 为粘 度(P .a s) , 适用 渣 系 成 分 范 围 为 M g 0 29 % 娜6 % , 51 0 2 4 % 一71 % , 温度 范 围为 1 60 0一 1 8 0 ℃ . 回 归参 数 如 表 2 所 列 . 将 相 同条 件 下 的 M g O 一 51 0 2 渣 系成分及 温度代入 上述式 (2 ) 中计 算相应 的粘度 数值 , 并与 实测结果 【1,6 .7] 进行 比较 如 图 2 所 示 . 由 图中可见 , 该模型 的计算 结果 与 实 际 符合甚好 , 证 明本 模型 可 以 正 确地 反映粘 度 与结构单元 的 作用 浓 度和 温度 的关系 . 从式 ( 2 ) 同 样可 以 看 出 , 温 度是 影 响粘 度的 首要 因素 , 温度升 高毫无例 外地会 引起 粘度 的 降低 , 相 反 温 度 降低 , 则熔 渣粘度会 相 应增 大 . M g o 和 51 0 2 的作用浓度提 高 , 会 引起粘度 的降低 , 同 时 由于 它们的温度系数 为正 值 , 温度 2 C a o 一 A lz 0 3一 51 0 2 渣 系粘 度的计 算 模型 由炉渣结构 的共存 理论 ’们 和 有关 的相 图查 知 16 , C aO 一 A 1 2 0 3一 51 0 2 的结构单 元为 简单离 子 : C +az , 口 一 ; 分子化 合物 : A 1 2 o , , 5 10 2 , C a o · 5 10 2 , e a o · A 1 2 o , , ZC a o · A 1 2 0 3 · 5 10 2 , C a o · A 1 2 0 3 · 2 5 10 2 , 3 C a o · 5 10 2 , 3 C a o · A 1 2 0 3 , Z C a o · 5 10 2 , 12 C a o · 7A 1 2 0 3 , C a o · 2 A 1 2 0 3 , C a o · 6 A 1 2 0 3 , 3A 1 2 0 3 · 2 5 10 : . 令 熔渣成分 为 : b = Z枷 , a , = Z ixs 。 , a Z = 艺x^ 1。 , . 平衡后 的作用浓 度为凡 = 刃` 〕 , 从 = Ns 。 , 凡 = 八与八 , 风 = 从习 . 510 , 从 二 从习 t 、 。 , , 从 二 从闭 一 ` 。 , , 凡 二 从` 、 。 s2 。 , 从 = 从即 s。 : , 从 二 凡闭 . 、 。 , 拟 。 = 从的 . 5。 , , 凡 l = 凡~ 、 。 , 凡 : = 从阅 、 。 . , 抓 3 二从 二刃 , 6^ 170 , , 凡 4 = 凡 、 。 . 25 0 . 有 关本渣 系的作用浓度 计算模型 及结 果 己 在 文 献 5[ 】中有所报道 , 此处 从略 . 将 不 同温度和 成分下 计算的熔渣各结构单 元的 作用 浓度与对应 的炉 渣粘度值 【.l7 川 结合起 来 , 在考 虑前人 处理熔 渣粘 度方面经验的基础 上进行 了 多元线性 回归后 ,得 出 C a O一1 2 0 3一 is q
VoL.21 No.3 李金锡等：MnO-SiO,Mg0-SiO,和CaO-AlO,-SiO2熔渣粘度的计算模型 ·239 渣系粘度符合下式的规律： 大粘度的作用会削弱；3CaO·Al,O,的温度系数 n号-+8w0aNT 为正值，温度升高时其增大粘度的作用还会加 (F=257.76,R=0.996 (3) 强；与此同时由于降低粘度的所有结构单元的 其中：i=0,1,2…14N为炉渣结构单元i的作 温度系数均为正值，所以温度升高时其降地粘 用浓度（摩尔分数），W。=1;n为粘度(Pas)选用 度的作用将会削弱 渣系的成分范围Ca0为0-70%，Si02为0-60%， 3结论 A1203为0-80%；温度范围为1200-1900℃.由于 N<10°，在计算中忽略不计.回归所得参数如 (1)根据炉结构的共存理论与不同温度和成 表3所示. 分下MnO-SiO2、Mg0-SiO2和CaO-Al,O,-SiO2三 表3Ca0-A山0-Si0:粘度计算模型中的回归参数 渣系的实测粘度，制定了这些渣系的粘度计算 i A B, A B. 模型.计算结果符合实际，证明这些模型可以正 0 1.30-18.74 1-23.3841.77 确地反映相应渣系粘度与各结构单元作用浓度 2 -20.48 36.48 3 -27.3252.23 和温度间的关系， 4 -16.46 29.34 5 -23.2849.22 (2)温度是影响粘度的首要因素，温度升高 6 -35.10 81.85 7 -21.0145.77 毫无例外地会引起粘度的降低，相反，温度降 8 -37.47 124.83 9 6.05 23.14 低，则熔渣粘度会相应增大， 10 -27.66 53.39 12 -51.96 99.62 13 504.23-1023.4 (3)在MnO-Si02渣系中MnSiO,MnO和SiO2 14-11.3226.47 三者作用浓度的提高会引起粘度的降低，其中 将不同温度下CaO-Al0,-SiO2渣系计算的 粘度与实测粘度，进行比较如图3.由此可见， MnSiO,和SiO2由于温度系数为负值，温度升高 计算结果是符合实际的，证明本模型可以正确 时，其降低粘度的作用还会加强，而SO2由于温 地反应粘度与结构单元的作用浓度和温度的关 度系数为正值，温度升高时，其降低粘度的作用 系 会削弱.相反，Mn2SiO,作用浓度的升高，会引起 粘度的增大，只是由于其温度系数为负值，温度 1.0 升高时，其增大粘度的作用会削弱. 0.8 (4)在MgO-SiO2渣系中MgO和SiO,的作用 浓度提高，会引起粘度的降低，同时由于它们的 0.6 温度系数为正值，温度升高时其降低粘度的作 g 用会削弱；与此相反，MgSiO,和Mg.SiO,的作用 0.4 △实测值 浓度的增加，会引起粘度的增大，但由于其温度 0.2 系数为负值，温度升高时其增大粘度的作用会 一计算值 削弱 0.0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 (5)在Ca0-Al,O,-CaO渣系中除CaO.6Al,0, s/Pa.s 和3CaO·Al,O,有增大粘度的作用外，增加其他 图3Ca0-A山0Si0,粘度计算值与实测值比较 结构单元Ca0·2Al03,3Ca0-Si02,2Ca0·Al,O, 同样从式(3)可以看出，温度是影响粘度的 SiO2,2CaO.SiO2,Al2O3,CaO,CaO.Al2O,,CaO 首要因素，温度升高毫无例外地会引起粘度的 Al20,·2Si02,Ca0·Si0z,3Al20,·2Si02,和12Ca0 ·7A1O,都会使粘度降低.各结构单元的先后次 降低，相反温度降低，则熔渣粘度会相应增大. 序代表它们作用大小的次序 将式(3)和表3对照可以看出：在本渣系中除 Ca0·6Al2O,和3Ca0·Al,0,有增大粘度的作用外， 参考文献 增加其他结构单元Ca0·2Al,O,3Ca0·SiO2, 1 Mills K C,Keene B J.Physical Properties BOS Slags.In- 2CaO.Al2O,SiO2,2CaO.SiOz,Al2O,CaO,CaO tern Materials Reveiws,1987,32 (1+2):1 Al2O,CaO-AlO,2SiO,Cao.SiO2,3ALO,2SiO2, 2 Urbain G.Viscosity Estimation of Slags.Steel Research, 和12Ca0·7Al,O,都会使粘度降低.其中CaO 1987,58(3):111 3中岛敬治，水上英夫，川本正幸，等.多元系硅酸盐 ·6A1O,由于温度系数为负值，温度升高时其增
V bL 2 1 N O J 李金锡等 : M n o 一 5 10 2 , M g o 一 5 10 2和 C a o 一 A 1 2 0 ,一 5 10 2 熔渣粘度的计算模型 . 2 3 9 - 渣系粘度符合 下 式的规律 : 畔 = 艺A戎 + Z ( 1 0 0 0B 戊 )/ T (F j月 2 5 7 . 7 6 , R = 0 . 9 9 6 ) ( 3 ) 其 中 : i 一 0 , 1 , .2 · · … 14 ;Nt 为炉渣结构单元 i 的 作 用浓度 (摩尔分数 ) , N0 = 1; 叮为粘度伊.a s) . 选用 渣系 的成分范围 C a o 为 0一 7 0 % , 5 10 2 为 0 一6 0 % , A 1 2 0 , 为 份8 0 % ;温度范围为 1 2 0 0一 1 9 0 0 oC . 由于 凡1< 10 一 10 , 在计算 中忽略不计 . 回归所得参数如 表 3 所示 . 表 3 C a 仆 A几0 , . 510 : 粘 度计算模 型中 的回 归参数 大粘度 的作用会削弱 ; 3 C a o · A 1 2 O , 的温 度系数 为正 值 , 温度升 高时其 增大粘度 的作用还会加 强 ; 与此 同 时由 于 降低粘度 的所有 结构单元 的 温度 系数均为 正 值 , 所 以温度升 高时 其 降地粘 度 的作用 将会削弱 . A : 1 . 3 0 一 20 . 48 一 16 . 46 一 3 5 . 10 一 3 7 . 4 7 一 2 7 . 66 504 . 23 B ` 一 18 . 7 4 36 . 4 8 2 9 . 3 4 8 1 . 85 124 . 8 3 5 3 . 3 9 一 1 02 3 . 4 i A ` 及 l 一 2 3 . 38 4 1 . 7 7 3 一 2 7 . 32 52 . 23 5 一 2 3 . 2 8 4 9 . 2 2 7 一 2 1 . 0 1 4 5 . 7 7 9 6 . 0 5 2 3 . 14 12 一 5 1 . 9 6 9 9 . 6 2 14 一 1 1 . 32 2 6 . 47 将 不同温度下 C aO 一1 2 0 3一 51 0 2 渣系计算 的 粘 度与实测粘度闪 1进行 比较如 图 3 . 由此可 见 , 计算结果是符合实际的 , 证 明本模型可 以 正确 地反应粘度与结构单元 的作用浓度和 温度的 关 系 . △ 实测值 一 计算值 ó`UR4 内 .0. , 乏卜.七 0 . 0 . . 卜 - - ` 一 一 - 一 一 - 一曰一 一 」 0 . 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 . 0 叮实 P/ a · s 图 3 C a o 确岛O声io : 钻度计算值与实测值 比较 同样从式 (3) 可 以看出 , 温 度是影 响粘度 的 首要因 素 , 温 度升高毫无例外地会引起粘度 的 降低 , 相反温度 降低 , 则熔渣粘度会相应增大 . 将式 (3 )和表 3 对照可 以看 出: 在本渣系中除 C ao · 6 IA 刃 3和 3 C a O · A 1 2 0 3有增大粘度的作用外 , 增 加 其他 结构 单 元 C a o · 2 A 1 2 0 , , 3 C a o · 5 10 2 , Z C aO · A 1 2 0 , ` 5 10 2 , ZC aO · 5 10 2 , A 1 2 0 3 , C a o , C a o · A 1 2 0 3 , C a o · A 1 2 0 , · 2 5 10 2 , C a o · 5 10 2 , 3 A 1 2 0 3 · 2 5 10 2 , 和 12 C aO · 7A 1 2 0 , 都会使粘度 降低 . 其 中 C aO · 6 A 1 2 O 3 由于 温度系数为负值 , 温度升高 时其增 3 结 论 . ( l) 根据炉结构 的共存理 论与不 同温 度和 成 分 下 M n o 一 5 10 2 、 M gO 一 5 10 2 和 C a O 一 A 1 2 0 , 一 5 10 2 三 渣 系的实测粘度 , 制定 了这些渣 系的粘度计 算 模 型 . 计算结果符合实 际 , 证 明这些模型 可 以 正 确地 反映相应渣系粘度与各结构单元作用浓 度 和温 度 间的关 系 . (2 )温度 是 影 响 粘度 的首 要因 素 , 温度升 高 毫无例外地会 引起粘 度的 降低 , 相 反 , 温度 降 低 , 则熔渣粘度会相应增 大 . ( 3 )在 Mn o 一 5 10 2渣 系中 M n s iO 3 , M n o 和 5 10 2 三者作用浓度 的提 高会引起粘度 的降低 , 其 中 M n is o3 , 和 51 0 2 由于 温度 系数为负值 , 温度升 高 时 , 其 降低粘度的作用还会加强 , 而 51 0 2 由于 温 度系数为正 值 , 温 度升 高时 , 其降低粘度 的作用 会削弱 . 相 反 , M n Z is O 、 作用 浓度 的升高 , 会 引起 粘度的 增大 , 只 是 由于 其温度系数为负值 , 温度 升高 时 , 其增 大粘 度的 作用会 削弱 . ( 4 )在 M gO 一 5 10 2 渣系 中 M g o 和 5 10 2 的作用 浓度提 高 ,会 引起 粘度 的降低 , 同 时由于 它们 的 温度 系数 为正 值 , 温度 升高时其 降低粘度 的作 用会 削弱 ; 与此相 反 , M g is O , 和 M 珍5 10 4 的作用 浓度 的增加 , 会引起 粘度的增大 ,但 由于 其温 度 系数 为负值 , 温度升 高时其增大粘度 的作用 会 削弱 . ( 5 )在 C aO 一 A 1 2 0 3一 C a o 渣 系 中除 C a o · 6 A 1 2 O 3 和 3C a o · A 1 2 O , 有增大粘度 的作用 外 , 增 加其他 结构 单元 C a o · 2 A 1 2 0 3 , 3 C a o · 5 10 2 , ZC ao · A 1 2 o 3 · 5 10 2 , ZC a o · 5 10 2 , A 1 2 0 3 , C a o , C a O · A 1 2 0 3 , C a o · A 1 2 0 3 · 2 5 10 2 , C aO · 5 10 2 , 3A 1 2 0 3 · 2 5 10 2 , 和 12 C a O · 7 A 1 2 O , 都会 使粘度 降低 . 各结构单元 的先后 次 序代 表它 们作用大 小的次序 . 参 考 文 献 1 M i ll s K C , K e e n e B J . Ph y s i e a l Pr o P e rt i e s B 0 S S l a gS . nI - et nr M aet ir a l s R e v e iw s , 1 9 8 7 , 3 2 ( l + 2 ) : l 2 U br a in G . 叭s e o s iyt E s t im at i o n o f S lag s . St e e l R e s e acr h , 1987 , 5 8( 3 ) : 111 3 中岛敬 治 , 水 上英 夫 , 川本 正幸 , 等 . 多元 系硅酸 盐 10302468
·240· 北京科技大学学报 1999年第3期 融体⑦粘度)概略推算.铁上钢，1994,80(7)：509 8张鉴.冶金熔体的计算热力学.北京：冶金工业出版 4张鉴，MnO-SiO,渣系的作用浓度计算模型.北京钢 社，1998.167 铁学院学报，I986,8(4):1 9 Urbain G,Boiret M.Viscosities of Liquid Silicates.Iron 5张鉴，袁伟霞.CaO-AlO-SiO2熔渣的作用浓度计算 making and Steelmaking,1990,17(4):255 模型.北京科技大学学报，1995,17(5)：418 10 N'Dala I,Cambier F,Anseau M R,et al.Viscosity of 6 Nurnberg G.Schlackenatlas.Dusseldorf:Verlag Stahleisen Liquid Feldspars(I,II).Br Ceram Trans J,1984,83:105 MB H,1981.57 11 Turdogen E T.Physicochemical Properties of Molten Slag 7陈家祥.炼钢常用数据图表数据手册.北京：治金工 and Glasses.London:The Metals Society,1983.18,360, 业出版社，1984.175 480 Calculating Models on the Viscosity of MnO-SiO2,MgO-SiO, and CaO-Al2O;-SiO2 Slag Systems Li Jinxi,Zhang Jian,Georges Urbain 1)Metallurgy Engineering School,UST Beijing.Beijing 100083,China 2)France Catllar,Du Figuerals,Chemin 4 ABSTRACT According to the coexistence theory of slag structure as well as the measured viscosity of MnO-SiO2,MgO-SiO2 and CaO-Al2O,-SiO2 slag systems at different temperatures and slag compositions,cal- culating models of viscosity for these slag systems have been formulated.Calculated results agree well with measured results,showing that these models can correctly illustrate the relationships of viscosity with tem- peratures and the mass action concentrations of the structural units of these slag systems. KEY WORDS coexistence theory;the structural units,viscosity;calculating models 米米米米米米米米米※米米米米米米米米※米米米米米米米米米米米米米米米米※米米米米米米米米 [Journal of University of Science and Technology Beijing(English Edition),1999,6(1):11] Calculating Model of Mass Action Concentrations for Fe-Cr-P Melts and Optimization of Thermody- namic Parameters Jian Zhang Abstract:According to the results of research on the thermodynamic properties of Fe-Cr,Fe-P and Cr-P melts, the measured activies of Fe-Cr-P melts from reference sources as well as the coexistence theory of metallic melts structure involving compound formation,a calculating model of the mass action concentration for Fe- Cr-P melts has been formulated and some of ite thermodynamic parameters have been optimized.The calcu- lated mass action concentrations agree with the measured activities,which shows that this model can reflect the structural reality of Fe-Cr-P melts. Key words:activity;dephosphorization of stainless steel;coexistence theory;mass action concentration
一 2 4 0 - 北 京 科 技 大 学 学 报 1 9 9 9 年 第 3 期 融体 。 粘 度 。 概 略推算 . 铁 己 钢 , 1 9 94 , 80 (7 ) : 5 09 4 张 鉴 . M n O 一 5 10 2 渣 系的 作用浓 度 计算 模型 . 北京 钢 铁 学院 学报 , 1 9 8 6 , s ( 4 ) : l 5 张鉴 , 袁伟 霞 . C aO 一 1A 2 0 3一 51 0 2熔 渣 的作用 浓度 计算 模 型 . 北京 科技 大学 学报 , 1 9 9 5 , 17 ( 5 ) : 4 1 8 6 N Or n b e r g G . S c h l a e k e n at las . lD s s e ld o 价 Ve ir ag s hat l e i s e n M B H , 1 9 8 1 . 5 7 7 陈家祥 . 炼钢常 用 数据 图表数 据手 册 . 北京 : 冶金工 业 出版社 , 1 9 8 4 . 17 5 8 张 鉴 . 冶 金熔 体 的计 算热 力学 . 北京 : 冶金工 业 出版 社 , 1 9 9 8 . 1 6 7 9 U br a i n G , B o ire t M . V i s e o s i t i e s o f L iq u i d Si li e at e s . Ior n m ak i n g an d S te e lm ak i n g , 1 9 9 0 , 1 7 (4 ) : 2 5 5 1 0 N , D a l a l , C am b i e r F, A n s e au M R , e t a l . iV s e o s ity o f L iq u i d F e ld s Pars (I , 11) . B r C e r am T r a n s J , 19 84 , 8 3 : 10 5 1 1 T u r d o g e n E .T P衍s i e o c h e m i e a l P r o P e rt i e s o f M o l te n S lag an d G las s e s . L o n d o n : hT e M e at l s S o c i e ty, 19 8 3 . 18 , 3 6 0 , 4 8 0 C a l e u l iat n g M o d e l s o n ht e iV s e o s ity o f M n O 一 5 10 2 , M g O 一 5 10 2 an d C a O 一 A 1 2 O 3 一 5 10 2 S lag S y s t e m s L I iJ 二i , ), hZ a gn iJ a n , ), eG o醚粥 5 rU b a in Z, l ) M aet ll u r gy E n g i n e e inr g S e h o o l , U S T B e ij i n g , B e ij ing 1 0 00 83 , C h in a Z ) F 介nI c e C alt lar, uD F igU e价习s , C h em in 4 A B S T R A C T A c e o r d in g t o ht e e o e x i s t e n e e ht e o yr o f s l a g slt u c h jr e as w e ll a s ht e m e a s ur e d v i s e o s iyt o f M n o 一 5 10 2 , M g o 一 5 10 2 an d C a O 一 A 1 2 o , 一 5 10 2 s l a g s y s et m s at d i fe r e in et m p e r a t ur e s an d s l a g c o哪 o s it on s , c al - e u l at in g m o d e l s o f v i s e o s iyt fo r ht e s e s l a g s y s t e m s h va e b e e n fo n n u l aet d . C al cul aet d er s ul st a gr e e w e ll w iht m e a s ur e d er s u lt s , s h o w i n g t h a t ht e s e m o d e l s c an e o r e e t ly ill u s tr aet ht e r e liat o n s h iPs o f v i s e o s iyt w iht t em - P e r a trU e s an d ht e m a s s a e t i o n e o n c e n tr a t i o n s o f ht e s trU e t ur a l un it s o f ht e s e s l a g s y s t e m s . K E Y W O R D S e o e x i s t e n e e ht e o yr : ht e s trU e trU a l un it s , v i s e o s iyt ; e a l e u l at i n g m o d e l s o[J u r n a l of nU iv e sr i加 of sc i e n e e a n d eT e h n o l o 邵 , B e 夕i n g 了E 刀g lis h E d i t i o n) , 19 9 9 , 6 ( l ) : 1 1 1 C a l e u l a int g M o d e l o f M a s s A c it o n C o n e e n t r a it o n s fo r F e 一 C r 一 P M e lt s a n d O Pit m 泣a t i o n o f T h e r m o dy - n a m i c P a r s m e t e r s 7艺口 n hZ a gn A b s t r a e t : A e e o dr i n g t o ht e r e s u lt s o f r e s e ar e h o n ht e t h e mr o 勿 n am i e P r o P e rt i e s o f F e 一 C r , F e 一 P an d C r 一 P m e l t s , ht e m e a s uer d a c t i v i e s o f Fe 一 C r 一 P m e lt s fr o m r e fe r e n e e s o cur e s a s w e ll a s ht e e o e x i s t e n e e ht e o yr o f m e at lli c m e lt s s trU e tL 叮 e ivn o l v i n g e o m P o un d fo mr at i o n , a e a l e u l a t in g m o de l o f ht e m a s s a e ti o n e o n e e ntr at i o n fo r F e - C r 一 P m e it s h a s b e e n fo n n u lat e d a dn s o m e o f it e th e mr o 勿n am i c Par am e t e r s h va e b e e n o tP 而iez d . hT e e a l c u - l at e d m a s s a e t i o n e o n e e ntr at i o n s a g r e e w it h ht e m e a s ur e d a c t i v it i e s , w h i e h s h o w s ht at hit s m o d e l e an r e fl e e t ht e s trU e trU a l r e a liyt o f F e 一 C r 一 P m e lt s . K ey w o r d s : a e t i v iyt : d e Ph o s Ph o ir z at i o n o f s at i n l e s s s t e e l; c o e x i s t e n e e ht e o yr ; m a s s a e t i o n e o n e e ntr at i o n