CaO-Al2O3-SiO2熔渣的作用浓度计算模型

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1995.05.004 第17卷第5期 北京科技大学学报 Vol.17 No.5 199510 Journal of University of Science and Technology Beijing 0ct1995 CaO-A1,03-SiO2熔渣的作用浓度计算模型* 张鉴袁伟霞 北京科技大学冶金系，北京100083 摘要根据相图和炉渣结构的共存理论，推导了CO-A1,O,-SiO,渣系作用浓度的计算模型， 计算的Ncao和Nsio,与相应的实测aco和aso,基本符合，从而证明所得模型可以反映本渣系 的结构本质.与此同时，还发现生成正硅酸盐(2CaO·Si0,)的碱度因A1,O,的增加而变 大的事实和本渣系有2n较小的活跃部分. 关键词活度，共存理论，作用浓度，碱度 中图分类号TF01,TF111.173 Calculation Model of Mass Action Concentrations for CaO-Al,O,-SiO,Melts" Zhang Jian Yuan Weixia Department of Metallurgy,USTB,Beijing 100083.PRC ABSTRACT According to the phase diagram and the coexistence theory of slag structure,a calculating model of mass action concentrations for CaO-Al2O3-SiO2 slag system is formulated.Satisfactory agreement between calculated and measured values shows that this model can reflect the structural characteristics of this slag system. Meanwhile,It is shown that the bascity at which 2CaO.SiO2 forms increases with the increase of Al2O,content and that there is an active zone where En is smaller than other part of the slag system. KEY WORDS activity,coexistence theory,mass action concentration,bascity CO-AlO,一SiO2渣系为高炉炼铁的基本渣系，也是炉外精炼等过程的常用渣系.本渣 系造渣制度的好坏对高炉顺行、脱硫、脱氧和炉外精炼的效果及加热过程都有直接影响·由 于本渣系含A1O,在研究两性氧化物行为方面还具有重要的理论意义·所以多年来治金工 作者对于本渣系的研究一直给予高度的重视.原苏联和日本学者"~引对本渣系均曾作过研 究，但由于彼此测定数据相差太大，很难置信.其后Kay D A R和Taylor J,Rein R H和 Chipman J及我国张子青，邹元，羲等学者对本渣系做了更进一步的研究，虽然彼此测定数据 还有一定差别，但毕竞波动范围小得多了，从而使相互间具有一定的印证关系4一这就为 1995-02-20收稿第一作者男68岁教授 ◆国家科技·八五”攻关课题

1 第 卷 第 期 5 北 京 科 技 大 学 学 报 7 1 姚年 月 i 0 o J u r n a l o i n f U 铭 v e i t y o f S a n e c e a n d T e c h n o B l o e g y i j i n g d V 。 1 N 7 O 。 5 L 望巧 O I C 一 O a C 1 A 2 O 一 : 1 5 0 : 熔渣 的作用 浓 度计算模 型 ’ 张 鉴 袁伟霞 北京科技大学冶金 系 , 北京 1X( X) 8 3 摘要 根据相图和 炉渣结 构 的共存理 论 , 推 导 了 〔妞0 一 从0 3 一 S ioa 渣 系作用 浓度 的计算 模型 , 计算 的 凡 a 。 和 N ios Z 与相应的实测 ac a 。 和 ias 0 2 基本 符合 , 从 而 证 明所得 模 型 可 以 反 映本 渣 系 的 结 构本 质 . 与 此 同时 , 还 发现 生 成正 硅 酸 盐 (2 C a o · 51 0 2 ) 的碱 度 因 1A 2O 3 的 增 加 而 变 大 的 事实 和 本渣 系有 艺n 较小 的活跃 部分 . 关 键 词 活度 , 共存 理论 , 作 用 浓 度 , 碱 度 中图 分类 号 T F 0 1 , T F 1 1 1 . 17 3 C a l c u l a t i o n M o d e l o f M a s s A c t i o n C o n e e n t r a t i o n s of r e a o 一 1A 2O 3 一 5 10 2 M e lt s ’ Z h a n g J i a n uY a n W e i x i a D e P a rt me n t o f M e t a l l u r g y , U S T B , B e ij i n g 10 0 0 8 3 , P R C A B S T R A C T A c co rd i n g t o t h e P h a s e d i a g ra m a n d t h e co e x i s t e n e t h e o r y o f s l a g s t r u c t u r e , a ca l e u l a t i n g mo d e l o f m a s s a c t i o n co n e n t r a t i o n s fo r C a O 一 1A 2O 3一 5 10 2 s l a g s y s t e m 1 5 fo mr u l a t e d . S a t i s af e t o yr a g er e me n t b e t w e e n ca l e u l a t e d a n d me a s u r e d v a l u e s s h o w s t h a t t h i s m o d e l ca n r e fl e e t t h e s t r u e t u r a l e h a r a e t e r i s t i cs o f t h i s s l a g s y s t e m . M e a n w h il e , I t 1 5 s h o w n t h a t t h e b a s e it y a t w h i e h ZC a O · 5 10 2 fo r r n s i n c r e a s e s w it h t h e I n e r e a s e o f 1A 2O 3 c o n t e n t a n d t h a t t h e r e 1 5 a n a c t i v e z o n e w h e r e 艺n 1 5 s r n a ll e r t h a n o t h e r P a r t o f t h e s l a g s y s t e m . K E Y W O R D S a c t i v it y , e o e x i s t e n e t h e o r y , m a s s a c t i o n e o n e n t r a t i o n , b a s e it y aC o 一 lA 户 3 一 5 10 : 渣系 为高 炉炼铁 的基 本渣 系 , 也 是炉外 精炼等 过程 的常 用渣 系 . 本渣 系造 渣制 度 的好 坏对 高炉顺 行 、 脱硫 、 脱 氧和 炉外精 炼 的效果及 加热过 程都 有直 接影 响 . 由 于本渣 系 含 lA 户 3 , 在研 究两性 氧化物行 为方 面还具 有 重要 的理 论 意 义 . 所 以 多 年 来 冶 金 工 作者对于 本渣 系 的研 究一 直给 予高度 的重 视 . 原苏联和 日本学 者 [ ’ 一 3 ] 对本渣 系均 曾作过 研 究 , 但 由于彼 此 测定 数据相 差 太大 , 很难 置信 . 其 后 aK y D A R 和 aT y lor J , Rie n R H 和 hC iP anI n J 及我 国 张子 青 , 邹 元 , 羲等学 者 对本渣 系做 了 更进 一步 的研究 , 虽然彼此测定数据 还 有一定 差别 , 但 毕 竟波 动范 围小得 多 了 , 从 而使相互 间具 有一定 的 印证关 系 [ 4 一 “ } . 这就 为 l卯5 一 02 一 2 0 收 稿 第 一 作者 男 68 岁 教 授 国 家科 技 “ 八五 ” 攻关课题 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1995. 05. 004

Vol.17 No.5 张鉴等：CaO-Al,O,-SiO2熔渣的作用浓度计算模型 419. 进行理论研究奠定了初步的实践基础.本文的目的就是在此基础上根据炉渣结构的共存理论 制定本渣系的作用浓度计算模型]. 1计算模型 11结构单元 根据三元相图CaO-A1,O,-SiO2,在1600℃下本渣系中存在有Ca Sio,Ca SiO CaSiO, 3CaO·Al,O,12Ca·7A1,O,Ca0·Al,O,CaO·2Al,0,Ca0·6A1,0,2Ca0·Al0Si0, CaO·A1,O,·2SiO2和3A1,0,·2SiO211种复杂化合物.此外根据炉渣结构的共存理论，本渣 系中还应包括Ca2+,02,A1,0,和Si02. 1.2计算模型 b=Encao,a=Ensio,a2=Enlo x=ncao,y1=nsio,y2=nNo,21=ncasio,2=ncao.Al.o =n2cao.Al0,.sio 24=Mcao.Al:O.i0 1=ncasio,2=ncao.lo W=ncasio,=12C0.AL.O, q=ncao.r=nco.sAlos=n.0 N=Nco N=Nsio,N3=NAlo,N=Ncsio, N,=Nc0·ALO No=Nc30·AMo,·sioN,=Nc0·ANo,·so,Ng=Ncso,N,=NC0·AN,0 N1o=NCaSIO.Nu=NCO.N=NCo.N=NCo.N=N0En= 子和离子平衡总摩尔数.则有化学平衡： (Ca2++2-)+(SiO)=(CaSiO),K=N/N N2,N=KIN N2 (1) △G°=-81416-10.498T,J/mol) (Ca2++02-)+(Al,O)=(CaO Al,O3),K2=Ns/N N3,N3=K2NN3 (2) △G°=-23027.4-18.8406T,J/mo1 2(Ca2++02-)+(Al,0,)+(Si0)=(2Ca0·A1,03·Si0,),K,=N6JNW,W3 N.=KN N.N3 (3) △G°=-61964.64-60.29T,J/mo11 (Ca2++O2-)+(Al,0)+2(SiO)=(Ca0·Al,O,·2Si0,K4=N/N,NN: N,=KN NN3 (4) △G°=-13816.44-55.266T,J/mo1 3(Ca2+02)+(SiO)=(Ca;SiO).Ks=Ng/NN2,Ns=K;NN2 (5) △G°=-93366-23.03T,J/mol1o 3(Ca2++02-)+(Al,O)=(3Ca.Al,O3))K.=N/NIN3,N=K.NiN; (6) △G°=-21771.36-29.3076T,J/mol1 2(Ca2+)+(SiO)=(Ca,SiO),K=NIo/NiN2,N1o=K,NiN2 (7) △G°=-160431+4.106T,J/mol 12(Ca2++0-)+7(Al,O,)=(12Ca0·7Al,0,),Kg=N1/NN,N,=KsN,N3 (8) △G°=618390.36-612.53T,J/mol (Ca2++02-)+2(Al0,)=(CaO·2Al20),K,=N1/N,N3,N2=K,N,N (9)

Vo l . 71 N o . 5 张鉴等 : C a O 一 A 1 2 0 3 一 5 10 2 熔渣 的 作 用浓 度计算 模型 · 4 1.9 进 行理 论研究 奠定 了初步 的实 践基 础 . 本 文 的 目的就是 在此基 础上 根据 炉渣结 构 的共存理论 制 定本 渣 系 的作用浓 度计算模 型 【7J . 1 计 算模型 L l 结构单元 根据三元相 图 Ca O 一 lA p 3一 5 01 : , 在 1 6 0 ℃ 下 本渣 系中存在有 aC 多10 5 , aC 劲q , aC s iO 3, 3 aC O · lA 户 3 , 12 aC O · 7 lA p 3 , aC O · lA 户 3 , aC O · ZAI 户 3 , aC O · 6AI 户 3 , Z aC O · lA 户 3 · is q , aC O · lA p 3 · 25 10 : 和 3月 p : · 25 10 : 1 种复杂 化合 物 . 此外 根据炉渣 结构 的共存理论 , 本渣 系 中还应 包括 aC , + , O , 一 , iA p 3 和 51 0 : . L Z 计算模型 令 b = z n e a o , a , = 艺n s i o Z, a Z = 艺n 、 1 2 0 3 , x = n 。 : o , 夕一 n s i o Z, 夕2 = n 、 2 0 3 , “ t = n C , 5 10 3 , 2 2 = n e o o . A ; 2 0 3 , : 3 = n Z e a o · 月 2 0 3 · 5 10 : , 2 4 = n e a o · 月 : 0 1 · 2 5 10 2 , u l = n c a 一5 10 5 , u Z = n 3 e a o · 月 : 0 2 , w = n e a 声10 . , v = n 1 2e a o · 7 ^ 一: o 〕 , 叼= n C 。 。 . 2 、 2 0 , , r = n C a 。 . 。 ^ 1 2 0 3 , S = n 3二 : o , . 二 10 : ; N , = N e : o , N Z = Ns i o Z, N 3 = N 、 2 0 3 , N 4 = N e a s io 3 , N S = N e a o . ^ 1 2 0 , , N 6 = N Ze a o . ^ 一夕 。 . 5 10 : , N 7 = N e 。 0 . ^ 一2 0 , . 万 10 2 , N s = N e 。 。 . 0 5 , N g = N 3 e a o . 月 : 0 3 , N I。 = N e a Z s l o ` , N : : = N 12 e a 。 . : ^ 1 2 0 3 , N 12 = N e 。 。 . 2 ^ 1 2 0 , , N , , = N e : 。 . 。。 : 。 , , N I ; = N 3、 2 0 3 . 二 i。 : , z n = 分 子和 离 子平 衡总 摩 尔数 . 则有 化 学平衡 : (C a , + + O , 一 ) + ( 5 10 2 ) = (C a s iO 3 ), K : = N ; /N I N Z , N 4 = K I N , N : ( l ) A G “ = 一 8 1 4 1 6 一 l o . 4 9 8 T, J /om l l s ] ( C a , + + 0 , 一 ) + ( 1A 2 0 3 ) = (C a O · A 1 2O 3 ) , K Z = N S /N , N 3 , N , = K ZN : N 3 ( 2 ) △ G “ = 一 2 3 0 2 7 . 4 一 1 8 . 8 4 0 6 T, J /m o l l g ] 2 (C a ’ + + O , 一 ) + ( A 1 2 O 3 ) + (5 10 2 ) 二 ( ZC a O · 1A 2 O : · 5 10 2 ) , K 3 = N 6 /N } N Z N 3 N 6 = K 3N : N ZN 3 (3 ) △ G “ = 一 6 1 9 6 4 . 6 4 一 6 0 . 2 9 T, J /m o l l , ] (C a ’ + + O ’ 一 ) + ( 1A 2O 3 ) + 2 ( 5 10 2 ) = (C a O · A 1 2O 3 · 2 5 10 2 ) , K 4 = N 7 /N . N ; N 3 N 7 = K 4 N I N ; N 3 ( 4 ) A G 。 = 一 1 3 8 1 6 . 4 4 一 5 5 . 2 6 6 T, J /om z l , ] 3 (C a Z + + O , 一 ) + ( 5 10 2 ) = (C a 3 S IO S ) , K S = N S /N } N Z , N , = K ; N } N : ( 5 ) A G “ = 一 9 3 3 6 6 一 2 3 . o 3 T, J /m o l 〔 ’ 0 ] 3 ( C a , + + 0 2 一 ) + ( A 1 2 O 3 ) = ( 3 C a O · A 1 2 o 3 ) ` s ) , K 6 = N g /N } N 3 , N g = K 6 N } N , (6 ) △ G “ 二 一 2 1 7 7 1 . 3 6 一 2 9 . 3 0 7 6 T, J /m o l [ , ] 2 ( e a , + + O , 一 ) + ( 5 10 2 ) = ( e a Z s iO 4 ) , 尺 7 = N l。 /N { N Z , N l。 = K 7N } N : ( 7 ) △ G “ = 一 16 0 4 3 1 + 4 . 10 6 T, J /m o l 1 8 ] 1 2 ( C a , + + O , 一 ) + 7 (1A 2 O 3 ) = ( 1Z C a O · 7 A 1 2 O 3 ) , x s = N l l /N } , N 了 , N l , = K : N } I N ; ( 8 ) △ G 。 = 6 1 8 3 9 0 . 3 6 一 6 ] 2 . 5 3 T, J /m o l [ , ] ( C a Z + + O , 一 ) + 2 ( A 1 2 O 3 ) = ( C a O · 2 1A 2 0 3 ) , K g = N , 2 /N I N ; , N 12 = K g N I N ; ( 9 )

·420· 北京科技大学学报 1995年No.5 △G°=-16747.2-25.54T,J/mo1 (Ca2++02-)+6(Al,0,)=(Ca0·6A120,Kio=N13/N,N5,N13=K1oN,N9 (10) △G°=-22608.72-31.82T,J/mol1 3(Al2O,)+2(SiO,)=(3AlO,·2SiO,K,=N14/N3N3,N14=K1NN3 (11) △G°=-4354.27-10.467T,J/mol 物料平衡： N+N2+N3+K,N N2+K2N N3+K3N N N3+K N NN,+K;NN2+K NN3 +KNN2+KNN3+K NN+KIoN N$+KNN3-1=0 (12) b=x+z1+32+23,+z4+3u1+3u2+2w+12D+q+r =En(0.5+K N2+K2N,+2K,N N2N,+K N3N,+3K;NN,+3K N'N; +2KN N2+12KNIN3+K N+KNS)N (13) En =b/[(0.5+K N2+K N:+2KN N2N,+KNN,+3K;NiN2+3KNiN, +2K N N2+12KgNIN3+KN3+KoNS)N] a=y1+1+23+224+41+w+2s =En(1+K N:+K NN,+2K N N2N3+KsN+KN2+2K N2N)N2 (14) En=a/[(1+K N,+K;NN3+2KN NN,+KN+K,N+2KN N)N2] a2=y2+32+33+24+4,+7v+2q+6r+3s =En(1+K,N,+K NN,+KN N3+K N:+7KNIN$+2K NN,+6KIoN NS +3KN2N )N3 (15) En=a2/[(1+K2N,+K,NiN2+KN N+K N+7KNIN$+2KN:N3+6KIoN NS +3KNN )N3] 由(13)和(14)式得： a(0.5+K2N,+3KNN3+12KNIN3+KN3+KNS)N-b(1+2KNN2)N2 +(a-b)K N N2+(2a,-b)K,NNN;+(a-2b)K N NN,+(3a,-b)KsN'N2 +(2a1-b)KNN2=0 (16) 由(13)和(15)式得： a2(0.5N,+K N N2+3K;NN2+2K,NN2)-b(N3+3KNN3)+(a2-b)(K2N N3 +K4N,NN,)+(2a2-b)K,NN,N,+(3a2-b)KNN3+(12a2-7b)KNN3 +(a2-2b)KgN N3+(a:-6b)KIoN NS=0 (17) (12)、(16)和(17)式即为用平衡摩尔分数（即作用浓度）表示的本渣系作用浓 度的计算模型， 如用平衡摩尔数表示，则为： xy2(Ky22K2[2K+Kiv+4(K+Kx Σn En2 ∑n3 +K+2K+4096Kxg-2m=0 En* ∑n5 Enis (18) x2Ky24KKx214K+ky:+12(K+K En Σn2 2n3

· 42 0 . 北 京 科 技 大 学 学 报 19 9 5 年 N o . 5 产、 、. 日八尹、. à, l 心盈. 了叨月. 、`.Z △ G “ = 一 1 6 7 4 7 . 2 一 2 5 . 5 4 T, J /om l f , ] ( e a , + + o , 一 ) + 6 (灿 2 0 3 ) = ( e a o · 6 1A 2 0 3 ) , K ,。 = N 1 3 /N . N ; , N l 。 = K : 。 N I N ; △ G “ = 一 2 2 6 0 8 . 7 2 一 3 1 . 8 2 T, J /m o l 汇9 ] 3 (1A 2 0 3 ) + 2 (S 10 2 ) = ( 3 1A 2 0 3 · 2 5 10 2 ) , K I , = N , 4 /N ; N 圣 , N : 4 = K , I N ; N ; △ G 。 = 一 4 3 5 4 . 2 7 一 10 . 4 6 7 T, J /m o l l , ] 物 料 平 衡 : N . + N Z + N 。 + K ; N . N Z + K ZN I N , + K 3N 子N ZN , + K 4 N I N ; N , + K SN }N Z + K 6 N { N 3 + 天 7 N { N Z + K SN { ’ N ; + K g N ,N ; + K ,。 N ,N ; + K , , N ; N ; 一 l = o b = x + z , + : 2+ 2 2 3 + 2 4 + 3 u ; + 3 u 2 + Zw + 1 2 v + 叮+ r = 艺n ( 0 . 5 + K .N Z + K ZN 3+ Z K 3N I N ZN , + K ` N圣N 3 + 3K SN { N Z + 3K 6N } N 3 + 2 K 7 N IN 2+ 1 2K oN { ’ N ; + K gN ; + K l o N ;)N 】 z n = b / [( 0 . 5 + K I N Z + K ZN 。 + 2K 3N I N 2N 3+ K ; N ; N 。 + 3K SN }N : + 3 K 6N }N 3 + ZK 7N I N Z + 1 2K SN { ’ N ; + K g N ; + K l o N ;) N , ] a 一 y l + : 一 + : 3 + 2 : ; + u l + w + 2 5 = 艺n ( l + K , N , + K 3N { N 。 + ZK 4 N , N ZN 3 + K SN卜 K 7N } + ZK I. N ZN ;)N Z z n = a l / [( l + K I N , + K 3N } N 。 + ZK 4 N I N ZN 。 + K SN 卜 K 7N { + ZK I ; N ZN ;) N Z I a Z = y Z+ 艺 2+ 2 3 + 2 4 + u Z + 7 v + Zq + 6 r + 3 5 = 万n ( l + K ZN I + K 3N { N Z + K ` N , N I + K 6N } + 7 K SN } , N 全+ ZK gN I N 3 + 6K l o N , N ; + 3K l l N ; N ;)N 3 z n = a Z /【( l + K ZN . + K 3N {N : + K 4 N IN ; + K 6N : + 7 K sN { ’ N 穿+ 2K 9 N I N 3 + 6K l o N I N ; + 3 K l l N ;N ;) N 3』 由 ( 1 3 ) 和 ( 14 ) 式 得 : a . ( 0 . 5 + K ZN , + 3K 6N { N 。 + 1 ZK : N } ’ N 孑+ K gN ; + K ! 。 N ;) N l 一 b ( l + ZK , , N ; N Z ) N Z + ( a , 一 b ) K I N , N : + ( Z a 一 b ) K 3N } N ZN 3+ ( a , 一 Zb )K 4 N , N 圣N 3 + ( 3 a , 一 b ) K SN } N Z + ( 2 a l 一 b ) K 7 N :N Z = O ( 16 ) 由 ( 1 3 )和 ( 1 5 )式 得 : a Z ( 0 . SN , + K .N , N Z + 3K SN : N : + Z K , N {N Z ) 一 b ( N , + 3 K I . N ; N ;) + ( a Z 一 b ) ( K ZN IN 3 + K ; N , N ; N 3 ) + ( 2 a 2一 b ) K o N {N ZN , + ( 3 a 2一 b ) K 6N } N , + ( 12 a Z一 7 b ) K oN { ’ N ; + ( a Z一 Zb ) K g N I N ; + ( a Z 一 6 b ) K l oN : N 全= O ( 17 ) ( 1 2) 、 ( 16) 和 ( 1 7) 式 即 为用 平 衡 摩 尔 分 数 ( 即 作 用 浓 度 ) 表 示 的 本 渣 系 作 用 浓 度 的计算 模 型 . 如用 平衡摩 尔数 表示 , 则 为 : 2 (K . v , + K , v , 、 x Z (Z K , x v , + K n v 子) x Z [ ZK , x v . v , + K , v 子v 。 + 4 (K ` v : + K ` v , ) x2 1 x Z x + v . + v , + 一二- -上 二上 - - - - 三二二 二 + - - 二` 一一止` 二 止一一- - ` 二` 匕` - 十一一止` 一- ` 一二` 二二二` - - - - 二二止二` 二一 一二- - ` : ` 二- - - - - 二二: 二一二一 乙 n 乙 n 一 乙 n - K . :夕}夕; . Z K l ~ r o x 夕全 — , . — 一 r 艺 n ” 乞衬 ” 4 0 9 6尺s x ” 夕; 艺n 气 , _ 1 8 一 艺凡 = O ( 1 8) X + 2 (K . y l + K Z y Z ) x 艺n 2 ( 4 K , x v , + K 。 v弓) x 十 — 工刀 ` + 2 [ 4 K 3 x 夕,夕2 + K 4夕: 夕2 + 1 2 (K ,夕, + K 6夕2 ) x Z ] x 艺 n 3

Vol.17 No.5 张鉴等：CaO-A1,O,-SiO,熔渣的作用浓度计算模型 421. +2K9+49152K,2-b=0 (19) ∑n6 ∑n8 出+ 2Kx 4K 4(Kxy:+K2Kx2K (20) Σn2 Σn3 Σn4 ,-a,=0 当+ 2K:x:4Kxy 2(2Kxy+k4K)x:3K12Kxy Σn ∑n2 ∑n3 ∑n ∑n +28672K,5-4,=0 2n8 (21) 利用(12)、(16)和(17)式或(18)~21)式均可计算本渣系的作用浓度，只是用 (18)~(21)式求得平衡摩尔数后，还得用(22)式转换成作用浓度（平衡摩尔分数）： N,=Nco=2x/∑n,N,=y,/En(代表SiO2,Al,O3等分子的摩尔数) 以上模型计算结果是否正确还应通过可靠的实测活度值来检验， 2计算结果与讨论 图l(a)中表示了计算Nco与张子青等和Chipman等I)学者实测aeo的对比.可以看 出，计算值绝大部分位于以上两位学者实测值的中间，在实测值尚有一定差别的条件下， 应该说计算结果是比较满意的.图1b)中则表示了更多的等作用浓度Nco线· (a) SiO, (b) SiO, 一0.5-作者 0.1.0 01.0 :0.5-张子青 1600℃ ---0.5--Chipman et al 0. 0.9 0.1/ 0.9 1600℃ 0.2 0.8 0.2 0.3 0.7 0.3 0.6 0.4 0 , . 03 0.5 0.6人2a u,0,\0.4 0.6 0.4 ALO 0.7 0.3 0.7 0.3 o.8hca0·sio0s 0.2 0.82℃a0·sio'Q 0.2 094ca0·Siocac0.2o01. 0.1 1.0 9/3ca0·si0,三Ca0·2,0 . 0.1 0 000.20.30.40.0.60.70.80.91000.0.20.30.40.50.60.70.80.9T. CaO AlO.3 Cao AlO13 图1160℃下CaO-AL,O,-S02溶渣中作用浓度Nco:(a计算N。o与实测ao的对比，(b)等co线 图2)中对比了计算Nso.与实测4o,41,可以看出，计算值与实测值是比较接近的， 在目前实测40，值尚不够统一的条件下，应该说计算结果也是可取的.图2b)中列举了更多 的等作用浓度Nso,线以供参考， 图3a中绘制了本渣系的等作用浓度No,线，其中最右边的等No,线作用浓度值为 0.35;图3b)中虚线为Chipman等为本渣系所作的等ao,线，其最右边的等ao,线活度 值为075.考虑前后两曲线的单位不同，应该说两者是比较接近的，但计算结果与文献的 相应结果相差甚大，所以对此问题还应进一步研究· 从以上三方面的对比可以看出计算的作用浓度与实测的相应活度值是比较符合的，从而

V6 1 . 17 N O 张鉴等 : C a o 一 1A 2 o 3 一 5 10 : 熔 渣 的作 用 浓 度计算模 型 、少. 产. Q 才 n , l , 了且 1 、了. Zx ,。 x 夕; 4 9 1 5 2 x : x ” 夕; 艺 n 6 ZK 一x y 军 , _ _ ! 8 一 b 二 0 4天 , x Z夕 l 艺” 2 4 K g x 夕; 艺 n Z 4 ( K , x 夕 2 + K 4夕 ,夕 2 + ZK 5 x , ) x 夕. 十 — 工刀 J Z K I L y汉 ZK Z x y Z Z n 2 ( ZK , x 夕, + K 4夕} + 4 K 6x , ) x 夕2 -t — 艺拄 J 艺n 4 3K l l夕知; 艺n 4 一 a 一= 0 1 2 x -t l o x 夕全 — 艺儿 o +l ,1 y 2 5 6 7 2` : x , ’夕; 军 , _ _ 1 8 一 a Z = O (2 1) 利 用 ( 1 2 ) 、 ( 16 ) 和 ( 17 ) 式 或 ( 18 ) 一 ( 2 1) 式 均 可 计算本渣 系 的 作 用 浓 度 , 只 是 用 ( 1 8) 一 (2 l) 式 求得 平衡摩 尔 数后 , 还得 用 ( 2 2) 式转换 成作 用浓 度 (平 衡摩 尔分数 ) : N : = N e a 。 = Z x / z n , N ` = 夕 : /艺n ( i 代表 5 10 2 , A 1 2 0 , 等分子 的摩 尔 数 ) 以上 模型计算结果是 否正 确 还应通 过可 靠的实测 活度 值来检验 . 2 计算结 果与讨论 图 1a( ) 中表示 了计 算 从习 与张子 青等 6[] 和 C h i p lan n 等 [ ’ 〕学 者 实 测 口 C刃 的对 比 . 可 以 看 出 , 计算 值绝大 部分 位 于 以 上两 位学 者 实 测 值 的 中间 , 在 实 测 值 尚 有 一 定 差 别 的 条件 下 , 应 该说计算 结果是 比较 满意 的 . 图 1伪) 中则 表示 了更 多的等 作 用浓度 N 以) 线 . ( a ) 一 .0 5 一作者 5 10 : 0 ` 1 . 0 黑 一 . 一 .0 5 一 张子 青 ( b ) 1 6 0 0 ℃ 5 10 2 0 ` 1 . 0 一 0 . 5一 C h iP ma n e t / / 护 、 .0八 靴毛 龟、 -o . 6 、 0 . 5 刁份乞 " 川 : 0 - AI : O , ZaC o · s id羹 0 . 4 弋 . 2 C a O · 2川 : O , 3 ca o · 0 . 6 0 . 7 0 . 8 、 0 . 0 0 . 1 0 . 2 竺0 . 3噬0 . 4碳0 . 5 溉沪 ’ . 2IA 今 0 . 6 0 . 7 0 . 8 0 . 9 八0 1 . 0 C a O 月 0 . J C a o 1A 0 一j 图 1 1姗℃ 下 〔州。 一 从0 3 一 S刃 : 溶渣中作用浓度 从扣: (a )计 算 从 二阅 与 实测 气知 的对 比 , (句等 从洲〕 线 图 2 a( ) 中 对 比 了 计算 Ns 哒 与实 测 as q 【` ’ ] , 可 以 看 出 , 计算 值 与实 测值 是 比较 接 近 的 , 在 目前 实测 ha 值尚不 够 统一 的条件 下 , 应 该说计算结果 也是 可 取 的 . 图 2伪) 中列举 了更 多 的等作用浓 度 Ns 肠 线以供参考 . 图 3a( ) 中绘制了本渣 系的等作用 浓度 N^J 八 线 , 其中最右边 的等 叽八 线作用浓度值为 .0 35 ; 图 3伪) 中虚 线为 hC iP anI n 等 l ’ } 为本渣 系所 作 的等 a 喝 , 线 , 其 最右 边 的 等 a o t , 线 活度 值为 .0 75 . 考 虑前 后两 曲线 的单位 不 同 , 应 该说两者 是 比较 接近 的 , 但计算结果 与文献 4[] 的 相 应结 果相 差甚大 , 所 以 对此 问题还 应进一步 研究 . 从 以上 三方 面 的对比可 以看 出计算 的作 用浓度 与实 测的相应 活度 值是 比较符合 的 , 从而

·422 北京科技大学学报 1995年No.5 (a) SiO (b) SiO, 一0.2-作者 01.0 0A1.0 .-0.2 Chipman 1600℃ --0.2 Kay d Taylor 0.1 0.9 0.1 0.9 1600℃ 0.2 0.8 0.2 0.8 0.3 0.3 o0.7 N 0.464 0.6 0.4 Ns 0.6 -04 0.5 0.5 0.3 -0.2 0.5 A201 0.4 0.6 0.1 AJ203 0.4 0.71 00005 0.3 0.7 0.05 0.8/si01 0.2 0.0T-0.02 0.3 0.2 0.9 Fo0005 Ca0·2l,0 0.1 08569c0·2No, 0.9 /3Cao 1.0/Si02 0 1.0 SiOz 0.0001- 0.1 0 00.10.20.30.40.50.60.70.80.91. 00.i0.20.30.40.30.60.70.80.91.0 CaO AlO13 Ca AlO, 图216O0℃下Ca0-AO,-S0,溶体中的作用浓度Nso,:(a)计算No,与实测ao,的对比，(b)等No,线 (b) (d) SiO UI0 1600℃ SiO 1600℃ A 01/A八09 4 小w 02/ 2,16 s0: 7 039 ℃7 04/ 六06 6Al /a0· G05 A004 A: 97。 ,03 …U5T 、03 u050. (dU· 9, .01 3(u0·S.0.- 1 (a0 001003'usu6y…syiU CaO (a0 AlU. ×A1U., A0, 图31600℃下Ca0-A山，O,-SO,溶体中的作用浓度No:(a)计算No,与实测auo,的对比，(b)等No,线 证明所制定的CO-Al,O,-SiO2三元渣系作用浓度计算模型可以反映本渣系的结构本质. 但由于不同冶金工作者的实测活度值尚不够统一，所以要达到理论与实际的一致，今后还应 从以下两方面作工作：(1)进一步改进实验方法以提高实测活度的准确度：(2)改进热力 学数据，以提高其精度， 图4中绘制了Ca0-A,0,-Si0,渣系在1600℃下的等Nc0·sa.线，说明在本渣系中， 的确会生成大量的2C0·SiO2,由于其熔点高达2130℃，在1600℃下，很可能以固态质 点存在于熔渣中，这可能就是在碱度为2时，炉渣发泡性能最好的主要原因.同时，由图4 也可看出随着A1,O,含量的增大，生成2CaO·SiO2的碱度会逐渐增大起来，因为A1,O,也会 与CO结合生成多种铝酸盐，所以若以本渣系为基础造泡沫渣时，为了改善发泡性能，随 着A1,O,含量的增加，应沿图4中的点划线逐步增大炉渣的碱度· 图5中表示了1600℃下CaO-A1,O,-SO,渣系的等总摩尔数∑n线（即等平衡离子和分

· 4 2 2 . 北 京 科 技 大 学 学 报 19 9 5年 N o . 5 (a ) 一 0 . 2一作 者 一 一 0 . 2 C h iPm a n 一刁 . 2 K a y d T a y l o r 5 10 2 议 .0 U . 1 / 、 \ 0 . 9 ( b ) 1 6 0 0 ℃ s iq 0 二 l . O ` 0 . 9 1 6 0 0 ℃ 0 . 2 诫 0 龟 . 8 \ 0 . 7 愁 砍 .6 丫 甲 · 5 AJ : 0 , \ 0 . 4 . 6 ` 0 . 5 川加登 · ^J p 3 0 . 4 冲 · , 、 0 一 2 粼邻森纂 0 . 2月 20 3 0 . 3 狱 . 、 0 0 . C a O 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 0 . 6 0 . 7 0 . 8 0 . 9 1 A』O O . “ · 1 . U之 粉` 0 C a O 难卿 :afo 反 aC o · Z IA : O , 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 0 . 6 0 . 7 0 . 8 \ 0 0 . 9 1 . 0 A】O 图 2 1姗 ℃ 下 C 州0 一 从。 3 一 S幻 2 溶体中的作用浓度 N 。 : a( ) 计算 N瀚 2 与实测 帐。 的对 比 , (b ) 等 Ns 。 线 5 10 2 U 八 1 0 ’ `0 认袱 : , , ! J :带犷… 岌 必 又洁汀 ` 二 ( b ) 1 6 0 0 ℃ 5 10 : — 口` . u 叭 一 51 6 八 > 3 ( ’ J () l L 几5 一气)二 t 、 l\ }气) ’ 冷 、 ]0 硫 、 0 2 飞 U · : 八 JO J O .户 9 I U 八 IU . d o · 4 . 、 _ _ u L 过 O U . U 二 U 〕 U 4 tJ 5 U 6 吸J t d o 对 八 10 (全 . A l() 图 3 1姗 ℃ 下 C a o 一 从0 3 一 S幻 2 溶体中的作用浓度 N场 〕 :3 a( )计 算 从叩 」与实测 口却 , 的对 比 , (h) 等 凡 尽〕, 线 证 明所制 定 的 aC O 一 iA 夕 3 一 51 0 2 三 元 渣 系 作 用 浓 度 计算模 型 可 以 反 映本 渣 系 的 结 构 本 质 . 但 由于 不 同冶金 工 作者 的 实测 活度值 尚不 够 统一 , 所 以 要达到 理论与实 际的一致 , 今后还应 从 以 下 两方 面作 工 作 : ( l) 进 一步 改进 实验方 法 以 提高 实测 活度 的准 确 度 ; ( 2) 改进 热力 学 数据 , 以 提 高其 精度 . 图 4 中绘制 了 aC O 一 lA p 3一 51 0 2 渣 系在 1 60 ℃ 下 的等 N ~ . ,哒 线 , 说 明在 本 渣 系 中 , 的确 会生成 大量 的 Z aC O · 51 0 : . 由于其 熔 点高达 2 13 0 ℃ , 在 1 6 0 ℃ 下 , 很可 能 以 固态质 点存在于熔渣中 , 这可 能就是在碱度为 2 时 , 炉渣 发泡性能最好的主要原 因 . 同时 , 由图 4 也可 看 出随着 lA 户 3 含 量 的增大 , 生成 Z aC O · 5 10 2 的碱度 会逐 渐增大 起来 , 因 为 lA 户 , 也 会 与 aC O 结合生成 多种 铝 酸盐 , 所 以 若以 本渣 系 为基 础造 泡 沫 渣 时 , 为 了改 善 发 泡 性 能 , 随 着 lA 户 3 含量 的增 加 , 应 沿 图 4 中的 点划 线逐步 增 大炉渣 的碱 度 . 图 5 中表示 了 1 6 0 ℃ 下 aC O 一 lA 户 3一 5 10 : 渣 系 的等总摩尔数 艺。 线 ( 即等平衡 离子 和分