第一章 冶金炉渣.ppt

组成炉渣的氧化物可分为三类： 碱性氧化物：能提供氧离子O2- ，如CaO、MnO、FeO、 MgO等。 酸性氧化物：能吸收氧离子而形成络合阴离子， 如SiO2、P2O5 两性氧化物：酸性氧化物过剩时可供给氧离子而呈碱性，而在碱性氧化物过剩时，则又会吸收氧离子形成络合阴离子而呈酸性。如Al2O3、ZnO等。 例：计算成分为： CaO 10% 、FeO 40%、SiO2 36% 、 ZnO 8 % 的炉渣的硅酸度。 分子结构理论是最早出现的关于熔渣结构的理论。 分子理论是基于对固态炉渣结构的研究结果。 分子结构理论在熔渣结构的研究中已很少应用。 在冶金生产实践中仍常用分子结构理论来讨论和分析冶金现象。 1.4.1 分子结构理论 一、分子理论的基本观点 熔渣是由电中性的分子组成的。 有的是简单氧化物（或称自由氧化物），如： CaO、 MgO、 FeO、 MnO、 SiO2、Al2O3等 有的是由碱性氧化物和酸性氧化物结合形成的复杂化合物（或称结合氧化物），如： 2CaO·SiO2， CaO·SiO2、2FeO·SiO2、3CaO·P2O5等 分子间的作用力为范德华力。 这种作用力很弱，熔渣中分子运动比较容易； 在高温时分子呈无序状态分布； 可假定熔渣为理想溶液，其中各组元的活度可以用其浓度表示： 在一定条件下，熔渣中的简单氧化物分子与复杂化合物分子间存在离解-生成的动态平衡，如： CaO + SiO2 = CaO?SiO2 ?G? = ?992470 + 2.15T J·mol?1 当反应达平衡时，其平衡常数为 在一定温度下必有平衡的CaO、SiO2和CaO?SiO2存在。 熔渣的性质主要取决于自由氧化物的浓度，只有自由氧化物参加与熔渣中其它组元的化学反应。 二、分子理论的的应用及存在的问题 分子理论的应用 熔渣的氧化能力 熔渣的氧化能力决定于其中未与SiO2或其他酸性氧化物结合的自由FeO的浓度； 在熔渣?金属熔体界面上氧化过程的强度及氧从炉气向金属液中转移的量都与渣中自由FeO的浓度有关。 熔渣的脱 S 及脱 P 能力 熔渣从金属液中吸收有害杂质S及P的能力决定于渣中存在的自由CaO； 脱硫和脱磷过程的强度及限度也与自由CaO的浓度有关。 根据分子理论，脱硫反应写作： (CaO) + [FeS] = (CaS) + (FeO) ?H 0 反应的平衡常数及金属液中FeS的活度为 在一定温度下，K为常数，当xCaO增大或xFeO减小时，均可使aFeS下降，即有利于硫的脱除。 脱硫反应为吸热反应 ? 升高温度有利于脱硫反应。 分子理论的应用（续） 分子理论的应用（续） 生产实践中发现，下列措施有利于硫的脱除： 增加渣中CaO含量（即增大xCaO、增加炉渣的碱度）； 降低渣中FeO含量（即减小xFeO、降低渣的氧化性） 提高过程温度 ? 由分子结构理论所得结论与生产实践是一 致的。 分子理论的缺陷 不能运用分子理论进行定量计算。 对于脱硫反应，将一定温度下平衡时各组元的活度值代入上面的平衡常数 K 表达式中，结果发现 K 不为常数。 进一步假定熔渣中存在2CaO·Al2O3、CaO·Fe2O3、(2CaO·SiO2) 2等复杂分子，对K 的计算加以修正，但修正后计算的K值仍然在0.084~0.184的范围内变化，而不是常数。 分子理论不能解释FeO在脱硫中的作用。 根据分子理论，降低渣的FeO含量有利于脱硫。 实验发现，无论是纯FeO渣还是含FeO的渣（17%FeO，42%CaO，41%SiO2）均具有一定的脱硫作用。 ?实验结果与分子结构理论的结论（只有CaO才有脱硫作用）不一致。 分子理论的缺陷（续） 分子理论与熔渣性能间缺乏有机的联系，无法解释熔渣的导电性。 熔渣既可以导电又可以电解，说明熔渣中的结构单元应是带电的离子，而非中性分子。 只有在稀溶液的情况下，熔渣才能被视为理想溶液。 一般情况下必须用活度来代替浓度进行热力学计算。 离子理论提出的基础 熔渣具有电导值，其电导随着温度升高而增大； 熔渣可以电解； 例如：以铁作电极，用 (FeO-SiO2-CaO-MgO) 和 (Fe2O3-CaO) 渣电解，阴极上析出铁。 在熔渣–熔锍体系中存在电毛细现象，说明熔渣具有电解质溶液的特性； 可以测出硅酸盐熔渣中K、Na、Li、Ca、Fe等阳离子的迁移数，说明熔渣中的最小扩散单元为离子； X射线结构分析表明，组成炉渣的简单氧化物和复杂化合物的基本单元均为离子； 统计热力学为离子理论的建立提供了理论基础。 1.4.2 离子结构理论 离子理论要点 熔渣完全由阳离子和阴离子组成, 阳离子所带电荷和阴离子所带电荷的总量相等, 故熔渣本身不带电； 与晶体相同,