文档介绍：究
冶
金
固—液反应动力学及其在冶金上的应用
学生:周甜甜
研
方
法
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耐火材料抗熔渣侵蚀动力学研究的一般方法
固体物质在熔体中的溶解
溶解物质在熔体中的传输
氧化钙在熔渣中的溶解动力学
氧化镁在熔渣中的溶解动力学
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目录
在钢铁冶金中多涉及的固-液反应有炉渣对耐火材料的侵蚀、炼钢转炉中石灰的溶解、废钢和铁合金的溶解、铁的熔融还原、钢液和合金的凝固、铜转炉中石英的溶解等都属于冶炼过程液、固相间的重要反应。
固/液反应速率不仅影响生产率,还会显著影响到冶金产品的质量。
耐火材料在熔渣中的溶解是炉衬侵蚀及炉龄降低的重要原因。耐火材料在渣中的溶解机理及动力学的研究对于提高炉衬的寿命,从而降低冶炼成本有重要意义。耐火材料和熔渣的相互作用是典型的固/液反应。
本节结合耐火材料的抗渣侵蚀讨论固/液反应动力学及其应用。
耐火材料抗熔渣侵蚀动力学研究的一般方法
耐火材料抗熔渣侵蚀动力学实验一般分为静态实验和动态实验两类。
静态实验主要考察熔渣离子扩散对耐火材料的侵蚀作用。动态实验主要考察强制对流条件下熔渣对耐火材料的侵蚀。无论哪类实验,一般要先将耐火材料加工成圆柱状的样棒。
进行静态实验时,先将耐火材料样棒在静止的熔渣中浸没一定时间,然后急冷。再用化学方法去除样棒外部的残渣和固体产物层,测量侵蚀后的样棒直径。在离子扩散控制的条件下会得到直径的缩小值
与时间的平方根成正比,
图1 常用的耐火材料抗熔渣侵蚀动力学实验装置的示意图
进行动态实验时,将耐火材料的样棒与马达相联,带动样棒以一定的角速度旋转,在熔渣中形成强制对流。旋转速度加快,则样棒的侵蚀加速。一般说来,部分浸入熔渣的试棒,在液体-气体界面处,会更强烈地溶解。这可以由界面处的液相表面张力作用引起自然对流,从而加速溶解过程来解释。动态实验还可以用耐火材料圆盘,在熔渣中侵蚀不同时间后测量圆盘厚度的减小。
固体物质在熔体中的溶解
由两个步骤组成:1)溶解元素脱离晶体或元素从点阵中
进入到熔体中
2)溶解物质通过扩散边界层传递到
熔体内部
溶解模型
晶体点阵上的单原子层按下述方式逐步分离:原子一个接着一个或一排接着一排地过渡到邻相中。
这些“半晶体状态”的原子,一半价电子还结合在晶体上,而另外一半已经自由。
如果存在着容易生成半晶体状态的机制,那么就促进了溶解过程。
一般在固体物质表面有三种容易生成半晶体状态的机制:
1)形成二维空穴核心,其上可以形成半晶体状态
2)刃型位错由晶体内部向表面延伸,紧接位错形成空穴。由于位错
与原子间结合能较小,二维空穴核心在这里容易形成。
3)在延伸到表面的螺旋型位错露头上形成螺旋空穴