含Ce2O3炼钢精炼渣熔化及流动特性的研究(2)

6期

龙鹄等含Ce2O3炼钢精炼渣熔化及流动特性的研究

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由图6(a)可知:当C/A为1.8时,熔化温度随着Ce2O3含量的增加变化幅度小,范围为1354~1360e。由图6(b)可知:当保持Ce2O3含量为较低值5%时,熔化温度随着C/A的增加先降低后升高,C/A为1.5的渣具有较低的熔化温度为1348e。

综合以上对CaO-Al2O3-Ce2O3三元精炼渣和CaO-Al2O3-SiO2-Ce2O3四元精炼渣熔化温度的实际测量发现,Ce2O3对三元渣的熔化温度有较大影响,当Ce2O3从0增加到10%时,熔化温度提高61e,虽然随着Ce2O3含量的进一步增加,熔化温度有所降低,但也明显高于目前常用的CaO-Al2O3-SiO2-MgO

[12]

图7 含Ce2O3精炼渣的粘度随温度变化曲线Fig.7 ViscosityofdifferentrefiningslagscontainingCe2O3as

functionoftemperature

表5 1500e时CaO-Al2O3-SiO2-Ce2O3四元渣系的粘度

(质量分数)

Table5 ViscositiesofCaO-Al2O3-SiO2-Ce2O3quaternary

slagat1500e(massfraction)

No.

O2/CaO/Al2O3/Si%

%1010101010

Ce2O3/%5551015

C/A1.81.51.21.81.8

Meltingtemperature/e13601348136113551354

Viscosity/(Pa#s)0.4160.3630.3980.4970.289

精炼渣的熔化温度(1350~1400e),

从而会对精炼效果带来不利影响;而CaO-Al2O3-SiO2-Ce2O3四元渣的熔化温度与目前的精炼渣较为一致,而且Ce2O3含量对其影响不大。因此,Ce2O3含量有较宽的成分适用范围,从这方面来考虑该四元渣系具有较优异的熔化特性。2.3 含Ce2O3精炼渣的粘度

精炼温度下较低的粘度值是精炼渣具有良好流动性的一个重要标志,同时粘度随温度变化的敏感性对实际精炼过程也起着重要作用。实际生产中随着精炼工艺的不同,通常精炼过程温度变化也较大,如LF炉由于电弧加热,精炼温度较高,而在其他精炼工序如真空VD,RH处理或钢液软搅拌中,炉渣温降较大,容易结壳,从而影响精炼效果,因此希望精炼渣有较宽的低粘度温度范围。

为进一步了解该四元系的流动特性,本文对含Ce2O3四元渣的粘度进行测量,分析了其高温下的粘度特性及粘度随温度变化特性,并与目前常用的精炼渣进行比较。

2.3.1 粘度测量结果本实验测量了各渣样从1500e到凝固前各温度下的粘度值,根据测量结果绘制得到2.1~2.5号精炼渣的粘度随温度的变化曲线,如图7所示。通常钢液精炼温度在1500~1600e范围内,为此,表5列出了各试样1500e时的粘度,以供对比分析。

2.3.2 1500e时各渣样粘度值比较根据表5数据,将1500e时含Ce2O3四元渣的粘度分布范围与传统精炼渣相比较,发现本实验所研究的稀

()0.0.2.154.6430.362.251.0034.002.346.3638.642.451.4328.572.548.2126.79

Pa#s范围内,与传统CaO-Al2O3-SiO2-MgO精炼渣的粘度分布范围(0.3~0.5Pa#s温流动性。

进一步分析C/A和Ce2O3含量对1500e时粘度的影响,如图8所示。

由图8(a)可知:当渣中保持Ce2O3含量为5%不变时,随着C/A值的增大,渣的粘度值先降低后增高,整体粘度值相差不大,差值不超过0.05Pa#s。粘度随C/A的变化趋势与此渣系熔化温度的变化趋势相似。由图8(b)发现:当保持C/A为1.8不变时,随着Ce2O3质量百分比由5%增加到15%,粘度先增高后降低,在Ce2O3含量为15%时达到最低值,为0.289Pa#s。即2.5号渣具有相对较好的高温流动性。

2.3.3 精炼渣粘度随温度变化的稳定性分析粘度的稳定性是影响炉渣在精炼中适用性的重要

[12]

)基本一致,说

明精炼渣中添加适量的Ce2O3均能获得良好的高

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中国稀土学报28

卷

图8 C/A(a)和Ce2O3含量(b)对1500e时精炼渣粘度的影响

Fig.8 EffectsofC/A(a)andCe2O3content(b)onviscosityofrefiningslagat1500e

因素。受温度变化影响越小,炉渣粘度越稳定。粘度对温度的敏感性可用阿累尼乌斯方程粘度受温度的影响越大。L=LRT)0exp($EL/

化能(J#mol),R为气体常数(8.314J#mol#K为温度(K)。

对比图7中5组渣样的粘度~温度曲线,并利用阿累尼乌斯方程对各渣样的曲线进行拟合计算可知2.3号渣的粘滞活化能最低(369.91kJ#mol),其余各渣样的粘滞活化能分布在387.77~517.86kJ#mol范围内。因此2.3号渣的粘度受温度的影响最小。

进一步从图7中观察可发现:2.3号渣与其他渣样相比具有更宽的低粘度温度范围。2.5号渣尽管在1500e时具有较低的粘度,但随着温度的降低明显升高,尤其是当渣温低于1450e时,粘度增加更为迅速,而2.3号渣的粘度仍保持较低值,增长速度较慢。因此从粘度的稳定性来考虑,2.3号渣具有优越性,更适用于实际的精炼工艺。

综合上述分析可知:46%CaO-39%Al2O3-5%Ce2O3-10%SiO2(质量分数)精炼渣不仅具有较低的熔化温度,而且具有较低的高温粘度值和较宽的低粘度稳定范围,在提高铝镇静钢中Al2O3夹杂吸收方面具有良好的生产适用性。此外,脱硫也是炉外精炼过程中的主要任务之一,此精炼渣具有较高的炉渣碱度(CaO/SiO2=4.6)、合理的CaO/A,-1

-1

-1[3]

炼渣获得良好的脱硫能力。

(式

(2))中的粘滞活化能来衡量。粘滞活化能越大,

(2)),T

3 结论

1.高温吹氩保护条件下,在真空碳管炉内制

备所得的CaO-Al2O3-Ce2O3三元渣及CaO-Al2O3-SiO2-Ce2O3四元渣中Ce均以正三价的形式稳定存在。

2.CaO-Al2O3-Ce2O3三元精炼渣的熔化温度范围为1465~1516e,熔化温度随着Ce2O3的增加呈先升高后下降的趋势;CaO-Al2O3-SiO2-Ce2O3四元精炼渣的熔化温度分布在1357~1366e范围,其值随着Ce2O3的增加变化很小,熔化性能好。

3.CaO-AlO2-Ce2O3四元精炼渣的粘度2O3-Si值(1500e)范围为0.289~0.497Pa#s,高温下具有良好的流动性。当渣中保持Ce2O3含量为5%不变时,粘度值(1500e)随着C/A值的增大呈先降低后升高的趋势;当保持C/A为1.8不变时,粘度值(1500e)随着Ce2O3含量的增加呈先增高后降低的趋势。

4.根据阿累尼乌斯方程对含Ce2O3四元渣的粘度~温度曲线进行拟合计算可知,46%CaO-39%Al2O3-5%Ce2O3-10%SiO2(质量分数)精炼渣的粘滞活化能最低,其粘度受温度影响小,低粘度温度范围宽,具有较好的生产实用性。然而其吸收Al2O3夹杂的效果还需通过渣钢平衡实验进一步研究。参考文献:

1Tairaiiaihiko,ori i式中L为粘度(Pa#s),L#s),$EL粘滞活0为常数(Pa

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龙鹄等含Ce2O3炼钢精炼渣熔化及流动特性的研究

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MeltingandFluidityPropertiesofRefiningSlagContainingCe2O3forSteelmaking

LongHu,ChengGuoguang,WuBin,WuYang(SchoolofMetallurgicalandEcologicalEngineer-ing,UniversityofScienceandTechnologyBeijing,Beijing100083,China)

Abstract:TheternaryandquaternaryrefiningslagscontainingCe2O3werepreparedinavacuumcarbontubefurnaceinthisresearch.ThephasedetectionofslagswasachievedwithX-raydiffractionanalysis.Themeltingtemperaturesandviscositiesweremeasuredwithameltingpointdetectorandaviscometertype(modelRTW-10),respectively.Theresultsshowedthatceriumwasstablein+3stateinrefiningslags.

ThemeltingtemperaturesofCaO-Al2O3-Ce2O3slagsweremeasuredintherangeof1465~1516e.ThemeltingtemperaturesandviscositiesofCaO-Al2O3-Ce2O3-SiO2refiningslagsweremeasuredintherangeof1348~1361ee),

respectively.

and01289~0.497Pa#s(1500The46%CaO-38%Al%2O3-5

Ce2O3-10%SiO2slagshowedgoodmeltingandfluidityproperties.

Keywords:Ce2O3containedrefiningslag;XRDanalysis;meltingtemperature;viscosity;rareearths