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渣金界面和相問反應研究綜述
高溫冶金過程大多是相問反應,包括有氣一固、氣一液、液一固、液一液和
氣一液一固等界面的傳輸和反應。相問反應往往是整個反應器內總反應過程反應
最慢的環(huán)節(jié)或控制環(huán)節(jié),是冶金過程重要的單元反應之一。
以鋼包冶金為例,鋼包精煉過程包括的相體系,有噴嘴上方的兩相區(qū)(氣
一液)、噴粉時有因固態(tài)粉粒加入而出現的固相,它與氣體和鋼液都可能接觸,
因而產生氣一固和液一固反應,渣一鋼界面屬液一液接觸界面,是影響精煉效果
最大的反應地區(qū)。大家知道,在鋼包噴吹精煉下,鋼液的脫硫速度比轉爐、電爐
和平爐爐內脫硫速度快幾十倍,而脫硫產物必須經過渣一鋼界面去除。一些企業(yè)
曾經報道,經噴吹處理的成品鋼中出現尺寸大于100μm與頂渣成分接近的夾雜
物,這可能是頂渣經液-液界面卷入所致等。這些現象都應該與界面反應條件有
關。因此,界面反應的研究是噴射冶金和鋼包精煉的重要課題之一。
為測定渣金界面的反應速度,我們在現場試驗中,故意向頂渣一次加入足夠
量氧化劑,然后按每分鐘3~5個樣的速度快速取鋼和渣樣分析。處理所得數據,
按質量傳遞原理計算氧由鋼到渣和氧由渣到鋼的傳遞速度常數,然后建立反應過
程中鋼液總氧量的變化方程。
實驗發(fā)現,氧由渣傳到鋼的速度是反向傳遞(即由鋼到渣)速度的4~17
倍。這說明了爐后包內頂渣質量對鋼包精煉效果的重要作用。少量不合格的爐內
渣混入,即可嚴重影響精煉效果,甚至使精煉操作前功盡棄。硫和氧的理化性能
相近,因此渣金界面硫的行為與氧相似。由于這項試驗是在真實鋼包內正常噴吹
攪拌下進行的,其結果可以直接用于說明生產條件下其他容量鋼包的噴吹過程。
研究結果說明:(1)噴吹攪拌是一種十分有效的精煉鋼包鋼液的方法,渣鋼
界面反應的速度很大;(2)在界面處于足夠強烈的攪拌下,由渣層向鋼液的傳質
速率大于其逆向傳遞,因此,鋼包精煉中必須選擇物化性質合格的頂渣;(3)在頂
渣成分合格和攪拌操作正常條件下,鋼中氧和硫可在幾分鐘內迅速下降到很低值。
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