含铅冶炼渣/含氟保护渣中易挥发性组分引起的性能测定偏差规律研究

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炉渣成分及物理化学性能对熔炼过程顺行、温度控制、界面反应及夹杂物的去除均具有重要影响。在对含铅、含氟炉渣进行熔点、粘度等性能测定时,整个测定过程在高温下进行,造成易挥发组分的大量挥发,导致最终测定的炉渣性能实际上并非对应设定的初始炉渣成分,对应的是已经变化了的炉渣成分。这类问题在含易挥发组元渣性能测定中普遍存在,目前尚缺乏有效的解决办法。为此,探讨造成含挥发组分炉渣性能测定偏差的原因,揭示含易挥发组元的挥发机制,并据此对渣组分和炉渣性能变化规律进行相应预测具有重要的理论意义和实际应用价值。本文以两种含易挥发组分渣(含铅渣、含氟保护渣)为研究对象。对其熔点、粘度性能测定中产生的偏差规律进行了研究。分析了引起渣物化性能测定偏差的主要原因,建立了含铅渣及含氟渣高温挥发动力学模型,揭示了其高温挥发规律;结合实验测定结果,建立了含铅渣和含氟保护渣的成分变化与其物化性能变化之间关系的预测模型。获得的主要研究结果如下:(1)借助高温TG热重分析仪建立了含铅渣和含氟保护渣高温挥发的非等温本征动力学模型。对含铅渣动力学研究表明:700℃1450℃温度段PbO挥发是造成铅渣成分变化及性能偏差的主因。含铅渣体系挥发符合最概然机理函数g(α)=1-(1-α)1/3,挥发反应机理为三维扩散,反应的限制性环节为PbO蒸气的扩散;对含氟保护渣动力学研究表明:800℃1450℃温度段体系中氟以NaF、SiF4形式逸出是导致含氟连铸保护渣成分变化和性能偏差主因。最概然机理函数的表达式为g(α)=[-ln(1-α)]2?3,体系中NaF、SiF4逸出后随机成核长大成为该过程的限制性环节。(2)对FeO/SiO2为1.61.8,Ca O/SiO2为0.40.6不同含铅量的炉渣和含CaF2+Na2O含量10%28.4%的含氟保护渣进行了挥发前后成分分析及物相分析。含铅20%的渣在700℃1450℃平均失重率为17.2%,这与化学分析Pb平均成分16.34%规律一致,挥发后物相分析表明,含Pb5Si3O11、Pb3Ca2Si3O11等物相均有不同程度的减少,而尖晶石、橄榄石、硅锌矿物相则相对增加。验证了PbO的挥发导致低熔点含铅硅酸盐物相减少,是造成渣性能偏差的缘由;对含氟连铸保护渣在800℃1500℃的平均失重率为3.98%,这与化学分析CaF2+Na2O平均成分结果规律相符。随着体系中NaF、SiF4的不断逸出,高温挥发后的主要物相为枪晶石、黄长石和硅灰石等。渣中易挥发组分的持续挥发导致体系中钠的霞石(NaAlSiO4)减少,析出的高熔点物质尖晶石、枪晶石等使得实际炉渣的熔点、粘度测定偏高。(3)熔点、粘度测定实验表明:含铅渣、含氟连铸保护渣的熔点、粘度测定的理论计算值与实验值存在很大的差距,且实验测定值高于理论计算值。不同PbO、FeO/SiO2,Ca O/SiO2渣组分条件下其熔点整体差值介于3℃193.14℃之间、粘度的Δη理论-实际介于0.0090.727Pa·S。不同CaF2含量保护渣的ΔT理论-实际介于73.2℃125.5℃、粘度的Δη理论-实际介于-0.3110.344Pa·S。不同Na2O含量保护渣的ΔT理论-实际介于73.2℃241.8℃、粘度的Δη理论-实际介于-0.0190.244Pa·S。在所获得的差距规律基础上,由挥发后校正的渣成分与性能建立预测对应关系从而得到准确的炉渣性能参数值,这种方法是可行的。(4)以实验数据为基础,对挥发后的渣PbO的、(CaF2+Na2O)含量的变化建立了BP神经网络预测模型。对两个体系预测结果的平均相对误差分别为1.53%、5.06%。由挥发后的渣成分对炉渣熔点、粘度的性能预测模型结果显示:含铅渣平均相对误差分别为0.16%和1.67%,含氟连铸保护渣平均相对误差分别为3.39%和6.25%。
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