国产日韩欧美一区二区三区三州_亚洲少妇熟女av_久久久久亚洲av国产精品_波多野结衣网站一区二区_亚洲欧美色片在线91_国产亚洲精品精品国产优播av_日本一区二区三区波多野结衣 _久久国产av不卡

?

富硼渣MgO-B2O3-SiO2-FeO體系表面張力計(jì)算

2017-10-14 04:20許繼芳陳棟翁文憑盛敏奇張捷宇呂凡
關(guān)鍵詞:熔渣表面張力氧化物

許繼芳,陳棟,翁文憑,盛敏奇,張捷宇,呂凡

?

富硼渣MgO-B2O3-SiO2-FeO體系表面張力計(jì)算

許繼芳1,陳棟1,翁文憑1,盛敏奇1,張捷宇2,呂凡1

(1. 蘇州大學(xué)沙鋼鋼鐵學(xué)院,江蘇蘇州,215021;2. 上海大學(xué)省部共建高品質(zhì)特殊鋼冶金與制備國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海,200072)

基于熔渣結(jié)構(gòu)離子與分子共存理論和Butler方程建立MgO-B2O3-SiO2-FeO體系表面張力計(jì)算模型,計(jì)算該體系及其子體系的表面張力,考察熔渣組元和溫度對(duì)表面張力的影響。研究結(jié)果表明:本模型計(jì)算的相關(guān)體系熔渣表面張力與文獻(xiàn)實(shí)驗(yàn)值吻合較好,模型平均相對(duì)誤差為11.85%。含B2O3體系熔渣中,B2O3組元能夠顯著降低熔渣表面張力,純氧化物表面張力與形成氧化物的陽離子靜電勢(shì)及氧化物中離子鍵分?jǐn)?shù)有關(guān)。MgO-B2O3-SiO2-FeO體系表面張力隨B2O3含量增加和溫度升高而顯著降低,隨著MgO/SiO2質(zhì)量比的增加而逐漸增大;當(dāng)B2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為17%~19%時(shí),表面張力隨FeO含量的變化規(guī)律發(fā)生改變,當(dāng)B2O3含量較低時(shí),熔渣表面張力隨著FeO含量的增加而增大,當(dāng)B2O3含量較高時(shí),表面張力隨著FeO含量的增加而降低。

MgO-B2O3-SiO2-FeO熔渣;B2O3含量;表面張力;共存理論;計(jì)算模型

我國(guó)硼鐵礦資源豐富,硼及其化合物應(yīng)用領(lǐng)域廣泛,開發(fā)利用硼鐵礦資源具有重要價(jià)值。富硼渣提硼是硼鐵礦“火法”路線綜合利用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[1],富硼渣主要由B2O3,MgO,SiO2和少量CaO和Al2O3組成,可看作MgO-B2O3-SiO2準(zhǔn)三元系[2]。富硼渣熔體物性對(duì)鐵硼分離提取具有顯著影響,其中表面張力對(duì)渣金反應(yīng)、渣鐵分離等過程具有決定作用[3]。硼鐵礦高爐鐵硼分離生產(chǎn)含硼生鐵及富硼渣過程中,少量Fe進(jìn)入熔渣中,渣中氧化鐵屬于表面非活性組分,可提高熔渣的表面張力,但渣中氧化鐵能在鋼液中存在,使熔渣與鋼液之間界面結(jié)構(gòu)趨于一致,降低表面質(zhì)點(diǎn)之間的失配,從而降低渣金界面張力,因此有必要開展含F(xiàn)eO多元渣系表面張力研究。目前有文獻(xiàn)測(cè)量了含硼渣的表面張力[4?10],但主要研究含B2O3連鑄保護(hù)渣[6?7]和硼酸鹽玻璃體系[8?10],MgO-B2O3-SiO2準(zhǔn)三元系的富硼渣體系熔渣表面張力研究較少。崔傳孟等[5]測(cè)量了低CaO含量和Al2O3含量的MgO-B2O3-SiO2- 6CaO-8Al2O3體系熔渣表面張力,研究了熔渣成分對(duì)表面張力的影響。鑒于熔渣表面張力測(cè)定的實(shí)驗(yàn)難度和成本,利用模型對(duì)多元熔渣體系表面張力進(jìn)行計(jì)算和預(yù)測(cè)是解決含硼渣基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)缺乏的有效途徑?;诒砻鎻埩utler方程,成國(guó)光等[11]依據(jù)熔渣結(jié)構(gòu)離子和分子共存理論中結(jié)構(gòu)的合理假設(shè),提出了一個(gè)熱力學(xué)模型計(jì)算熔渣的表面張力,該模型簡(jiǎn)單且適用性強(qiáng),在多組元熔渣體系表面張力計(jì)算中得到廣泛驗(yàn)證和推廣[12?13]。因此,本文作者基于含B2O3熔渣結(jié)構(gòu)的離子與分子共存理論和熔體表面張力Butler方程,建立MgO-B2O3-SiO2-FeO體系表面張力的計(jì)算模型,并將計(jì)算結(jié)果與對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)測(cè)量值進(jìn)行對(duì)比,以驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性;在此基礎(chǔ)上,計(jì)算1 873 K下MgO-B2O3-SiO2-FeO體系及其子體系的熔渣表面張力,研究熔渣成分與表面張力的關(guān)系,探索FeO含量對(duì)富硼渣表面張力的影響,以期為富硼渣調(diào)控、優(yōu)化提供參考。

1 MgO-B2O3-SiO2-FeO體系熔渣結(jié)構(gòu)單元的確定

熔渣結(jié)構(gòu)單元中離子、簡(jiǎn)單分子和復(fù)雜分子的確定是熔渣結(jié)構(gòu)離子與分子共存理論的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。B2O3-MgO二元體系相圖中確定存在3MgO·B2O3和2MgO·B2O3復(fù)雜化合物,但對(duì)是否存在MgO·B2O3以及MgO·2B2O3物相是否穩(wěn)定存在尚存爭(zhēng)議[14?16],本研究確定高溫下穩(wěn)定存在的主要物相為3MgO·B2O3和2MgO·B2O3。B2O3-FeO二元體系相圖中確定的主要物相為3FeO·B2O3,2FeO·B2O3和FeO·B2O3[4]。MgO-SiO2二元體系相圖中確定的主要物相為2MgO·SiO2和MgO·SiO2[4]。SiO2-FeO二元體系相圖中確定的主要物相為2FeO·SiO2和FeO·SiO2[4]。B2O3-SiO2和MgO-FeO二元體系相圖中無復(fù)雜化合物[4]。MgO-B2O3-SiO2三元體系相圖和MgO-SiO2-FeO三元體系相圖中不存在三元復(fù)雜化合物[4, 17?18]。MgO-B2O3-FeO三元體系、B2O3-SiO2-FeO體系和MgO-B2O3-SiO2-FeO四元體系相圖未有相關(guān)報(bào)道。綜上所述,本研究確定MgO-B2O3-SiO2-FeO體系熔渣中存在的結(jié)構(gòu)單元包括Mg2+,F(xiàn)e2+和O2?3種離子,B2O3和SiO22種簡(jiǎn)單分子以及上述9種復(fù)雜化合物分子。

2 MgO-B2O3-SiO2-FeO體系熔渣表面張力模型的建立

Butler方程通過化學(xué)勢(shì)和表面能推出表面張力與熱力學(xué)的關(guān)系,建立熔體表面張力計(jì)算模型。在本文表面張力計(jì)算模型中,主要假設(shè)如下:1) 熔渣表面相與體相都遵守熔渣結(jié)構(gòu)離子與分子共存理論,即組元結(jié)構(gòu)都由離子、分子和復(fù)合分子組成,熔渣表面相和體相中形成的復(fù)合分子都遵守反應(yīng)動(dòng)力學(xué)平衡和質(zhì)量守恒;2) 熔渣體相和表面相中各組元的質(zhì)量作用濃度和熔渣表面張力符合Butler方程:

式中:ipure為純組元(=MgO,B2O3,SiO2和FeO)的表面張力;A為純組元的摩爾表面積(A=·01/3·V2/3,其中為校正因子,熔渣中氧化物混合物通常設(shè)為1.091;0為阿伏伽德羅常數(shù),V為組元的摩爾體積);和分別為摩爾氣體常數(shù)和熱力學(xué)溫度;NSurf和NBulk分別為組元在表面和體內(nèi)的質(zhì)量作用濃度。

據(jù)熔渣離子與分子共存理論假設(shè)[19]及上述分析可確定MgO-B2O3-SiO2-FeO熔渣中存在的結(jié)構(gòu)單元。對(duì)于MgO-B2O3-SiO2-FeO體系,定義熔渣中成分分別為:1=∑MgO,2=∑FeO,1=∑B2O3和2=∑SiO2。結(jié)構(gòu)組元質(zhì)量作用濃度表示為:1=MgO,2=B2O3,3=SiO2,4=FeO,5=3MgO·B2O3,6=2MgO·B2O3,7=2MgO·SiO2,8=MgO·SiO2,9=3FeO·B2O3,10=2FeO·B2O3,11=FeO·B2O3,12=2FeO·SiO2和13=FeO·SiO2。所有結(jié)構(gòu)組元總平衡摩爾數(shù)可表示為∑n。MgO-B2O3-SiO2-FeO渣系中各組分的作用濃度表達(dá)式為:1=21/∑n,2=2/∑n,3=3/∑n,4=24/∑n。在1 623~1 873 K范圍內(nèi),渣系中各組元形成復(fù)雜分子的反應(yīng)式及其達(dá)到平衡時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)Gibbs自由能(以純物質(zhì)為標(biāo)準(zhǔn)態(tài))和質(zhì)量作用濃度表達(dá)式如表1所示,所有反應(yīng)的平衡常數(shù)KQ可通過KQ=exp(?GQ/())關(guān)系式進(jìn)行計(jì)算。

表1 MgO-B2O3-SiO2-FeO渣系中復(fù)雜分子的化學(xué)反應(yīng)及標(biāo)準(zhǔn)Gibbs自由能和質(zhì)量作用濃度的表達(dá)式

MgO-B2O3-SiO2-FeO體系中質(zhì)量平衡公式如下:

1=Sn·(0.51+35+26+27+8) (2)

2=Sn·(0.54+39+210+11+212+13) (3)

1=Sn·(2+5+6+9+10+11) (4)

2=Sn·(3+7+8+12+13) (5)

1+2+3+4+…+13=1 (6)

表1和式(2)~(6)是建立的計(jì)算MgO-B2O3-SiO2- FeO體系中結(jié)構(gòu)組元和離子對(duì)的作用濃度N的控制方程,其中5~13可由1~4表示。在一定溫度條件下,熔渣成分代入該方程組,經(jīng)過線性化處理后,采用迭代法即可計(jì)算出所有結(jié)構(gòu)組元和離子對(duì)的作用濃度。

對(duì)于MgO-B2O3-SiO2-FeO體系,根據(jù)Bulter方程,其表面張力可分別表示為:

(8)

(9)

通過本文模型計(jì)算出MgO-B2O3-SiO2-FeO體系表面張力,首先,基于熔渣結(jié)構(gòu)離子與分子共存理論,通過熔渣成分的摩爾分?jǐn)?shù)和熔渣結(jié)構(gòu)單元形成復(fù)合分子的化學(xué)平衡計(jì)算得出NBulk。然后,根據(jù)已知量NSurf,σpure和A,利用方程(6)~(8)可計(jì)算出和NSurf。MgO-B2O3-SiO2-FeO體系中σpure和A見表2和 表3[20?21]。

3 計(jì)算結(jié)果及討論

3.1 表面張力的計(jì)算值與文獻(xiàn)實(shí)測(cè)值對(duì)比

為了驗(yàn)證本模型計(jì)算結(jié)果的可靠性,需將計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。但MgO-B2O3-SiO2-FeO體系表面張力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)未見報(bào)道,只有相關(guān)的MgO-SiO2體系、SiO2-FeO體系、MgO-SiO2-FeO體系[4]及低CaO含量和Al2O3含量的MgO-B2O3-SiO2-6CaO-8Al2O3體系[5]的表面張力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的報(bào)道。本文計(jì)算了上述體系的表面張力計(jì)算值,并與文獻(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比,對(duì)比結(jié)果如圖1所示。本模型總的平均相對(duì)誤差約為11.85 %,熔渣表面張力的實(shí)驗(yàn)誤差為5%~10%,因此,本模型計(jì)算的熔渣表面張力與實(shí)驗(yàn)值基本吻合。其中MgO-SiO2體系的計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值較一致,MgO-B2O3-SiO2-6CaO-8Al2O3體系的計(jì)算值比實(shí)驗(yàn)值略大,這可能與本體系模型中未考慮CaO和Al2O3組元對(duì)表面張力的影響,而僅僅將CaO和Al2O3含量歸入MgO含量有關(guān)。由于CaO和Al2O3純物質(zhì)的表面張力偏大,因此,MgO-B2O3-SiO2熔渣中加入CaO和Al2O3組元將提高熔渣的表面張力[4]。SiO2-FeO體系和MgO-SiO2-FeO體系的表面張力計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值也有偏差,這可能與模型選取的FeO純物質(zhì)表面張力有關(guān),本模型FeO純物質(zhì)表面張力文獻(xiàn)值中未考慮熔渣氣氛對(duì)渣中Fe2+/Fe3+摩爾比的影響,而Fe2O3組分含量將影響熔渣表面張力。因此,模型參數(shù)的選擇和準(zhǔn)確的熔渣組元結(jié)構(gòu)決定模型計(jì)算結(jié)果精度。

圖1 MgO-B2O3-SiO2-FeO體系相關(guān)渣系表面張力計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的比較

3.2 含B2O3二元體系熔渣表面張力變化

采用本模型計(jì)算1 873 K下含B2O3二元體系熔渣表面張力,考察B2O3含量對(duì)熔渣表面張力的影響。MgO-B2O3體系中,1 873 K時(shí),在富MgO區(qū)(B2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)<28%),存在MgO相和液相的固液兩相區(qū)(液相II+MgO),在富B2O3區(qū)(B2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)>70%)存在兩液相不互溶區(qū)(液相I+液相II),且該區(qū)處于亞穩(wěn)態(tài),有關(guān)該亞穩(wěn)態(tài)區(qū),其邊界、體系熱力學(xué)性質(zhì)等研究尚不清楚,因此本文雖然計(jì)算了MgO-B2O3渣系全濃度范圍內(nèi)的表面張力變化情況,但僅B2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)在28%~70%范圍內(nèi)熔渣處于單一液相區(qū)(液相II)[22]。FeO-B2O3體系中,在富B2O3區(qū)同樣存在兩液相不互溶區(qū)。1 873 K時(shí),在富FeO區(qū)(B2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)<13%),存在FeO相和液相的固液兩相區(qū)(液相II+FeO),在富B2O3區(qū)(B2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)>69%)存在兩液相不互溶區(qū)(液相I+液相II),且該區(qū)處于亞穩(wěn)態(tài),因此本文雖然計(jì)算了FeO-B2O3渣系全濃度范圍內(nèi)的表面張力變化情況,但僅B2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)在13%~69%范圍內(nèi)熔渣處于單一液相區(qū)(液相II)[4];B2O3-SiO2體系中,熔渣液相區(qū)(液相)范圍比較大,僅富SiO2區(qū)(B2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)<3%)存在方英石相和液相的固液兩相區(qū)(液相+方英石相)[4]。含B2O3二元體系熔渣表面張力計(jì)算結(jié)果如圖2所示。結(jié)果表明,作為表面活性物質(zhì),B2O3組元能夠顯著降低熔渣表面張力。熔渣表面張力隨著B2O3含量的增加而顯著降低。MgO-B2O3體系和FeO-B2O3體系中,隨著酸性氧化物B2O3含量的增加,熔渣中陰離子結(jié)構(gòu)將復(fù)雜化,聚合程度提高,對(duì)陽離子的靜電引力減弱,從而降低了熔渣體系的表面張力[23]。B2O3-SiO2體系,B2O3對(duì)表面張力的降低作用,可能與硼氧陰離子團(tuán)與硅氧陰離子團(tuán)之間的差異有關(guān)[5]。

1—B2O3-FeO二元體系;2—B2O3-MgO二元體系;3—B2O3-SiO2二元體系。

純氧化物表面張力主要與其內(nèi)部離子間的鍵能有關(guān),由于O2?的半徑比陽離子半徑大,氧化物表面主要被O2?所占據(jù),表面張力的變化由表面O2?與鄰近陽離子的作用力決定。形成氧化物的離子的靜電勢(shì)(/)大,氧化物中離子鍵分?jǐn)?shù)越高,則氧化物的表面張力越大[24]。純組分氧化物靜電勢(shì)和離子鍵分?jǐn)?shù)如圖3所示[9]。純液態(tài)B2O3為表面活性物質(zhì),1 873 K時(shí)其表面張力約為0.104 N/m,僅為相同溫度下MgO,F(xiàn)eO和SiO2純物質(zhì)表面張力的1/6~1/3。Si4+和B3+雖然靜電勢(shì)很高,但其離子鍵分?jǐn)?shù)較低(<50%),易形成共價(jià)鍵高、靜電勢(shì)小的絡(luò)離子,從而其表面張力較小;Mg2+和Fe2+雖然靜電勢(shì)較小,但離子鍵分?jǐn)?shù)較高,從而具有較高的表面張力。

3.3 含B2O3三元體系熔渣表面張力

1 873 K時(shí)含B2O3三元體系等溫相圖及液相線如圖4所示。由于三元體系中存在的液?液相不互溶區(qū)的亞穩(wěn)態(tài)區(qū)域,且含B2O3多元體系物相關(guān)系及熱力學(xué)性質(zhì)的缺乏,相關(guān)相圖也需要進(jìn)一步優(yōu)化[17],因此,本文計(jì)算了1 873 K時(shí)含B2O3三元體系完全液相區(qū)內(nèi)熔渣表面張力,計(jì)算結(jié)果如圖4所示。結(jié)果表明,在MgO-B2O3-SiO2體系1 873 K完全液相區(qū)范圍內(nèi),熔渣表面張力在0.15~0.45 N/m范圍內(nèi);由于熔渣中FeO將擴(kuò)大熔渣液相區(qū)范圍,因此B2O3-SiO2-FeO體系 1 873 K完全液相區(qū)范圍比較大,熔渣表面張力在0.10~0.60 N/m范圍內(nèi)。在1 873 K完全液相區(qū)范圍內(nèi),隨著B2O3含量的增加,表面張力顯著降低;隨著SiO2含量、MgO含量和FeO含量的增加,熔渣表面張力逐漸增大,但MgO含量和FeO含量對(duì)表面張力的影響更加顯著。

3.4 MgO-B2O3-SiO2-FeO體系中組分含量對(duì)熔渣 表面張力的影響

采用本模型計(jì)算了1 873 K時(shí)MgO-B2O3-SiO2- FeO體系表面張力,考察溫度和組分含量對(duì)典型富硼渣表面張力的影響,計(jì)算結(jié)果如圖5所示。圖5(a)所示為渣中FeO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%和B2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%時(shí),熔渣表面張力與MgO/SiO2質(zhì)量比(1.0~2.5)和溫度(1 673~1 873 K)的關(guān)系。計(jì)算結(jié)果顯示,熔渣表面張力隨著MgO/SiO2質(zhì)量比的增加而逐漸增大,但變化的幅度逐漸降低;熔渣表面張力隨著溫度的增加而逐漸減小,且隨著MgO/SiO2質(zhì)量比的增加,溫度對(duì)表面張力的影響更加顯著。

(a) 離子鍵分?jǐn)?shù);(b) 陽離子靜電勢(shì)

(a) MgO-B2O3-SiO2體系;(b) B2O3-SiO2-FeO體系

圖5(b)所示為1 873 K時(shí)渣中MgO/SiO2質(zhì)量比為1.5時(shí),熔渣表面張力與FeO質(zhì)量分?jǐn)?shù)(1%~10%)和B2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)(分別為10%,15%,17%,18%,19%,20%和25%)的關(guān)系。結(jié)果顯示,B2O3含量的增加將改變表面張力與FeO含量的變化關(guān)系。當(dāng)B2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)<17%時(shí),熔渣表面張力隨著FeO含量的增加而增大,當(dāng)B2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)>19%時(shí),熔渣表面張力隨著FeO含量的增加而降低,且FeO含量對(duì)表面張力的影響不如B2O3含量對(duì)表面張力的影響顯著。1 873 K時(shí)純組分FeO的表面張力大于MgO,B2O3和SiO2純物質(zhì)表面張力,當(dāng)B2O3含量較少時(shí),熔渣表面張力隨著FeO含量的增加而增加;當(dāng)B2O3含量較大時(shí),熔渣表面張力則主要受B2O3含量變化的影響,且MgO/SiO2質(zhì)量比和B2O3含量恒定情況下,隨著熔渣中FeO含量的增加,B2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)增加,因此表面張力逐漸減少。

(a) 熔渣表面張力與MgO/SiO2質(zhì)量比和溫度的關(guān)系;(b) 熔渣表面張力與 FeO 質(zhì)量分?jǐn)?shù)和 B2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系

4 結(jié)論

1) 基于熔渣結(jié)構(gòu)的離子與分子共存理論和Butler方程建立了MgO-B2O3-SiO2-FeO體系表面張力計(jì)算模型,相關(guān)體系模型計(jì)算結(jié)果與文獻(xiàn)實(shí)驗(yàn)值吻合較好。

2) 含B2O3體系熔渣中,B2O3組元能夠顯著降低熔渣表面張力,純氧化物表面張力與形成氧化物的陽離子靜電勢(shì)及氧化物中離子鍵分?jǐn)?shù)有關(guān)。

3) MgO-B2O3-SiO2-FeO體系表面張力隨著B2O3含量增加和溫度升高而顯著降低,隨著MgO/SiO2比值的增加而逐漸增大。B2O3含量的增加將改變表面張力與FeO含量的變化關(guān)系,當(dāng)B2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)<17%時(shí),熔渣表面張力隨著FeO含量的增加而增大,當(dāng)B2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)>19%時(shí),熔渣表面張力隨著FeO含量的增加而降低。

[1] FU Xiaojiao, ZHAO Jiaqi, CHEN Shuangyin, et al. Comprehensive utilization of ludwigite ore based on metallizing reduction and magnetic separation[J]. J Iron Steel Res Int, 2015, 22: 672?680.

[2] SUI Zhitong, ZHANG Xianpeng, Yamauchi C. Precipitation selectivity of boron compounds from slags[J]. Acta Mater, 1999, 47: 1337?1344.

[3] MILLS K C, KEENE B J. Physical properties of BOS slags[J]. International Materials Reviews, 1987, 32(1/2): 1?120.

[4] Verein Deutscher Eisenhuttenleute. Slag atlas[M]. 2nd ed. Düsseldorf: Verlag Stahleisen GmbH, 1995: 50?88.

[5] 崔傳孟,徐秀光,張顯鵬,等. B2O3-MgO-SiO2-Al2O3-CaO系渣組成對(duì)熔體物性的影響[J].金屬學(xué)報(bào), 1996, 32(6): 637?641.CUI Chuanmeng, XU Xiuguang, ZHANG Xianpeng, et al. Effect of composition of B2O3-MgO-SiO2-Al2O3-CaO slag system on physical properties of melt[J]. Acta Metallurgica Sinica, 1996, 32(6): 637?641.

[6] YANG Lili, WANG Hongming, ZHU Xiang, et al. Effect of boron mud and CaF2on surface tension and density of CaO-SiO2-B2O3ternary slag systems[J]. J Iron Steel Res Int, 2014, 21(8): 745?748.

[7] KINGERY W D. Surface tension of some liquid oxides and their temperature coefficients[J]. J Am Ceram Soc, 1959, 42(1): 6?10.

[8] FUJINO S, HWANG C, MORINAGA K. Surface tension of PbO-B2O3and Bi2O3-B2O3glass melts[J]. Journal of Materials Science, 2005, 40(9/10): 2207?2212.

[9] HWANG C, RYUA B K, FUJINO S. Surface tension of bismuth borosilicate melts[J]. Thermochim Acta, 2012, 531: 70?74.

[10] 李建強(qiáng),張曉瑞,陸平. 低膨脹硼硅酸鹽玻璃熔體密度和表面張力測(cè)量[J].稀有金屬材料與工程, 2009, 38(S2): 792?794. LI Jianqiang, ZHANG Xiaorui, LU Ping. Surface tension and density of molten borosilicate glass measured by sessile drop method[J]. Rare Metal Materials and Engineering, 2009, 38(S2): 792?794.

[11] CHENG Guoguang, LIAO Nengbin. Calculation model for surface tension of slag melt[J]. J Iron Steel Res Int, 1999, 6(2): 17?20.

[12] 吳鋮川, 成國(guó)光, 馬琦琦. CaF2-CaO-Al2O3-MgO-SiO2渣系表面張力計(jì)算模型[J]. 上海金屬, 2014, 36(3): 33?36. WU Chenchuan, Cheng Guoguang, Ma Qiqi. Calculating model on the surface tension of CaF2-CaO-Al2O3-MgO-SiO2slag system[J]. Shanghai Metals, 2014, 36(3): 33?36.

[13] CHENG Guoguang, LIAO Nengbin. Calculation model for surface tension of slag melt[J]. T Nonferr Metal Soc, 1998, 8(3): 5?10.

[14] TOROPOV N A, KONOVALOV P F. Binary system magnesium oxide-boric anhydride[J]. Zhurnal Fizicheskoi Khimii, 1940, 14(3): 1103?1109.

[15] MIYAGAWA S, HIRANO S, SOMIYA S. Phase relations in the system MgO-B2O3and effects of boric oxide on grain growth of magnesia[J]. Journal of the Ceramic Association Japan, 1972, 80(2): 53?63.

[16] MUTLUER T, TIMUCIN M. Phase equilibria in the system MgO-B2O3[J]. J Am Ceram Soc, 1975, 58(5/6): 196?197.

[17] SUNKAR A S, MORITA K. Thermodynamic Properties of the MgO-BO1.5, CaO-BO1.5, SiO2-BO1.5, MgO-BO1.5-SiO2and CaO-BO1.5-SiO2slag systems at 1873K[J]. ISIJ Int, 2009, 49(11): 1649?1655.

[18] HUANG X M, ASANO K, FUJISAWA T, et al. Thermodynamic properties of the MgO-BO1.5-SiO2system at 1723K[J]. ISIJ Int, 1996, 36(11): 1360?1365.

[19] ZHANG Jian. The application of the law of mass action in combination with the coexistence theory of slag structure to the multicomponent slag systems[J]. Acta Metallurgica Sinica (English Edition), 2001, 14(3): 177?190.

[20] NAPOLITANO A, MACEDO P B, HAWKINS E. Viscosity and density of boron trioxide[J]. J Am Ceram Soc, 1965, 48(12): 613?616.

[21] NAKAMOTO M, KIYOSE A, TANAKA T, et al. Evaluation of the surface tension of ternary silicate melts containing Al2O3, CaO, FeO, MgO or MnO[J]. ISIJ Int, 2007, 47(11): 38?43.

[22] 王廣, 王靜松, 薛慶國(guó), 等. MgO-B2O3二元系熔渣質(zhì)量作用濃度計(jì)算模型[J]. 中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào), 2011, 21(12): 3144?3148. WANG Guang, WANG Jinsong, XUE Qinguo, et al. Mass action concentration calculation model for MgO-B2O3slag melt[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2011, 21(12): 3144?3148.

[23] MILLS K C. The influence of structure on the physico-chemical properties of slags[J]. ISIJ Int, 1993, 33(11): 148?155.

[24] DUFFY J A, INGRAM M D. An interpretation of glass chemistry in terms of the optical basicity concept[J]. Journal of Non-Crystalline Solids, 1976, 21(3): 373?410.

(編輯 趙俊)

Evaluation of surface tension for MgO-B2O3-SiO2-FeO boron-rich slag

XU Jifang1, CHEN Dong1, WENG Wenping1, SHENG Minqi1, ZHANG Jieyu2, Lü Fan1

(1. Shagang School of Iron and Steel, Soochow University, Suzhou 215021, China;2. State Key Laboratory of Advanced Special Steel, Shanghai University, Shanghai 200072, China)

Based on the coexistence theory of ions and molecules of molten melt structure and Butler’s equation, a thermodynamic model was developed to establish the surface tension of MgO-B2O3-SiO2-FeO system and its sub-system. The relationship between the composition and temperature and surface tension of molten slag was investigated. The results indicate that the calculated values for related systems show good agreements with the literature data, and the average error is about 11.85%. The surface tension of molten slag decreases with increasing the B2O3content significantly in molten slag binary system. The surface tension value of pure oxide is related to the electrostatic potential of cations and the ion bond percentage in oxide. The surface tension in MgO-B2O3-SiO2-FeO system decreases significantly with increasing temperature and the B2O3content, and increases with increasing the mass ratio of MgO to SiO2. While the B2O3content is 17%?19%, the trends that surface tension varied with the FeO content, are changed. When the B2O3content is low, surface tension of slag increases with the increase of the FeO content; when the B2O3content is high, the surface tension decreases with the increase of the FeO content.

MgO-B2O3-SiO2-FeO slag; B2O3content; surface tension; coexistence theory; calculating model

10.11817/j.issn.1672?7207.2017.06.001

TF01

A

1672?7207(2017)06?1413?07

2016?06?14;

2016?09?04

江蘇省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(BK20130308; BK20140337);國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(50874072; 51504155);中國(guó)博士后科學(xué)基金資助項(xiàng)目(2014M561710)(Projects(BK20130308; BK20140337) supported by the Natural Science Foundation of Jiangsu Province; Projects(50874072; 51504155) supported by the National Natural Science Foundation of China; Project(2014M561710) supported by the China Postdoctoral Science Foundation)

許繼芳,博士,副教授,從事資源綜合利用方面的研究;E-mail:xujifangsuda@163.com

猜你喜歡
熔渣表面張力氧化物
氧化物基耐火材料抗熔渣侵蝕研究進(jìn)展
固體氧化物電解池氧電極的研究進(jìn)展
浸漬涂布法制備陽極支撐型固體氧化物燃料電池的研究
相轉(zhuǎn)化法在固體氧化物燃料電池中的應(yīng)用
危險(xiǎn)廢物等離子熔融熔渣二次灰污染特征及資源化應(yīng)用潛力
神奇的表面張力
零重力下固體發(fā)動(dòng)機(jī)拖尾段熔渣排出機(jī)理研究①
神奇的表面張力
氧化物的類型歸納
表面張力