CN105445138A - 一种含挥发组元炉渣的炉渣实际成分性能检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种含挥发组元炉渣的炉渣实际成分性能检测方法。所涉及的方法包括：进行炉渣性能检测，得到炉渣性能参数，所述炉渣性能参数包括熔点、密度、粘度、表面张力、导电性、导热性；进行热重测定，得到炉渣失重过程；所述热重测定条件与炉渣性能检测条件相同；根据炉渣原始成分确定炉渣在性能检测过程的挥发组元或/和挥发模型；结合炉渣失重过程和挥发组元或/和挥发模型，计算得到炉渣性能检测时的炉渣实际成分；所述炉渣性能参数为炉渣实际成分的性能参数。本发明的检测方法可以有效地解决含挥发组元炉渣性能检测不准确的问题，使得炉渣性能测定结果更加准确，更具参考价值。

Description

一种含挥发组元炉渣的炉渣实际成分性能检测方法

技术领域

本发明涉及火法冶金中含挥发组元的炉渣高温性能检测，包括含氟炉渣、高铅渣、含锌炉渣等，利用本专利提供的方法可以获得更加准确的炉渣性能参数值。本方法也可推广应用到含挥发组元的合金性能测定。

背景技术

炉渣性能控制火法冶炼过程控制的重要方面，如在钢铁冶炼中，就有“炼钢就是炼渣”之说。因此，获得尽可能准确的冶金炉渣性能数据对火法冶炼工艺的顺利进行及其工艺优化等具有重要意义。除部分炉渣本身含有易挥发组元(如高铅渣、含锌炉渣等)，为了满足冶炼的特殊要求，氟化物经常被作为炉渣的添加物。在加热过程中，氧化铅、锌、氟化物等易于挥发，使得炉渣成分实际上处于不断的变化之中，导致炉渣性能测定误差(或称为测不准)，包括炉渣熔点、密度、粘度、导电性、导热性、表面张力等。相关测定方法如表1所示。

表1冶金炉渣性能的主要测定方法

在上述炉渣性能的测定中，炉渣都要经历升温和保持过程。首先采用固态化学试剂纯的物料配制炉渣(也有采用预熔炉渣)，炉渣成分也由此确定；然后压块、升温、熔化，再进行性能测定，整个测定周期在高温段需停留数小时以上。如果炉渣中存在高温易挥发组元，在测定过程中这些组元会持续性挥发，导致炉渣成分的连续变化，测定的数据实际上已经不是炉渣原始成分对应的数据(而现行炉渣性能测定只能以原始渣成分作为对应炉渣，其准确性受到影响)。高温停留时间越长，这一影响越显著。因此，如何能获得更加准确的炉渣性能参数，是一个亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术的缺陷或不足，本发明的目的在于提供一种含挥发组元炉渣的炉渣实际成分性能检测方法。

为此，本发明提供的含挥发组元炉渣的炉渣实际成分性能检测方法：

进行炉渣性能检测，得到炉渣性能参数，所述炉渣性能参数包括熔点、密度、粘度、表面张力、导电性、导热性；

进行热重测定，得到炉渣失重过程；所述热重测定条件与炉渣性能检测条件相同；

根据炉渣原始成分确定炉渣在性能检测过程的挥发组元或/和挥发模型；

结合炉渣失重过程和挥发组元或/和挥发模型，计算得到炉渣性能检测时的炉渣实际成分；

所述炉渣性能参数为炉渣实际成分的性能参数。

可选的，采用差热/热重结合的方式对炉渣熔点进行测定同时得到炉渣失重过程。

本发明的有益效果是：

本发明的检测方法可以有效地解决含挥发组元炉渣性能检测不准确的问题，使得炉渣性能测定结果更加准确，更具参考价值。

附图说明

图1为实施例2中高铅渣渣样热重与差热曲线。

图2为实施例3中升温速率为10℃/min时70％CaF₂-30％Al₂O₃渣系的TG和DSC曲线；

图3为实施例3中氟化物挥发反应的拟合TG曲线与实验TG曲线。

具体实施方式

对炉渣中存在易挥发组元的炉渣，采用表1中的测定方法对炉渣性能测定结果作为原始炉渣(按照一定成分配比配制的炉渣)对应的性能是不准确的。本发明是在对炉渣挥发机制进行研究的基础上提出来的。本发明实际上包含两个方面：

(1)提出了一种修正方法，具体内容包括：在进行炉渣物化性能测定之前(或测定之后)，热重装置测定了炉渣的失重过程。热重测定条件尽可能和炉渣性能测定过程一致，包括升温曲线、保温时间、气氛条件等；结合炉渣高温条件下的失重机制，确定挥发组元或/和挥发模型；利用失重检测结果和挥发机制模型，计算得到炉渣性能检测时的炉渣实际成分(有别于配制炉渣原始成分，应为组元挥发等炉渣成分已经发生了变化)；以实际炉渣成分对应测定得到的炉渣物化性能数据。本发明的方法是一种测定炉渣性能，然后按照测定性能过程的炉渣成分变化，计算得到实际炉渣成分，以测得的炉渣性能参数作为对应的实际炉渣成分的性能参数的方法。

(2)对炉渣熔点测定如果采用差热和热重分析，可以参照同样的方法处理。

本发明可适用于背景技术部分表1所示的各种冶金炉渣性能测定。

以下是发明人提供的具体实施例，以对本发明的技术方案作进一步解释说明。

实施例1：

含氧化钠的脱磷渣，炉渣基础组成、熔点及失重测定结果如表2所示。试样中氧化钠采用碳酸钠方式配入，熔点采用半球点熔点测定法，失重采用试样放入坩埚，悬挂加热，连续测定其重量变化的方法。

按照相关研究，800℃以上的失重部分，主要由氧化钠挥发引起。以此折算得到氧化钠挥发后的炉渣成分如表3所示。也就是说，表3中修正后的炉渣成分才是测得熔点对应的炉渣真实成分。

表2不同脱磷炉渣成分(％wt，质量百分数)、熔点及失重测定结果

同理，在测定炉渣粘度的试验中，采用同样的升温和温度保持时间，测定炉渣的失重，修正后得到心的炉渣成分，以此成分与测定的炉渣粘度值对应。

炉渣密度、导电性、导热性、表面张力等是测定方法与此类同。

实施例2：

在高铅渣还原过程中，随着炉渣中氧化铅及氧化锌含量的变化，炉渣成分会不断变化，进而炉渣性能也处于不断的变化之中。了解炉渣的性能对过程控制十分重要。

对高铅渣的还原过程，如果氧化锌、氧化钙、二氧化硅和氧化亚铁物质量保持不变，则炉渣成分会随氧化铅的还原会出现表4所示的变化。利用热重-差热装置对试样进行分析，结果如图1所示。并对各个温度范围内失重率进行测算，分析结果如表5所示。

表4配制的不同铅还原程度的炉渣成分(％wt，质量百分数)

经分析，认为炉渣的失重主要为氧化铅挥发，由此计算得到失重后的炉渣组成如表6所示。也就是说在DSC曲线上的熔点不再是表4所示炉渣的熔点，而应是表6中对应炉渣成分的熔点。

表6修正后的炉渣成分及熔点

实施例3

电渣重熔用ANF-6渣，具体成分为70％CaF₂-30％Al₂O₃。

实验所用试样均为分析纯的CaF₂及Al₂O₃，所用设备为德国耐驰(STA)449c同步热分析仪。整个实验过程在高纯氮气气氛保护下进行，保护气流量为20ml/min，吹扫气流量则为50ml/min，温度上限为1450℃，采用程序升温法以10℃/min加热试样，采集TG以及DSC曲线，图2所示。

如图2所示，在1410℃吸热峰是炉渣熔化过程的吸热峰，全熔温度在1420左右。半球点熔点测定值为1418℃，与差热方法测定值一致。

利用反应机理函数G(α)，对ln[G(α)/T^1.894661]与1/T的关系曲线做直线拟合，拟合效果见表7。其中，

$G\left(\mathrm{\α}\right)={\∫}_0^{\mathrm{\α}}f{\left(\mathrm{\α}\right)}^{-1}d\mathrm{\α}=\frac{A}{\mathrm{\β}}{\∫}_0^T{e}^{-\frac{E}{RT}}dT$

式中：

T—开氏温度，K；

R―气体常数，R＝8.314J/mol^-1K^-1

α―反应转化百分比，单位为％；

β―升温速率，单位为℃·min^-1；

f(α)—氟化物挥发的机理函数；

A―表观指前因子；

E—直线斜率求取表观活化能。

表7得到的反应级数与反应机理拟合函数

注：Y表示ln[G(α)/T^1.894661]，X表示1/T。利用得到的反应机理函数计算值与相关实验数据吻合良好(见图3)。

测定原始成分为70％CaF₂-30％Al₂O₃的炉渣的参数时，得到其熔点为1418℃。可先根据表7推导的动力学模型计算出1420℃时炉渣重量是1100℃时炉渣重量的96.8％，按挥发成分全部为CaF₂计算，可知1420℃时炉渣修正成分为69％CaF₂-31％Al₂O₃，也就是说，1420℃实为炉渣成分为69％CaF₂-31％Al₂O₃的熔点而非70％CaF₂-30％Al₂O₃炉渣的熔点。

Claims (2)

1.一种含挥发组元炉渣的炉渣实际成分性能检测方法，其特征在于，方法包括：

进行炉渣性能检测，得到炉渣性能参数，所述炉渣性能参数包括熔点、密度、粘度、表面张力、导电性、导热性；

进行热重测定，得到炉渣失重过程；所述热重测定条件与炉渣性能检测条件相同；

根据炉渣原始成分确定炉渣在性能检测过程的挥发组元、挥发模型或挥发组元和挥发模型；

根据发组元、挥发模型或挥发组元和挥发模型以及炉渣失重过程，计算得到炉渣性能检测时的炉渣实际成分；

所述炉渣性能参数为炉渣实际成分的性能参数。

2.如权利要求1所述的含挥发组元炉渣的炉渣实际成分性能检测方法，其特征在于，采用差热热重结合的方式对炉渣熔点进行测定同时得到炉渣失重过程。