碳饱和铁液与CaO—SiO2—TiO2系熔渣间TiO2的还原

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第14卷第4期化工冶金Vol14No．41993年11月EngineeringChemistry＆MetallurgyNov1993上仆{碳饱和铁液与CaO—SiO2．TiO2系熔渣间TiO2的还原f王大光李洪林(中国科学院化工j白盒研究所，北京1。008。)]F‘摘要实验研究了碳饱和铁液与CaO—SiO2TiO2((％TiO2)<18)系熔谴间(TiO2)的还原建度，同时考察了韧渣碱度、温度对(TiO~)还原速度的影响．研究结果表明：在本实验体系中，在韧渣喊度曰=

2、(％cao)／(％SiO2)=054～1．5范围内，随着碱度的升高，(Ti02)的还原速度加快，而温度的提高也能加快(TiO2)的还原建度建立了在该实验体系中(TiO2)被钱谴中的溶解碳还原的速度模型，模型考虑了还原反应产生的CO气泡逸出渣层时对渣屠产生的环流作用，实验数据与模型计算结果符台程度较好通过数学摸拟．得到了谖体系中(TiO2)被铁液中的溶解碳还原的两个重要参数：表观反应速度常数和Ti在渣铁坷的分配比．结果表明诙体系中(TiO2)的还原反应为表观二级反应．过程受渣中(Ti4+)的传质控制．表观反应速度常

3、数随着渣碱度或温度的升高而增大，反应表观活化能为66．60kcal／mo1．当碱度曰

4、强化(TiO2)的还原．孙海平【】3]等对CaO-SiO2Al2o3一TiO2四元系熔渣与碳饱和铁水间(Ti02)的还原速度研究表明，碱度B=(％cao)，(％siO2)对(Ti02)还原速度的影响并不完全如前所述，而是在B=I．0时(TiO2)的还原速度最小，．B<1．0，随着碱度的降低，或B>1．0时随着碱度的升高，(TiO2)的还原速度均将增大，文献[2】考察了碳饱和铁水还原(TiO2)时，铁液中【Ti】的浓度与渣中(TiO2)浓度、碱度、温度、铁液碳含量及时间的关系，回归结果表明，碱度对(TiO)还原速度

5、的影响具有双重性：当初国家自然科学基金与中国科学院联台资助项目本文于1992年1月18日收到，1992年3月15日收到修改稿维普资讯http://www.cqvip.com化工冶金l4卷渣中(TiO2)<25％时，随着渣碱度的提高，(TiO2)的还原速度增大；当初渣中(TiO2)>25％时，提高碱度反而降低(TiO2)的还原速度，显然．炉渣碱度对(TiO2)的还原速度具有较重要的影响．关于(TiO2)还原过程的限制性环节，文献【1,3】认为，(TiO2)的还原主要是受界面化学反应控制，反应后期，渣中(TiO2)的

6、传质对还原反应的影响有所加强，文献【2】则认为过程为渣相中(Ti)的扩散控制．应该指出，上述研究关于碱度对还原速度的影响的结论不尽一致，关于还原过程受界面化学反应控制，或受渣相扩散控制的结论都尚欠充足的证据，且对于CaO-SiO2-TiO2系熔渣中(TiO2)的还原研究仍不充分．因此，进一步探索(TiO2)在还原过程中的速度变化，特别是考察碱度、温度对还原速度的影响，明确还原过程的限制性环节，是有重要意义的．为此，本文在中频感应炉内采用石墨干埚，实验研究了碳饱和铁液与CaO—SiO2TiO2(％TiO2<18)系

7、熔渣闻(TiO2)的还原速度+2TiO2还原速度模型的推导在本实验体系中，(TiO2)被铁液中的溶解碳还原的反应方程式为(TiO2)+2[c】=【Ti】+2CO(1)按照一般多相反应的机理，(TiO2)的还原过程主要由下述环节组成：①(Ti)在渣中的传质；②【C】在铁液中的传质；③界面化学反应；④【Ti】在铁液中的传质；⑤反应产生的CO气泡的逸出．在本实验体系中，反应温度较高，且铁液处于碳饱和状态，铁液中初始(％Ti)含量为痕量．可以认为【Ti】、【C】在铁液中的传质及界面化学反应不会成为反应的限制性环节．而且，

8、在常压条件下，反应产生的CO气泡在稀薄渣层的停留时间很短，很快通过渣层进入炉气中，因此，它的逸出不会对反应过程的进行起重要的阻滞用．因此，假定(Ti4)在渣相中的传质为还原过程的限翩性环节，从而”一=htA(—)(2)坡照双膜传质理论．传质系数等于元素在渣中的扩散系数除以扩散边界层厚度．事实上，在还原反应过程中，由于反应过程中产生的CO气泡的逸出，对熔池必然产生搅拌作用，