《熔渣中Cr的價態變化及其對熔體物性的影響規律》是依託北京科技大學，由王麗君擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：熔渣中Cr的價態變化及其對熔體物性的影響規律
- 依託單位：北京科技大學
- 項目負責人：王麗君
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
在不鏽鋼的生產過程中，對Cr元素的高效利用和有效回收是關係不鏽鋼可持續發展的關鍵性問題。其中Cr在熔渣中的價態變化是解決上述問題的基礎和難點。本項目將採用氣/渣平衡實驗和克努森池-高溫質譜相結合的方法，對含Cr的不鏽鋼熔渣體系進行研究。揭示出巨觀因素對Cr在不鏽鋼冶煉渣中價態變化的影響規律，如溫度、氧分壓以及熔渣化學組元等，最終完善預報模型，為不鏽鋼各冶煉環節中Cr含量的控制提供理論依據。 同時，通過含Cr渣熔體粘度和硫容量的研究，揭示Cr價態變化對巨觀物性的影響，並從熔體結構方面給予機理解釋。高熔點是傳統研究含Cr熔渣的主要困難，本研究將克努森池與高溫質譜聯合，通過研究不鏽鋼熔渣的揮發過程來獲得Cr在熔渣相中的Cr2+/Cr3+，獲得的研究成果將為熔渣中其他過渡族元素，如V，Mn，Ti等的價態變化提供有益嘗試。
結題摘要
本項目從Cr元素的價態、含Cr熔渣的粘度及硫容量等多方面對CaO-MgO-SiO2-Al2O3-CrOx體系進行了系統的物理化學研究: （1）採用採用氣/渣平衡方法，藉助XPS研究了MgO和Al2O3對於CaO-SiO2-CrOx體系在1600 oC氧分壓為6.89×10-4Pa條件下熔渣中Cr元素價態的影響。 結果表明，隨著MgO和Al2O3含量的增加，Cr2+/Cr3+比例增加，並趨於穩定。基於上述結果修正了Cr2+/Cr3+價態預報模型。（2）採用旋轉柱體法考察了在1340oC~1520 oC下對CaO-MgO-SiO2-Al2O3-CrOx熔體的粘度。隨著溫度的降低和CrOx含量增加，體系粘度逐漸增大，活化能範圍為188kJ/mol~257kJ/mol；當CrOx含量低於5%時，隨著鹼度的增加，體系的粘度逐漸降低，當CrOx含量為7%時，體系粘度隨著鹼度的增加呈先降低後升高的趨勢。（3）採用氣渣平衡法測定了上述體系在1500 oC-1650oC的硫容量。隨著鹼度的增加，溫度的升高，硫容量增加，logCS與溫度的倒數呈現線性關係，渣中鉻氧化物會導致體系脫硫焓變的增加。CrOx含量為0~5%時，硫容量呈現增加趨勢，而繼續升高到7%時，硫容量下降降。 對其結構進行了Raman檢測和表征，隨著鹼度的增加，熔渣出現明顯的解聚；鉻氧化物含量為0~5%時，熔渣先解聚，之後解聚程度降低。熔渣結構的變化與硫容量的變化相對應，並利用兩個參數進行了結構與熔渣硫容量的探討。（4）套用質量三角形模型對熔渣硫容量的預報，構建偽三元系得出了局部互溶區內部的變化趨勢，驗證點平均誤差為3.46%；離散點的計算平均誤差為0.66%，是比較便捷可靠的計算模型。（5）採用氣渣平衡方法研究了上述體系的部分相平衡關係。在1600oC，氧分壓為6.89×10-4Pa條件下，MgO大於10%時，體系平衡相為CaMgSi2O6，提高鹼度出現MgCr2O4相；當Al2O3大於20%時，穩定相為Ca2Al2SiO7，提高CrOx含量則有Al2SiO5相出現。（6）通過克努森-高溫質譜法鑑定Cr價態的基礎上，探索了對含V熔渣的適用性和可行性，並建並建立了還原性氣氛下含V熔渣價態預報模型，為其他過渡金屬元素在熔渣中的行為具有非常重要的指導意義。
