CaO
%
CaO
% Ca2+ + O2-
MgO
%
MgO
% Mg2+ + O2-
MnO
%
MnO
% Mn2+ + O2-
FeO
%
FeO
% Fe2+ + O2-
Fe2O3 S iO2
%
2FeO1 5
% 2Fe3+ + 3O2-
%
S iO2
% Si4+ + 2O2-
Al2O3 P2O5
%
2AlO1 5
% 2Al3+ + 3O2-
( 3) 正规溶液中离子摩尔分数和化合物摩尔分
数为
AO 型氧化物: x ( A2+ ) = x ( AO) =
∃ ∃ n( A2+ )
=
n( AO) + n( AOn )
∃
n( AO)
n(AO) + ∃
, ( AO n)
AOn 型氧化物: x ( A2n+ ) = x ( AO n) =
∃ ∃ ∃ ∃ n(A2n+ )
1 r ( FeO) 的各种计算公式
1 1 分子理论模型
Suito 和 Inoue[ 2] 根 据 他 们 自 己 和 Winkler 与 Chipman[ 3] 所作的渣 金反应的实验结果, 对关于以 液态为标准态的氧化铁的活度系数作了计算, 所采
收稿日期: 2001- 05- 03 作者简介: 孙亚琴( 1966- ) , 女, 江苏如东人, 上海应用技术学院讲师
1 2 离子理论模型
炉渣的离子理论认为: 渣 金间的传氧实际上是 O2- 的传递 众多学者采用完全离子熔液理论把炉 渣成分和碱度对活度的影响首先表述为对 O2- 的影 响, 然后用氧阴离子的摩尔分数 x ( O2- ) 或 Flood 提 出的电当量离子分数 x∀( O2- ) 来定量描述 FetO 的
0 03w ( P2O5) + 1 01w ( Al2O3) ) + 2 053, 其中, w ( FetO) = w ( FeO) + w ( Fe2O3) .
据文献报道, 该分子模型对无 MnO 和 Al2O3 或
w (MnO) = 0 8% ~ 30% 或 w ( Al2O3) = 7% ~ 11% 的 BOF 渣均适用
离子的存在形式, 它只能较好地适用于高碱度氧化 渣; 马松模型只能计算 w ( SiO2) 50% 的 Mo SiO2 系 内的 MO 活度, 难以适用到三元渣系中 由此可见, 各种模型都存在一定的局限性, 因此有必要对各种 模型进行热力学评估, 从而找出一种在不同碱度范 围内比较适用的 r( FeO) 计算模型
=
n( AO) + n( AOn)
2n( A2On) n( AO) + n( AOn)
据文献介绍上述模型可适用于下列渣系:
FetO ( CaO + MgO ) ( SiO2 + P2O5 ) ; FetO CaO;
FetO CaO SiO2;
FetO Na2O ( SiO2+ P2O5) ; ( FetO + MnO ) ( CaO +
Key words: activity; activity coefficient; model Abstract: The variances between standard r ( FeO ) calculated with metal oxygen or ternary diagram and r ( FeO) calculated with all kinds of model were calculated by use of predecessors experimental data. The results show that the regular solution model and molecular theoretical model and the Gaye Model can be used to calculate activity coefficient of FeO in all range of basicity and the ionic theoretical modle can be used in high range of basicity.
MgO CaO 渣系与金属中含氧量之间的平衡关系为例
来阐述正规溶液模型, 在描述该平衡关系时, 其氧在 渣/ 金间的平衡反应为:
( 1) Fe( l) + [ O] = FeO( R. S) , G!= - 128 100+
57 997T ( J) ;
lg a( FeO( R. S) ) / a( [ O] ) = 6 707/ T - 3 036 5. 根据相互作用能:
准, 把各种模型计算出的氧化铁的活度系数跟它进行方差计算, 结果表明, 在整个碱度范围内, 可以用正 规溶液模型、
法国钢铁研究院模型、分子理论模型来计算氧化铁的活度系数, 而离子理论模型只在高碱度范围内比较适用
Thermodynamical evaluation of calculating formula for activity coefficient of iron oxide
都是完全离子熔液模型的代表, 他们均假设炉渣熔 体中有正离子 Fe2+ , Fe3+ , Ca2+ , Mg2+ Mn2+ , 负离子 有 SiO44- , PO34- , AlO33- , O2- , 炉渣中出现的离子数按 赫勒希门科和斯佩特的方法计算, 而离子分数按弗
鲁德的方法用电等价离子分数, FeO 的活度和活度 系数按上式计算
氧化铁活度系数 r ( FeO) 计算公式的 热力学评估
孙亚琴1 , 李远洲2
( 1 上海应用技术学院 材料工程系, 上海 200233; 2 上海东沪职业技术学 校, 上海 200000)
关键词: 活度; 活度系数; 模型
中图分类号: TF01
文 献标识码: A
摘 要: 运用前人的实验数据, 以根据钢中的氧计算的氧化铁的活度 系数和三元相图查 出的氧化铁的活度 系数为标
2 20
包头钢铁学院学报
2001 年 9 月 第 20 卷 第 3 期
用的反应式和热力学函数为:
Fe( l) + [ O] = FetO( l) ,
G!= - 116 100+ 48 79T ( J/ mol) ;
lg a( [ O] ) = lg r ( Fet O) + lg N ( FetO) -
2001 年 9 月 第 20 卷第 3 期
包头钢铁学院学报 Journal of Baotou University of Iron and Steel Technology
September, 2001 Vol.20, No.3
文章编号: 1004- 9762( 2001) 03- 0219- 04
1 3 正规溶液模型
自从 Lumsden[ 6] 提出正 规溶液模型后, Banya[ 7]
等人已经证实了它在一些渣系中使用非常有效 在
正规溶液中, 组元 i 的活度系数可由下列方程描述:
M i
=
RT lnri =
∃aijx2j +
∃ ∃ ( aiபைடு நூலகம் +
aik -
j
jk
ajk ) xjx k ,
式中, xj 为离子分数; aij 为组元 i 的相互作用能 现以代表炼钢渣主要成分 FeO Fe2O3 MnO SiO2
%
2PO1 5
% 2P5+ + 5O2-
( 2) 计算模型中各阳离子和各氧化物的摩尔数:
∃ n( AO) = n( CaO) + n( MgO) + n( MnO) +
n( FeO) + n( SiO2) ,
孙亚琴等: 氧化铁活度系数 r ( FeO) 计算公式的热力学评估
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∃ n( AOn ) = 2( n( Fe2O3) + n( Al2O3) + n( P2O5) ) .
氧化铁在炼钢中起着很重要的作用, 它影响着 石灰的熔化, 同时也影响着脱磷、脱硫反应的顺利进 行 在冶金反应热力学中, 氧化铁对各种反 应的影 响可以用它的活度来表示, 而活度的计算离不开其 活度系数 前人对氧化铁活度系数 r ( FeO) 的计算模 型有很 多, 但都 有 一定 的局 限 性 如 分 子理 论 模 型[ 1] 中包含着人为假设, 它没有解决平衡常数不守 衡的问题, 没有在平衡常数中引入活度系数, 无法解 释熔渣的电导性和可电解性等事实; 完全离子溶液 模型认为炉渣是一种理想溶液, 实际上炉渣是非理 想的, 经实验研究证实, 它只适用于 w ( SiO2) < 10% 的高碱度熔渣; 正规溶液模型没有考虑渣中复合阴
活度和活度系数
a( FetO) = a( Fe2+ ) a( O2- ) = r( Fe2+ ) x∀( Fe2+ ) # r ( O2- ) x∀( O2- ) = r ( FeO) x∀( Fe2+ ) x∀( O2- ) ,
r( FetO ) = f ( x∀( O2- ) ) . Guo[ 4] , Ishiguro, Okubo, Park[ 5] 等人的活 度系数模 型
MgO) SiO2, 式中, 组元的摩尔分数< 5% 者可忽略不计, 适用于 a( FetO) < 0 7 或 x ( FetO ) < 0 7, 用上式计算的[ O ] 与实测值比精度为 & 10%