New Search

Export article
Open Access

Surface tension of melts of СаО – SiO2 – Al2O3 – В2O3 system

A. A. Akberdin, A. S. Kim, R. B. Sultangaziev
Izvestiya. Ferrous Metallurgy , Volume 64; doi:10.17073/0368-0797-2021-1-38-45

Abstract: С использованием метода планирования эксперимента на симплексе изучено поверхностное натяжение расплавов системы СаО – SiO2 – Al2O3 – В2O3. Исследован локальный участок указанной системы, охватывающий процессы производства ферросилиция, силикохрома, цементного клинкера, керамики, стекла, ситталов и др. Содержание оксидов в нем составляло, % (по массе): 9,8 – 52,0 CaO; 0 – 70,4 SiO2 ; 0 – 51,5 Al2O3 и 0 – 20,0 B2O3. Создана математическая модель зависимости поверхностного натяжения от состава расплавов и построены диаграммы в виде сечений тетраэдра по В2O3. Найдено, что в базовой для металлургии системе СаО – SiO2 – Al2O3 расплавы с высоким значением поверхностного натяжения примыкают к бинарной стороне СаО – Al2O3 в районе кристаллизации алюминатов кальция, имеющих малые размеры, высокий заряд и сильную по этой причине связь с объемом расплава. С вводом SiO2 поверхностное натяжение расплавов падает из-за образования крупных алюмокремниевых образований типа [Al2Si2O8]2– , группировок Si2O76- ранкинита, кольцевого комплексного аниона [Si3O9]6– псевдоволластонита. Усложнение анионов за счет полимеризации ведет к падению поверхностного натяжения из-за уменьшения отношения заряда последних к радиусу и, следовательно, силы связи с катионами. Ввод борного ангидрида вызывает снижение поверхностного натяжения расплавов СаО – SiO2 – Al2O3 , что можно объяснить переходом бора при высоких температурах из четырех (BO45-) в трех (BO33-) координированное по кислороду состояние. Образовавшиеся плоские треугольники BO33- или комплексы с их участием слабо связаны с объемом расплава, вытесняются на поверхность и снижают поверхностное натяжение. В наибольшей мере это сказывается на основных алюминатных расплавах, чем на кислых. Последнее объяснено близостью капиллярной активности бор- и кремнекислородных анионов. Экспериментально с применением метода лежащей капли изучены поверхностные явления между продуктами доменной плавки титаномагнетитовых железных руд. Отмечено, что самые высокие силы сцепления (работа адгезии) имеют место между шлаком и греналью (чугун с повышенным содержанием титана и кремния), что и является причиной потерь металла на выпуске со шлаками при переработке таких руд. Загруженный в доменную печь бор (в виде природных руд) в восстановительных условиях перераспределяется между чугуном, греналью и шлаком. Опытами установлено, что присутствие бора в последних на уровне микроконцентраций снижает работу адгезии с 688 до 436 МН/м (на 37 %). Промышленными опытами показано, что это способствовало снижению потерь ценного ванадийсодержащего чугуна со шлаками в 1,2 – 1,5 раза при одновременном улучшении показателей плавки.

Share this article

Click here to see the statistics on "Izvestiya. Ferrous Metallurgy" .
Back to Top Top