硅碳棒电炉渣的理化性质
炉渣沉降分离液态冰铜密度约为4.2-4.6g/m3,液态炉渣密度约为3.4-3.7g/m3,铜渣的沉降分离,就是利用冰铜与炉渣的密度差异,使之发生相对运动而分离的过程,硅碳棒电炉内的熔融体会分为上下两层。根据斯托克斯沉降公式近似分析:式中u是沉降速率;g是重力加速度;;r是铜梳直径;p铜梳比重;p。是炉渣比重;月是炉渣粘度。由式可以看出,贫化硅碳棒电炉中铜渣的沉降分离程度,与炉渣粘度呈负相关,因此,在实际生产中,炉渣的理化性质是决定渣含铜的关系控制点。
炉渣的熔点是固相与液相的共存平衡状态,下表为硅碳棒电炉渣中涉及的部分氧化物和复合氧化物熔点:硅碳棒电炉渣中氧化物熔点可以看出,氧化物的熔点都比较高,但在实际生产中,各氧化物之间形成混合形成复合氧化物,导致熔点降低。对于实际生产而言,炉渣粘度主要影响的是贫化硅碳棒电炉中铜的金属相和梳化相与炉渣澄清分离效果、热量从渣层至冰铜层以及炉底冻结区域的传热效率,以及炉渣排放的顺畅性,随着体系温度升高,铜渣粘度逐渐降低,当温度保持一致时,粘度主要取决于炉渣组分的构成。
炉渣成分对渣含铜的影响,硅碳棒电炉渣是一种典型的硅酸盐熔体,在高温熔融状态下,硅碳棒电炉渣的硅酸盐是一种复杂的网状结构,把硅酸盐的结构分为金属阳离子和聚合态阴离子两部分组成,碱离子及碱土离子主要对硅酸盐熔体结构的T-O-T键进行破坏,从而使桥氧变为非桥氧。而硅酸盐聚合阴离子态的基本单元是许多个硅氧四面体组成,即一个位于中心的正四价态s14+和四个负一价的O一离子分别以硅氧键(Si-O)相连,形成四面体构型。由两个硅氧四面体所共用的氧,形成sl-O-sl键,通常称为桥氧;由硅氧四面体和金属阳离子所共用的氧,形成Si-O-Me键,通常称为非桥氧;有两个金属离子连接氧,形成M-O-M键,通常称为自由氧。
在实际生产中,随着SiOz/Fe的升高,SiOz/Fe偏高可以近似理解为向硅碳棒电炉渣中加人过量的SiOz,当硅碳棒电炉渣中Si0:达到饱和状态后,其硅酸盐结构趋向于复杂化,硅碳棒电炉渣中的Si-O-Si键破坏离子(Caz+, Mgz十、Fez+等)对硅酸盐离子的破坏能力有限,同时桥氧的数量增多,硅酸盐结构越复杂。从表1、表2也可知,复杂硅酸盐往往熔点较高,这就导致硅碳棒电炉渣的熔点升高,粘度增大,硅碳棒电炉渣粘度上升,铜梳相的沉降分离阻力增大,导致铜颗粒滞留在渣层内,铜在渣中的损失增大,渣含铜上升不受控,排放顺畅性也就越差,往往需要保持更高的渣稳,才能维持炉渣具有足够的流动性,同时由于SiOz比重较低(2.2-2.6g/cm3),渣稳低的情况下,还易导致硅碳棒电炉渣表层结壳,影响人炉的铜渣混合熔体的澄清分离,下图即为炉渣中SiOz/Fe偏高情况下炉渣情况。http://www.zbqunqiang.cn/
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