非均相含钛冶金熔渣流变特性及表征方法研究

以我国典型的气-固-液共存含钛高炉熔渣为研究对象，在现有冶金熔渣理论和实验研究基础上，采用流变学原理与冶金物理化学相结合、实验测量与理论分析相结合的研究方法，深入开展含钛熔渣流变特性及流变现象表征方法的实验研究，正确揭示并验证含钛熔渣的非牛顿流体特性。重点研究：具有内生和外来气固质点的非均相冶金熔渣的流变规律、非均相含钛熔渣非牛顿流体特性的实验表征、均相牛顿熔渣向非均相非牛顿熔渣的转变过程及影响因素，建立流变学本构方程，确定流变特性参数，判定其非牛顿流体类型，为深刻认识非均相含钛熔渣生成、演变的物理化学规律及其在冶金过程中的作用奠定理论和实验基础。该研究不仅对强化钒钛磁铁矿高炉冶炼具有重要理论和现实意义，而且对其它冶金高温熔体的形成与稳定也具有重要的理论指导和借鉴作用。

项目背景：钒钛磁铁矿在高温、强还原度的条件下，TiO2被还原成高熔点的TiC、TiN和其固溶体Ti(C,N)，形成了复杂的气-固-液三相，引起生产中的一系列问题，如铁损大、泡沫渣等。为了解决上述问题，有必要对非均相含钛熔渣的物理化学性质作细致的研究。主要研究内容：(1)TiC、TiN含量对含钛熔渣粘度的影响；(2)TiC、TiN含量对含钛熔渣溶化性温度的影响；(3)TiO2含量对含钛熔渣流变特性及本构方程的影响；(4)TiC含量对含钛熔渣流变特性及本构方程的影响；(5)煤粉含量对含钛熔渣流变特性及本构方程的影响；(6)煤粉粒度对含钛熔渣流变特性及本构方程的影响；(7)Cr2O3含量对含钛熔渣流变特性及本构方程的影响；(8)V2O5含量对含钛熔渣流变特性及本构方程的影响；(9)含钛熔渣的导电性；(10)含钛熔的渣剪切稀化现象；(11)含钛熔渣的触变特性；(12)含钛熔渣的电流变特性；(13)含钛熔渣的Weissenberg效应。关键数据：TiC含量低于4%时，粘度随温度的变化趋势平缓；当TiC含量达到8%时，随温度降低，粘度变大的速度增快。TiC含量从2%增加到8%时，熔渣的融化性温度从1385℃降低到1350℃；当TiN含量从2%增加到8%时， 熔渣溶化性温度从1385℃降低到1320℃。TiC含量大于4%时，熔渣内部出现屈服应力，熔渣为非牛顿流体；当煤粉含量大于4%时，熔渣为非牛顿流体；当Cr2O3、 V2O5含量为0.5%，温度小于1450℃时，熔渣为非牛顿流体。TiC含量为2%时，熔渣的电导率最低，继续增加TiC的含量，可提高炉渣的电导率。TiC含量大于4%时，熔渣具有明显的剪切稀化现象。TiC含量大于4%时，熔渣体系具有触变特性。TiC含量为8%时，熔渣具有电流变特性。TiC含量为0%、4%、8%时，熔渣均不具备Weissenberg效应。重要成果及科学意义:一是对含钛熔渣物理化学性质做了详细的研究，这些研究工作，对进一步系统、深化认识含钛熔渣的物理化学性质，具有重要的理论指导作用。二是通过自行改造实验设备和设计实验方案，对典型的非牛顿流体现象进行了表征和分析，这些表征和分析结果，进一步验证了含钛熔渣的非牛顿特性。三是验证含钛熔渣非牛顿现象所使用的设备、表征的方法对于其他相似的研究，有一定的借鉴作用。