同位素气体交换技术研究钢液、熔渣表面的吸/放氮反应动力学

According to the principle of isotope exchange reaction, isotope exchange technique can be used to determine rate constants accurately, and study the reaction process and analyze its mechanism under a chemical equilibrium state for the interfacial reactions. This method can avoid the effects of the change of chemical composition on some certain kinetic properties in reaction system. In this project, the interfacial reactions of nitrogen absorption and desorption on the surfaces of liquid steel and molten slags, the important fundamental reaction system in modern metallurgy, will be focused. The isotope gas of 30N2-N2 mixture containing 15N isotope gas will be used to measure the rate constants of nitrigen dissolution on the surface of liquid steel and slags by utilizing an online massspectrum, the effects of various factors, such as temperature, partial pressure of nitrogen, compositions of steel and slag, on rate constants will be also investigated, the reaction steps and the mechanism of this interfacial reaction will be analyzed. The results will provide the foundmental data and theoretical support for enchancing nitrogen removal processes, developing of new production processes. Also it is expected that some innovative results about the theory of interfacial reaction, isotope exchange reaction and the experimental testing technology are obtained.

同位素气体交换技术可以在反应体系处于化学平衡的条件下，利用同位素交换反应的原理，准确测定界面化学反应的速率常数，从而研究界面反应进行的过程并分析其机理。其中避免了由于化学组成变化而改变某些体系性质所带来的影响。本研究课题针对钢液和熔渣表面吸/放氮的界面反应这一现代冶金的重要基础反应体系，拟使用含有15N同位素气体的30N2-N2混合气体，利用气相质谱分析仪在线监测反应气体中同位素组成的变化，从而计算得到N2在钢液和熔渣界面的分解速率常数，并考察各种因素，包括反应温度、气体氮分压、钢液和炉渣组成等对反应速率常数的影响，分析该界面反应进行的步骤，以及不同因素影响的机理，建立能够统一描述各因素与反应速率常数关系的理论模型和数学模型，为强化钢液脱氮过程、开发新的冶炼生产工艺，提供准确的基础数据和理论支持。并可望在界面反应过程的理论、同位素交换反应的理论和实验测试技术等方面取得有创新性的成果。

同位素气体交换技术可以在反应体系处于化学平衡的条件下，利用同位素交换反应的原理，准确测定界面化学反应的速率常数，从而研究界面反应进行的过程并分析其机理。本项目针对钢液和熔渣表面吸/放氮的界面反应这一现代冶金的重要基础反应体系，使用了含有15N同位素气体的30N2-N2混合气体，利用气相质谱分析仪在线监测反应气体中同位素组成的变化，从而计算得到N2在钢液和熔渣界面的分解速率常数。项目考察了反应温度、气体组成、钢液和炉渣组成等对反应速率常数的影响，并结合常规动力学研究和分析方法对界面反应机理进行了讨论，为强化钢液脱氮过程、开发新的冶炼生产工艺，提供了基础数据和理论支持。同时，对同位素气体交换技术的实验理论和试验方法进行了优化和改进，有利于其进一步的更广泛的应用。