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芬蘭Kibron專注表面張力儀測量技術(shù),快速精準測量動靜態(tài)表面張力

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Kibron表面張力儀研究燒結(jié)礦聚結(jié)行為

來源:Kibron 瀏覽 130 次 發(fā)布時間:2025-04-16

研究堿度和表面張力對燒結(jié)礦聚結(jié)行為的影響,對于優(yōu)化冶金工藝(如高爐冶煉)具有重要意義。Kibron表面張力儀作為一種高精度測量工具,可用于量化液相表面張力及其與堿度的關(guān)系,進而分析其對燒結(jié)礦聚結(jié)的作用機制。以下是系統(tǒng)的研究思路和分析框架:


1.研究背景與機理


燒結(jié)礦聚結(jié)行為:燒結(jié)過程中,礦物顆粒在高溫下形成液相,表面張力驅(qū)動顆粒聚結(jié)(coalescence),影響燒結(jié)礦的強度、孔隙率和還原性。


堿度(CaO/SiO?)的作用:堿度調(diào)節(jié)熔體的化學(xué)組成,改變液相黏度、表面張力及潤濕性,從而影響聚結(jié)動力學(xué)。


表面張力的影響:高表面張力促進液滴合并,但可能阻礙液相均勻鋪展;低表面張力則增強潤濕性,但可能導(dǎo)致過度孔隙。


2.實驗設(shè)計與方法


2.1樣品制備


模擬燒結(jié)礦體系:配制不同堿度(如1.0、1.5、2.0、2.5)的CaO-Fe?O?-SiO?-Al?O?混合料,模擬實際燒結(jié)礦成分。


高溫熔體制備:在可控氣氛爐中熔化樣品,淬冷后研磨成粉,用于表面張力測量。


2.2表面張力測量(Kibron表面張力儀)


技術(shù)選擇:采用Wilhelmy板法或最大氣泡壓力法(需根據(jù)熔體性質(zhì)選擇高溫適配模塊)。


條件控制:


溫度范圍:1300–1500°C(模擬燒結(jié)溫度)。


氣氛:惰性(Ar)或弱還原性(N?-CO混合氣體)。


數(shù)據(jù)采集:記錄不同堿度下熔體的表面張力(γ)隨時間的變化。


2.3聚結(jié)行為表征


高溫顯微鏡或燒結(jié)實驗:觀察液相形成與顆粒聚結(jié)過程,量化聚結(jié)速率、最終孔隙率等。


潤濕性分析:通過接觸角測量評估液相對固相顆粒的潤濕性。


3.關(guān)鍵數(shù)據(jù)分析


3.1表面張力與堿度的關(guān)系


預(yù)期趨勢:堿度升高可能導(dǎo)致表面張力先降低(因Ca2?降低熔體聚合度)后升高(高CaO增加離子強度)。


數(shù)據(jù)驗證:繪制γvs.CaO/SiO?曲線,結(jié)合文獻(如Slag Atlas)對比。


3.2聚結(jié)行為的關(guān)聯(lián)分析


表面張力vs.聚結(jié)速率:高γ可能加速液滴合并(如通過Vonnegut方程預(yù)測液滴聚結(jié)時間)。


潤濕性作用:低γ通常改善潤濕性,但需平衡黏度影響(如通過Washburn方程分析毛細滲透)。


4.機理討論


液相性質(zhì)協(xié)同效應(yīng):堿度通過改變?nèi)垠w結(jié)構(gòu)(如[SiO?]??網(wǎng)絡(luò)斷裂)影響γ和黏度,共同決定聚結(jié)動力學(xué)。


工藝優(yōu)化方向:


最佳堿度范圍:表面張力適中(如~400–500 mN/m),確保良好潤濕性與聚結(jié)效率。


避免過高堿度:可能導(dǎo)致γ過高,形成大孔洞,降低燒結(jié)礦強度。


5.應(yīng)用與驗證


工業(yè)數(shù)據(jù)對比:將實驗結(jié)果與鋼廠燒結(jié)礦性能數(shù)據(jù)(如轉(zhuǎn)鼓強度、RI指數(shù))關(guān)聯(lián)。


模型構(gòu)建:建立堿度-表面張力-聚結(jié)行為的經(jīng)驗或熱力學(xué)模型(如FactSage計算輔助)。


6.挑戰(zhàn)與解決方案


高溫測量難點:Kibron儀器的高溫校準、坩堝反應(yīng)性控制(建議使用鉑金坩堝)。


多因素耦合:需設(shè)計正交實驗分離堿度、溫度、氧分壓的影響。


結(jié)論


通過Kibron表面張力儀精確測定不同堿度下熔體的γ,結(jié)合聚結(jié)行為觀測,可明確堿度→表面張力→聚結(jié)的因果鏈,為燒結(jié)配礦提供理論依據(jù)。后續(xù)可擴展至多元渣系或動態(tài)燒結(jié)過程模擬。


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