含硼炉渣导热系数的测定与研究

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇含硼炉渣导热系数的测定与研究范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

【摘 要】应用瞬态热线法导热系数测量装置，测定了含硼炉渣的导热系数。获得了导热系数与温度的关系，及组成对导热系数的影响。在低温区导热系数随着温度的升高而呈直线形式略有增加；在高温区导热系数随着温度的升高而迅速降低。在所研究的组成中，随着碱度R=CaO/SiO2的增加，含硼炉渣的导热系数减少；在碱度R=CaO/SiO不变时，随着MgO含量的增加，含硼炉渣的导热系数增加；随着B2O3含量的增加，导热系数呈现出不规则的变化。为提高含硼炉渣硼的提取率提供了基础数据和依据。

【关键词】含硼炉渣；瞬态热线法；导热系数的测定

【Abstract】The transient heat wire method was applied to measure the thermal conductivity of the boron-containing slag， and the relationship of thermal conductivity with temperature and composition was obtained. The thermal conductivity increased slightly with the elevation of temperature in the low temperature zone， the thermal conductivity decreased rapidly with the elevation of temperature in the high temperature zone. The thermal conductivity of the boron-containing slag decreased with the increase of R=CaO/SiO2. The thermal conductivity of the boron-containing slag increased with the increase of MgO content when R=CaO/SiO2 was constant. It provided basic data and reference for increasing rate of extraction of the B2O3 bearing slag.

【Key words】Boron-containing slag；Transient heat wire method；Measurement of the thermal conductivity

0 引言

含硼炉渣是将铁硼分离后得到的含有硼的高炉渣称为含硼硼渣。这种高温下得到的炉渣活性低，不宜作化工原料，导致大量资源被浪费。含硼炉渣的导热系数是控制含硼炉渣活性的关键参数。并且，含硼炉渣属于硅酸盐体系，通过其导热系数的测定，可以提供硅酸盐体系微观结构和相互作用的有用信息，有助于了解硅酸盐体系导热机理和发展硅酸盐体系理论。

目前，关于含硼渣导热系数热物性参数尚没有报道。本文根据线热源导热原理设计了瞬态热线法实验装置，并对含硼炉渣导热系数进行了测试研究，获得了含硼炉渣导热系数与温度的关系，研究了组成对导热系数的影响。为含硼炉渣应用提供了可靠的数据。

1 测量原理与装置

1.1 瞬态热线法测量原理

由图2可以观察到，渣样1、2、3的导热系数随着碱度R=CaO/SiO2的增加而减少。这是由于从网格形成的角度说，Si4+等阳离子是网格的形成者，而Ca2+、Mg2+等金属离子是网格的破坏者，也称网格修饰子。随着熔体中SiO2的增加，其中的桥氧增多，使由四面体形成的网格连接更加紧密，使导热系数增加，而将Ca2+引入熔体，则使网格的连接更加松散，导致导热系数降低。

虽然Mg2+金属离子是网格的破坏者，但由图3可以观察到，渣样2、6、7在碱度R=0.4保持不变时，导热系数随着MgO含量的增加反而增加。这是因为在本次研究的组成范围内，随着MgO含量的增加，导致熔渣黏度的增加[15]，从而使导热系数的增加[16]。

由以上的结论看出，在所研究的含硼炉渣的成分范围内，渣样的导热系数主要受到渣中Si4+、Ca2+、Mg2+含量的影响。通过改变渣中Ca2+、Si4+、Mg2+的含量，可以改善熔渣的导热系数，为提高含硼炉的活性提供数据。

3 结论

应用瞬态热线法在700-1600℃温度区间内，首次测量了MgO- B2O3-SiO2-Al2O3-CaO五元系富硼渣导热系数。并得到了含硼炉渣导热系数与温度关系，及在本实验研究的含硼炉渣组成范围内，组成对含硼炉渣导热系数的影响。为含硼炉改散含硼炉渣的活性提供了基础数据。

（1）在700-1600℃实验温度范围内，在低温区富硼渣导热系数随着温度的升高呈直线形式略有增加；在高温区热导率随着温度的升高而迅速降低。

（2）在所研究的渣系组成范围内，随着碱度R=CaO/SiO2的增加，使网络连接强度下降，导致网状结构紊乱，从而使声子的平均自由行程变短，导致富硼渣导热系数降低。

（3）在所研究的渣系组成范围内，R=0.4保持不变时，导热系数随着MgO含量的增加，导致熔渣黏度的增加，使声子传播比较容易，从而使导热系数随之增加。

（4）由于B2O3既是网络形成体，同时也是助熔剂，使其结构组成比较复杂，在本实验研究的富硼渣组成范围内，以及所研究的温度区间，随着B2O3含量的增加，导热系数变化呈现出不规则的变化。

【参考文献】

[1]战洪仁，刘素兰，樊占国.富硼渣冷却速率与活性关系的研究[J].东北大学学报：自然科学版，2007，28（11）：1604-1607.ZHAN Hong-ren， LIU Su-lan， FAN Zhan-guo. Research on the Relation of Cooling Rate and Leaching Ratio of Boron-rich Slags[J]. Northeastern University： Natural Science， 2007，28（11）：1604-1607.

[2]Toshikazu Sakuraya， Toshihiko Emi， Hiromchi Ohta， et al. Determination of Thermal Conductivity of Slag Melts by means of Modified Laser Flash Method[J].J.Japan Inst.Metals，1982，46（12）：1131-1138.

[3]Charles Kittel. Interpretation of Thermal Conductivity of Glasses[J]. Physical Review， 1948，75（30）： 972-974.

[4]S Nakamura， T Hibiya， F Yamamoto， et al. Measurement of the Thermal Conductivity of Molten InSb Under Microgravity[J]. International Journal of Thermophysics，1991，12（5）：783-790.

[5]永田和宏，佐匡裕，後藤和弘.、スラグ度[J].と，1983，11：1417-1424.Kazuhiro NAGATA， Masahiro SUSA， Kazuhiro S GOTO. Thermal Conductivity of Slags for Ironmaking and Steelmaking[J]. Tetsu-to-Hagane， 1983，11：1417-1424.

[6]M. V. Peralta-Martinez，M. J. Assae， M. J. Dix， L. Karagiannidis，and W. A. Wakeham. A Novel Instrument for the Measurement of the Thermal Conductivity of Molten Metals[J]. Part I：Instrument’s Description. International Journal of Thermophysics， 2006，27（2）：355-375.

[7]H.S. Carslaw， J.C. Jaeger： Conduction of Heat in Solids[M]. 2nd ed.，Oxford University Press， Oxford， United Kingdom， 1959：265-266.

[8]Debye，P.Vortr？ge über diw kinetische Theorie der Materie und Ekektrizit？t，Gottinger Wolfskehlvortrage[M].B.G.Teubner，Leipzig and Berlin，46，1941.

[9]奚同庚.无机材料热物性学[M].上海：上海科学技术出版社，1982，35. Xi Tonggeng. Thermophysical Properties of the Inorganic Materials[M]. Shanghai： Shanghai scientific & Technical Publishers， 35，1982.

[10]Kittel C. Interpretation of Thermal Conductivity of Glasses [J]. Physical Review， 1948，75（30）：972-974.

[11]Tian J， Shobu K. Hot-pressed AlN-Cu metal matrix composites and their thermal properties [J]. J Mater Sci， 2004，39：1309-1313.

[12]徐培苍，李如璧，孙建华，尤静林.硅酸盐熔体分子网络分数维值的高温拉曼光谱研究[J].光谱学与光谱分析，2003，23（4）：721-725.XU Pei-cang， LI R-ubi， SUN Jian-hua1， YOU Jing-lin. High Temperature Raman Spectroscopic Study of Molecular Network Fractional Dimension Value in the Silicate Melts[J]. Spectroscopy and Spectral Analysis，2003，23（4）：721-725.

[13]M. Hayashi， H. Ishii， M. Susa，et al. Effect of ionicity of nonbridging oxygen ions on thermal conductivity of molten alkali silicates[J]. Phys. Chem. Glasses， 2001，42（1）：6-11.

[14]R. Eriksson， M. Hayashi， and S. Seetharaman. Thermal Diffusivity Measurements of Liquid Silicate Melts[J]. International Journal of Thermophysics，2003，24（3）：787-797.

[15]催传孟，刘素兰，张显鹏，等.富硼渣黏度及熔化温度的研究[J].东北大学学报，1994，15（6）：623-627.Cui Chuanhao，Liu Sulan，Zhang Xianpeng et al. Determinations of Viscosity and Melting Point of Boron-Rich Slags[J]. Northeastern University： Natural Science，1994，15（6）：623-627.

[16]M.Hayashi，H.Ishii，M.Susa，H.Fukuyama， K.Nagata. Effect of ionicity of nonbridging oxygen ions on thermal conductivity of molten alkali silicates [J].Phys.Chem.Glasses，2001，42（1）：6-11.

[17]刘著，唐萍，文光华，祝明妹. B2O3 在稀土钢连铸保护渣中作用机制的研究[J].稀有金属，2006，30（4）：457-461.Liu Zhu ， Tang Ping， Wen Guanghua ， Zhu Mingmei. Research on Mechanism of B2O3 in Mold Powder during Continuous Casting of Rare Earth Steel[J]. CHINESE JOURNAL OF RARE METALS，2006，30（4）：457-461.