还原性气氛下含铌碱性CaO-SiO2基熔渣中铌氧化物组元热力学性质的研究

本项目研究还原性气氛下含铌碱性CaO-SiO2基熔渣中铌氧化物组元热力学性质。采用熔渣与铜铌合金液间的化学平衡法，研究熔渣中二氧化铌、五氧化二铌的活度；与氧分压、碱度、渣中铌总含量、氧化镁和氧化铝含量及温度的关系。为此还要预先研究：1）用相平衡加淬冷及随后的XRD、EDS、电子探针微区分析并辅以步冷曲线的热分析法研究还原气氛下铌氧化物在含铌碱性CaO-SiO2基熔渣中的溶解度及影响因素；2）还原气氛下，化学平衡法研究与二氧化铌饱和的熔渣平衡的铜铌合金液中铌的活度系数。为提高实验精度还测量与固体二氧化铌平衡的铜铌合金液中铌的活度系数。本项目的完成将提供含铌HSLA钢精炼所需且未见中、外报道的一系列熔渣热力学数据；并为含铌HSLA钢精炼过程工艺优化特别是钢中铌含量的优化控制提供基础数据和理论依据。有充分论据说明含铌HSLA钢特别是其中的微合金钢在今后较长一段时间是我国HSLA钢发展的重要方向。

本项目研究了还原性气氛下含铌碱性CaO-SiO2基熔渣中铌氧化物组元的热力学性质，获得如下结果。1）采用定比例CO/CO2混合气控制反应体系的氧分压，通过NbO2与Cu-Nb合金液间的平衡。测定了Nb在Cu-Nb合金液中的活度系数，得到了Nb在Cu-Nb合金液中的亨利常数与温度的关系。2）通过对高温平衡后淬冷试样进行扫描电镜（SEM）和电子探针微区分析（EPMA），测定了CaO-Al2O3-SiO2-“Nb2O5”(≤15%)系和CaO-Al2O3-SiO2-MgO(5-10%) -“Nb2O5”(5%)在1873K强还原性气氛下的相平衡关系。CaO-Al2O3-SiO2系的液相区加入Nb2O5后，原来的单一液相区变成了液相和2CaO•Al2O3•SiO2两相区、液相和CaO•Al2O3两相区及单一液相区；CaO-Al2O3-SiO2系的液相和CaO•2Al2O3共存区加入5% Nb2O5后，变成了单一液相区、液相和CaO•6Al2O3两相区以及液相、CaO•2Al2O3和2CaO•Al2O3•SiO2固溶体的三相区。在CaO-Al2O3-SiO2-MgO(5-10%)系中加入5% Nb2O5后，没有改变原来的相平衡关系，仅使得原体系的液相区扩大了。3）在1）和2）研究结果的基础上，采用Cu-Nb合金液与熔渣间的平衡，在不同气氛下测定了NbO2在熔渣中的活度和活度系数。发现氧分压对熔渣中铌氧化物的活度系数有显著的影响。当氧分压降低时，铌氧化物的活度系数急剧降低。碱度对熔渣中铌氧化物活度系数的影响为：当碱度大于2时，铌氧化物的活度系数随着碱度增大而增大；当碱度小于2时，铌氧化物的活度系数随着碱度的增大而减小。