Application of the Regular Solution Model for the Equilibrium of Distribution of Oxygen Between Liquid Iron and Steelmaking Slags

Abstract

Two series of measurements have been made to clarify the physical chemistry of liquid slags containing iron oxide. The first is the study of chemical equilibrium between H2/H2O gas mixture and liquid slag contained in solid iron crucible for Fe t O-M x O y (M x O y = CaO, SiO2, TiO2, P2O2 and Al2O2) binary systems at 1673 K. The second is the measurements of oxygen distribution between liquid iron and liquid slag saturated with MgO for Fe t O-SiO2-MgO ternary and Fe t O-SiO2-CaO-MgO quaternary systems at 1823–1923 K. The effects of slag constituents on the activity of iron oxide and ferrous-ferric equilibrium in the slag have been clarified from the results obtained. In view of ionic theory, the approximate validity of regular solution model for cations was examined to formulate the thermodynamic properties of these slag systems. It was confirmed that the regular solution model was satisfied for the wide range of slag composition over the basic slags to acidic slags. The values of interaction energy between cations concerning to steelmaking slags have been determined from the present experimental results. The oxygen content in the liquid iron in equilibrium with the steelmaking slags can be evaluated within the accuracy of ± 10% by applying the values of interaction energy to the equation of regular solution model. Résumé Deux séries de mesures ont été faites pour clarifier la chimie physique des scories liquides contenant de l'oxyde de fer. La première est l'etude des équilibres chimiques entre des mélanges de gaz H2 -H2O et la scorie liquide contenus dans un creuset de fer pour l' équilibre binaire Fe t O-MxOy (MxOy = CaO, SiO2, TiO2, P2O5 et Al2O5). La seconde est la mesure de la distribution de l'oxygène entre le fer liquide et la scorie liquide saturee avec MgO pour les systèmes ternaire: F t O-SiO2-MgO, et quaternaire: Fe t O-SiO2, CaO, MgO entre 1823 et 1923 K. Les efIets des constituants de la scorie sur l'activité de l'oxyde de fer et de l' équilibre ferrique-ferreux dans la scorie ont été clarifiés à partir des résultats obtenus. A la vue de la théorie ionique, la validité approximative de modèles de la solution régulière pour les cations a été examinée en vue de formuler les propriétés thermodynamiques de ces systèmes de scorie. Il a été confirmé que le modèle de solution réguliere a été satisfait pour une large proportion de la composition de la scorie allant des scories basiques aux acides. Les valeurs de l'énergie d'interaction entre les cations entrant dans la scories d'acierage ont été déterminées à partir des résultats expérimentaux présentés. Le contenu en oxygène du fer liquid en équilibre avec les scories de l'aciérage peut étre évalué avec une précision de ± 10 % en appliquant les valeurs de l'énergie d'interaction à l'équation des modèles de solutions régulières.