Effect of CaO/ SiO2 ratio on viscosity and structure of slag

Efecto de la relación CaO/ SiO2 en la viscosidad y la estructura de la escoria

El objetivo de este trabajo es la determinación experimental de las dependencias de temperatura de la viscosidad del sistema fundido CaO - Al₂O₃ - SiO₂ y la evaluación del impacto de la relación CaO/SiO₂ en la viscosidad y estructura de este sistema. Las mediciones experimentales de la viscosidad se realizaron utilizando el viscosímetro de alta temperatura Anton Paar FRS 1 600. La viscosidad se midió en modo rotacional durante el calentamiento a una velocidad de 3,3 °C/min en el intervalo de temperaturas de 1 673 a 1 873 K. La viscosidad en el sistema de óxido fundido viene determinada por la estructura interna. El esclarecimiento exacto del cambio de estructura del sistema de óxido causado por el aumento del contenido de CaO se realizó mediante espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier.

INTRODUCCIÓN

Los sistemas de óxidos, entre otros el sistema ternario de escorias CaO - Al₂O₃ - SiO₂, son tecnológicamente muy importantes en una amplia gama de aplicaciones que incluyen la fabricación de hierro, acero y cerámica. El cambio en las composiciones de estos sistemas tiene un impacto dramático en las propiedades termoquímicas y termofísicas, incluyendo la capacidad calorífica, la densidad y la viscosidad [1, 2].

La viscosidad es un factor importante que afecta a las propiedades de servicio de las escorias, ya que desempeña un papel importante en el ámbito de la transferencia de masa en las reacciones químicas de los procesos metalúrgicos.

La viscosidad depende principalmente de la temperatura y de la composición química. La viscosidad en las escorias metalúrgicas viene determinada por la estructura interna. Mayores concentraciones de óxidos ácidos consumen iones de oxígeno libre (O^2-) para producir un aumento de oxígeno puenteado (O⁰) y polimerizar la escoria produciendo estructuras complejas de silicato, que aumentan la viscosidad de la escoria. Las concentraciones más altas de óxidos básicos (por ejemplo, CaO, Na₂O, MnO) proporcionan (O^2-), que reacciona con el (O⁰) en los fundidos de silicato para producir un oxígeno no puenteado (O^-) y despolimerizar la estructura de red de la escoria [3-5]. Los óxidos anfóteros, como el Al₂O₃, pueden comportarse como modificadores o formadores de red, dependiendo de la presencia de otros óxidos fuertes básicos o ácidos.

El objetivo de este trabajo fue determinar experimentalmente la dependencia de la viscosidad con la temperatura y con la concentración de CaO para el sistema ternario CaO - Al₂O₃ - SiO₂. Aunque las viscosidades de las escorias CaO - SiO₂ - Al₂O₃ ( - MgO) fueron medidas por varios investigadores [6, 7], el rango de basicidad en estos estudios se limitó aproximadamente a CaO/SiO₂ ≈ 0,6 - 1,3 respecto a la composición de la escoria colada. Por lo tanto, en el presente estudio, se midieron las viscosidades de escorias CaO - Al₂O₃ - SiO₂ para comprender el comportamiento viscoso de la escoria en condiciones de CaO/SiO₂ = 0,78 - 1,44.