《表2 图8中1 100℃固相改质钢渣微区成分 (原子分数, %) 分析》

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《CaO-SiO_2-FeO-MgO体系钢渣固相改质过程中的镁铁尖晶石生长机理》

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当通过化学反应控制的氧化进程持续一段时间后，钢渣与氧气接触的表面逐渐形成了富含Fe3+且具有一定厚度的高粘度氧化产物层，导致铁酸镁和磁铁矿的生成反应愈发难以进行。此阶段唯有O2-穿过氧化产物层，与坩埚底部未反应的Fe2+和Mg2+接触后才能保证尖晶石相继续生成。Mg2+、Fe2+和O2-的原子半径分别为0.065 nm、0.076 nm和0.140nm，显然O2-的扩散比Mg2+和Fe2+更加困难。由此可见，固相改质进入由扩散控制的反应阶段后，氧离子对产物层的渗透能力是氧化程度的决定性因素。扩散控制阶段的氧化机理如图7所示，Ci表示产物层与剩余反应物之间的接触界面，CO表示产物层与氧气的接触界面。坩埚底部剩余反应物继续参与氧化必须满足以下条件之一:（1）氧原子穿过界面CO接触产物层；（2）剩余反应物原子扩散穿过界面Ci到达产物层。固相反应过程中剩余反应物的原子扩散能力较弱，因此钢渣表面必须存在足够大的孔洞才能确保氧分子进入产物层深处与剩余反应物接触。图8a为1 100℃固相改质钢渣显微组织形貌，通过不同元素原子序数差引起的颜色差异可以看出，重构钢渣中主要包含三相:灰色相、深褐色相和白色相。图8a中灰色相（Marked 1）结晶较好，晶粒尺寸为57～176μm。由表2中EDS结果可见，灰色相中主要元素为Ca、Fe、Si和O，且nCaO/nSiO2比值约为1.95。结合X射线衍射结果可推测该相为硅酸二钙。深褐色相（Marked 2）晶粒尺寸为23～44μm，形状以不规则块状为主。EDS结果表明灰色相中Ca∶Fe∶O比值约为1∶1∶2.78，由此可推测该相中的主要物质为铁酸二钙。Fe、Mg和O元素富集的白色相（Marked 3）晶粒尺寸为25～36μm，且Fe∶Mg∶O原子比约为3.8∶1.0∶8.4。结合XRD分析结果可以推测，白色相为磁铁矿和铁酸镁组成的尖晶石群。图8b为通过图像处理软件处理后1 100℃改质钢渣的显微组织形貌，可测得改质钢渣表面孔洞直径为6×10-6～16×10-6m。