基于熔渣结构的多元渣系黏度模型

黏度是冶金熔渣的基本物理性质,其大小直接影响到反应速率、熔渣分离效果等冶炼过程。通过深入探索熔渣黏度与其结构的关系,在分析熔渣黏度与其(NBO/T)比值（即单个聚合物粒子所拥有的非桥氧数量）相互关系的基础上,本文提出基于（NBO/T）比值的多元熔渣黏度计算模型。首先建立SiO₂–∑M_xO简单渣系的黏度计算模型,通过拟合纯氧化物和SiO₂–M_xO二元渣系的黏度数据得到模型参数,拟合平均误差在9%～18.5%之间;随后将该模型扩展至SiO₂–Al₂O₃–∑M_xO多元渣系的黏度计算,针对Al₂O₃在熔渣中同时表现出酸性氧化物和碱性氧化物的特点,在计算SiO₂–Al₂O₃–M_xO三元渣系黏度时,将其中的Al₂O₃拆分为酸性物质和碱性物质来计算（NBO/T）比值和黏度活化能。在SiO₂–M_xO二元系模型参数的基础上,通过拟合SiO₂–Al₂O₃–M_xO三元渣系的黏度数据得到含Al₂O₃渣系的模型参数,拟合平均误差在10%～25%之间。利用该模型计算了SiO₂–Al₂O₃–CaO–MgO–FeO–Na₂O–K₂O–Li₂O–BaO–SrO–MnO多元复杂渣系及其子体系的黏度值,计算平均误差在25%以内,取得了较好的预报效果。本模型基于熔渣结构理论,并借鉴了经验模型的数据处理方式,在预报效果和适用范围上都优于传统经验模型,在计算方式上比结构模型要简单。      

熔渣二次正规溶液模型

介绍了熔渣结构相关模型及构造模型；阐述了熔渣正规溶液模型及其成立的前提、表达式和相互作用能αｉｊ；讨论了正规溶液模型中活度标准态的变换及标准生成自由能的转换。认为扩展后的正规溶液模型可广泛用于多元渣系中较宽的组成范围，以确定渣组成活度。     

改进的KF模型在SiO2-CaO-MnO熔渣体系中的应用

基于KF模型和Gaye模型,得到改进的KF模型,并推导出三元体系的表达式。把该模型应用到三元SiO2-CaO-MnO熔渣体系,通过对二元系研究得到模型参数,从而可计算三元系中组元的活度。结果表明计算结果与实验结果的相对偏差分别为：SM＊nO1 823K=19.3%,SM＊nO1 773K=28.1%。表明该理论在SiO2-CaO-MnO熔渣体系的应用是可行的。     

MIVM对含V2O3多元熔渣体系组元活度的预测

 为了研究钒在攀钢转炉中的热力学行为及分配,根据钒渣的成分对CaO-MgO-Al2O3-V2O3-SiO2熔渣中各组元的活度进行研究。应用分子相互作用体积模型（MIVM）及其伪多元法预测MgO-Al2O3-SiO2、CaO-V2O3-SiO2、CaO-MgO-Al2O3-SiO2渣系中某组元的活度值,并与试验值对比。结果表明,MIVM伪多元法预测值与试验值吻合良好,MgO-Al2O3-SiO2渣系中Al2O3的平均相对误差为15%;CaO-V2O3-SiO2渣系中V2O3的平均相对误差为33%;CaO-MgO-Al2O3-SiO2渣系中SiO2的平均相对误差为13%。在此基础上,利用MIVM预测CaO-MgO-Al2O3-V2O3-SiO2熔渣中各组元的活度,并将V2O3的预测值与试验值对比分析,结果表明,预测值与试验值吻合良好,都呈正偏差,平均相对误差为44%,V2O3的活度随碱度的提高而下降。     

扩展的似化学理论在二元熔渣体系中的应用

评述了适用于最大有序体系热力学优化分析的扩展似化学理论及优化方法,并利用该理论对6个二元熔渣体系不同温度下的组元活度值进行了计算,计算值与实验数据总平均相对误差分别为10.40%和6.34%,与实验数据吻合较好。该理论中所需参数ω及η可通过优化拟合实验数据得到,可调节性强、表达式简单实用,该理论在预测冶金熔渣的热力学性质方面具有较大优势。     

CaO-SiO2-FeOx-MgO氧化物体系液相区及相关系计算

焚烧垃圾底灰的主要氧化物组分为SiO2、CaO、Al2O3、Fe2O3、Na2O和MgO,该六元体系相关系和热力学性质对于焚烧底灰渣化处理中玻璃相形成以及重金属低浸出具有重要影响.本文运用计算热力学理论及相图计算方法,对CaO-SiO2-FeOx-MgO四元氧化物体系的热力学性质进行了研究,获得了描述该四元系液相吉布斯自由能的模型参数,并依此计算了不同温度及氧分压下SiO2-FeOx-MgO、CaO-SiO2-FeOx和CaO-SiO2-FeOx-MgO体系液相区和高铁区域的相关系.计算结果表明温度及氧分压对上述3个氧化物体系的液相区及高FeOx区域的相平衡关系具有较大影响     

电渣冶金熔炼Fe-Cr-Al高温合金抑制镧、铈稀土氧化的研究

依据炉渣结构的分子和离子共存理论,建立了CaO-SiO_2-Al_2O_3-MgO-FeO-CaF_2-Ce_2O_3-La_2O_3八元渣系的活度计算模型.研究了不同温度下稀土氧化物活度之比值与稀土活度的关系.分析了在2023K下,炉渣中w(FeO)、w(MgO)、碱度对氧化亚铁、镧铈稀土氧化物活度的影响,探究防止稀土元素被氧化的热力学条件.通过计算得出,适当地降低w(FeO)、增加w(MgO)可以抑制镧铈稀土被氧化,而总体来看碱度对抑制稀土的氧化影响较小.     

CaO-SiO2-MgO-Al2O3系精炼渣的活度计算模型

精炼渣系对钢中夹杂物的演变与去除有着重要影响,渣金反应导致铝脱氧钢中大量形成MgO-Al_2O_3夹杂物,危害钢材的表面质量与疲劳性能.为了降低渣中MgO的反应性,文中依据分子离子共存理论,建立了CaO-SiO_2-MgO-Al_2O_3系精炼渣的活度计算模型,利用该模型,计算分析了渣中MgO含量、SiO_2含量、CaO/Al_2O_3和CaO/SiO_2对渣中MgO活度的影响规律.结果表明,增加Si O2含量可显著降低MgO活度.当MgO含量为10%时,控制CaO/Al_2O_3小于1和CaO/SiO_2小于0.6可有效降低MgO活度.     

基于最小Gibbs自由能原理的铁氧化物气固还原热力学研究

基于最小Gibbs自由能原理建立了铁氧化物气固还原反应的热力学模型,由模型计算结果作出铁氧化物气固还原反应平衡图,与文献中实验数据吻合良好.与常用冶金学教材和热力学数据库中给出的参考数据进行了对比,不同来源的热力学数据差异较大.探究了铁氧化物逐级还原的热力学平衡情况.计算了CO和H₂混合气体还原铁氧化物的热力学平衡,推导了平衡时气体总利用率η_总的计算公式,作出了CO和H₂混合气体还原铁氧化物的三维平衡图,并与文献中实验数据对比,验证了结果的正确性.      

热力学方法在不锈钢氧化层结构分析中的应用

阐述了热力学在氧化层结构分析中的应用,首先利用CALPHAD方法收集Fe-C-Cr-Ni-O全成分范围的热力学参数,在此基础上添加了Mn-Si富Fe-C-Cr-Ni-O角热力参数而形成的不锈钢氧化物热力学数据库。利用此氧化物热力学数据库计算304氧化层结构,从物相分布角度研究氧化层结构,并与扫描电镜观察结果相一致。再次,利用此氧化物热力学数据库计算超纯445氧化层结构,计算结果表明氧化层处于高温时,易产生液相结构,同时解释了超纯445热轧时易粘辊的现象。     

CaO-SiO2-Al2O3-V2O3四元系活度模型及其应用

根据熔渣结构的分子离子共存理论建立了CaO-SiO2-Al2O3-V2O3四元系活度模型,应用该模型计算出的活度数据,对用钒氧化物矿代替钒铁直接合金化冶炼高速钢的工艺过程进行了热力学计算和分析.用此活度数据计算了Al作还原剂时渣的平衡成分,计算结果表明渣中V2O3的含量极低,直接合金化的热力学条件好,钒理论最大还原率高.通过该活度数据计算钢中或渣中的各种还原剂还原渣中V2O3的△G和Lv,计算结果表明Al是所有还原剂中还原能力最强的.     

炉渣结构的共存理论在多元渣系上的应用

简要介绍炉渣结构的共存理论。并列出共存理论的应用题例,根据共存理论可以证明:(1)K'Mn=Nmno/NFeo/〔%Mn〕与碱度改变无关,在一定温度下衡定不变:(2)用NFcto=NFco+6Ne2o3+8NFe2o4表示的多元炉渣氧化能力与实测aFeto相当符合;(3)多元渣系中不向碱性氧化物的脱硫能力是不同的,用下式计算的L_(?)=8(KcasNcao+KMg2·NMgo+KPcsNFeo)∑n/〔%0〕也与实测值符合。     

Activity model of CaO-SiO2-AleO3-V2O3 quaternary system

根据熔渣结构的分子离子共存理论建立了CaO-SiO2-Al2O3-V2O3四元系活度模型。应用该模型计算出的活度数据,对用钒氧化物矿代替钒铁直接合金化冶炼高速钢的工艺过程进行了热力学计算和分析。用此活度数据计算了Al作还原剂时渣的平衡成分。计算结果表明,渣中V2O3的质量分数极低,直接合金化的热力学条件好,钒的理论最大还原率高。通过计算钢中或渣中的各种还原剂还原渣中V2O3的ΔG和LV,表明在炼钢工艺常用的所有还原剂中,Al的还原能力最强。     

CaO-SiO_2-Al_2O_3-V_2O_3四元系活度模型

根据熔渣结构的分子离子共存理论建立了CaO-SiO2-Al2O3-V2O3四元系活度模型。应用该模型计算出的活度数据,对用钒氧化物矿代替钒铁直接合金化冶炼高速钢的工艺过程进行了热力学计算和分析。用此活度数据计算了Al作还原剂时渣的平衡成分。计算结果表明,渣中V2O3的质量分数极低,直接合金化的热力学条件好,钒的理论最大还原率高。通过计算钢中或渣中的各种还原剂还原渣中V2O3的ΔG和LV,表明在炼钢工艺常用的所有还原剂中,Al的还原能力最强。     

CaO-MgO-FeO-Al_2O_3-SiO_2-P_2O_5渣系与碳饱和铁液间硫分配比的热力学模型

在富氧顶吹熔融还原冶炼高磷铁矿的工艺研究中,以共存理论为基础,结合全选主元松弛迭代法,利用VB 6.0计算了CaO-MgO-FeO-Al2O3-SiO2-P2O5渣系中结构单元或离子对的质量作用浓度,并建立了该渣系与碳饱和铁液间硫分配比的热力学模型,由该模型计算的硫分配比与工艺中实测的硫分配比吻合程度较好,说明利用共存理论所建立的脱硫模型能适用在熔融还原高效脱磷熔渣。     

微合金钢热力学模型的发展

介绍了微合金钢中碳氮化物相热力学模型的发展概况，概括总结了各类热力学模型的特点和适用范围。通过热力学计算阐明了微合金钢冶金学特点。     

三元硅酸盐系热力学模型

已经开发出三元液相硅酸盐系SiO2-AO-BO的热力学模型，其中A和B是如Ca、Fe、Mn等的金属。它是在一个假定每种金属氧化物随自由能变化产生解聚作用O^0 O^2-=20^-的结构模型基础上得到的。模型能从二元子系中的数据计算三元系中的参数，不需要三元条件。模型用来计算复合硅酸盐如SiO2-FeO-CuO系中各组分的活度，其中Fe^2 行为与硅酸盐中的Ca^2 不同。这个模型也用来计算SiO2-MgO-FeO，SiO2-MgO-CaO,SiO2-MgO-MnO,SiO2-Na2O-MgO和SiO2-Na2O-CaO系中的活度，计算结果与试验结果一致。     

铁锰氧化物对稀土离子的吸附行为研究

采用化学共沉淀法制备铁锰复合氧化物作吸附剂，通过静态和动态吸附实验探究了不同吸附条件对铁锰氧化物吸附稀土离子的影响，对铁锰氧化物吸附稀土离子过程进行了等温吸附模型拟合和吸附动力学、吸附活化能分析，探究了稀土离子在铁锰氧化物上的吸附机理。结果表明，稀土离子在铁锰氧化物上的吸附过程符合Langmuir等温吸附模型；稀土离子在铁锰氧化物上的吸附过程符合准二级动力学模型，属于单层均匀的化学吸附过程，吸附速率控制步骤由化学吸附决定，且温度对吸附动力学影响程度最大；吸附热力学分析表明铁锰氧化物吸附稀土离子是吸热的化学吸附过程，吸附活化能分别为E₍La³⁺)=11.04 kJ/mol、E₍Gd³⁺)=16.85 kJ/mol和E₍Y³⁺)=16.67 kJ/mol;稀土离子与铁锰氧化物上的羟基发生了交换形成了内层络合物，稀土离子取代表面羟基是主要的吸附机制。     

CaCl2-CaF2-CaO三元体系的相图计算

基于Calphad方法,首先对CaCl2-CaO、CaCl2-CaF2和CaO-CaF2体系进行了系统的热力学评估和优化。采用置换溶液模型来描述液相和固溶体相的吉布斯自由能,所有中间相因其固溶区域十分有限而近似处理成准化学计量比化合物,且其自由能依据Neumann-Kopp规则定义。其次,利用Muggianu溶液几何模型将优化获得的所有子二元系的模型参数扩展至CaCl2-CaO-CaF2三元体系。最后,对共晶点进行配样和差示扫描量热法（DSC）测试,通过引入三元交互参数使计算结果与试验数据一致,从而获得了一套自洽的CaCl2-CaO-CaF2三元体系热力学数据库。     

改进的MIVM在含磷二元熔渣中的应用

由于含有P2O5的二元炉渣体系结构复杂,具有负偏差强和不对称性高的特点,故现有热力学模型对其组元活度曲线的拟合效果较差.采用改进的分子相互作用体积模型(M-MIVM)对22个常规二元熔渣拟合,总平均相对误差为11.53％.在对5个二元含磷熔渣体系P2O5活度进行数据拟合时,M-MIVM相对于实验值的平均相对误差为8.8...