Прогнозирование структуры и свойств конечных доменных шлаков

• Автор: Кочержинская, Юлия Витальевна
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Магнитогорск
• Количество страниц: 122 с. : ил.

Содержание
ВВЕДЕНИЕ.
1. Анализ представлений о строении, свойствах и методах исследования шлаковых систем

1.1. Основные теории строения шлаковых расплавов

1.2. Важнейшие технологические свойства доменных шлаков

1.3. Методы исследования структуры и физикохимических свойств шлаковых расплавов

1.4. Выводы и постановка задач исследования.

2. Экспериментальное определение структурночувствительных характеристик шлакового расплава с различным содержанием и моделирование его структуры методом молекулярной динамики.

2.1. Методы экспериментального определения свойств шлака

2.1.1. Опытное определение плотности.

2.1.2. Опытное определение поверхностного натяжения .

2.1.3. Опытное определение вязкости и электропроводности.
2.2. Результаты экспериментального определения структурночувствительных характеристик шлакового расплава .
2.2.1. Результаты опытного определения плотности и поверхностного натяжения.
2.2.2. Результаты опытного определения вязкости и электропроводности доменного шлака.
2.3. Компьютерное моделирование структуры расплава
2.3.1. Метод молекулярной динамики
2.3.1.1 Исходные данные и параметры модели.
2.3.1.2 Выбор потенциалов межчас ичного взаимодействия в оксидах
2.4. Структурные характеристики расплава компонентной шлаковой системы по результатам компьютерного моделирования.
3. Расчет вязкости конечного доменного шлака по химическому составу и температуре жидких продуктов плавки
3.1. Методика расчета вязкости многокомпонентного шлака
3.2. Проверка и применение предложенной методики расчета вязкости для реальных доменных шлаков.
3.3. Определение температуры жидких продуктов плавки
4. Прогнозирование физикохимических свойств доменных шлаков применительно к доменным печам ОАО ММК.
4.1. Применение предложенной методики расчета вязкости шлака для анализа конечного шлака доменной печи 7
4.2. Определение эмпирических зависимостей различных параметров доменной плавки от вязкости шлака
4.3. Влияние повышения содержания магнезии в конечном шлаке на его свойства.
4.4. Влияние вязкости шлака на распределение серы между чугуном и шлаком
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1.
ПРИЛОЖЕНИЕ 2.
ПРИЛОЖЕНИЕ 3.
ПРИЛОЖЕНИЕ 4.
ВВЕДЕНИЕ


М. Лепинских и др. Для таких элементов была измерена э. Уже в то время было выдвинуто предположение, что при наличии различных ионов в расплаве возникают микроструктуры, подобные кристаллическим решеткам соответствующих минералов . Н.М. Чуйко была представлена теория строения шлаков с учетом ионной и ковалентной связей. С течением времени взгляды на теорию строения шлаковой системы меняются. В году А. И. Зайцев и Б. М. Могугнов представили принципиально новый подход к значимости ионной природы металлургических ишаков для понимания их поведения и свойств. Наличие большого количества достоверных данных термодинамических исследований для шлаковых систем различной сложности по активностям всех компонентов позволило им выяснить, что энтропия жидкого шлака существенно ниже конфигурационной энтропии, которую следовало бы ожидать в случае, если бы шлак был иошшм раствором. Она даже несколько ниже конфигурационной энтропии молекулярного раствора. Согласно этой теории структурными единицами шлаковых расплавов являются неассоциированные или мономерные молекулы компонентов, гетеромолекулярные ассоциативные комплексы и полимерные структуры БЮг. В основу нового подхода к строению жидких шлаков положена теория ассоциированных растворов Пригожина, поскольку для большинства этих объектов характерно интенсивное взаимодействие между компонентами, которое и является причиной ассоциации. Для доказательства правильности рассматриваемых представлений о строении шлаковых расплавов ими были выполнены расчеты диаграмм состояния большинства известных шлаковых систем. Расчеты включали экстраполяцию активностей компонентов расплава на неизученные температурноконцентрационные области. Они основывались на термодинамических функциях твердых фаз, определенных только экспериментальным путем одновременно с изучением расплавов. Результаты расчета очень хорошо согласовывались с независимыми данными физикохимического анализа. Интересны результаты, полученные А. И. Зайцевым и Б. М. Могутновым для области геленитанортитволластонит системы СаОАЬОзБЮг . Теория расплавов с интенсивным межчастичным взаимодействием базируется на предположении, что жидкий шлак представляет собой ассоциированный раствор, структурными единицами которого служат полимерные образования, гетеромолекулярные комплексы ассоциаты и неассоциированные молекулы компонентов. Эти единицы находятся в динамическом равновесии, которое подчиняется закону действия масс. В жидких растворах, принадлежащих системам со слабым межчастичным взаимодействием, ассоциации не наблюдается. Однако их термодинамическое поведение также хорошо описывается на основе представлений, что структурными единицами раствора являются молекулы компонентов. Естественно, что часть структурных составляющих должна быть диссоциирована на ионы, иначе невозможно объяснить электрические свойства расплавленных шлаков. Однако степень диссоциации не может быть значительной, иначе трудно было бы найти количественную трактовку представительных массивов экспериментальных данных по термодинамическим свойствам на основе молекулярных представлений. А.И. Зайцевым и Б. М. Могутновым новая теория в какойто степени схожа с рассмотренной выше молекулярной теорией строения шлаков. Отличие заключается в том, что ассоциированный раствор не является идеальным, то есть поведение молекул и молекулоподобных кластеров не описывается законом Рауля. Кроме того, состав комплексов в предложенном подходе выбирается не интуитивно и не по минералогическому составу твердого шлака, а путем оптимизации больших массивов экспериментальных термодинамических данных. Установленные таким путем характеристики ассоциатов описывают как физикохимические свойства, так и структуру расплава. Единственным прямым опытным путем получения информации о структуре жидкости являются данные дифракционных экспериментов. Есин занимался анализом структурных данных дифракционных экспериментов, им же была выдвинута теория о полимерной модели сначала для металлических затем и для силикатных расплавов.