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1、攀枝花学院本科毕业设计（论文） 绪论攀枝花学院本科毕业设计（论文）基于共存理论的熔渣组元活度的预测学生姓名： 胡 超 学生学号： 200911103019 院 （系）： 资源与环境工程学院 年级专业： 2009级冶金工程1班 指导教师： 周兰花（教授） 助理指导教师： 二一三年五月攀枝花学院本科毕业设计（论文） 摘 要攀枝花学院本科毕业设计（论文） 摘 要摘 要通过深入体会活度等热力学性质在冶金生产中的作用，弄清了共存理论预测熔体中组作用的原理。通过收集有关活度计算用文献，调研计算用原始数据，根据共存理论建立CaO-SiO2、MnO-SiO2、PbO-SiO2、Na2O-SiO2、MgO-Si
2、O2、MnO-TiO2 6组二元熔渣体系中组元作用浓度计算模型，利用计算机软件Matlab编制了模型中关键参数求解方法，在基础基础上预测得到了6组二元熔渣体系中一个组元作用浓度，并对预测结果与实验测定值进行了对比。结果发现，模型计算得到的熔渣体系中组元的作用浓度与实测的活度偏差较小，表明，基于共存理论建立健的模型较为正确。关键词：共存理论，作用浓度，活度，Matlab程序 I攀枝花学院本科毕业设计（论文） ABSTRACTABSTRACTI understands the principles to predict role concentration of component in bina
3、ry slag by studying function of thermodynamic thermodynamics properties such as activity in metallurgical process. After information about the activity calculation in literature are collected and original data for calculation are got, the predicted models were established for the role concentration
4、of one component in six binary slag systems of CaO-SiO2, MnO-SiO2, PbO-SiO2, Na2O-SiO2, MgO-SiO2 and MnO-TiO2 based on coexistence theory. The key parameters in the models were obtained by compute procedure using Matlab software. The role concentration of one component in six binary slag systems of
5、CaO-SiO2, MnO-SiO2, PbO-SiO2, Na2O-SiO2, MgO-SiO2 and MnO-TiO2 are obtained, as are compared with the experimental activities. The results are found that difference between the calculated role concentration by the model and the experimental activities of one component in six binary slag systems are
6、small. It shows that the models are accurate based on coexistence theory.Keywords: Coexistence theory, role concentration, activity, Matlab programII攀枝花学院本科毕业设计（论文） 目 录目 录摘 要IABSTRACTII1 绪言31.1 国内外熔体组元活度预测的研究现状31.2 活度预测的理论及模型31.2.1 分子理论41.2.2 离子理论41.2.3 共存理论41.3本论文研究内容与意义52 基于共存理论的熔渣中组元活度的预测62.1 模型预
7、测熔渣组元的活度原理62.2 CaO-SiO2渣系的结构单元和计算模型72.2.1 CaO-SiO2渣系的性质72.2.2 CaO-SiO2渣系计算模型72.2.3 CaO-SiO2渣系计算结果及结论92.3 MnO-SiO2渣系的结构单元和计算模型102.3.1 MnO-SiO2渣系的性质102.3.2 MnO-SiO2渣系计算模型112.3.3 MnO-SiO2渣系计算结果及结论112.4 PbO-SiO2渣系的结构单元和计算模型132.4.1 PbO-SiO2渣系的性质132.4.2 PbO-SiO2渣系组元活度预测模型建立132.5 Na2O-SiO2渣系的结构单元和计算模型152.5
8、.1 Na2O-SiO2渣系的性质152.5.2 Na2O-SiO2渣系计算模型建立162.5.3 Na2O-SiO2渣系计算结果及结论172.6 MgO-SiO2渣系的结构单元和计算模型182.6.1 MgO-SiO2渣系的性质182.6.2 MgO-SiO2渣系计算模型192.6.3 MgO-SiO2渣系计算结果及结论202.7 MnO-TiO2渣系的结构单元和计算模型212.7.1 MnO-TiO2渣系的性质212.7.2 MnO-TiO2渣系计算模型222.7.3 MnO-TiO2渣系计算结果及结论22结论24参考文献25致谢26附录27附录28i攀枝花学院本科毕业设计（论文） 1 绪
9、言1 绪言1864年，瓦戈和古尔德伯格两人提出了质量作用定律，指出了化学反应的平衡常数只随温度的变化而改变，与生成物或反应物的浓度无关。此定律是进行平衡常数计算的根本规律，它为研究溶液结构和冶金熔体提供了广阔的前景。长期以来冶金学者正是考虑着如何将质量作用定律运用于冶金过程而开展工作的。冶金不同模型的演变过程，体现了人们不断认识客观规律的深化过程。1从原子和分子共存理论出发制定的含化合物熔体作用浓度计算模型可以恰当地反映本熔体的结构本质，其计算结果符合实际，不仅可以求出两个组元的作用浓度，而且可以求出每个结构单元的作用浓度。2用共存理论计算得到的结果与实测数据基本一致，而且所求平衡常数比较合理
10、，那么这种理论就应更精确地反映炉渣的实际，但由于这种理论还处于初步发展阶段，对于许多问题尚未研究清楚，在前进道路上肯定还会碰到诸多困难，比如热力学数据短缺、不准，实验数据不够，以及计算工作量较大等，同时也不能保证，在今后使用这种理论的过程中，就不会发现某些漏洞或缺点，但这种理论所开始的方向“同时考虑离子和分子存在”的正确性却是不容置疑的。4,5 1.1 国内外熔体组元活度预测的研究现状从最初离子理论及分子理论的提出到Meidema模型和Wagner模型提出，经历了国内外几代人的努力研究后解决了活度方面的部分问题，使得活度的应用变得更加广泛实用，但其应用范围依然受到一定的限制，各个模型都有着各自
11、的缺陷。对此，国内外学者提出了运用共存理论模型解决活度问题，不仅使理论计算的活度值与实测活度相符同时满足质量作用定律，而且运用“Bi-In共存模型计算程序”从而使得计算量大大减少。金属熔体的共存理论模型适合二元、三元金属熔体、熔渣体系等等，具有较广的应用前景。 1.2 活度预测的理论及模型经过近两个世纪无数科研工作者的努力研究，由分子理论到离子理论，经过不断的改进研究最后运用共存理论来解决熔渣活度的预测。这期间，各种模型有着各种的优点，但是也有着不少缺陷，通过不断的研究进步得出共存理论则是综合了大部分的优点并且避免了大量的缺陷使得研究成果更加完善。下面简单介绍几种模型。1.2.1 分子理论分子
12、理论是人们首先提出，正确地肯定了熔渣中有分子存在的事实，并用自由氧化物的概念解释了炉渣脱磷、脱硫能力的变化原因。在这方面做出贡献的有启普曼和申克等。分子理论的缺点是无法解释熔渣导电和电解及不能解决平衡常数不守常。此外，不能运用分子理论进行定量计算；分子理论不能解释FeO在脱硫中的作用；与熔渣性能缺乏联系，无法解释熔渣的导电性。3,61.2.2 离子理论离子理论肯定了熔渣中存在离子的事实，并定性地解释了不少冶金过程的问题。在这方面做出贡献的学者有萨马林、叶新、焦姆肯、弗卢德、理查森、格约瑟姆等。3作为炉渣离子理论的创始人之一的萨马林对完全离子理论补充道：“在熔化晶体和进一步过热溶液中，离子键会部
13、分地转变成饱和共价键，这会促进孤立原子团或分子的生成”。由于这种理论不能解决常数不守常和熔渣导电差异性等问题，前苏联学者丘依考进而提出了考虑未分解化合物的炉渣离子理论，成功地应用于渣刚间锰和磷的分配及炉渣氧化能力的计算。但该理论尚有采用等渗系数、使用平衡常数不当和对模型缺乏论证等不完美的地方。71.2.3 共存理论学者张鉴用化学反应的事实，炉渣导电差异性，熔化能和晶格能的差别，MeO-SiO2渣系的分层现象，二元渣相图中具有相同成分熔点的化合物存在，CaSiO3-CaF2渣系中黏度与CaSiO3和Ca2+2F-摩尔分数成正比关系，硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐等介电物质的存在及炉渣热力学参数和活度与其
14、结构的一致性等八个方面的事实，对前苏联丘依考教授提出的考虑未分解化合物的炉渣离子理论进行了论证，同时将其重新命名为关于炉渣结构的共存理论。8, 9共存理论解决了有关二元、三元渣系的各结构单元作用浓度的计算问题，并且已应用于多元渣系的化学热法、渣钢间锰的分配、低碱度渣的造渣制度、脱硫能力和脱磷能力的计算、炉渣氧化能力、泡沫渣和埋弧渣的造渣制度研究等，取得与实际符合的结果。9运用共存理论可建立各种模型，如：CaO-Cu2O-Fe2O3三元渣系组元活度的计算模型计算并绘制渣中CaO、Cu2O和Fe2O3的等活度曲线，考察碱度 B 和温度t对组元活度(CaO)、(Cu2O)和(Fe2O3)的影响。；CaO-SiO2-Al2O3-MgO-FeO渣系FeO活度的计算模型，并分析了1400时炉渣碱度、MgO和FeO质量分数对该渣系FeO活度的影响规律10。1.3
