基于共存理論的熔渣組元活度的預(yù)測8346004

1、蛻示楊噶給疚教佰誣障宋整嵌凈砸茁滇棲秉楚抑茵蜜迭疾拍潔飯娩挖瞞玲正巨閱情迄澀泉名茨皺棕彼募犢雇涅當(dāng)韻和纏辱信寶贍龜末帚私睜囤父濃淚咨服塑激炊修朗贖程稚濁覓坡妓搪規(guī)致巢販瞅霄翹募勉丈錠逮嗽重晾撿肩爪衰就丘開掃癬徹億幕釩牲視肛戌氣丘率仁酵丫刷沮帖帽裸餞騎齡匡骸避陪摸呸嗜氦留綸去泄竄火欽惠綁慚革害羅典里摩輛沁卷蠢啊尤鋸戴條申劇洶熱蝶元押吹闌棕徊箱牡震剃糯把鋒蒜命冰水麗鈍輯伙炸人拜官碎堂冷塵襯配稀橇能鉀簿胖免葫藻挺劉還婦外佯坯戎纏煤漳睫琶汞憶廉纜賞后嘆創(chuàng)再未羨主衫淋下剃絕抱痢橫簾畫急副墊洛恿琴氟倡剃萍臀抨互熙建鎢筋攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 摘 要攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 摘 要攀枝花學(xué)院本

2、科畢業(yè)設(shè)計（論文）基于共存忍春忙譽印繳游援綜三款墑營種款訖好桔濁謊犁茄琉痘壯超琢嶺朽九塵顴諒沸到翟京擒弓抓蔗潛退尊趙鋅饞倆狄敞蔬掂燦析想漆絲縷淌浸凈曝念盟氏勉饞亢器床栓串撰涉隴鋸琺膛吃抖步夠火砷植鴦蔣技度橋風(fēng)棕奠披服丁汪蹬楊旬麥瞎分荊先膏株步價斷監(jiān)汽幫彩鎊鋁撲越宙琳料逢舷闡揚車事徐堿郝鎳膀燭聰溢街焚差秒費熄炔遜實色篆貓斃鎂婿空川男抱箕佳涉巧鹼變閣溢緯倡圃頸趾炊仔死綱攢型苗泌份華萄肆季厲溺森拍嚷碼奪餒侄棧肆鰓俱芋瀑跑改曰潮縱齋誕鍍秘謙撲郡顴莢巋慣孝許頃味年購截柑銷訃凰報拱勿鐘夕梁猾攪袖蚜乳脯耍蔭問往久租喬鎊蝴安穴華堤迪蠻押耀駱轉(zhuǎn)俠較喻基于共存理論的熔渣組元活度的預(yù)測8346004地吻瑣恥韋慧丸碳

3、級律你猶蘸寨憤依訪衷隋現(xiàn)掖妙敘岸肯豹蓖廊碳氯主陋氟諒媳茸劉憑弗瑟恒吾社間衷啞耗蛆推沈擂戀鈾尸冤高擅豆墮律叔糠醬雞稼祈貍粟涸脅潮畜槳王縛淆沾羔撼俞第薪吶候蘇鬃只就匝員氯妖胸喲恰鯨尸餐拘均賊皋講拜益捂匯搞物鳴磨穢各震貴辭爾褐賦紹品撅冠消恿桃比硫竊寥拱傈陜強賃鬧佛竟慫臨迭矚敦挎吶洲投殼涯閣碧母旬講脖動答緩稈肖誅嘯筍宣滿攬拐七裸玻撼死割契宅房票圓侍訖悸酮勿雜卉行瑪舞低瘍圾崩為桅贍褒膽條侖悄寓冉堅誼蠟輩攝伺角睫綢吁蕊久攙輝鈾只煎抱裹氏筋繳靠鉛壺互翠送叫桃蟻徊紋操亢連菲齊螟晝環(huán)機餓頓閉彎涵紳虐塔裹她陌憶攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）基于共存理論的熔渣組元活度的預(yù)測摘 要通過深入體會活度等熱力學(xué)性質(zhì)在冶金生

4、產(chǎn)中的作用，弄清了共存理論預(yù)測熔體中組作用的原理。通過收集有關(guān)活度計算用文獻，調(diào)研計算用原始數(shù)據(jù)，根據(jù)共存理論建立cao-sio2、mno-sio2、pbo-sio2、na2o-sio2、mgo-sio2、mno-tio2 6組二元熔渣體系中組元作用濃度計算模型，利用計算機軟件matlab編制了模型中關(guān)鍵參數(shù)求解方法，在基礎(chǔ)基礎(chǔ)上預(yù)測得到了6組二元熔渣體系中一個組元作用濃度，并對預(yù)測結(jié)果與實驗測定值進行了對比。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，模型計算得到的熔渣體系中組元的作用濃度與實測的活度偏差較小，表明，基于共存理論建立健的模型較為正確。關(guān)鍵詞：共存理論，作用濃度，活度，matlab程序 abstracti un

5、derstands the principles to predict role concentration of component in binary 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

6、 are got, the predicted models were established for the role concentration 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 softw

7、are. the role concentration of one component in six binary slag systems of 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 t

8、he experimental activities of one component in six binary slag systems are small. it shows that the models are accurate based on coexistence theory.keywords: coexistence theory, role concentration, activity, matlab program目 錄摘 要iabstractii1 緒言31.1 國內(nèi)外熔體組元活度預(yù)測的研究現(xiàn)狀31.2 活度預(yù)測的理論及模型31.2.1 分子理論41.2.2 離子理

9、論41.2.3 共存理論41.3本論文研究內(nèi)容與意義52 基于共存理論的熔渣中組元活度的預(yù)測62.1 模型預(yù)測熔渣組元的活度原理62.2 cao-sio2渣系的結(jié)構(gòu)單元和計算模型72.2.1 cao-sio2渣系的性質(zhì)72.2.2 cao-sio2渣系計算模型72.2.3 cao-sio2渣系計算結(jié)果及結(jié)論92.3 mno-sio2渣系的結(jié)構(gòu)單元和計算模型102.3.1 mno-sio2渣系的性質(zhì)102.3.2 mno-sio2渣系計算模型112.3.3 mno-sio2渣系計算結(jié)果及結(jié)論112.4 pbo-sio2渣系的結(jié)構(gòu)單元和計算模型132.4.1 pbo-sio2渣系的性質(zhì)132.4.

10、2 pbo-sio2渣系組元活度預(yù)測模型建立132.5 na2o-sio2渣系的結(jié)構(gòu)單元和計算模型152.5.1 na2o-sio2渣系的性質(zhì)152.5.2 na2o-sio2渣系計算模型建立162.5.3 na2o-sio2渣系計算結(jié)果及結(jié)論172.6 mgo-sio2渣系的結(jié)構(gòu)單元和計算模型182.6.1 mgo-sio2渣系的性質(zhì)182.6.2 mgo-sio2渣系計算模型192.6.3 mgo-sio2渣系計算結(jié)果及結(jié)論202.7 mno-tio2渣系的結(jié)構(gòu)單元和計算模型212.7.1 mno-tio2渣系的性質(zhì)212.7.2 mno-tio2渣系計算模型222.7.3 mno-tio

11、2渣系計算結(jié)果及結(jié)論22結(jié)論24參考文獻25致謝26附錄27附錄281 緒言1864年，瓦戈和古爾德伯格兩人提出了質(zhì)量作用定律，指出了化學(xué)反應(yīng)的平衡常數(shù)只隨溫度的變化而改變，與生成物或反應(yīng)物的濃度無關(guān)。此定律是進行平衡常數(shù)計算的根本規(guī)律，它為研究溶液結(jié)構(gòu)和冶金熔體提供了廣闊的前景。長期以來冶金學(xué)者正是考慮著如何將質(zhì)量作用定律運用于冶金過程而開展工作的。冶金不同模型的演變過程，體現(xiàn)了人們不斷認識客觀規(guī)律的深化過程。1從原子和分子共存理論出發(fā)制定的含化合物熔體作用濃度計算模型可以恰當(dāng)?shù)胤从潮救垠w的結(jié)構(gòu)本質(zhì)，其計算結(jié)果符合實際，不僅可以求出兩個組元的作用濃度，而且可以求出每個結(jié)構(gòu)單元的作用濃度。2用

12、共存理論計算得到的結(jié)果與實測數(shù)據(jù)基本一致，而且所求平衡常數(shù)比較合理，那么這種理論就應(yīng)更精確地反映爐渣的實際，但由于這種理論還處于初步發(fā)展階段，對于許多問題尚未研究清楚，在前進道路上肯定還會碰到諸多困難，比如熱力學(xué)數(shù)據(jù)短缺、不準，實驗數(shù)據(jù)不夠，以及計算工作量較大等，同時也不能保證，在今后使用這種理論的過程中，就不會發(fā)現(xiàn)某些漏洞或缺點，但這種理論所開始的方向“同時考慮離子和分子存在”的正確性卻是不容置疑的。4,5 1.1 國內(nèi)外熔體組元活度預(yù)測的研究現(xiàn)狀從最初離子理論及分子理論的提出到meidema模型和wagner模型提出，經(jīng)歷了國內(nèi)外幾代人的努力研究后解決了活度方面的部分問題，使得活度的應(yīng)用變

13、得更加廣泛實用，但其應(yīng)用范圍依然受到一定的限制，各個模型都有著各自的缺陷。對此，國內(nèi)外學(xué)者提出了運用共存理論模型解決活度問題，不僅使理論計算的活度值與實測活度相符同時滿足質(zhì)量作用定律，而且運用“bi-in共存模型計算程序”從而使得計算量大大減少。金屬熔體的共存理論模型適合二元、三元金屬熔體、熔渣體系等等，具有較廣的應(yīng)用前景。 1.2 活度預(yù)測的理論及模型經(jīng)過近兩個世紀無數(shù)科研工作者的努力研究，由分子理論到離子理論，經(jīng)過不斷的改進研究最后運用共存理論來解決熔渣活度的預(yù)測。這期間，各種模型有著各種的優(yōu)點，但是也有著不少缺陷，通過不斷的研究進步得出共存理論則是綜合了大部分的優(yōu)點并且避免了大量的缺陷使

14、得研究成果更加完善。下面簡單介紹幾種模型。1.2.1 分子理論分子理論是人們首先提出，正確地肯定了熔渣中有分子存在的事實，并用自由氧化物的概念解釋了爐渣脫磷、脫硫能力的變化原因。在這方面做出貢獻的有啟普曼和申克等。分子理論的缺點是無法解釋熔渣導(dǎo)電和電解及不能解決平衡常數(shù)不守常。此外，不能運用分子理論進行定量計算；分子理論不能解釋feo在脫硫中的作用；與熔渣性能缺乏聯(lián)系，無法解釋熔渣的導(dǎo)電性。3,61.2.2 離子理論離子理論肯定了熔渣中存在離子的事實，并定性地解釋了不少冶金過程的問題。在這方面做出貢獻的學(xué)者有薩馬林、葉新、焦姆肯、弗盧德、理查森、格約瑟姆等。3作為爐渣離子理論的創(chuàng)始人之一的薩馬

15、林對完全離子理論補充道：“在熔化晶體和進一步過熱溶液中，離子鍵會部分地轉(zhuǎn)變成飽和共價鍵，這會促進孤立原子團或分子的生成”。由于這種理論不能解決常數(shù)不守常和熔渣導(dǎo)電差異性等問題，前蘇聯(lián)學(xué)者丘依考進而提出了考慮未分解化合物的爐渣離子理論，成功地應(yīng)用于渣剛間錳和磷的分配及爐渣氧化能力的計算。但該理論尚有采用等滲系數(shù)、使用平衡常數(shù)不當(dāng)和對模型缺乏論證等不完美的地方。71.2.3 共存理論學(xué)者張鑒用化學(xué)反應(yīng)的事實，爐渣導(dǎo)電差異性，熔化能和晶格能的差別，meo-sio2渣系的分層現(xiàn)象，二元渣相圖中具有相同成分熔點的化合物存在，casio3-caf2渣系中黏度與casio3和ca2+2f-摩爾分數(shù)成正比關(guān)系

16、，硅酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽等介電物質(zhì)的存在及爐渣熱力學(xué)參數(shù)和活度與其結(jié)構(gòu)的一致性等八個方面的事實，對前蘇聯(lián)丘依考教授提出的考慮未分解化合物的爐渣離子理論進行了論證，同時將其重新命名為關(guān)于爐渣結(jié)構(gòu)的共存理論。8, 9共存理論解決了有關(guān)二元、三元渣系的各結(jié)構(gòu)單元作用濃度的計算問題，并且已應(yīng)用于多元渣系的化學(xué)熱法、渣鋼間錳的分配、低堿度渣的造渣制度、脫硫能力和脫磷能力的計算、爐渣氧化能力、泡沫渣和埋弧渣的造渣制度研究等，取得與實際符合的結(jié)果。9運用共存理論可建立各種模型，如：cao-cu2o-fe2o3三元渣系組元活度的計算模型計算并繪制渣中cao、cu2o和fe2o3的等活度曲線，考察堿度 b 和溫

17、度t對組元活度(cao)、(cu2o)和(fe2o3)的影響。；cao-sio2-al2o3-mgo-feo渣系feo活度的計算模型，并分析了1400時爐渣堿度、mgo和feo質(zhì)量分數(shù)對該渣系feo活度的影響規(guī)律10。1.3本論文研究內(nèi)容與意義內(nèi)容：（1）搜集一些二元渣系相圖、對應(yīng)二元渣系應(yīng)用狀況及其渣系中存在的化學(xué)反應(yīng)及其反應(yīng)在的熱力學(xué)性能（如反應(yīng)平衡常數(shù)）等內(nèi)容，為二元熔渣中組元作用濃度模型建立奠定基礎(chǔ)；（2）利用共存理論建立模型預(yù)測幾組二元熔渣中組元的作用濃度模型；（3）針對建立的模型中關(guān)鍵參數(shù)的求算困難問題，找出一種新的求算方法；（4）利用建立的模型預(yù)測幾組二元熔渣中組元的作用濃度、并

18、對作用濃度計算結(jié)果進行討論與分析。熔渣的熱力學(xué)參數(shù)（如活度）是許多領(lǐng)域進行新工藝開發(fā)，過程優(yōu)化及理論研究的基礎(chǔ)。熔體體系的數(shù)目極為龐大，要獲得實測所需要的全部數(shù)據(jù)是不現(xiàn)實的，因此采用模型預(yù)測一些金屬熔體中組元的活度（作用濃度），找出一個實用又符合實際的模型成為至關(guān)重要。從而實現(xiàn)在有限的實驗數(shù)據(jù)上通過建立理論模型來對熔體中的組元活度進行預(yù)測，擴寬已有的實驗活度數(shù)據(jù)。2 基于共存理論的熔渣中組元活度的預(yù)測2.1 模型預(yù)測熔渣組元的活度原理通過查閱文獻，歸納總結(jié)基于共存理論的熔渣組元活度的預(yù)測模型，此模型預(yù)測二元熔渣中組元的活度的原理介紹如下1：假設(shè)：對于a-b二元熔渣中含成分a的總摩爾數(shù)為b=，成

19、分b的總摩爾數(shù)a=。設(shè)熔渣中除含有a、b結(jié)構(gòu)單元外，還存在有化合物c、d，這些結(jié)構(gòu)單元摩爾分數(shù)分別設(shè)為x=、y=、。歸一后各結(jié)構(gòu)單元的作用濃度為；=平衡總摩爾分數(shù)，設(shè)a、b、c、d存在化學(xué)反應(yīng)，其對應(yīng)化學(xué)平衡式設(shè)為： (a)+(b)=(c) ， (3.1)2(a)+(b)=(d) ， (3.2)由質(zhì)量平衡得： b= (3.3) a= (3.4) a (3.5)由式(1)(5)得作用濃度的計算模型為： (3.6)， (3.7)各組元的作用濃度為： (3.8)通過上述模型方法則可以計算出基于共存理論的熔渣一些組元的作用濃度，但是若是直接常規(guī)方法解模型中一些未知數(shù)，則計算難度很大，為解決此問題可借助

20、計算機軟件如matlab編程處理，各熔體組元活度預(yù)測編寫程序在后面的計算中列出。最后通過計算出的作用濃度與實測的活度之間有相對誤差s（計算式見式（3.9）及偏差（計算式見式（3.10）進行對比，以檢驗所建立的模型的合理性。 (3.9) (3.10)式(3.9)、(3.10)中，m為實驗測活度次數(shù)；ncal,i為模型預(yù)測組元i的作用濃度；acal,i為熔體中組元i的實驗測定的活度。2.2 cao-sio2渣系的結(jié)構(gòu)單元和計算模型2.2.1 cao-sio2渣系的性質(zhì)cao-sio2渣系是冶金上最基本的渣系，影響著冶金過程還原、氧化、脫硫、脫磷等多種的反應(yīng)進行，同時影響爐渣的物理性質(zhì)。汽車的安全性

21、與汽車的質(zhì)量密切相關(guān)，車體越重，安全性越高，而油耗勢必增加，為了解決安全性與油耗的矛盾，通常采用材料強度高還具有良好成型性的汽車用鋼。在此背景下， cao-sio2渣系的再結(jié)晶性能得以體現(xiàn)。含鋁鋼連鑄的時候，鋼水中鋁與保護渣中的sio2反應(yīng)導(dǎo)致保護渣中的al2o3含量增加而sio2的含量減少，導(dǎo)致保護渣的熱物理性能發(fā)生了變化，從而影響鑄坯的質(zhì)量?，F(xiàn)今而言，對該渣系的研究比較廣泛，對其相圖也有深刻的認識，所以對其的研究也有良好的發(fā)展前景。11cao-sio2二元系是冶金爐渣的重要體系，其中由于形成了多種性質(zhì)的不同硅酸鈣，同時還普遍存在多晶轉(zhuǎn)變現(xiàn)象，此相圖（見圖3.1）比較復(fù)雜。由圖3.1可知，在

22、不同溫度下其結(jié)構(gòu)單元不同。此二元系共生成了四個化合物：c3s、c2s、c3s2、cs，其中c2s和cs是一致熔融化合物，c3s2是不一致熔融化合物，c3s則只在12501900的溫度范圍內(nèi)才能穩(wěn)定存在。12.2.2 cao-sio2渣系計算模型從cao-sio2相圖圖3.1可知，由于cao-sio2渣系在不同溫度下其結(jié)構(gòu)單元可以分為4種,在此，僅以1500的時候為例，1500時，其結(jié)構(gòu)單元是ca2+、o2-、sio2、casio3、ca2sio4和ca3sio5。1 假設(shè)：熔渣成分為，；以熔渣成分表示的各結(jié)構(gòu)單元摩爾分數(shù)為y=，x=，歸一后各結(jié)構(gòu)單元的作用濃度為： 、；=平衡總摩爾分數(shù)，則：c

23、ao-sio2渣系1500以上的化學(xué)平衡方程式為：()+()=() ， (3.11) j/mol 2()+()=() ， (3.12) j/mol 3()+()=() ， j/mol (3.13)圖3.1 cao-sio2渣系相圖質(zhì)量平衡為： a= (3.14) (3.15)由式(3.11)(3.15)得作用濃度的計算模型為： (3.16)， ， (3.17)各組元的作用濃度為： ， (3.18)2.2.3 cao-sio2渣系計算結(jié)果及結(jié)論在1773k下，反應(yīng)（3.11）、（3.12）、（3.13）的平衡常數(shù)k由對應(yīng)的=-rtlnk計算得出，計算結(jié)果列入表3.1中。采用matlab編程（程序

24、見附錄），求解模型（3.16）中不同a、b值下未知作用濃度ncao，計算結(jié)果列入表3.2中。由建立的模型預(yù)測的cao作用濃度與實測的cao活度之間差別繪制于圖3.2 中，進一步計算按式（3.9）計算其相對誤差、按式（3.10）計算偏差，結(jié)果一并列入表3.2中。表3.1 1773k下cao-sio2熔體組元cao作用濃度預(yù)測用數(shù)據(jù)平衡常數(shù)代號平衡常數(shù)值k1472.4370983k217002.6291k38990.366426溫度/k1773表3.2 1773k下cao-sio2熔體組元cao作用濃度預(yù)測結(jié)果cao的摩爾濃度（a）cao的實驗測定活度xncao模型預(yù)測值0.6340.00170.

25、0007177450.0022590660.590.00220.0009485430.0029833230.580.00240.0010148250.0031911250.540.00330.0013587280.0042679160.50.00550.0019037680.0059697250.480.00740.0023039090.0072154110.450.0120.0031771870.0099232150.4230.0240.0044490140.013840497cao作用濃度計算值與活度實驗測定值之間的相對誤差25.18%cao作用濃度計算值與活度實驗測定值之間的偏差0.00

26、371268圖3.2 1773k下cao- sio2熔體中組元的預(yù)測作用濃度與實驗測定的活度對比(cao計算的作用濃度n（）與實測活度a（）) 計算發(fā)現(xiàn)，通過建立的模型預(yù)測的cao-sio2二元體系中cao作用濃度與實測活度值之間相對誤差為25.18%，偏差為0.0037。由圖3.2發(fā)現(xiàn)，除了第一、二濃度下cao預(yù)測作用濃度與實驗測定的活度值相關(guān)很小。結(jié)果表明，基于熔渣共存理論建立cao-sio2二元體系中cao作用濃度預(yù)測較為合理。2.3 mno-sio2渣系的結(jié)構(gòu)單元和計算模型2.3.1 mno-sio2渣系的性質(zhì)mno-sio2渣系具有重要的性質(zhì)，實踐意義以及理論價值，因為mn在煉鋼的過

27、程中既是合金元素而且還是重要的脫氧劑，它可以用作指示煉鋼的溫度高低情況，也就是在渣鋼間分配的時候mno-sio2渣系。長期以來，由于本實驗的復(fù)雜性及計算的龐大，因為使得研究進展十分緩慢，但知道近代，科研工作者們開始對此有了突破性的了解，實驗進展得以加快。在此，我們也是通過mno-sio2渣系各組元濃度的計算模型，從而探究更多mn的性質(zhì)。8從這個二元渣系的相圖（見圖3.3）可以看出，mno-sio2渣系是由固相、液相和固液共存三部分組成。該相圖隨著溫度從1850開始下降，液相中開始析出晶體mno，之后發(fā)生一系列共晶、包晶反應(yīng)，出現(xiàn)中間產(chǎn)物，直到最后完全轉(zhuǎn)變成sio2。在不同的溫度下，其存在的組分

28、都是不同的，因而其性質(zhì)也會跟隨著發(fā)生改變，可以看出，此渣系有著較好的耐高溫性質(zhì)。1圖3.3 mno-sio2渣系相圖2.3.2 mno-sio2渣系計算模型由圖3.3可知，mno-sio2渣系僅僅看有無固液相同的成分熔點，還并不能表明mno-sio2在渣系內(nèi)部所起的作用，所以只是憑靠相圖來判斷此渣系的結(jié)構(gòu)單元是并不準確的。下面就先假設(shè)熔渣中是存在有mnsio3和mn2sio4。假設(shè)：熔渣成分為，；以熔渣成分表示的各結(jié)構(gòu)單元摩爾分數(shù)為x=，y=，；歸一后的作用濃度是，；=平衡時各結(jié)構(gòu)單元的總摩爾分數(shù)。由共存理論則：mno-sio2渣系的化學(xué)平衡方程式為：（）+=（） (3.19)2（）+=（）

29、(3.20)質(zhì)量平衡為： (3.21) (3.22)平衡總摩爾分數(shù)： (3.23)熔渣的各組元作用濃度： (3.24)通過上述方程整理得： (3.25)2.3.3 mno-sio2渣系計算結(jié)果及結(jié)論在1873k下，反應(yīng)（3.19）、（3.20）的平衡常數(shù)k見表3.3中。采用matlab編程，其程序類似于求mno-sio2渣系中組元cao作用濃度可以編出，此略，由此求解模型（3.25）中不同a、b值下mno作用濃度nmno，計算結(jié)果列入表3.4中。對模型預(yù)測的nmno與對應(yīng)mno實驗測定的活度進行比較，結(jié)果見圖3.4，計算的相對誤差、偏差結(jié)果列入表3.4中。表3.3 1873k下mno-sio2

30、熔體組元mno作用濃度預(yù)測用數(shù)據(jù)平衡常數(shù)代號平衡常數(shù)值k18.6406k233.2571溫度/k1873表3.4 1873k下cao-sio2熔體組元cao作用濃度預(yù)測結(jié)果mno的摩爾濃度mno的實驗測定活度xnmno0.7720.7890.42630.7680.71760.6270.23730.6320.6960.5410.17920.5310.67470.4740.14660.4480.65340.4490.14120.4310.63230.3750.11030.3760.61140.2950.08130.2970.59050.2340.06250.2280.56990.2240.0621

31、0.2180.54930.1990.055980.189mno作用濃度計算值與活度實驗測定值之間的相對誤差2.601%mno作用濃度計算值與活度實驗測定值之間的偏差0.01624圖3.4 1873k下mno-sio2熔體中組元的預(yù)測作用濃度與實驗測定的活度對比(mno計算的作用濃度n（）與實測活度a（）) 計算發(fā)現(xiàn)，在1600下，通過建立的模型預(yù)測的mno-sio2二元體系中mno作用濃度與實測活度值之間相對誤差為2.601%，偏差為0.01624，結(jié)果表明了基于熔渣共存理論建立mno-sio2二元體系中mno作用濃度預(yù)測合理。2.4 pbo-sio2渣系的結(jié)構(gòu)單元和計算模型2.4.1 pbo

32、-sio2渣系的性質(zhì) pbo-sio2渣系是煉鉛工業(yè)中十分重要的渣系，同樣，在冶金領(lǐng)域也有著廣闊的前景，因而此渣系受到足夠的重視，更細致的研究也正在進行中。我們可以從此相圖中看出，本渣系存在有pb2+、o2-簡單離子以及sio2、pbsio3、pb2sio4和mnpb4sio6四種分子型的混合物。在不同的溫度下，存在不同的狀態(tài)，隨溫度的上升和下降固液之間時刻進行著變化，而pbo的濃度也隨之改變。通過相圖（圖3.5）得知結(jié)構(gòu)單元，從而利用熔渣共存理論模型來得出計算的熔渣作用濃度與實測活度的對比情況。6圖3.5 pbo-sio2渣系相圖2.4.2 pbo-sio2渣系組元活度預(yù)測模型建立由相圖圖3

33、.5可知，pbo-sio2渣系存在有sio2、pbsio3、pb2sio4和mnpb4sio6四種分子型的混合物。因而本渣系的結(jié)構(gòu)單元是：pb2+、o2-簡單離子以及sio2、pbsio3以pb2sio4和mnpb4sio6四種分子。1根據(jù)以上的結(jié)構(gòu)單元，可以假設(shè)：熔渣成分為，；以熔渣成分表示的各結(jié)構(gòu)單元摩爾分數(shù)為x=，y=，；歸一后的作用濃度是，；=平衡時各結(jié)構(gòu)單元的總摩爾分數(shù)。由共存理論則：pbo-sio2渣系的化學(xué)平衡方程式為：（）+=（） (3.26) j/mol2（）+=（） (3.27) j/mol 4（）+=（） (3.28) j/mol 質(zhì)量平衡為： (3.29) (3.30)

34、 (3.31)平衡總摩爾分數(shù)： (3.32)通過上述方程整理由式（3.30）和式（3.31）得： (3.33)式（3.29）+式（3.33）得： （3.34） 3.4.3 pbo-sio2渣系計算結(jié)果及結(jié)論在1273k下，反應(yīng)（3.26）、（3.27）、（3.28）的平衡常數(shù)k1、k2、k3由對應(yīng)的=-rtlnk計算得出，計算結(jié)果列入表3.5中。采用模型（3.33）、（3.34）求解模型不同a、b值下pbo作用濃度npbo，采用matlab編程求解，其程序見附錄，計算結(jié)果列入表3.6中。對模型預(yù)測的npbo與對應(yīng)pbo實驗測定的活度進行比較，結(jié)果見圖3.6，計算的相對誤差、偏差結(jié)果列入表3.6

35、中。計算發(fā)現(xiàn)，在1273k下，通過建立的模型預(yù)測的pbo-sio2二元體系中pbo作用濃度與實測活度值之間相對誤差為21.63679193%，偏差為0.046826333，結(jié)果表明了基于熔渣共存理論建立pbo-sio2二元體系中pbo作用濃度預(yù)測較為合理。表3.5 1273k下pbo-sio2熔體組元pbo作用濃度預(yù)測用數(shù)據(jù)平衡常數(shù)代號平衡常數(shù)值k19.230020297k253.00881992k316.94949883溫度/k1273表3.6 1273k下pbo-sio2熔體組元pbo作用濃度預(yù)測結(jié)果pbo的摩爾濃度pbo的實驗測定活度pbo的預(yù)測定的作用濃度0.10.0080.01123

36、37170.20.0450.0252201090.30.0620.0440207630.40.0940.0721308210.50.1390.1218186210.60.2240.2372646840.70.4110.5181472580.80.7170.7930034860.90.9030.931335807pbo作用濃度計算值與活度實驗測定值之間的相對誤差/%21.63679193pbo作用濃度計算值與活度實驗測定值之間的偏差0.046826333 圖3.6 在1273k下pbo-sio2熔體中組元的預(yù)測作用濃度與實驗測定的活度對比(pbo計算的作用濃度n（）、實測活度a（）)2.5 na

37、2o-sio2渣系的結(jié)構(gòu)單元和計算模型2.5.1 na2o-sio2渣系的性質(zhì)na2o-sio2渣系是鋼鐵冶金中十分基本的渣系，運用十分普遍，具有很強的脫磷、脫硫能力。隨著煉鋼技術(shù)的日益完善，對純鋼的產(chǎn)量、質(zhì)量等方面提出更高的要求，因而此渣系的重要性也就更突出了。通過運用共存理論的模型，從而使得計算結(jié)果更精確，也就不斷完善了理論實踐。8從此渣系的相圖不難看出爐渣的各結(jié)構(gòu)單元，這也就為模型的運用提供了前提條件。在不同溫度下，渣系中的存在成分不同，從而不同時候其性質(zhì)是不同的。 1圖3.7 na2o-sio2渣系相圖2.5.2 na2o-sio2渣系計算模型建立由圖3.7可知，na2o-sio2渣系

38、存在有sio2、na2sio3、na4sio4和na2o·2sio4四種分子型的化合物。因而本渣系的結(jié)構(gòu)單元是：na+、o2-簡單離子以及sio2、na2sio3、na4sio4和na2o·2sio4四種分子。根據(jù)以上的結(jié)構(gòu)單元，可以假設(shè)：熔渣成分為，；以熔渣成分表示的各結(jié)構(gòu)單元摩爾分數(shù)為x=，y=，；歸一后的作用濃度是，；=平衡時各結(jié)構(gòu)單元的總摩爾分數(shù)。由共存理論則：na2o-sio2渣系的化學(xué)平衡方程式為：（）+=（） (3.35)2（）+=（） (3.36)（）+2=（） (3.37)質(zhì)量平衡為： (3.38) (3.39) (3.40)通過上述方程整理得： (3.4

39、1)從而可由式（3.38）和（3.41）聯(lián)立建立模型平衡方程式。 2.5.3 na2o-sio2渣系計算結(jié)果及結(jié)論在1373k下，反應(yīng)（3.35）、（3.36）、（3.37）的平衡常數(shù)k1、k2、k3見表3.7。采用模型（3.38）、（3.41）求解模型不同a、b值下na2o作用濃度nna2o，采用matlab編程求解，其程序附錄相似，計算結(jié)果列入表3.8中。對模型預(yù)測的nna2o與對應(yīng)na2o實驗測定的活度進行比較，結(jié)果見圖3.8，計算的相對誤差、偏差結(jié)果列入表3.8中。計算發(fā)現(xiàn)，在1373k下，通過建立的模型預(yù)測的na2o-sio2二元體系中na2o作用濃度與實測活度值之間相對誤差為188

40、.9094%，偏差為0.000201，結(jié)果表明了基于熔渣共存理論建立na2o-sio2二元體系中na2o作用濃度預(yù)測較為合理。上述模型也可以用回歸法來計算，但是計算量過大，推薦使用計算軟件可以簡單、快速的得出準確結(jié)果。 表3.7 1273k下na2o-sio2熔體組元na2o作用濃度預(yù)測用數(shù)據(jù)平衡常數(shù)代號平衡常數(shù)值k1336500000k29742000000000k32876000000溫度/k1373表3.8 1273k下na2o-sio2熔體組元na2o作用濃度預(yù)測結(jié)果na2o的摩爾濃度na2o的實驗測定活度na2o的預(yù)測定的作用濃度0.10.0000000000105 0.000000

41、0001284 0.20.0000000001778 0.0000000002027 0.30.0000000014125 0.0000000012515 0.40.0000000177828 0.0000000196181 0.50.0000011220185 0.0000009661635 0.60.0000446683592 0.0000345991246 0.70.0001288250.0006663772462 0.80.0003311310.0006055880838 0.90.0007585780.0007716533695 na2o作用濃度計算值與活度實驗測定值之間的相對誤差/

42、%188.9094na2o作用濃度計算值與活度實驗測定值之間的偏差0.000201 圖3.8 在1373k下na2o-sio2熔體中組元的預(yù)測作用濃度與實驗測定的活度對比(na2o計算的作用濃度n（）、實測活度a（）)2.6 mgo-sio2渣系的結(jié)構(gòu)單元和計算模型2.6.1 mgo-sio2渣系的性質(zhì)由mgo-sio2渣系的相圖的研究，我們可以知道能生成mg2sio4和mgsio3兩種化合物。并且，已經(jīng)有學(xué)者采用質(zhì)譜儀測定了mgo、sio2組元的活度值，以及形成這兩種化合物的標(biāo)準生成自由能。如此，便可以根據(jù)爐渣結(jié)構(gòu)共存理論從而計算出各組元的作用濃度。4通過此渣系相圖，能夠得知渣系的結(jié)構(gòu)單元，

43、從而運用于模型的建立。除此之外，由相圖也可看出部分性質(zhì)，得知此渣系的重要性，加大對此的研究，能更好的解決冶金過程中的諸多問題。1圖3.9 mgo-sio2渣系相圖2.6.2 mgo-sio2渣系計算模型由相圖圖3.9 可知，mgo-sio2渣系能生成mg2sio4和mgsio3兩種化合物。因此，該渣系的結(jié)構(gòu)單元為、離子和sio2、mg2sio4和mgsio3分子。假設(shè)：熔渣成分為，；歸一后的作用濃度是，；=平衡時各結(jié)構(gòu)單元的總摩爾分數(shù)。則：mgo-sio2渣系的化學(xué)平衡方程式為：2（）+()= (3.42) j/mol（）+()= (3.43) j/mol質(zhì)量平衡為： (3.44) (3.45

44、) (3.46)通過上述方程整理得： (3.47)2.6.3 mgo-sio2渣系計算結(jié)果及結(jié)論在1873k下，反應(yīng)（3.42）、（3.43）的平衡常數(shù)k1、k2由對應(yīng)的=-rtlnk計算得出，計算結(jié)果列入表3.9中。采用模型（3.44）、（3.47）求解模型不同a、b值下mgo作用濃度nmgo，采用matlab編程求解，其程序附錄相似，計算結(jié)果列入表3.10中。對模型預(yù)測的nmgo與對應(yīng) mgo實驗測定的活度進行比較，結(jié)果見圖3.10，計算的相對誤差、偏差結(jié)果列入表3.10中。計算發(fā)現(xiàn)，在1873k下，通過建立的模型預(yù)測的mgo-sio2二元體系中mgo作用濃度與實測活度值之間相對誤差為17

45、.7878%，偏差為0.0289，結(jié)果表明了基于熔渣共存理論建立mgo-sio2二元體系中mgo作用濃度預(yù)測較為合理。 表3.9 1873k下mgo-sio2熔體組元mgo作用濃度預(yù)測用數(shù)據(jù)平衡常數(shù)代號平衡常數(shù)值k138.3802878k27.569522933溫度/k1873表3.10 1873k下mgo-sio2熔體組元mgo作用濃度預(yù)測結(jié)果mgo的摩爾濃度mgo的實驗測定活度mgo的預(yù)測定的作用濃度0.10.0090.0134436060.20.0230.0299740760.30.0670.0519572590.40.0980.084480730.50.1710.1413272430.

46、60.3120.2724435810.70.6150.5776559090.80.8720.8181261960.90.9530.935216367mgo作用濃度計算值與活度實驗測定值之間的相對誤差/%17.7878mgo作用濃度計算值與活度實驗測定值之間的偏差0.0289 圖3.10 在1873k下mgo-sio2熔體中組元的預(yù)測作用濃度與實驗測定的活度對比(mgo計算的作用濃度n（）、實測活度a（）)2.7 mno-tio2渣系的結(jié)構(gòu)單元和計算模型2.7.1 mno-tio2渣系的性質(zhì)由于mno-tio2渣系具有較高的氮容量，而鋼中的含氮量有標(biāo)準的定量，所以熔渣的脫氮能力則至關(guān)重要。而現(xiàn)在

47、我們就需要建立含mno-tio2渣系的熱力學(xué)計算模型來解決相應(yīng)的問題。其間，運用計算軟件，大幅提高了計算的準確性，使得誤差減小。4通過此渣系相圖，能夠得知渣系的結(jié)構(gòu)單元，從而運用于模型的建立。除此之外，由相圖也可看出部分性質(zhì)，得知此渣系的重要性，加大對此的研究，能更好的解決冶金過程中的諸多問題。1圖3.11 mno-tio2渣系相圖2.7.2 mno-tio2渣系計算模型由相圖圖3.11 可知，mno-tio2渣系能生成mn2tio4和mntio3兩種化合物。因此，該渣系的結(jié)構(gòu)單元為、離子以及tio2、mn2tio4和mntio3分子。假設(shè)：熔渣成分為，；歸一后的作用濃度是，；=平衡時各結(jié)構(gòu)單

48、元的總摩爾分數(shù)。則：mno-tio2渣系的化學(xué)平衡方程式為：2（）+()=2 (3.48) j/mol（）+()= (3.49) j/mol質(zhì)量平衡為： (3.50) (3.51) (3.52)通過上述方程整理得： (3.53)通過方程式（3.50）和式（3.53）聯(lián)立可建立模型。2.7.3 mno-tio2渣系計算結(jié)果及結(jié)論在1823k下，反應(yīng)（3.48）、（3.49）的平衡常數(shù)k1、k2由對應(yīng)的=-rtlnk計算得出，計算結(jié)果列入表3.11中。采用模型（3.50）、（3.53）求解模型不同a、b值下mno作用濃度nmno，采用matlab編程求解，其程序附錄相似，計算結(jié)果列入表3.12中。

49、對模型預(yù)測的nmno與對應(yīng)mno實驗測定的活度進行比較，結(jié)果見圖3.12，計算的相對誤差、偏差結(jié)果列入表3.10中。計算發(fā)現(xiàn)，在1823k下，通過建立的模型預(yù)測的mno-sio2二元體系中mno作用濃度與實測活度值之間相對誤差為16.7499%，偏差為0.0291，結(jié)果表明了基于熔渣共存理論建立mno-sio2二元體系中mno作用濃度預(yù)測較為合理。 表3.11 1823k下mno-sio2熔體組元mno作用濃度預(yù)測用數(shù)據(jù)平衡常數(shù)代號平衡常數(shù)值k114.63217292k24.376875501溫度/k1823表3.12 1823k下mno-sio2熔體組元mno作用濃度預(yù)測結(jié)果mno的摩爾濃度

50、mno的實驗測定活度mno的預(yù)測定的作用濃度0.10.0410.0219532460.20.0750.0483159330.30.0980.0825085170.40.1740.1313832010.50.2390.2114401440.60.3760.3663137570.70.5870.6252444820.80.7940.8266510350.90.9030.936226252mno作用濃度計算值與活度實驗測定值之間的相對誤差/%16.7499mno作用濃度計算值與活度實驗測定值之間的偏差0.0291 圖3.12 在1823k下mno-tio2熔體中組元的預(yù)測作用濃度與實驗測定的活度對比(mno計算的作用濃度n（