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高炉渣是高炉冶炼的副产品,对高炉冶炼过程、生铁质量、高炉的寿命、炉缸热制度等起着不容忽视的重要作用。高炉渣应具备良好的物理化学特点才能够与铁水有效、顺利分离获得纯净的生铁。使用我国攀西地区的钒钛磁铁矿,冶炼得到高钛型高炉渣,在高炉高温、强还原性情况下,钛的氧化物被还原成高熔点物质(如Ti C,Ti N)弥散于渣中,造成熔渣出现泡沫化、炉渣粘稠、渣铁难分等问题,给高炉操作带来极其不利的影响。本文以含弥散相Ti C、Ti N的高炉渣为研究对象,采用传统分子动力学(Molecular Dynamics,MD)、以密度泛函理论为基础的第一性原理(the First-Principles)以及耗散粒子动力学(Dissipative Particle Dynamics,DPD)模拟方法相结合,着力从弥散相的粒度和浓度、剪切速率和温度方面探讨对其渣系的影响,实现对含弥散相熔融渣理化特性的模拟。得到以下主要结论:①采用基于密度泛函理论的第一性原理方法对构建的两类粒子模型进行能量计算,从而导出了弥散相粒子间、弥散相粒子与Ca O-Si O2-Ti O2、Ca O-Si O2-Al2O3-Ti O2、和Ca O-Si O2-Al2O3-Mg O-Ti O2渣系中各粒子间的相互作用势关系曲线,并拟合得到L-J势函数及其相关参数;②采用分子动力学(MD)模拟方法,计算得到Ca O-Si O2-Ti O2、Ca O-Si O2-Al2O3-Ti O2和Ca O-Si O2-Al2O3-Mg O-Ti O2渣系中各粒子在一定温度下的压缩比率,并结合Keaveny法获得了粒子的相互作用系数,构建了完整的含弥散相高炉渣体系的势函数;③在含弥散相高炉渣的模拟过程中,粘度均随着剪切速率的增大而减小,即呈现明显的剪切稀化现象;④从三元渣的模拟结果来看,弥散相粒子的粒度对体系的粘度影响较大。在1773K下,ωTi C≤15%时,含粗粒级Ti C体系的粘度小于细粒级体系粘度,ωTi C>15%时,呈现相反的状态。1873K下,Ti C粒度对体系粘度的影响表现的不是很有规律,而Ti N对体系粘度的影响表现为粒子质量越小,粒度越细,粘度值越小;⑤悬浮粒子的浓度和剪切速率共同影响着高炉渣体系的粘度。当粒子浓度较小时,剪切速率对渣系特性起主导影响作用,反之,则粒子浓度起主要作用;⑥在含弥散相的碱性高炉渣中,Al2O3起着增加粘度的作用,Mg O起着降低粘度的作用。