[發明專利]一種基于熔體結構解析的熔渣黏度預測方法

在審

• 申請號: 202011522530.4
• 申請日: 2020-12-21
• 公開（公告）號: CN112561182A
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 閔義;張蕊;劉承軍
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G01N11/00;G06F30/27;G06F17/11;G06F113/08
• 代理公司: 北京易捷勝知識產權代理事務所(普通合伙) 11613
• 代理人: 韓國勝

本發明提供一種基于熔體結構解析的熔渣黏度預測方法，包括：S1、獲取待測熔渣的氧鍵類型和氧鍵摩爾分數；S2、將氧鍵類型和氧鍵摩爾分數輸入預先訓練的熔渣黏度預測模型，并對熔渣黏度預測模型進行求解，獲得待測熔渣黏度的預測值；其中熔渣黏度預測模型包括根據Arrhenius方程，考慮硅酸鹽網絡結構的流動機理，結合熔渣的氧鍵類型和氧鍵摩爾分數構建的熔渣黏度預測方程。適用性廣，并提高了熔渣黏度的預測精度和穩定性。

技術領域

本發明涉及熔渣物理性質與熔體結構技術領域，尤其涉及一種基于熔體結構解析的熔渣黏度預測方法。

背景技術

現代鋼鐵冶煉過程中，熔渣在吸收非金屬夾雜物、脫氧、脫硅、脫硫、脫磷等方面發揮著不可代替的冶金功能。黏度作為衡量熔渣發揮冶金性能的重要參數，反映了熔渣中相鄰流體層相對運動時的內摩擦力，與元素擴散、渣-鋼間化學反應、氣體逸出、熱量傳遞等密切相關，影響著渣-鋼間的反應速率、流動傳熱能力、鐵損及爐襯壽命。如果熔渣黏度過大，造成熔池不活躍、渣-金間反應緩慢、惡化冶煉的動力學條件，降低金屬收得率；如果熔渣黏度過小會加速爐渣向耐火材料的滲透能力，造成爐襯侵蝕過快，降低冶煉爐的使用壽命，還會不斷引入外來夾雜物，影響冶煉效果。因此，設計黏度適宜的熔渣才能保證鐵水或鋼水的冶煉質量。

目前，主要采用實驗研究和模型計算獲取黏度數據。在實驗研究的基礎上，冶金熔渣的黏度預測模型一直備受科研工作者青睞。針對不同體系，科研工作者開發建立了一系列黏度預測模型，如基于經驗公式和半經驗公式的Urbain模型、Riboud模型、Iida模型，基于Enrying方程的Seetharaman模型、KTH模型，基于Weymann-Frenkel理論的Weymann模型，基于共存理論的黏度計算模型以及幾何模型。這些計算模型僅在有限的實驗數據基礎上進行優化，適用范圍有較大限制，同時模型參數僅通過大量實驗數據擬合，缺乏實際的物理意義。

在微觀上，黏度是熔體內部結構基團間作用力的量度，也就是說，爐渣黏度在本質上決定于熔渣的微觀結構。冶金熔渣屬于硅酸鹽熔體，熔渣中的SiO₂會提供Si⁴⁺陽離子通過橋氧(BO)形成網狀結構，CaO、MgO、FeO、Na₂O等不僅提供Ca²⁺、Mg²⁺、Fe²⁺、Na⁺陽離子作網絡結構的補償電荷，還引入自由O^2-切斷橋氧鍵，形成非橋氧(NBO)或自由氧(FO)，P₂O₅在熔體中發揮形成網狀結構的作用，而Al₂O₃、Fe₂O₃在熔體中既發揮形成網狀結構的作用，又發揮切斷橋氧的作用。由硅酸鹽熔體的流動機理可知，熔體中氧鍵的種類決定了熔渣整體的流動性能。NBO和FO在熔體中的流動性明顯強于BO，NBO和FO數量的增多會明顯降低熔渣黏度。由此，日本學者Nakamoto等人將氧鍵引入Arrhenius方程，建立了適用于CaO–SiO₂–Al₂O₃基渣系的黏度預測方程。但該方程中氧鍵的數值僅由Susa等人通過計算玻璃渣折射率擬合得到的公式來獲取，其可靠性尚待驗證，且模型并未考慮Fe₂O₃、FeO、P₂O₅對熔渣黏度的影響，不具備廣泛的適用性。

因此，從熔渣黏度的本質出發，尋求一種適用范圍較廣的黏度預測模型對于優化熔渣物理性能具有較大的應用價值。

發明內容

(一)要解決的技術問題

鑒于上述技術中存在的問題，本發明至少從一定程度上進行解決。為此，本發明的提出了一種基于熔體結構解析的熔渣黏度預測方法，適用性廣，并提高了熔渣黏度的預測精度和穩定性。

(二)技術方案

為了達到上述目的，本發明提供一種基于熔體結構解析的熔渣黏度預測方法，包括以下步驟：