Preview

Известия Высших Учебных Заведений. Черная Металлургия

Расширенный поиск

МОЛЕКУЛЯРНО-ДИНАМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСПЛАВА ОКСИДНО-ФТОРИДНОЙ ПРОМЫШЛЕННОЙ ШЛАКООБРАЗУЮЩЕЙ СМЕСИ

https://doi.org/10.17073/0368-0797-2019-9-719-724

Полный текст:

Аннотация

В данной работе обсуждаются результаты молекулярно-динамического моделирования расплава многокомпонентной окисно-фторидной системы CaO – SiO2 – Al2O3 – MgO – Na2O – K2O – CaF2 – FeO, соответствующей составу промышленной шлакообразующей смеси (ШОС), используемой при разливке стали для наведения шлака в кристаллизаторе машины непрерывного литья заготовок. Химический состав ШОС, % (по массе): 35,35 SiO2 ; 30,79 CaO; 8,58 Al2O3 ; 1,26 MgO; 13,73 CaF2 ; 7,57 Na2O; 0,88 K2O; 1,82 FeO. С учетом этих концентраций был проведен пересчет состава на мольные доли и вычислено соответствующее число ионов в модели для каждого компонента. Моделирование восьмикомпонентного оксидно-фторидного расплава размером 2003 иона в основном кубе (длина ребра 31,01 Å) с периодическими граничными условиями проведено при экспериментально определенной температуре начала затвердевания (1257 К) и фиксированном объеме. Кулоновское взаимодействие учитывали методом Эвальда-Хансена. Шаг по времени равнялся 0,05t0, где t0 – внутренняя единица времени, равная 7,608·10–14 с. Плотность расплава (3,04 г/см3 ) принимали на основании собственных экспериментальных данных. Потенциалы межчастичного взаимодействия были выбраны в форме Борна-Майера. По результатам моделирования определена структура субкристаллических группировок атомов, присутствующих в расплаве при температуре начала затвердевания. Проведено обсуждение результатов моделирования и их сопоставление с литературными данными. Показано, что компьютерная модель позволяет получить достаточно реалистичную картину атомной структуры шлакового расплава, свидетельствующую о том, что основной структурной составляющей всех силикатных систем является кремнекислородный тетраэдр. Тетраэдры в силикатах находятся либо в виде изолированных друг от друга структурных единиц, либо, соединяясь между собой через вершины, образуют комплексные анионы, что согласуется с теорией шлаковых расплавов. Молекулярно-динамическое моделирование позволяет получить адекватную информацию о структуре расплава определенного химического состава.

Об авторах

Б. Р. Гельчинский
Институт металлургии УрО РАН
Россия

д.ф.-м.н., профессор, заведующий лабораторией порошковых, композиционных и наноматериалов

620016, Россия, Екатеринбург, ул. Амундсена, 101



Э. В. Дюльдина
Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова
Россия

к.т.н., доцент, профессор кафедры металлургии и химической технологии

455000, Россия, Челябинская обл., Магнитогорск, пр. Ленина, 38



Л. И. Леонтьев
Институт металлургии УрО РАН, Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Президиум РАН
Россия

академик РАН, советник, д.т.н., профессор, главный научный сотрудник

620016, Россия, Екатеринбург, ул. Амундсена, 101

119049, Россия, Москва, Ленинский пр., 4

119991, Россия, Москва, Ленинский пр., 14



Список литературы

1. Филиппов А.В., Дидович С.В., Селиванов В.Н. Шлакообразование в кристаллизаторе слябовой МНЛЗ // Проблемы черной металлургии и материаловедения. 2013. № 4. С. 40 – 42.

2. Макуров С.Л., Смирнов А.Н., Епишев М.В., Шлемко С.В. Исследование и оптимизация технологических свойств шлакообразующих смесей для непрерывной разливки стали с повышенной скоростью // Изв. вуз. Черная металлургия. 2010. № 12. С. 13 – 16.

3. Экхардт Д., Бехманн Д. Выбор шлакообразующих смесей для непрерывной разливки стали // Сталь. 2008. № 11. С. 19 – 22.

4. Суворов С.А., Вихров Е. А. Совершенствование ШОС для кристаллизаторов МНЛЗ // Сталь. 2010. № 4. С. 38 – 42.

5. Дюльдина Э.В., Селиванов В.Н., Лозовской Е.П., Коротин А.В. Исследование шлакообразования в промежуточном ковше МНЛЗ // Изв. вуз. Черная металлургия. 2013. № 5. С. 7 – 11.

6. Суворов С.А., Ордин В.Г., Ерошкин С.Б., Вихров Е.А. Кристаллизационная способность как критерий выбора ШОС в зависимости от марочного сортамента непрерывнолитых сталей // Сталь. 2010. № 12. С. 14 – 19.

7. Zhou Lejun, Wang Wanlin, Wei Juan, Lu Boxun. Effect of Na2O and B2O3 on heat transfer behavior of low fluorine mold flux for casting medium carbon steels // ISIJ International. 2013. Vol. 53. No. 4. P. 665 – 672.

8. Wen Guang Hua, Zhu Xin Bai, Tang Ping etc. Influence of raw material type on heat transfer and structure of mold slag // ISIJ International. 2011. Vol. 51. No. 7. P. 1028 – 1032.

9. Takahira N., Hanao M., Tsukaguchi Y. Viscosity and solidification temperature of SiO2–CaO–Na2O melts for fluorine free mould flux // ISIJ International. 2013. Vol. 53. No. 5. P. 818 – 822.

10. Hanao Masahito. Influence of basicity of mold flux on its crystallization rate // ISIJ International. 2013. Vol. 53. No. 4. P. 648 – 654.

11. Белащенко Д.К. Компьютерное моделирование жидких и аморфных веществ. – М.: МИСИС, 2005. – 408 с.

12. Дюльдина Э.В., Селиванов В.Н., Лозовский Е.П. и др. Физико-химические свойства расплавов шлакообразующих смесей, используемых при непрерывной разливке стали // Расплавы. 2009. № 6. С. 3 – 10.

13. Белащенко Д.К., Сапожникова С.Ю. Компьютерное моделирование структуры, термодинамических свойств и механизма переноса ионов в криолит-глиноземных расплавах // Журнал физической химии. 1997. Т. 71. № 6. С. 1036 – 1040.

14. Пастухов Э.А., Ватолин Н.А., Лисин В.Л. и др. Дифракционные исследования строения высокотемпературных расплавов. – Екатеринбург: УрОРАН, 2003. – 355 с.

15. Deer W.A., Howie R.A., Zussman J. Rock-Forming Minerals. Vol. 2: Chain silicates. Longmans Green and Co, 1963. – 379 p.

16. Гольдштейн Н.Л. Краткий курс теории металлургических процессов. – Свердловск: Металлургиздат, 1961. – 334 с.

17. Есин О.А., Гельд П.В. Физическая химия пирометаллургических процессов. Ч. 2. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Металлургия, 1966. – 702 с.

18. Masson C.R., Smith I.B., Whiteway S.G. Molecular size distribution in multichain polymers: application of polymer theory to silicate melts // Can J. Chem. 1970. Vol. 48. P. 1456 – 1464.

19. Gaskel D.R. Activities and free energies of mixing in binary silicate melts // Met. Trans. 1977. Vol. 8B. No. 1. P. 131 – 145.

20. Elfsberg J., Matsushita T. Measurements and calculation of interfacial tension between commercial steels and mould flux slags // Steel Research International. 2011. Vol. 82. No. 4. P. 404 – 414.

21. Singh D., Bhardwaj P., Yang Y.D. etc. The influence of carbonaceous material on the melting behaviour of mould powder // Steel Research International. 2010. Vol. 81. No. 11. P. 974 – 979.


Для цитирования:


Гельчинский Б.Р., Дюльдина Э.В., Леонтьев Л.И. МОЛЕКУЛЯРНО-ДИНАМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСПЛАВА ОКСИДНО-ФТОРИДНОЙ ПРОМЫШЛЕННОЙ ШЛАКООБРАЗУЮЩЕЙ СМЕСИ. Известия Высших Учебных Заведений. Черная Металлургия. 2019;62(9):719-724. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2019-9-719-724

For citation:


Gel’chinskii B.R., Dyul’dina E.V., Leont’ev L.I. MOLECULAR DYNAMIC SIMULATION OF THE MELT OF OXIDE-FLUORIDE INDUSTRIAL SLAG-FORMING MIXTURE. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2019;62(9):719-724. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/0368-0797-2019-9-719-724

Просмотров: 56


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 0368-0797 (Print)
ISSN 2410-2091 (Online)