[发明专利]一种基于熔体结构解析的熔渣表面张力预测方法

说明书

本发明提供一种基于熔体结构解析的熔渣表面张力预测方法，包括：S1、获取待测熔渣的氧键类型和氧键摩尔分数；S2、将氧键类型和氧键摩尔分数输入预先训练的熔渣表面张力预测模型，并对熔渣表面张力预测模型进行求解，获得待测熔渣表面张力的预测值；熔渣表面张力预测模型包括根据热力学平衡和吉布斯自由能理论，考虑氧化物熔体表面张力的形成机理，结合熔渣的氧键类型和氧键摩尔分数构建的熔渣表面张力预测方程。提高熔渣表面张力的预测精度和稳定性。

技术领域

本发明涉及熔渣物理性质与熔体结构技术领域，尤其涉及一种基于熔体结构解析的熔渣表面张力预测方法。

背景技术

现代钢铁冶炼过程中，熔渣在吸收非金属夹杂物、脱氧、脱硅、脱硫、脱磷等方面发挥着不可代替的冶金功能。表面张力作为研究钢-渣界面反应的重要参数，反映了相界面间收缩力的大小，影响着钢-渣间的乳化和分离、夹杂物去除、发泡操作等。熔渣既要充分吸收夹杂物、本身又不被卷入钢液中，需要较大的表面张力使钢-渣的黏附功减小，以达到减少卷渣的目的。但表面张力过大意味着生成气泡的能耗大，发泡所需做功增加，气泡不易生成，已发泡熔渣的自由能较大，系统的稳定性较差，即容易消泡，熔渣易于返干。因此，设计表面张力适宜的熔渣才能保证铁水或钢水的冶炼质量及冶炼顺行。

表面张力主要取决于熔渣的组成和温度，所以许多学者针对不同体系测量了熔体的表面张力。但由于测试设备复杂易坏，测试耗时费力以及高温下测量的不确定性，冶金熔渣的表面张力预测模型备受科研工作者青睐。

然而，工业现场仍有许多运动模态的识别任务，例如流水线传送带上原料状态监控、药物生产过程中化学反应进度监控等，这些任务往往需要从连续的多帧图像中提取动态特征进行状态判别。

早期表面张力预测模型仅通过拟合大量测量数据建立，拟合过程中，为了达到更高的精度，许多参数被引入到模型中，但参数的物理意义尚不清楚。随后的研究发现，依据经典的热力学理论构建表面张力方程具有较广泛的应用价值。Butler根据组元在体相和表面相化学势相等的性质确定了多组分液体混合物的表面张力，但模型中的活度未得到较好的处理。由此，围绕体系的活度开发表面张力预测模型受到了普遍关注，例如，利用组元的离子半径处理活度的Tanaka模型，利用阳离子与阴离子的半径比代替活度的Nakamoto模型以及基于分子离子共存理论计算活度的成国光模型。

实际上，表面张力是熔体表面结构和内部结构间差异的反映，也就是说，炉渣表面张力在本质上决定于熔渣的熔体结构，那么从熔体结构角度建立与活度的关系，是发展表面张力预测模型的主要方向。

冶金熔渣属于硅酸盐熔体，熔渣中的SiO2、P2O5会提供Si4+、P5+阳离子通过桥氧形成网状结构，CaO、MgO、Na2O、FeO等不仅提供Ca2+、Mg2+、Na+、Fe2+阳离子作网络结构的补偿电荷，还引入自由O2-切断桥氧键，形成非桥氧或自由氧，而Al2O3、Fe2O3在熔体中既发挥形成网状结构的作用，又发挥切断桥氧的作用。由氧化物熔体表面张力的形成机理可知，熔体表面相仅有氧离子覆盖，氧离子附近的阳离子，即氧键类型，决定了表面张力的大小。因此，从熔渣表面张力的结构本质出发，寻求一种适用范围较广的表面张力预测模型对于优化熔渣物理性能具有较大的应用价值。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术中存在的问题，本发明至少从一定程度上进行解决。为此，本发明的提出了一种基于熔体结构解析的熔渣表面张力预测方法，提高熔渣表面张力的预测精度和稳定性。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明提供一种基于熔体结构解析的熔渣表面张力预测方法，包括以下步骤：