渣-金-气相平衡的分子热力学研究

For the main metallurgical enterprises in our province, such as Yunnan Tin Group (Holding) Co., LTD and Kunming Iron and Steel Group Co., LTD, etc., most of their technological processes belong to pyro-metallurgy. The controlling of process parameters is closely related with the slag - metal - gas phase equilibrium principle. Based on the application of molecular interaction volume model, this project will bring the phase equilibrium predictions of tin ore concentrate reduction smelting, coarse tin refining as well as iron-making and steelmaking processes into the molecular thermodynamic theory framework, and establish the molecular thermodynamic prediction system of slag-metal-gas phase equilibrium. The results of the study for deeply understanding pyro-metallurgical principle, controlling distribution and trend of alloying elements and impurities in those processes and developing better phase equilibrium calculation software, have important scientific significance and application prospects.

我省的主要冶金企业,如云锡、昆钢等，大部分工艺流程都属于火法冶金，其工艺参数的调控与渣-金-气相平衡的原理密切相关。本项目通过分子相互作用体积模型的应用，将锡精矿还原熔炼、粗锡精炼以及炼铁、炼钢过程相平衡的预测，纳入分子热力学的理论框架，建立渣-金-气相平衡的分子热力学预测体系。研究结果对于深入认识火法冶金原理、调控冶炼过程中合金元素及杂质的分布和走向、开发质量更好的相平衡计算软件，都具有重要的科学意义和应用前景。

我省的主要冶金企业，如云锡昆钢等，大部分工艺流程都属于火法冶金，其工艺参数的调控与渣-金-气相平衡的原理密切相关。本项目选择锡冶金和钢铁冶金中具有代表性的渣-金-气相平衡体系为研究对象，采用分子相互作用体积模型（MIVM）及其伪多元法，试图建立渣-金-气相平衡的分子热力学预测体系。所获得的的重要结果是：（1）初步建立了熔渣-锡液-CO相平衡和熔渣-铁液（钢液）-CO相平衡的MIVM及其伪多元法预测体系；（2）在多元均相体系中，证明了偏摩尔量与摩尔量之间的关系式等价于Gibbs-Duhem方程，并推论出符合Gibbs-Duhem方程的热力学模型应当具有的普遍特征；（3）根据MIVM的配分函数，采用Scott的双流体理论和Scatchard-Hildebrand理论，推导出了一个含有体积参数和能量参数的超额Gibbs自由能的统计热力学表达式，即改进的分子相互作用体积模型(Modified-MIVM)，并在液态合金和有机体系的热力学计算中得到了验证。研究结果为进一步建立更加可靠的渣-金-气相平衡的分子热力学预测体系奠定了基础，同时也为探索普适性的热力学模型提供了一些经验和思路。