冶金熔体的物理化学性质与组元的微观结构和粒子相互作用的关系

使中国由"冶金大国"变为"冶金强国"是我们这一代人的责任。开发"新流程"是完成这一转化的关键。熔体的物理化学性质是研究冶金"新流程"的基础，随着"冶金工业"的"东移"，这一研究工作也就历史地落在我们中国人的身上。冶金熔体是高温、易腐蚀的多元体系，实验测定困难，理论处理复杂，从来就是研究工作的难点，以致如今数据缺乏，准确度差，不仅影响生产科研的需求，也阻碍了熔渣理论的进展。由于多元熔体极其复杂，完全依靠第一原理的计算，目前还不成熟，熔渣理论估算主要还是基于经验性的模型，对它们的可靠性一直是各执一词，莫衷一是。为了解决这项难题，促进熔渣理论的深入发展，本课题提出将经验模型和熔渣的结构性质以及质点相互作用的机理相结合，去甄别旧模型的正误，发展新的模型，为生产提供必要的数据并进一步促进冶金理论的发展。

为了解决矿冶行业“污染重、能耗高、效率低、质量差”的问题，为了解决我国矿产资源“贫矿多，富矿少，共生多，单一少”的现实，我们需要发展新的冶金流程。为此，需要用模型去计算大量的物理化学数据。第一原理的计算方法有清晰的物理图像，但它离开提供实际的熔体数据还相距甚远。当前主要还是依靠“几何模型”和“基于微观结构的半经验半理论的模型”。. 如何评价模型的好坏，它的标准应是：“前提条件少，计算结果好，适用范围广，人为干预少”。以这一标准来衡量，传统的几何模型和现有的基于微观结构的半经验半理论的模型都有它们的严重缺陷：前者需要人为的干预去选择“对称”和“非对称”组元，对某些体系的判别简直就是无从下手。更令人吃惊的事实是，传统的模型已停滞发展长达半个多世纪。最近我们发现，目前材料学界广为应用的Hillert模型和Muggianu模型，其实，早在上世纪40年代Scatchard就提出来了，并在化学界获得很多的应用。 其次，现有的“基于微观结构的半经验半理论的模型”也有不少问题，其外延性差，结果也不理想。. 由我组这几年发展起来的方法可以克服上述缺陷。我们的新一代几何模型，可以完全排除对“对称组元选择”的“人为的干预”，这是传统几何模型完全不具备的，它的“适用性”也从热力学性质推广到所有的溶液的各种物理化学性质，并获得了广泛的应用；. 其次，我们发展的基于微观理论的半经验半理论的模型也都获得较好的结果和同行的应用。这些模型可用于预测包括Li2O, Na2O, K2O, MgO, CaO, SrO, BaO, FeO, MnO, Al2O3, SiO2, P2O5, TiO2, Fe2O3, CaF2等15个组元在内的熔渣体系的粘度；首次系统地提出了硅铝酸盐熔体电导率和粘度的定量关系；发展了描述CaO-MgO-Al2O3-SiO2-FeO-MnO-CaF2-TiO2熔渣体系硫容量随温度和成分变化关系的模型，鉴于含Cr渣在不锈钢冶炼过程的重要性，本课题还专门针对含Cr渣的各种物理化学性质进行了研究，如Cr元素价态、粘度、硫容量以及熔渣结构等。. 我们希望我们发展的这些新的方法，将在多元系物理化学性质的计算中起到积极的作用。