钒渣熔融结构与性质的分子动力学模拟研究_ABSTRACT_4_8

1、ABSTRACTThe vanadium-titanium magnetic iron ore is the main resource containing vanadium which is extracted as by-product of iron. The vanadium-titanium magnetic iron ore is reduced in blast furnace and the vanadium in hot metal is oxided into slag containing vanadium. The quality of slag containing

2、 vanadium is very important for downstream process. Thus the microstructure of slag containing vanadium in different temperature and effect by addition SiO2, Fe2O3 and TiO2 are studied in this work.The following molten slags system containing vanadium are studied by MolecularFeO-V2O3.Fe2O3、FeO-V2O3.

3、SiO2、FeO-V2O3.TiO2. Dynamics Simulation, FeO-V2O3、The pair correlation function (PCF), coordinate number (CN) and angle distribution are obtained. The X-ray diffraction (XRD) analysis is carried out to verify the simulated results. The ionic diffusion coefficients in different molten system containi

4、ng vanadium are obtained to analyze relative dynamical properties. The following are research results: The Fe-O bond length is between 2.052.15 and V-O bond length is2.102.15 in FeO-V2O3 system at 1673K. The Fe-O and V-O bond length is 2.01 and 2.04 respevtively in XRD. The main phase is normal vana

5、dium-iron spinel FeV2O4. With decreasing temperature, the onset and second peak appear in various ionic pair correlation function. It is indicated that further ordered microstructure is formed. The Fe-O bond length is between 1.901.95, V-O bond length is 2.002.05 and Fe3+-O bond length is 1.872.01 i

6、n FeO-V2O3.Fe2O3 system at 1673K. The Fe-O, V-O and Fe3+-O bond length is 2.01, 2.04 and 2.02 respevtively in XRD. The main phase is reverse vanadium-iron spinel Fe2VO4. The ionic diffusion coefficients of Fe decrease with addition of Fe2O3, while diffusion coefficients of V increase with addition o

7、f Fe2O3. The Fe-O bond length is between 1.901.95, V-O bond length is 2.002.10 and Si-O bond length is 1.601.70 in FeO-V2O3.SiO2 system at 1673K. The Fe-O, V-O and Si-O bond length is 2.01, 2.04 and 1.60 respevtively in XRD. The main phase is normal vanadium-iron spinel FeV2O4 and Fe2SiO4. The ionic

8、 diffusion coefficients of Fe, V and O increase with addition of SiO2.and Ti-O bond length is 1.851.95 in FeO-V2O3-TiO2 system at 1673K. The Fe-O, V-O and Ti-O bond length is 2.01, 2.04 and 2.02 respevtively in XRD. The main phase is normal vanadium-iron spinel FeV2O4 and titanium-iron spinel Fe2TiO

9、4. The ionic diffusion coefficients of Fe, V and O increase with addition of TiO2. The diffusion coefficients of Fe and V keep invariant, but diffusion coefficient of O decrease.Keywords: Slag containing vanadium, Vanadium-iron spinel, Molecular Dynamics,Microstructure.目 录摘 要ABSTRACT1 绪论. 11.1钒的用途 .

10、 11.2转炉提钒工艺的研究现状 . 31.3钒渣的研究现状 . 51.3.1钒渣的物相 . 51.3.2钒渣质量 . 62 分子动力学模拟的研究现状 . 92.1 势函数 . 102.2 求解算法 . 112.3 周期性边界条件与最近镜像 . 122.4 结构与性质的计算 . 14 3 FEO-V2O3系熔渣结构研究 . 193.1 模拟条件 . 193.2 对相关函数 . 193.3 配位数 . 233.4 键角分布 . 243.5 扩散系数 . 263.6 X射线衍射分析 . 283.7 小结 . 29 4 FEO-V2O3-FE2O3系熔渣结构研究 . 314.1模拟条件 . 314.

11、2 含FE2O3三元体系对相关函数 . 314.3 含FE2O3三元体系配位数 . 374.4 含FE2O3三元体系键角分布 . 384.5 FE2O3对扩散系数的影响. 404.6 X射线衍射分析 . 424.7小结. 44 5 FEO-V2O3-SIO2系熔渣结构研究 . 475.1模拟条件 . 475.2 含SIO2三元体系对相关函数 . 475.3 含SIO2三元体系配位数 . 535.4 含SIO2三元体系键角分布 . 535.5 SIO2对扩散系数的影响 . 565.6 X射线衍射分析 . 585.7小结 . 60 6 FEO-V2O3-TIO2系熔渣结构研究 . 616.1模拟条

12、件 . 616.2 含TIO2三元体系对相关函数 . 616.3 含TIO2三元体系配位数 . 676.4 含TIO2三元体系键角分布 . 676.5 TIO2对扩散系数的影响 . 706.6 X射线衍射分析 . 726.7小结 . 747 结论 . 75致 谢 . 77参考文献 . 79附 录 . 83作者在攻读硕士学位期间发表的论文的目录 . 831 绪论钒属贵重金属，应用范围广，经济价值高，是一种极为重要的工业原料，可广泛应用于钢铁、化工、航空航天、电子工业、生物和农业领域。向钢种添加少量的钒，就会大大提高钢的强度、韧性、抗疲劳能力和耐磨损能力1。在合金钢中加入少量的钒，可以使得钢淬火后

13、保持很高的可塑性，在低温下也有较优良的抗冲击强度，对低温构件有特别重要的意义。钒在工具钢中能使得钢在高温下保持硬度，提高其耐磨性、韧性和切削率。钒钛合金被广泛的应用于航空、火箭和宇宙技术以及造船、化工和热工设备制造上。铝、钛、钒合金中含3.4.4.5%V，4.6.5%Al，其余为钛。这种合金具有高的屈服强度、冲击强度，使用温度可达540，用于制造喷气引擎和飞机构件。在美国波音747，海军F-14战斗机，空军F-15战斗机，洛克希德C-5运输机和道格拉斯DC-10都使用此种合金2。在化学工业中，钒最重要的用途是作为催化剂，在合成某些有机化合物(醋酸、草酸、苯甲酸、邻苯二甲酸和苯胺黑)和净化排放气

14、体时，它是活性催化剂。钒催化剂的最大用处是硫酸工业。它可替代催化剂使用，其耐毒性比铂大千百倍。在石油工业中钒用于裂化催化剂。此外，采用V2O5获得了一系列具有特殊性能的新材料：各种有色玻璃，带半导体性能的玻璃、吸收紫外线辐射的玻璃，无机离子交换剂、耐火材料，发光材料、乙烯或丙烯人工合成汽油等等。V2O5和各种钒酸盐，还用来制造陶瓷、染料和漆。在照相和电影业用于显影剂、感光剂及着色剂。钒酸铵用着黑色皮革的染料、墨水、棉织品的媒染剂等。钒酸盐还用于医药工业上作为药剂。随着钒的广泛使用，其需求量逐年增加，1979年世界钒的消耗量已达2.97万吨，其中西方国家约占70%。美国近年来一直是钒的最大消费国。1979年美国耗钒占世界耗钒总量的26.1%，苏联占18.3%，德国占12.4%，日本占10.9%。1969-1979年间，世界钒消耗量的年增长率平均为4.3%以上。到1985年可达4万吨，到1995年可达4.62万吨。对钒的研究表明较新的应用领域是在功能材料方面。钒比较有潜力的应用开发方向有以下几个方