钢液铝脱氧热力学的第一性原理研究
发布时间：2021-10-16 03:20
金属铝脱氧形成的大尺寸氧化铝夹杂物严重影响钢材质量，同时在浇注过程中造成水口堵塞，如何减轻氧化铝夹杂对炼钢生产和钢材质量的危害成为冶金工作者长期以来密切关注的问题之一。强化去除、钙处理改性以及细化尺寸是可能减轻氧化铝夹杂危害的几种主要技术。课题从细化氧化铝尺寸角度出发，考虑脱氧初期处于纳米尺度的亚稳脱氧产物的特殊热力学性质，采用第一性原理方法研究了脱氧反应形核问题，期望为脱氧过程中氧化铝夹杂的细化控制提供理论基础。首先，采用第一性原理方法计算了铝脱氧反应可能形成的氧化铝团簇、纳米Al2O3颗粒等亚稳相的热力学性质。用DMol3计算了团簇（Al2O3）n，n=110,15,30的结构及热力学性质，并由此得到炼钢温度下生成（Al2O3）n的Gibbs能变化（Δ θrG m）。结果表明：（1）（Al2O3）n的CP、H和S随T升高而增大；GV随T升高而减小，在400-500K范围内两两相交，说明团簇的稳定性再此范围内发生转变；（2）[Al]、[O]反应生成团簇、团簇形成宏观α-Al2O3的Δ G θrm呈逐级降低趋势；（3）（Al2O3）2的稳定性高于（Al2O3）1，...
【文章来源】：江西理工大学江西省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
目录
第一章 绪论
1.1 洁净钢的研究进展
1.1.1 洁净钢的概念及发展
1.1.2 洁净钢夹杂物改性技术
1.1.3 洁净钢夹杂物细化、去除技术
1.1.4 氧化物冶金
1.2 第一性原理计算原理
1.2.1 绝热近似
1.2.2 单电子近似
1.2.3 单电子求解（密度泛函理论）
1.3 Materials Studio（MS）软件介绍
1.4 本课题的研究内容、目的及意义
1.4.1 研究意义
1.4.2 研究目的
1.4.3 研究内容
第二章 第一性原理热力学计算原理及应用
2.1 引言
2.2 DMol3热力学计算原理
2.3 CASTEP 热力学计算原理
2.4 第一性原理的热力学计算应用
2.5 小结
第三章 氧化铝团簇的热力学计算
3.1 引言
3.2 热力学性质计算
3.2.1 计算方法
3.2.2 (Al_2O_3)n和α-Al_2O_3(s)的结构
3.2.3 (Al_2O_3)n和 Al_2O_3(s)热力学性质的计算结果
3.3 (Al_2O_3)n生成 Gibbs 自由能的计算
3.4 小结
第四章 氧化铝纳米颗粒的热力学计算
4.1 引言
4.2 热力学性质的计算
4.2.1 模型设计
4.2.2 计算方法
4.2.3 计算结果
4.3 纳米颗粒的生成自由能计算
4.4 小结
第五章 铝脱氧的形核及过剩氧问题探讨
5.1 引言
5.2 二步成核机制
5.2.1 铝脱氧成核的基本假设
5.2.2 二步成核机理
5.3 过剩氧分析
5.4 实验
5.4.1 实验设备及材料
5.4.2 实验过程
5.4.3 实验结果及分析
5.5 小结
第六章 结论
参考文献
附录A 团簇的振动自由能数据
附录B 纳米氧化铝颗粒的振动自由能数据
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]结渣初始层沉积物热力学性质的第一性原理计算[J]. 李明强,杜梅芳,乌晓江,张忠孝. 上海理工大学学报. 2013(03)
[2]Al3Sc和Al3Zr金属间化合物热力学性质的第一性原理计算[J]. 张旭东,王绍青. 金属学报. 2013(04)
[3]金属氧化物表面与界面的第一性原理热力学:一个研究实例（英文）[J]. 江勇,许灿辉,蓝国强. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2013(01)
[4]钢液中夹杂物形核热力学的尺寸效应及临界晶核尺寸计算[J]. 王国承,张立峰. 钢铁. 2012(06)
[5]洁净钢生产的研究现状及发展前景[J]. 李志广,张远强,李艳. 甘肃冶金. 2012(01)
[6]CeO2热力学性质的第一原理研究[J]. 黄多辉,罗华锋,袁娣,王藩侯,蒋刚. 计算物理. 2011(03)
[7]特殊钢中稀土变质夹杂物行为研究[J]. 杨晓红,吴鹏飞,吴铖川,成国光. 中国稀土学报. 2010(05)
[8]纳米颗粒低温摩尔热容特性[J]. 董丽娜,岳丹婷,张文孝,于功志. 大连海事大学学报. 2010(03)
[9]2010年我国钢铁行业运行形势与战略思考[J]. 戚向东. 冶金管理. 2010(07)
[10]粒度对纳米石墨燃烧热力学性质影响的量子化学研究[J]. 赵苗芝,闫力,薛永强. 计算机与应用化学. 2010(07)
本文编号：3439046
【文章来源】：江西理工大学江西省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
目录
第一章 绪论
1.1 洁净钢的研究进展
1.1.1 洁净钢的概念及发展
1.1.2 洁净钢夹杂物改性技术
1.1.3 洁净钢夹杂物细化、去除技术
1.1.4 氧化物冶金
1.2 第一性原理计算原理
1.2.1 绝热近似
1.2.2 单电子近似
1.2.3 单电子求解（密度泛函理论）
1.3 Materials Studio（MS）软件介绍
1.4 本课题的研究内容、目的及意义
1.4.1 研究意义
1.4.2 研究目的
1.4.3 研究内容
第二章 第一性原理热力学计算原理及应用
2.1 引言
2.2 DMol3热力学计算原理
2.3 CASTEP 热力学计算原理
2.4 第一性原理的热力学计算应用
2.5 小结
第三章 氧化铝团簇的热力学计算
3.1 引言
3.2 热力学性质计算
3.2.1 计算方法
3.2.2 (Al_2O_3)n和α-Al_2O_3(s)的结构
3.2.3 (Al_2O_3)n和 Al_2O_3(s)热力学性质的计算结果
3.3 (Al_2O_3)n生成 Gibbs 自由能的计算
3.4 小结
第四章 氧化铝纳米颗粒的热力学计算
4.1 引言
4.2 热力学性质的计算
4.2.1 模型设计
4.2.2 计算方法
4.2.3 计算结果
4.3 纳米颗粒的生成自由能计算
4.4 小结
第五章 铝脱氧的形核及过剩氧问题探讨
5.1 引言
5.2 二步成核机制
5.2.1 铝脱氧成核的基本假设
5.2.2 二步成核机理
5.3 过剩氧分析
5.4 实验
5.4.1 实验设备及材料
5.4.2 实验过程
5.4.3 实验结果及分析
5.5 小结
第六章 结论
参考文献
附录A 团簇的振动自由能数据
附录B 纳米氧化铝颗粒的振动自由能数据
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]结渣初始层沉积物热力学性质的第一性原理计算[J]. 李明强,杜梅芳,乌晓江,张忠孝. 上海理工大学学报. 2013(03)
[2]Al3Sc和Al3Zr金属间化合物热力学性质的第一性原理计算[J]. 张旭东,王绍青. 金属学报. 2013(04)
[3]金属氧化物表面与界面的第一性原理热力学:一个研究实例（英文）[J]. 江勇,许灿辉,蓝国强. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2013(01)
[4]钢液中夹杂物形核热力学的尺寸效应及临界晶核尺寸计算[J]. 王国承,张立峰. 钢铁. 2012(06)
[5]洁净钢生产的研究现状及发展前景[J]. 李志广,张远强,李艳. 甘肃冶金. 2012(01)
[6]CeO2热力学性质的第一原理研究[J]. 黄多辉,罗华锋,袁娣,王藩侯,蒋刚. 计算物理. 2011(03)
[7]特殊钢中稀土变质夹杂物行为研究[J]. 杨晓红,吴鹏飞,吴铖川,成国光. 中国稀土学报. 2010(05)
[8]纳米颗粒低温摩尔热容特性[J]. 董丽娜,岳丹婷,张文孝,于功志. 大连海事大学学报. 2010(03)
[9]2010年我国钢铁行业运行形势与战略思考[J]. 戚向东. 冶金管理. 2010(07)
[10]粒度对纳米石墨燃烧热力学性质影响的量子化学研究[J]. 赵苗芝,闫力,薛永强. 计算机与应用化学. 2010(07)
本文编号：3439046
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