МОЛЕКУЛЯРНО-ДИНАМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСПЛАВА ОКСИДНО-ФТОРИДНОЙ ПРОМЫШЛЕННОЙ ШЛАКООБРАЗУЮЩЕЙ СМЕСИ

摘要

В данной работе обсуждаются результаты молскулярно-динамического моделирования расплава многокомпонентной окисно-фторндной системы CaO-SiO_2-Al_2O_3-MgO-Na_2O-K_2O-CaF_2-FeO, соответствующей составу промышленной шлакообразующей смеси (ШОС), используемой при разливке стали для наведения шлака в кристаллизаторе машины непрерывного литья заготовок. Химический состав ШОС, % (по массе): 35,35 SiO_2; 30,79 CaO; 8,58 Al_2O_3; 1,26 MgO; 13,73 CaF_2; 7,57 Na_2O; 0,88 K_2O; 1,82 FeO. С учетом этих концентраций был проведен пересчет состава на мольные доли и вычислено соответствующее число ионов в модели для каждого компонента. Моделирование восьмнкомпонентного оксидно-фторидного расплава размером 2003 иона в основном кубе (длина ребра 31,01 А) с периодическими граничными условиями проведено при экспериментально определенной температуре начала затвердевания (1257 К) и фиксированном объеме. Кулоновское взаимодействие учитывали методом Эвальда-Хансена. Шаг по времени равнялся 0,05 t_0, где t_0-внутренняя единица времени, равная 7,608***10~(-14) с. Плотность расплава (3,04 г/см~3) принимали на основании собственных экспериментальных данных. Потенциалы межчастичного взаимодействия были выбраны в форме Борна-Майера. По результатам моделирования определена структура субкристалличсских группировок атомов, присутствующих в расплаве при температуре начала затвердевания. Проведено обсуждение результатов моделирования и их сопоставление с литературными данными. Показано, что компьютерная модель позволяет получить достаточно реалистичную картину атомной структуры шлакового расплава, свидетельствующую о том, что основной структурной составляющей всех силикатных систем является кремнекислородпый тетраэдр. Тетраэдры в силикатах находятся либо в виде изолированных друг от друга структурных единиц, либо, соединяясь между собой через вершины, образуют комплексные анионы, что согласуется с теорией шлаковых расплавов. Молекулярно-дннамическое моделирование позволяет получить адекватную информацию о структуре расплава определенного химического состава.