FACTSage在冶金中的应用
FactSage_热力学计算在耐火材料抗渣侵蚀性中的应用
第43卷第3期2024年3月硅㊀酸㊀盐㊀通㊀报BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol.43㊀No.3March,2024FactSage 热力学计算在耐火材料抗渣侵蚀性中的应用郭伟杰1,2,朱天彬1,2,李亚伟1,2,廖㊀宁1,2,桑绍柏1,2,徐义彪1,2,鄢㊀文1,2(1.武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室,武汉㊀430081;2.武汉科技大学高温材料与炉衬技术国家地方联合工程研究中心,武汉㊀430081)摘要:商用热力学计算软件FactSage 在耐火材料抗渣侵蚀性研究中起到重要作用,因此在耐火材料研究中应用越来越广泛㊂本文总结了近15年来热力学计算在耐火材料抗渣侵蚀性研究中的应用,重点介绍了耐火材料抗渣侵蚀研究中常用的热力学计算模型,分析了各种模型的原理㊁特点㊁适用情景㊁精确度与局限性,并给出了详细的运用实例㊂此外,本文介绍了热力学计算与其他方法相结合运用的实例,包含ANSYS㊁动力学分析㊁分子动力学模拟等方法,规避热力学计算的局限性,更加全面地分析熔渣对耐火材料的侵蚀行为㊂最后,本文对热力学计算存在的问题进行了归纳,并基于现有研究现状对其发展前景与方向进行了展望㊂关键词:耐火材料;热力学计算;抗渣侵蚀性;FactSage;热力学模型中图分类号:TQ175㊀㊀文献标志码:A ㊀㊀文章编号:1001-1625(2024)03-1110-13Application of FactSage Thermodynamic Calculation on Slag Corrosion Resistance of RefractoriesGUO Weijie 1,2,ZHU Tianbin 1,2,LI Yawei 1,2,LIAO Ning 1,2,SANG Shaobai 1,2,XU Yibiao 1,2,YAN Wen 1,2(1.The State Key Laboratory of Refractories and Metallurgy,Wuhan University of Science and Technology,Wuhan 430081,China;2.National-Provincial Joint Engineering Research Center of High Temperature Materials and Lining Technology,Wuhan University of Science and Technology,Wuhan 430081,China)Abstract :Commercial thermodynamic calculation software FactSage plays an important role in the analysis of slag corrosion process,therefore it has been widely used in the research of refractories.Application of thermodynamic calculation on slag corrosion resistance of refractories and thermodynamic calculation models which are commonly used in the slag corrosionresistance of refractories were introduced.The mechanisms,characteristics,applicable situations,accuracy and limitations of every model were discussed,and the detailed examples were given.Furthermore,the application examples of FactSage combined with other methods including ANSYS,kinetic analysis and MD simulation were given,aiming to avoid the limitations of thermodynamic calculation and comprehensively analyze the slag corrosion stly,the common problems of thermodynamic calculation were summarized,and the direction of further development was proposed.Key words :refractory;thermodynamic calculation;slag corrosion resistance;FactSage;thermodynamic model 收稿日期:2023-09-27;修订日期:2023-12-06基金项目:国家自然科学基金联合基金重点项目(U21A2058,U1908227,52272071);湖北省自然科学基金项目(2022CFB024)作者简介:郭伟杰(1998 ),男,硕士研究生㊂主要从事耐火材料抗渣性能的研究㊂E-mail:1099255596@通信作者:朱天彬,博士,副教授㊂E-mail:zhutianbin@ 0㊀引㊀言随着计算机技术的高速发展,集成了大量热力学数据的商用热力学计算软件成为研究者的重要工具㊂FactSage [1]最早于1976年提出,2001年加拿大蒙特利尔综合工业大学的FACT-win 软件与德国GTT 公司的ChemSage 软件整合为FactSage,这是目前应用最为广泛的热力学计算软件之一㊂该软件集成了大量热力学数据库,包括溶液㊁化合物㊁纯物质㊁熔盐㊁合金的数据,并整合了以多元相平衡计算为代表的多种功能,是一㊀第3期郭伟杰等:FactSage热力学计算在耐火材料抗渣侵蚀性中的应用1111个综合性集成热力学计算软件[2-3],已在全球800多所大学㊁实验室和企业中应用[4]㊂在耐火材料领域,FactSage热力学计算同样占据着重要地位,已被应用于相图绘制㊁熔渣侵蚀分析㊁液相含量分析㊁黏度计算㊁复杂条件下多元多相体系平衡㊁体系热力学函数计算等诸多方面[5-8]㊂其中,热力学计算能够较好地分析耐火材料抗渣侵蚀性,在熔渣性质㊁热力学平衡相㊁液相组成等方面提供重要参考㊂因此,本文综述了近15年来FactSage热力学计算在耐火材料抗渣侵蚀研究进展,给出了基于热力学计算的抗渣侵蚀性研究案例,以期为相关科研工作者使用热力学计算分析耐火材料抗渣侵蚀机理提供参考和借鉴㊂同时,基于近年来的研究现状,总结FactSage热力学计算在耐火材料抗渣侵蚀性的发展趋势,并对其发展前景进行了展望㊂1㊀耐火材料抗渣侵蚀研究中的热力学计算模型热力学计算中,FactSage的Equilib模块是模拟熔渣与耐火材料反应过程的最常用工具㊂该模块通过原ChemSage的算法,基于吉布斯自由能最低原理[9-10],能够较好地预测熔渣对耐火材料侵蚀过程中的热力学平衡相与液相组成变化㊂使用该模块进行耐火材料抗渣侵蚀性研究的常用过程如图1所示㊂图1㊀使用FactSage的Equilib模块对熔渣-耐火材料侵蚀过程进行分析的主要步骤Fig.1㊀Main steps during the analysis of slag corrosion resistance of refractories using Equilib module of FactSage选择合适的热力学计算模型是获取准确的热力学计算结果的前提㊂不同的热力学计算模型具有不同的侧重点,应当基于当前研究体系的特点,选取合适的模型以达到较好的模拟效果㊂目前,经过国内外研究者的长期研究,以界面反应模型为代表的热力学计算模型被广泛开发,并经过了大量实验验证,具有较高的准确度与可信度㊂下面对常用的热力学计算模型分别进行介绍㊂1.1㊀物相-温度模型图2为物相-温度模型的示意图㊂物相-温度模型是一种常用的计算模型,能够较好地反映物相随温度的变化情况㊂物相-温度模型的示意图如图2(a)所示,熔渣与耐火材料的质量恒定(常设定为100gʒ100g),在该模型中温度是唯一的变量,通过计算得到物相-温度曲线(见图2(b)),从而反映物相随温度的变化过程㊂该模型常用于分析温度对耐火材料抗渣侵蚀性的影响以及高熔点相在耐火材料内的生成温度等情况㊂此外,该模型变量较少㊁上手门槛较低,适用于大多数耐火材料抗渣侵蚀性分析㊂图2㊀物相-温度模型的示意图Fig.2㊀Schematic diagram of phase-temperature thermodynamic model在Gehre等[11]关于含硫渣对尖晶石耐火材料的侵蚀行为的研究中,通过设定30g熔渣与10g耐火材料在强还原气氛下进行反应,得到了尖晶石㊁CaMg2Al16O27相在800~1450ħ的变化趋势(见图3),较好地描述了固相随温度降低逐渐析出的过程㊂类似地,在刚玉尖晶石浇注料体系中,Ramult等[12]在1112㊀耐火材料硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第43卷图3㊀矿物相与熔渣含量与温度的函数关系[11]Fig.3㊀Functional relationship between mineral phase,slag content and temperature [11]1200~1700ħ设定50%(文中均为质量分数)耐火材料与50%钢渣反应,比较了三种不同碱度的熔渣对浇筑料侵蚀后的产物区别㊂该方法同样在铜工业用无铬耐火材料中运用,Jastrzębska 等[13]通过将50g 的不同种类铜渣与50g 的Al 2O 3-MgAl 2O 4耐火材料进行计算,发现尖晶石能够在较大温度范围内稳定存在,证实了该种耐火材料对铜渣具有较好的抵抗能力㊂而在炉渣的固相分数分析中,Anton 等[14]则使用该模型计算了熔渣的完全融化温度,发现碱度不随固体析出而变化㊂物相-温度模型对熔渣-耐火材料体系内固相的析出温度具有良好的精确度,并能够准确判断固相在高温下的稳定情况,且可以确定产生液相的温度点㊂此外,这种热力学模型以温度作为变量,适合于描述较大温度范围内的熔渣侵蚀情况,能够提供从升温到降温的全过程熔渣侵蚀产物分析㊂然而,该种模型具有明显的局限性㊂众所周知,熔渣侵蚀耐火材料的过程中,熔渣含量变化导致系统物相组成不断变化,熔渣侵蚀耐火材料的过程是一个渐进的过程㊂使用温度-物相模型时,由于熔渣与耐火材料组分未引入变量,采用了固定值进行计算,导致其计算结果是对熔渣侵蚀最终结果的预测,而无法渐进㊁全面地展现熔渣对耐火材料的侵蚀过程㊂侵蚀过程描述的缺失使得中间相的产生机理无法较好地被描述(如浇注料体系中二铝酸钙(CA 2)与六铝酸钙(CA 6)相的含量变化),导致复杂体系的精确度较差㊂1.2㊀溶解模型图4为溶解模型示意图,图5为不同气氛下镁铬耐火材料-冰铜渣系统的热力学平衡相㊂溶解模型也是耐火材料抗渣侵蚀研究中一种常用的模型,如图4(a)所示,该模型设定耐火材料的质量恒定不变,熔渣质量线性增加㊂在该模型中,定义质量比A =m S /m R (m S 为熔渣质量,m R 为耐火材料质量),对系统内各组分使用表达式<m R +m S ˑA >进行描述,即随着A 值的增加,在耐火材料质量不变的情况下,熔渣质量从0开始不断线性增加,从而模拟熔渣量从少到多的侵蚀过程㊂如图4(b)所示,该模型较好地反映了组分在熔渣内的溶解速率情况与稳定程度,通过物相质量-A 曲线的斜率定性反映溶解速率,通过曲线归零时所需A 的绝对值反映该物相在熔渣内的稳定程度㊂图4㊀溶解模型示意图Fig.4㊀Schematic diagrams of dissolution model 溶解模型由于具有较好的普适性而被广泛运用于耐火材料抗渣侵蚀研究中㊂在Liu 等[15]㊁王恭一等[16]和程艳俏等[17]针对镁铬质耐火材料抗渣侵蚀性的研究中,根据如图5所示的热力学计算,发现镁铬尖晶石㊁镁铁尖晶石以及镁橄榄石在系统内可以稳定存在;而在还原气氛下(见图5(b)),镁橄榄石的含量明显下㊀第3期郭伟杰等:FactSage热力学计算在耐火材料抗渣侵蚀性中的应用1113降,且生成了Pb(g),从而解释了还原气氛下耐火材料抗渣侵蚀性下降的原因㊂在评价耐火骨料抗渣侵蚀性的研究中,金胜利等[18]分别计算了高炉钛渣对棕刚玉㊁电熔刚玉㊁亚白刚玉㊁镁铝尖晶石以及特级矾土的侵蚀,通过比较刚玉相完全消失时的A值分析了五种常见骨料的抗侵蚀能力㊂桑绍柏等[19]通过热力学计算发现SiC能够与含Ti熔渣反应生成稳定的FeSi与TiC相,且SiC在A=4.5时才完全消耗,证明了SiC在该体系内具有良好的稳定性㊂吕晓东等[20]通过该模型计算发现SiC㊁钛尖晶石在钛渣中具有较好的稳定性,这与静态坩埚法得到的结果一致㊂马三宝等[21]也计算了钢包渣对轻质方镁石-尖晶石耐火材料的侵蚀,得出尖晶石的溶解速率大于方镁石㊂而李真真等[22]使用该模型研究了氧化钛对镁砂抗渣渗透性能的影响,发现生成的CaTiO3在熔渣内比镁砂更加稳定㊂图5㊀不同气氛下镁铬耐火材料-冰铜渣系统的热力学平衡相[15]Fig.5㊀Equilibrium phases of magnesia chromite refractories-matte slag system under different atmospheres[15]该模型对高熔点物相在熔渣体系内的稳定度预测展现出较为良好的精确度㊂由于该模型中引入了变量A=m S/m R,特定物相消失时的A值反映了该物相在熔渣内的稳定程度,因此该模型能够较好地发现特定熔渣体系内的高熔点相(如尖晶石相㊁CaTiO3相与方镁石相),为针对性地开发具有优异抗渣侵蚀性的耐火材料提供依据㊂并且,该种模型能够有效地对比不同耐火材料体系在特定熔渣下的稳定程度,从而针对酸性渣㊁碱性渣㊁富钛渣㊁富锰渣等不同熔渣体系挑选对应的耐火材料,满足特定条件的需求㊂然而,该种模型仍具有一定局限性,虽然能够良好地预测高熔点㊁高稳定相的生成,却缺乏定性地描述这些物相在侵蚀区域相对位置的能力,例如其能够精确地预测刚玉骨料外侧生成CA2与CA6相,但难以定性地描述两相在骨料外侧的位置㊂因此,使用该种模型时需结合SEM㊁EDS等表征手段进行深入分析㊂此外,在真实的熔渣侵蚀过程中,由于耐火材料组分向熔渣中逐渐溶解,熔渣的组分受到耐火材料的影响而不断改变,因此熔渣组分处于 不断更新 的状态㊂而该模型中熔渣组分恒定不变,即恒定保持初始化学组分㊁仅逐步提升熔渣的质量,无法精确地描述熔渣与耐火材料之间的组分交换㊂因此,该种模型适合对静态坩埚抗渣法等熔渣组分变化不大的情景进行分析,对感应炉抗渣㊁回转窑抗渣㊁钢包渣线抗渣等组分交换剧烈㊁熔渣处于动态情景的模拟精确度较低㊂1.3㊀界面反应模型界面反应模型能够有效地模拟熔渣-耐火材料界面处的相互作用过程,被广泛应用于多种耐火材料体系中,其计算结果经过了广泛验证,是目前常用㊁可信的模型之一㊂该模型最早由Berjonneau等[23]于2009年提出,最初用于模拟恒定温度㊁压力条件下二次冶金钢包渣对Al2O3-MgO耐火材料的侵蚀㊂界面反应模型的示意图如图6所示,在该模型中定义了反应度B=w R/(w S+w R),并满足w R+w S=1,其中w R为耐火材料质量分数,w S为熔渣的质量分数,对系统内的组分采用表达式<m S-(m S-m R)ˑB>进行描述㊂B反映了耐火材料-熔渣界面的反应程度,当B接近0时,系统中熔渣比例较高,反应程度较低,反之B接近1时,系统中耐火材料占比较高,反应程度越高㊂如图6(b)所示,反应度B可以近似为熔渣-耐火材料接触的界面层的相对位置,B趋近于1时,生成的物相越接近耐火材料表层,而其趋近于0时物相靠近熔渣侧㊂这一特性使得该模型能较好地反映了侵蚀过程中固相的相对位置与生成量,因此尤其适合模拟保护层的生成情况㊂1114㊀耐火材料硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第43卷图6㊀界面反应模型的示意图[21]Fig.6㊀Schematic diagrams of interlayer reaction model[21]溶解模型在耐火材料抗渣领域得到了广泛应用,并被大量实验证明具有良好的精确度㊂Berjonneau 等[23]通过实验验证了该模型的精确度,计算结果与实际侵蚀区域的微观结构呈良好的对应关系(见图7(a)),并得出了CA2和CA6相的形成机理(图7(b))㊂Tang等[24]使用该模型对Al2O3坩埚的侵蚀行为进行了分析和实验验证,发现热力学计算预测的熔渣㊁CA2㊁CA6㊁尖晶石以及刚玉骨料的位置与实际实验结果一致㊂在蒋旭勇等[25]的研究中,通过该模型计算了铝镁质浇注料对不同Al2O3含量的CaO-SiO2-Al2O3渣的物相生成量,发现高Al2O3含量的熔渣能够促进形成更厚的隔离层㊂在高纯度镁质耐火材料对富铁渣的抗渣侵蚀性研究中,Betsis等[26]利用该模型发现,富铁渣将方镁石转化为MgO-Fe x O,且发现液相中FeO含量上升㊂类似地,Oh等[6]也观测到了MgO-Fe x O层,且MgO㊁FeO相对含量与显微结构观察一致㊂李艳华等[27]使用该模型对LF渣对ρ-Al2O3结合铝镁质浇注料的侵蚀行为进行了分析,通过FactSage软件得到了尖晶石的组成,结果显示生成的尖晶石中含有一定量的MnAl2O4和FeAl2O4,即熔渣中的Mn2+㊁Fe2+生成了复合尖晶石㊂Guo等[28]使用该模型计算了熔渣侵蚀钙镁铝酸盐(CMA)骨料产生的热力学平衡相,发现CMA骨料内的一铝酸钙(CA)㊁CA2相在高温下转化为液相,提高了熔渣的Al2O3含量㊂图7㊀熔渣对刚玉骨料的侵蚀的热力学计算结果[21]Fig.7㊀Thermodynamic calculation results of corrosion of slag to corundum aggregate[21]㊀第3期郭伟杰等:FactSage热力学计算在耐火材料抗渣侵蚀性中的应用1115溶解模型不仅可以预测物相组成的变化,还常用于预测熔渣侵蚀过程中液相组成的变化与黏度变化[29]㊂Wang等[30]使用该模型对ZrO2耐火材料对高碱度精炼渣的侵蚀行为进行了研究,图8为ZrO2耐火材料的侵蚀过程的热力学计算结果㊂EDS线扫描中ZrO2含量从耐火材料到过渡层逐渐降低,CaO含量随着渣层到过渡层逐渐降低,其趋势与热力学计算结果一致㊂鄢文等[31]研究了熔渣对刚玉尖晶石浇注料侵蚀的热力学模型,结果显示,侵蚀层到耐火材料内部SiO2㊁CaO含量逐渐降低,而SiO2的含量则先降低后增加,这与A值介于0.66至0.84之间的曲线相吻合㊂此外,Peng等[32]计算了轻质方镁石-尖晶石浇注料与熔渣反应过程中的液相黏度变化,证明了该种耐火材料优秀的抗渣渗透性能㊂图8㊀ZrO2耐火材料侵蚀过程的热力学计算结果[27]Fig.8㊀Thermodynamic calculation results of corrosion process of ZrO2refractories[27]作为最常用的抗渣模型之一,界面反应模型最大的优势为能够生动地描述物相的生成机理㊁生成位置㊂由于变量B=w R/(w S+w R)的引入,界面反应模型能够细致地描述熔渣对耐火材料侵蚀的全过程,详细地展现各热力学平衡相的含量变化,其良好的精确度与泛用性使得其被广大研究者所使用,助力了许多研究成果的产出,并得到了广泛的实验验证㊂然而,该模型同样具有一定的局限性㊂如前文所述,熔渣对耐火材料侵蚀是一个动态的过程,渣组分会随侵蚀程度的改变不断变化,Zhang等[33]指出,该模型忽略了耐火材料溶解对熔渣化学组分变化,使得其对动态渣蚀的模拟存在一定的误差㊂在真实熔渣侵蚀过程中,耐火材料的损毁常是由溶解㊁化学反应与渗透共同导致的㊂该模型虽然能够较好地描述熔渣-耐火材料界面上的化学反应,却不能很好地胜任熔渣渗透过程的模拟㊂此外,受制于热力学计算的局限性,界面反应模型无法展现耐火材料表面形貌㊁扩散速率㊁熔体冲刷等因素对抗渣侵蚀性的影响㊂1.4㊀逐步迭代模型在实际侵蚀过程中,熔渣化学组分会随着熔渣与耐火材料的反应而发生变化,从而影响熔渣的侵蚀能力,而溶解模型与界面反应模型忽略了这一变化,且两者均不能较好地模拟熔渣的渗透过程㊂针对以上问题,Luz等[34]设计了一个新的模型,迭代模型的示意图如图9所示㊂该模型具有一个迭代程序,其原理如图9(a)所示,设定第一反应阶段初始耐火材料质量与熔渣质量均为100g(S为熔渣,R为耐火材料),将反应后将得到的改性渣(S1)再次与相同质量的耐火材料进行二次迭代计算得到新的改性渣(S2),不断重复该过程直至熔渣量归零或达到饱和,通过该迭代程序,每一次循环后熔渣组分都会改变㊂该模型同样可以用于描述熔渣对耐火材料的渗透过程(图9(b)),即更大的迭代计算次数对应更长的熔渣渗透距离[31]㊂Calvo等[35]在钢包用铝碳质耐火材料的用后分析中使用该模型分析了熔渣对耐火材料的渗透,其热力学计算结果与用后耐火材料的显微结构如图10所示(MA为镁铝尖晶石)㊂热力学计算结果显示,随着熔渣渗透深度的增加,尖晶石和六铝酸钙将会依次生成㊂从侵蚀区图像中可以看出,从工作面到耐火材料内部依次为镁铝尖晶石㊁二铝酸钙和六铝酸钙,基本与热力学计算一致㊂类似地,在Muñoz等[36]对铝镁碳耐火材料抗渣侵蚀性研究中,该模型计算结果与熔渣渗透区的显微结构吻合程度较高㊂此外,该模型仍可以较为精确1116㊀耐火材料硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第43卷地预测物相的生成情况,并非专用于描述熔渣对耐火材料的渗透情况㊂在Luz等[37]针对尖晶石浇注料的熔渣侵蚀研究中,该模型预测了CA2和CA6相的存在,并通过显微结构验证了热力学计算的准确性㊂Han 等[38]使用该模型计算得到了MgO-Fe x O层,这与侵蚀后试样的显微结构一致㊂在Luz等[39]对镁碳质耐火材料的抗渣侵蚀的研究中,通过该模型计算发现MgO溶解量随着熔渣碱度降低而增加,证明了低碱度渣对镁碳质耐火材料的侵蚀更加强烈㊂图9㊀迭代模型的示意图[31]Fig.9㊀Schematic diagram of the iterative corrosion model[31]图10㊀用后铝碳质耐火材料的热力学计算结果[32]Fig.10㊀Thermodynamic calculation results of spent Al2O3-C refractories[32]与溶解模型㊁界面反应模型相比,迭代模型能够模拟耐火材料组分对熔渣侵蚀能力的影响㊂每次迭代时,熔渣组分都会被耐火材料所改变,改性渣再次与新的耐火材料反应,这个过程模拟熔渣组分更新,因此该模型对动态渣蚀具有更加良好的模拟精确度㊂此外,该种模型能够定性地描述渗透过程,反映熔渣渗透过程中熔渣组分的变化与物相的变化,从而为耐火材料用后分析㊁熔渣渗透行为分析提供重要的参考㊂在真实的熔渣渗透过程中,熔渣的渗透行为除了受到熔渣的组分和黏度的影响外,还会受到接触角㊁气孔孔径㊁晶界渗透㊁渗透时间等诸多因素的影响,而该模型仅能从热力学的角度预测熔渣组分变化㊁黏度变化和物相变化,对物理过程缺乏描述的能力㊂因此将该模型用于描述熔渣渗透过程时,迭代次数仅能够定性地反映渗透深度,不能够精确地给出渗透距离㊂此外,随着熔渣深入耐火材料内部,耐火材料工作面与内部之间的温度梯度也会影响熔渣的渗透行为,而该种模型设定耐火材料内外温度恒定,导致对耐火材料深处的物相的预测存在一定的偏差㊂并且,该种模型中引入了迭代程序,使得计算量大幅增加,部分体系中甚至需要十几次以上的循环计算才能使熔渣完全耗尽或达到饱和,对模型使用者造成了较重的负担㊂这些因素制约了该模型的普及与发展,因此较少研究使用该种模型进行热力学模拟㊂1.5㊀其他热力学计算模型除上述四种最常用的热力学计算模型外,国内外研究者针对不同熔渣侵蚀过程的特点,针对性地开发了新的热力学计算模型,从而更加精确地预测耐火材料侵蚀过程㊂㊀第3期郭伟杰等:FactSage热力学计算在耐火材料抗渣侵蚀性中的应用1117针对迭代模型的局限性,Sagadin等[40]使用FactSage与SimuSage[41]开发了一种新型耐火材料侵蚀模型,用于模拟镍铁渣对镁质耐火材料的侵蚀,并对气孔率和温度梯度的影响进行了模拟,具体如图11所示㊂如图11(a)所示,该模型将耐火材料分为了十个区域,温度从外到内线性递减,每个区域均含有定量的耐火材料与气孔㊂图11(b)为该模型单个区域的运算流程,耐火材料与熔渣首先进行计算,产物被 物相分离器 分离为固体与熔体㊂由于耐火材料的气孔仅能允许一部分熔渣向深处渗透,因此研究者使用SimuSage设计了 熔体分离器 ,将熔体分离为可以进入下一区域的熔体A与被阻碍在该区域的熔体B㊂熔体B与固体氧化物组成混合体并在该区域内再次计算,而熔体A则进入下一区域㊂该模型不仅能够描述熔渣化学组分的变化,还考虑了耐火材料气孔率对熔渣渗透的影响[42]㊂并且,由于温度梯度的存在,橄榄石等能够在材料深处的低温区域稳定存在,这在恒定温度的模型中是无法实现的㊂图11㊀基于FactSage与SimuSage的耐火材料侵蚀模型[37]Fig.11㊀Corrosion model based on FactSage and SimuSage[37]在感应炉抗渣法中,熔渣由于电磁场的作用剧烈地冲刷耐火材料,熔渣的组分由于耐火材料的损毁和熔渣的对流运动而不断混合和改变,并且耐火材料基质与骨料的侵蚀速率不同,导致两者对熔渣组分的改变能力不同,因此需要新的热力学计算模型描述动态条件下的熔渣侵蚀过程㊂在轻量化MgO-Al2O3浇注料的抗渣侵蚀性研究中,邹阳[43]提出了一种新的热力学计算模型,这种模型中熔渣组分受到耐火材料侵蚀的影响,并可以反映骨料与基质的侵蚀速率差别㊂该模型将熔渣侵蚀过程分为了n个相等的时间段,在每个Δt内,熔渣分别与骨料㊁基质进行计算,得到新的液相加和,即为 更新 后的熔渣组分㊂图12为动态熔渣侵蚀下的热力学计算模型㊂相较于其他模型,该模型能够形象地显示骨料㊁基质抗侵蚀能力的差异,且由于受到了骨料㊁基质的共同影响而不断 更新 ,其具有更高的精确度,更加符合动态熔渣条件下熔渣受到对流而不断混合的实际情况㊂图12㊀动态熔渣侵蚀下的热力学计算模型[40]Fig.12㊀Thermodynamic calculation model of dynamic slag corrosion condition[40]综合来看,以上模型在现有的经典模型基础上进行了一定程度的改进,使之能够更好地描述熔渣侵蚀过程,展现熔渣侵蚀模型的改进潜力㊂然而,这些改进模型计算方式复杂,或需要使用其他软件,导致其难以掌握㊂同时,这些模型提出较晚,未在大量研究中被广泛使用,缺乏实验数据的验证㊂受制于热力学计算本身的局限性,这些模型还是仅能从热力学角度描述化学反应过程㊁物相变化,对湍流㊁扩散等现象造成的影响无法给出预测㊂。
Factsage的简介和各模块的功能
Factsage的简介和各模块的功能⼀、FactSage简介FactSage?，化学热⼒学领域中世界上完全集成数据库最⼤的计算系统之⼀，创⽴于2001年，是FACT-Win/F*A*C*T和ChemSage/SOLGASMIX两个热化学软件包的结合。
FactSage 是加拿⼤Thermfact/CRCT (加拿⼤，蒙特利尔)www.crct.polymtl.ca 和GTT-Technologies (德国，阿亨) www.gtt-technologies.de超过20年合作的结晶。
⼆、FactSage优点1、Windows平台下的软件，操作界⾯友好，所有命令与操作均可通过⿏标来完成FactSage 软件运⾏于Microsoft Windows? 平台的个⼈计算机上，由⼀系列信息、数据库、计算及处理模块组成，这些模块使⽤各种纯物质和溶液数据库。
FactSage 已经拥有数百个⼯业、政府和学术领域的⽤户，应⽤范围包括材料科学、⽕法冶⾦、湿法冶⾦、电冶⾦、腐蚀、玻璃⼯业、燃烧、陶瓷、地质等。
同时，还应⽤于国际上⼤学⽣与研究⽣的教学与研究中。
2、数据库内容丰富，不仅提供了CRCT经过30年积累的氧化物等数据库，⽽且可以使⽤国际上其他知名数据库FactSage可以使⽤的热⼒学数据包括数千种纯物质数据库，评估及优化过的数百种⾦属溶液、氧化物液相与固相溶液、锍、熔盐、⽔溶液等溶液数据库。
FactSage软件可以⾃动使⽤这些数据库。
这些评估过的氧化物、炉渣、锍等数据库是采⽤先进的模型技术对⽂献数据优化的结果，其中包括CRCT 所发展的模型。
FactSage 同时可以使⽤国际上SGTE的合⾦溶液数据库，以及The Spencer Group, GTT-Technologies 和CRCT所建⽴钢铁、轻⾦属和其他合⾦体系的数据库。
同时，FactSage提供了与著名的OLI Systems Inc. 的⽔溶液数据库的连接。
铁水预处理熔剂的factsage分析
铁水预处理熔剂的相图分析金焱，毕学工（武汉科技大学，钢铁冶金及资源利用省部共建教育部重点实验室）摘要：用FactSage软件对铁水预处理熔剂在1350℃下的相图进行了绘制，并分析了液态渣相的生成条件。
关键词：FactSage软件；熔剂；相图；铁水预处理1. 前言随着科学技术的迅速发展，用户对钢质量的要求不断提高。
例如，对于低温用钢、海洋用钢、抗氢致裂纹钢和部分厚板用钢，除了要求极低的硫含量以外，也要求钢中的磷含量<0.01％或0.005％。
在钢铁冶金工艺中，一般采用铁水预处理的方法得到纯净钢。
有关铁水预处理的研究是冶金领域的重要课题之一[1]，多年来进行了大量研究，但铁水预处理所用熔剂的相图分析还存在大量空白，值得进一步深入探讨。
本文采用计算相图的方法研究了铁水预处理所涉及的熔剂的熔化行为及析出相。
2. 相图计算的原理及途径计算机辅助研究相图在最近30多年得到迅猛发展，逐渐形成了CALPHAD技术(Calculation of Phase Diagram)，成为一门边缘学科分支—相图计算；即把计算机技术与热力学理论结合起来，分析和评估体系的热力学性质，从而计算多元相图。
FactSageTM热力学计算软件是加拿大蒙特利尔市的Thermfact/CRCT公司和德国Aachen市的GTT-Technologies公司经过20年努力开发的热力学计算软件和数据库。
该软件可查询化合物和化学反应的热力学数据，可计算各种条件的热力学平衡数据，同时可以将计算结果以图的形式给出。
另外，该软件还可以画出各种相图。
用FactSage软件可以计算多元相图，与各种各样的图表输出模式。
3. 熔剂的常用相图及分析由于铁水脱磷使用的脱磷剂种类很多，相关的相图在文献资料上较少出现，在此，参考了In-Ho Jung[2]等人的相图计算方法，用FactSage软件绘制铁水预处理所涉及的一些熔剂的相图。
3.1 CaO-CaCl2-SiO2系相图铁水预处理的温度一般在1350℃左右，在铁水预处理中CaO是必要的固定剂，CaCl2是常用的助熔剂，SiO2是不可避免进入熔剂的成分，因此，用FactSage软件计算了CaO-CaCl2-SiO2系在1350℃下的相图。
factsage软件冶金渣系研究
2015级研究生《factsage软件计算分析》作业姓名：学号：专业：冶金工程学院：冶金与生态工程学院成绩：__________________2015年12月30日CaO-MgO-SiO2-Al2O3渣系矿相析出热力学软件分析1. 研究背景高炉渣是高炉炼铁生产过程中的一种副产品，高炉冶炼过程中，铁矿石经过还原生产出金属铁，未还原的脉石被熔化，由于脉石和铁的密度不同而与铁分离开来，铁水经过渗碳成为液态生铁，而矿石中的脉石、焦炭中的灰分和助溶剂以及其他不能进入生铁中的杂质形成以硅酸盐和铝酸盐为主的炉渣漂浮在铁水上面，形成高炉渣。
从化学成分来看，高炉渣是属于硅酸盐质材料。
高炉渣可以分为炼钢生铁渣、铸造生铁渣、锰铁矿渣等。
随着矿石品位和冶炼方法的不同，每炼出1t生铁大约产生300～350 kg的高炉渣，按照我国年生铁年产量46 944万t 计算，产渣量达14 000万t。
高炉渣出渣温度达1 400℃以上，每吨渣含有相当于60 kg标准煤的热量。
因此，做好高炉渣的余热回收和综合利用，是钢铁行业节能降耗的有效途径。
高炉渣中的各种氧化物成分以各种形式的硅酸盐矿物形式存在。
高炉渣的矿物组成与生产原料的组成以及高炉渣的冷却方式有关。
岩相分析表明，黄长石是碱性高炉渣的主要矿物组成。
碱性高炉渣是由钙铝黄长石（2CaO·Al2O3·SiO2）和钙镁黄长石（2CaO·MgO·SiO2）组成的复杂固熔体；硅酸二钙（2CaO·SiO2）的含量仅次于黄长石的含量；其次是假硅灰石（CaO·SiO2）、钙长石（CaO·Al2O3·2SiO2）、钙镁橄榄石（CaO·MgO·SiO2）、镁蔷薇辉石（3CaO·MgO·2SiO2）以及镁方柱石（2CaO·MgO·2SiO2）等。
在冷却酸性高炉渣时，酸性高炉渣全部凝结成玻璃体。
factsage在冶金和材料研究中的应用 2020
factsage在冶金和材料研究中的应用 2020文章标题：深度解读：2020年factsage在冶金和材料研究中的应用1. 引言factsage在冶金和材料研究领域中扮演着重要的角色。
2020年，随着科技的不断发展，其在这一领域的应用也日益广泛。
本文将深入探讨2020年factsage在冶金和材料研究中的最新应用，为您呈现一个全面的了解。
2. factsage的基本原理2.1 factsage的概念2.2 factsage在冶金和材料研究中的基本应用2.3 2020年factsage的技术更新和发展3. factsage在冶金研究中的应用3.1 金属熔炼过程的模拟3.2 金属合金的相平衡计算3.3 2020年factsage在冶金研究中的新突破4. factsage在材料研究中的应用4.1 材料热处理过程的模拟4.2 添加元素对材料性能的影响预测4.3 2020年factsage在材料研究中的新应用案例5. 个人观点与总结5.1 我对factsage在冶金和材料研究中应用的看法5.2 反思与展望：2020年factsage的应用意义及未来发展趋势在撰写过程中，我将对factsage在冶金和材料研究中的应用进行深入的研究，并结合2020年的最新应用案例进行分析和总结，以便您能够全面、深刻地理解这一主题。
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Factsage 在冶金和材料研究领域中的应用日益广泛，对于促进材料科学的发展具有重要意义。
在2020年，随着科技的不断发展，factsage在冶金和材料研究中的应用也迎来了一系列新的突破和发展。
本文将深入探讨2020年factsage在冶金和材料研究中的最新应用，为您呈现一个全面的了解。
让我们来了解一下factsage的基本原理。
factsage是一个用于热力学和相平衡计算的软件套件，可以用于模拟各种材料热力学和相平衡相关的过程。
Factsage培训equilib模块
7.1.2
北京科技大学FactSage培训班
铁液中氧活度（wt%标准态）计算
以纯物质 标准态的 氧活度
铁液中总溶解的Al、O量
7.1.3 北京科技大学FactSage培训班
铁液中氧活度（wt%标准态）计算
①
Excel格式输出
②
③
7.1.4
北京科技大学FactSage培训班
熔渣组元活度计算：二元系
2 北京科技大学FactSage培训班
炼钢过程中脱碳反应计算（1）
铁水成分
造渣剂
2.1
北京科技大学FactSage培训班
炼钢过程中脱碳反应计算（1）
气相、纯固相 全选，纯液相 不选 所选铁液、熔渣
2.1.1
北京科技大学FactSage培训班
炼钢过程中脱碳反应计算（1）
A=5、Chemsage格式 几乎100% CO(g)
北京科技大学FactSage培训班
（2）定义硫容量
1 5
2
4
3
1. 打开编辑函数对话框
2. 建立变量wtS、PO2、 PS2
3. 输入Cs函数表达式
4. 预览结果 5. 保存Cs函数
4.4
北京科技大学FactSage培训班
（3）显示Cs计算结果
1. 选择函数
1
2. 选择总是计算该函数
3. 刷新结果
Equilib 模块基本计算流程
数据库选择 反应物输入 产物选择 计算条件设定 结果输出
• FactPS数据库：
• 单位选择：
• Compound
• 组分变量
• 输出格式：
气相
• FToxid数据库： 氧化物 • FTmisc数据 库：Fe、Cu、 Pb、Zn冶炼 • FSstel数据库： 钢水凝固
北京科技大学s2012-FactSage大报告
冶金工程软件及应用FactSage 作业班级：冶研1201班姓名：tt学号：s2*******一、Factsage简介FactSage是世界上热力学领域中完全集成数据库最大的计算系统之一，2001年，加拿大研发FACT(Facility for the Analysis of Chemical Thermodynamics)热力学数据库，与德国研发的ChemSage数据库整合，成为在Windows上运行的大型热化学数据库FactSage。
它是世界上最大的一套经过评估和优化的无机系统热力学数据库，是Thermfact／CRCT与GTT-Technologies技术经20多年合作的结晶。
将热力学模型和计算原理与计算机强大的数值计算和处理功能相结合的FactSage 和Thermo-Calc 等热力学计算软件系统为材料设计和冶金过程优化计算提供了强有力的工具, 克服了单纯依靠实验探索研究的盲目性, 提高了研制效率, 节约了资源和能源。
二、问题背景在二次精炼时对铝镇定钢进行钙处理的目的是避免水口堵塞。
钙处理是否成功，可以通过钢种中钙的含量与总氧含量的比值确定。
为了确保连铸顺利，钙的含量必须足够的高来确保固态的氧化铝完全的转化为液态的铝酸钙，但是也不能太高，因为要避免高温时硫化钙的沉淀（图1）。
图1.在1550℃下，含有1.5%锰，0.2%硅，0.04%铝和0.005%硫的钢中氧化物夹杂和硫化物夹杂的随钢中总钙量和总氧量的变化。
从工业的角度来讲，对钙处理进行调整也许是有问题的。
困难是由好几个因素造成的。
其中的一个因素就是钙的加入量。
加入量通常是小于30%，并且取决于加入的方式和金属的成分。
因此，对于给定工业设备的钙处理的调整要求具体的工业试验来使处理可以在连铸温度下成功。
这次研究表明，加入中间包样品的类型和尺寸对于钙处理是否成功很关键。
的确，氧化物夹杂的成分会变化，因为在冷却过程中与在钢中溶解的元素反应，或者是与其他的相反应例如硫化物。
北京科技大学冶金工程软件Factsage大报告含Al2O3氧化性炉渣的热力学分析
含Al2O3氧化性炉渣的热力学分析冶硕2012班王政 s1.前言随着市场的变化，用户对钢中杂质元素的要求不断提高。
例如，对于低温用钢、海洋用钢、抗氢致裂纹钢和部分厚板用钢，除了要求极低的硫含量以外，也要求钢中的磷含量<0.01%或0.005% [1]。
目前，用于炼钢和铁水预处理的主要炉渣为CaO-FeO-CaF2系，但CaF2系会造成严重的环境问题。
因此，用其他助熔剂，如Al2O3等，代替CaF2的问题越来越引人注目。
Al2O3为两性偏酸的物质，从脱磷要求渣系具有高碱性来说，添加Al2O3不利于脱磷。
但是研究表明在脱磷剂中加入Al2O3有提高脱磷率的作用[2]。
原因是它能降低脱磷产物的活度，使得熔渣具有更大的磷容量；同时，Al2O3会降低石灰的熔点，改善渣的流动性，使渣具有更强的反应性能。
关于在熔剂中添加Al2O 3对脱磷影响的行为研究，值得进一步深入探讨。
本文采用计算热力学的方法研究了CaO-Fe3O4-Al2O3系炉渣的熔化行为，及析出相。
2. CaO-Fe3O4-Al2O3系熔剂的常用相图及分析由于铁水脱磷使用的脱磷剂种类很多,相关的相图在文献资料上较少出现，在此，参考了In-HoJung [3] 等人的相图计算方法，用Fact-Sage软件绘制CaO-Fe3O4-Al2O3系熔剂脱磷前后的相图。
2.1 CaO-Fe3O4-Al2O3系相图铁水预处理的温度一般在1350℃左右，故绘制并分析了1350℃时的相图。
首先，选择相图模块，选择FToxid数据库，输入CaO、Fe3O4、Al2O3选择FToxidSLAGA和FToxidSPINA相:输入计算条件：设定温度T=1350℃，为constant；压力P=1atm，为constant。
然后进行计算，得到的相图如下：图1 1350o C时CaO-Fe3O4-Al2O3系相图图1中出现了Ca3Al2O6，CaAl2O4，CaAl4O7，CaAl12O19，Ca2Fe2O5，尖晶石等简单和复合固态化合物。
factsage在冶金工程实验教学中的应用浅析
factsage在冶金工程实验教学中的应用浅析
目前，在冶金工程实验教学中表现出来的,Sage软件是一种数据分析和可视化软件，用于数据挖掘，回归分析和建模，帮助教师综合分析测定结果，提高教学效率。
它是一个强大的多功能软件，用于建模，数据挖掘，和可视化处理，能够进行科学分析和计算，如线性回归，多元线性回归，和数据汇总等等。
首先，Sage软件能够提供有用的数据分析统计工具，多功能图形可视化工具，以及数据分析计算机模拟功能，从而有助于在实验教学中，总结冶金实验指标，实现數據可视化展示。
借助Sage软件，实验教师可以更加便捷的使用测定结果，针对冶金实验中的不同环节，采取不同的数据分析处理方法，深入辨别影响实验结果的不同因素，从而调整实验设计，达到更准确的结果。
其次，Sage软件不仅提供了实验的结果的数据处理及展示，而且在冶金实验教学中提供了对实验数据的模拟，对实验结果进行模型分析，加快科研进度，掌握科学规律，更全面高效地实现冶金实验教学目标。
通过实验数据识别模型，让学生了解实验结果数据本身的特征，更深刻理解实践过程，更有效的掌握实验知识点。
最后，Sage软件能够更加科学定制实验内容，对实验结果进行可视化处理，引导学生进行熟练的、系统的测定，而不仅仅是依赖主观的体会和经验；它允许任何技术水平的用户能够容易地利用一些基本的统计和分析技术来获得更好的测定结果，从而增强学习者对实验实践、认知本质分析及建模能力。
综上所述，Sage软件在冶金实验教学中将为教师和学生提供更多便利，使得数据的分析处理更快捷、更精准，更有效地将实验结果和计算结果直观的呈现出来，从而提升冶金实验教学质量，实现实验效果最大化。
factsage实例
factsage实例Factsage是一款用于热力学计算和相图预测的软件，广泛应用于材料科学、冶金学、地球化学等领域。
它基于热力学数据库和计算模型，能够准确地预测物质在不同温度、压力和组成条件下的相变行为和热力学性质。
下面将介绍一个关于钢铁冶炼的Factsage实例。
钢铁是一种重要的金属材料，广泛应用于建筑、交通、机械等领域。
在钢铁冶炼过程中，热力学计算对于合金成分的优化和相图的预测非常重要。
Factsage作为一款强大的热力学计算软件，可以帮助冶金工程师们更好地理解和控制钢铁冶炼过程。
首先，Factsage可以通过输入合金的成分和温度、压力条件，预测钢铁合金的相图。
相图是描述物质在不同温度和成分条件下的相变行为的图表。
通过相图的分析，冶金工程师可以了解到钢铁合金在不同温度下的相组成和相稳定性，从而优化合金的配方和冶炼工艺。
其次，Factsage还可以计算钢铁合金的热力学性质，如熔点、热容、热膨胀系数等。
这些热力学性质对于冶炼过程的控制和材料性能的预测非常重要。
通过Factsage的计算，冶金工程师可以了解到钢铁合金在不同温度下的热力学性质变化规律，从而指导冶炼过程的优化和材料性能的改进。
此外，Factsage还可以模拟钢铁冶炼过程中的相变行为。
钢铁冶炼过程中，合金在不同温度下会发生相变，如固相变液相、相分离等。
通过Factsage的模拟，冶金工程师可以了解到钢铁合金在不同温度下的相变行为和相变动力学，从而指导冶炼过程的控制和优化。
最后，Factsage还可以进行相图的实验验证。
通过实验数据的输入，Factsage可以与实际测量结果进行比较，从而验证计算模型的准确性和可靠性。
这对于提高计算模型的精度和可信度非常重要，也为冶金工程师们提供了一个可靠的工具。
综上所述，Factsage作为一款用于热力学计算和相图预测的软件，在钢铁冶炼过程中发挥着重要的作用。
它可以帮助冶金工程师们预测钢铁合金的相图、计算热力学性质、模拟相变行为，并进行实验验证。
热力学模拟计算软件FactSage及其应用
第３２卷第２期Ｖ０１．３２№．２稀有金属ＣＨＩＮＥＳＥＪＯＵＲＮＡＬＯＦＲＡＲＥＭＥＴＡＬＳ２００８年４月Ａｐｒ．２００８热力学模拟计算软件ＦａｃｔＳａｇｅ及其应用曹战民Ｈ，宋晓艳２，乔芝郁１（１．北京科技大学冶金与生态工程学院，北京１０００８３；２．北京工业大学材料学院新型功能材料教育部重点实验室，北京１０００２２）摘要：介绍了当今最具代表性的１１Ｉ—ｍ—ｃａｌｃ和Ｆａｃｔｓａｇｅ热力学计算软件。
将Ｆａｃｔｓａ矿应用于金川镍闪速熔炼过程的复杂多元多相平衡计算，表明金川镍闪速熔炼炉渣中铜含量的理论计算值（Ｏ．０４３％一０．０６０％）远小于实际值（Ｏ．２８％一Ｏ．３０％），进一步降低渣中含铜量热力学上是可能的；利用Ｆ８ｃｔｓａｇｅ计算了一系列不同成分的Ｆｅ．Ｂ合金在实际应用条件下的相组成和相含量及其变化规律，综合考虑各合金的工艺性能、力学性能和耐锌液腐蚀性能，用优选方案制备的成分为７．Ｏｌ％Ｂ，５．０５％Ｂ和３．３】％Ｂ，相组成为口．Ｆｅ＋飚Ｂ的Ｆ．ｅ－Ｂ二元合金可较好地满足抗液锌腐蚀结构材料的综合性能要求。
关键词：ＦａｃｔＳａｇｅ；热化学；过程热力学模拟；材料设计中图分类号：ＴＧｌｌ３．１４文献标识码：Ａ文章编号：０２５８—７０７６（２００８）０２—０２１６一０４Ｂａｌｅ和Ｅｒｉｋｓｓｏｎ【１］提出了集成热化学数据库的概念，其特点是集成热化学数据库不仅包括了经过热力学优化评估具有自洽性的热力学数据和先进的计算软件，而且能为社会迅速提供数据和程序服务。
按这一概念，当今世界上最重要的热化学数据库和计算软件是％ｅ珊。
一ｃａｌｃ［２］和Ｆａｃｔｓａｇｅ［３］系统。
前者将欧洲共同体热化学学科组（ＳＧＴＥ：ｓｃｉ．ｅｎｔｉ６ｃＧ∞ｕｐｏｆ弧ｅｍｏｄａｔａＥｕｒｏｐｅ）共同研制开发的ｓＧｒＩ＇Ｅ数据库系统和ｎｅｒＩＩＩｏ．Ｃａｌｃ计算软件相结合，构成了数据齐全、功能众多的在国际上得到广泛应用的ｒ１１ｌｅ册ｏ．Ｃａｌｃ系统；后者将加拿大蒙特利尔综合工业大学（ＥｃｏｌｅＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｑｕｅｄｅＭｏｎｔｒｅａｌ）原有的ＦＡｃＴ软件和德国ＧＴｒ公司的ｃｈｅｍｓａｇｅ软件相融合，形成了集化合物和多种溶液（尤其是炉渣、熔锍和熔盐）体系的热化学数据库与先进的多元多相平衡计算程序Ｃｈ锄Ｓａｇｅ为代表的多种功能计算程序为一体的综合性集成热力学计算软件。
Factsage的简介和各模块的功能
一、FactSage简介FactSage©，化学热力学领域中世界上完全集成数据库最大的计算系统之一，创立于2001年，是FACT-Win/F*A*C*T和ChemSage/SOLGASMIX两个热化学软件包的结合。
FactSage 是加拿大Thermfact/CRCT (加拿大，蒙特利尔) www.crct.polymtl.ca 和GTT-Technologies (德国，阿亨) www.gtt-technologies.de超过20年合作的结晶。
二、FactSage优点1、Windows平台下的软件，操作界面友好，所有命令与操作均可通过鼠标来完成FactSage 软件运行于Microsoft Windows® 平台的个人计算机上，由一系列信息、数据库、计算及处理模块组成，这些模块使用各种纯物质和溶液数据库。
FactSage 已经拥有数百个工业、政府和学术领域的用户，应用范围包括材料科学、火法冶金、湿法冶金、电冶金、腐蚀、玻璃工业、燃烧、陶瓷、地质等。
同时，还应用于国际上大学生与研究生的教学与研究中。
2、数据库内容丰富，不仅提供了CRCT经过30年积累的氧化物等数据库，而且可以使用国际上其他知名数据库FactSage可以使用的热力学数据包括数千种纯物质数据库，评估及优化过的数百种金属溶液、氧化物液相与固相溶液、锍、熔盐、水溶液等溶液数据库。
FactSage软件可以自动使用这些数据库。
这些评估过的氧化物、炉渣、锍等数据库是采用先进的模型技术对文献数据优化的结果，其中包括CRCT 所发展的模型。
FactSage 同时可以使用国际上SGTE的合金溶液数据库，以及The Spencer Group, GTT-Technologies 和CRCT所建立钢铁、轻金属和其他合金体系的数据库。
同时，FactSage提供了与著名的OLI Systems Inc. 的水溶液数据库的连接。
各种数据库更详细的信息参见Database Documentation.3、计算功能强大，除多元多相平衡计算外，还可进行相图、优势区图、电位-pH图的计算与绘制，热力学优化、作图处理等。
Factsage培训equilib模块 (1)
open计算：造铜期白冰铜氧化脱S
定义空气组成
3.1.1
北京科技大学FactSage培训班
open计算：造铜期白冰铜氧化脱S
可能产物 所选铜液、冰铜
分50次每次加 入0.1mol空气
3.1.2
北京科技大学FactSage培训班
open计算：造铜期白冰铜氧化脱S
50步后，总共 5mol空气加入 1molCu2S
CaO的添加促进了渣
的生成
没有纯固相生成
2.1.2 北京科技大学FactSage培训班
炼钢过程中脱碳反应计算（1）
Excel表格输出
C
Plot输出
钢液中C含量随O2变化关系
2.1.3
北京科技大学FactSage培训班
炼钢过程中脱碳反应计算（2）
与（1）输 入不同
2.2
北京科技大学FactSage培训班
6
北京科技大学FactSage培训班
平衡凝固
CaO+MgO+SiO2 的总量为1mol
6.1
北京科技大学FactSage培训班
平衡凝固
初始温度 自动选取 ，反应直 到渣量为0
当T-auto不选时才作为初始温度
6.1.1 北京科技大学FactSage培训班
平衡凝固
slag全部反应的温度 各阶段 析出相
Chemsage • 输出形式： 图形和表
库：Fe、Cu、
Pb、Zn冶炼 • FSstel数据库： 钢水凝固
学式
• Stream或 Table的导 入
• Solution
species选 择：宁多 勿缺
择：ΔH、ΔG
• 计算方式： normal、open、 transitions
FactSage热力学软件及数据库技术参数
FactSage热力学软件及数据库技术参数设备用途：该软件和数据库主要用于冶金和材料制备过程中的多元多相平衡计算、相图计算、炉渣熔体粘度计算等。
技术指标：1、软件功能软件为最新的6.4版本，软件为Windows操作界面的软件，具有相应模块能实现下列功能：1）数据库模块：对纯物质数据库具有检索、查看、列表、作图等功能；具有建立私有数据库的功能，满足添加新物质及新溶液体系的需要；2）化学反应模块：可以进行标准状态及非标准状态下的化学反应的计算能力；3）优势区模块：可进行多至3个主要元素的优势区图计算和作图能力；4）E-pH模块：可进行多至3个主要元素的水溶液体系的E-pH计算和作图能力；5）多元多相平衡计算模块：可进行多至48种元素、1500种物种、40个溶液相同时平衡的计算能力；可进行给定气氛下的液相线温度、固相线温度等熔融特性计算；具有炉渣、铁液等熔体的平衡凝固及Sheil凝固的计算功能；具有封闭体系及开放体系的计算功能；在给定约束条件下可以对温度、密度、比热、析出相数量作为优化目标，对炉渣、合金等体系的成分进行优化设计功能；6）相图模块：可进行二元、三元以及多元（多至八个组元）相图计算和作图能力；可进行T-X,等温截面、液相投影面、H-X等多种形式的相图计算及作图；7）优化模块：可根据相图及热力学实验数据，对体系的热力学进行优化和评估能力；8）氧化物熔体粘度模块：可进行炉渣、煤灰等氧化物熔体、玻璃的粘度计算；9）作图模块：可对上述1-8模块的计算结果获得的图形进行进一步编辑的能力；具有方便的实验数据与计算数据对照能力；具有图形叠加能力；具有多种形式（包括BMP、EMF等常见图形文件格式）的图形输出能力。
2、数据库1）纯物质数据库：包括4700种物质以上的纯物质数据库；2）溶液数据库：包含氧化物、熔盐、电解铝电解质、水溶液、冰铜及金属熔体、造纸、化肥、高温碳氧氮等相关体系的8个溶液子数据库；3、使用许可授权及加密软件使用许可授权为教育用户的永久使用许可。
factsage算热力学转化率
factsage算热力学转化率Factsage是一种用于热力学计算和热力学数据库的软件。
它能够帮助科学家和工程师计算和预测各种物质在不同温度、压力和组分条件下的热力学性质。
其中一个重要的性质就是热力学转化率。
热力学转化率是指物质在不同热力学条件下发生转化的速率。
在化学反应和相变过程中，热力学转化率的大小直接影响着反应的速率和产品的生成。
通过使用Factsage，我们可以准确地计算和预测物质的热力学转化率，并且根据这些结果进行优化设计和工艺控制。
在热力学转化率的计算中，Factsage使用了广泛的热力学数据库，包括了各种元素和化合物的热力学性质数据。
这些数据是由大量实验测量和理论计算得到的，经过了严格的验证和校准，具有高度的准确性和可靠性。
通过使用这些数据，Factsage能够准确地计算出物质在不同温度、压力和组分条件下的热力学性质。
热力学转化率的计算是基于热力学平衡条件的。
在热力学平衡条件下，系统的自由能达到最小值，反应速率达到最大值。
Factsage通过求解热力学平衡条件下的方程组，得到热力学转化率的数值解。
这些方程由物质的热力学性质数据和反应的平衡常数决定，因此需要准确的热力学数据作为输入。
除了计算热力学转化率，Factsage还可以进行热力学过程的模拟和预测。
通过输入不同的温度、压力和组分条件，Factsage可以计算出物质的相图、相平衡线和相图。
这些结果可以帮助科学家和工程师了解物质的相变行为和热力学性质，在材料科学、化学工程和冶金工程等领域具有广泛的应用。
Factsage是一种强大的热力学计算软件，可以帮助科学家和工程师计算和预测物质的热力学转化率。
通过使用Factsage，我们可以获得准确的热力学数据和结果，为材料设计、工艺优化和产品开发提供科学依据。
factsage-teach自学教程
factsage-teach自学教程
Factsage-teach是一个自学教程，旨在帮助读者掌握Factsage软件的使用技巧。
本教程将以人类视角，通过真实的叙述方式，向读者传达Factsage-teach的相关知识。
让我们来了解一下Factsage软件。
Factsage是一种用于热力学计算的软件工具，广泛应用于冶金、材料科学、环境科学等领域。
它可以帮助研究人员进行相平衡计算、热力学性质预测和相图绘制等工作。
在使用Factsage之前，我们需要了解一些基本概念。
例如，相平衡是指在一定条件下，不同相之间达到了平衡状态，各相的化学势相等。
而相图则是用来描述物质在不同温度和组成条件下的相平衡情况的图表。
接下来，我们将介绍Factsage软件的基本操作。
首先，我们需要下载并安装Factsage软件。
安装完成后，打开软件并创建一个新项目。
然后，我们可以开始输入物质的组成和温度信息，以及所需的计算条件。
在计算完成后，Factsage会给出相平衡结果和相关的热力学性质数据。
Factsage还提供了一些其他功能，如相图绘制、热力学性质预测和实验数据拟合等。
通过这些功能，我们可以更深入地研究物质的热力学行为，并为实际应用提供有价值的参考。
通过Factsage-teach自学教程，我们可以了解到Factsage软件的基本知识和操作技巧。
通过自学和实践，我们可以掌握这一强大工具，并在研究和应用中发挥其价值。
希望这个教程能够帮助你更好地使用Factsage软件，提升你的研究能力和成果。
祝你学习顺利！。
FactSage热力学计算在锌湿法冶炼中的应用研究
FactSage热力学计算在锌湿法冶炼中的应用研究朱山;李洪达;李松;张谌虎【期刊名称】《中国有色冶金》【年(卷),期】2022(51)4【摘要】为提高湿法炼锌效率,本文通过虚拟仿真计算绘制含锌物料的ε-pH图、优势区图,为锌湿法冶金浸出、焙烧等工序奠定理论基础。
本文采用FactSage热力学软件对含有Fe、Cu、Pb、Cd的硫化锌矿、锌焙砂在不同温度条件下的ε-pH图以及硫化锌矿的Zn-S-O三元体系和Zn-Me-S-O四元体系的优势区图进行模拟计算。
结果表明:硫化锌矿直接浸出时Zn浸出终点pH值大于Fe、Cu、Pb 和Cd的浸出pH值;而锌焙砂热酸浸出时Fe、Fe、Cu的浸出终点pH值小于Zn,Pb、Cd浸出的pH值大于Zn,但Zn的浸出电位均低于Fe、Cu、Pb、Cd的浸出电位;对比2种不同矿物的ε-pH图可直观看出硫化锌矿浸出时Zn稳定区相对于锌焙砂浸出时较小,从而表明锌焙砂的浸出效果更佳,这也间接说明了硫化锌矿处理前需要进行焙烧的原因。
硫化锌矿优势区图分析表明温度在873 K时ZnSO开始分解生成ZnO,同时硫化锌矿中的Fe会与Zn结合形成ZnFeO阻碍ZnO的生成,而ZnFeO不易浸出,导致锌浸出率降低,因此,焙烧过程中应尽量减少ZnFeO的生成。
【总页数】9页(P43-51)【作者】朱山;李洪达;李松;张谌虎【作者单位】六盘水师范学院【正文语种】中文【中图分类】TF81【相关文献】1.氧化还原电位计在湿法冶炼中的应用2.成州锌冶炼厂湿法炼锌系统污酸中汞含量测定方法研究3.湿法冶炼锌系统中金属镉的回收4.锌湿法冶炼渣污染物分析及综合利用技术应用研究5.工业在线-电感耦合等离子体发射光谱法分析湿法冶炼硫酸锌溶液中铜镉钴铁因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
FactSage软件在有色冶金中的应用
[3] 张振强等人. 中国有色冶金，2013, (1): 70-73.
中国有色金属冶金第一届学术会议
湖南· 长沙
15
图14. 不同CaO含量下CaO-SiO2-FeO-MgO系液相面投影图
低熔点区随CaO含量增加而扩大，铁硅比范围为1.2-2.0。
纸浆和造纸 Na-K-S-C-O-Cl-H体系 FTpulp 高温碳氧氮 极高温度下的Al-(Si-Ca-Mg-Fe)-C-O-N体系 FTOxCN 化肥FTfrtz
NH4NO3-NH4H2PO4-NH4Cl-(NH4)2SO4 及相对应 含氮肥料制造过程计算，也可用 的钾盐体系 于肥料产物及一些爆炸物的计算
热力学软件FactSage在有色冶金中的应用
曹战民 谢伟 乔芝郁
北京科技大学
冶金与生态工程学院有色金属冶金系
中国有色金属冶金第一届学术会议
湖南·长沙
主要内容
FactSage软件的基本 计算功能 FactSage软件的热力 学数据库 FactSage软件在有色 冶金中的应用
Reaction
Predom E-pH Equilib Phase Diagram OptiSage Viscosity
以被溶解进入溶液中。
图15. Cu-H2O体系100 oC E-pH图
[4] H.M. Henao, et al. Metallurgical and Materials Transactions B, 2010, 41(6): 1183-1193.
中国有色金属冶金第一届学术会议
湖南· 长沙
17
利用 E-pH 模块计算了 Ni-H2O 体系 100
FactSage热力学软件及数据库技术参数
FactSage热力学软件及数据库技术参数设备用途：该软件和数据库主要用于冶金和材料制备过程中的多元多相平衡计算、相图计算、炉渣熔体粘度计算等。
技术指标：1、软件功能软件为最新的6.4版本，软件为Windows操作界面的软件，具有相应模块能实现下列功能：1）数据库模块：对纯物质数据库具有检索、查看、列表、作图等功能；具有建立私有数据库的功能，满足添加新物质及新溶液体系的需要；2）化学反应模块：可以进行标准状态及非标准状态下的化学反应的计算能力；3）优势区模块：可进行多至3个主要元素的优势区图计算和作图能力；4）E-pH模块：可进行多至3个主要元素的水溶液体系的E-pH计算和作图能力；5）多元多相平衡计算模块：可进行多至48种元素、1500种物种、40个溶液相同时平衡的计算能力；可进行给定气氛下的液相线温度、固相线温度等熔融特性计算；具有炉渣、铁液等熔体的平衡凝固及Sheil凝固的计算功能；具有封闭体系及开放体系的计算功能；在给定约束条件下可以对温度、密度、比热、析出相数量作为优化目标，对炉渣、合金等体系的成分进行优化设计功能；6）相图模块：可进行二元、三元以及多元（多至八个组元）相图计算和作图能力；可进行T-X,等温截面、液相投影面、H-X等多种形式的相图计算及作图；7）优化模块：可根据相图及热力学实验数据，对体系的热力学进行优化和评估能力；8）氧化物熔体粘度模块：可进行炉渣、煤灰等氧化物熔体、玻璃的粘度计算；9）作图模块：可对上述1-8模块的计算结果获得的图形进行进一步编辑的能力；具有方便的实验数据与计算数据对照能力；具有图形叠加能力；具有多种形式（包括BMP、EMF等常见图形文件格式）的图形输出能力。
2、数据库1）纯物质数据库：包括4700种物质以上的纯物质数据库；2）溶液数据库：包含氧化物、熔盐、电解铝电解质、水溶液、冰铜及金属熔体、造纸、化肥、高温碳氧氮等相关体系的8个溶液子数据库；3、使用许可授权及加密软件使用许可授权为教育用户的永久使用许可。
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金属氧化和还原的热力学条件
内容简介
• • • • FACTSage软件介绍 热力学基础及计算原理 计算数据后处理方法 计算案例分析
8
热力学计算的基本原理
如何计算一个化学反应的自由能和平衡常数？ For example: Fe2O3 + 3C=2Fe + 3CO
ΔGº= ΔHº- T ΔSº= - R T ln Keq
38
渣-铁相间Ti(C, N)形成热力学
液相+Ti(C,N)+尖 晶石+钙钛矿等 固体颗粒区
0.4
Slag+ Monoxide
液相+Ti(C,N)区
0.6
Slag+Spinel+Ti(CN) 25
液相+Ti(C,N)+钙 钛矿等固体颗粒区
O Ca 0 .7
TiO 0 .3 2
20 Slag+Ti(CN) 15
28
MgO对CaO-Fe2O3-Al2O3的液相影响
Fe2O3 - CaO - Al2O3 - O2 - MgO
1400 C, p(O2) = 0.21 atm, M gO/(Fe 2O3+CaO+Al 2O3) (g/g) = 0.02
o
Fe2O3
90 10
80
20
70
30
60
1400℃
50 60
FACTSage软件在冶金工程中的应用
吕学伟 重庆大学材料科学与工程学院
1
重庆大学冶金专业
重庆大学冶金工程学科创建于1935年，是国内最早设立的
冶金学科之一。魏寿昆、蒋道江等一大批著名的冶金学家曾
在重庆大学任教。 1982年钢铁冶金专业成为全国首批硕士授权点， 1990年 取得钢铁冶金专业博士点， 2000年取得 冶金工程一级学科博 士点。 2007年钢铁冶金被评为国家重点（培育）学科。 国家 级“钢铁冶金”双语教学示范基地。 现有教师31人，其中教授10人，副教授12人。每年招收
高炉
龙蟒：钛精矿处理工艺， 马钢：高炉除尘灰脱锌处理工艺 莱钢：转底炉生产珠铁工艺 ……
34
VS
转底炉
高产 高效 低耗 依赖于精料！
规模小 热制度可控 操作灵活 能耗高 低品位特殊矿！
“温度-气氛-还原剂”调控
温度 EAF工艺 转底炉 工艺
Ni M2还原 M1还原 质量
合金熔点 易流动性 完全熔化 开始熔化
Measurements：80~200kJ/100g
22
烧结过程的相平衡
23
氧势对烧结液相区域的影响
弱氧化气氛有利于FeO含量的增多，有利于扩大液相区域！
24
Al2O3-MgO对液相区域的影响
1300℃，1.8x10-3
MgO增多，有利于扩大液相区域并向高硅区域移动！ Al2O3增多，有利于向高钙区域移动
30
12/5/2012
各化学成分对粘度的影响
31
32
计算案例分析பைடு நூலகம்
• 红土矿冶炼镍铁新工艺 • 还原剂 • 还原温度 • 熔剂加入量
33
红土矿还原热力学
转底炉起源于环形加热炉 ITMK3—新一代的炼铁工艺
以转底炉为主体设备，物料半熔融状态下实现渣和铁的分离，形成珠 铁，被认为是最有发展潜力炼铁新工艺。
H
o
通过查找热力学数据表获，分别查找反应物和生成物的。 通过查找热力学数据表获，分别查找反应物和生成物的。
S
o
最后通过计算，得倒自由能的数据； 可以考察温度对自由能的影响和对平衡常数的影响。 只要确定了化学反应、压力、温度区间、甚至活度，软 件可以自动计算结果！
9
反应体系平衡的热力学计算
• 回顾最简单的算例： C-O体系的平衡计算
0.9
0.9
Al2O3
Al2O3
0.9
0.9
0.8
0.8
0.7
0.7
0.6 0.5 0.4 0.3 0.6 0.5 0.4 mole fraction
0.3
0.2
0.2
0.1
SiO2 0.1
mole fraction
SiO2
内容简介
• • • • FACTSage软件介绍 热力学基础及计算原理 计算数据后处理方法 计算案例分析
40
+2% MgO
50
30
40
+4% MgO
70
+6% MgO
20
80
10
90
CaO
90
80
70
60
50
40
30
20
10
mass fractions /(Fe 2O3+CaO+Al 2O3)
Al2O3
加入MgO后，液相区间缩小，Al2O3的溶解度略有减少！
29
SiO2-CaO-Fe2O3-MgO-Al2O3体系的粘度
丰富了文档 粘度模块：增加了PbO的计算模型
6
FACTSage能干什么？
查询热力学 数据 计算热力学 问题 整理计算 结果
计算化学反应是否进行 Reaction 计算复杂反应体系的平衡时状态 Equilibrium 计算多元体系的相图 Phase diagram + Predom
元素在渣/金间的平衡分配 多元炉渣体系的平衡相
用到Excel或Matlab软件的配合！
15
CaO SiO2的等活度曲线
CaO
0.9 0.1 0.8 0.9
0.1
0.2
.8
0.2
0.7 0
0.3
.7
0.3
0.6 0
0.4
0.6
0.4
.5
0.5
0.5 0
0.5
.4
0.6
0.4 0
0.6
3
0.7
003 ..
0.7
0.2 2
0.8
0.8
001 . .1
40
渣-铁相间Ti(C, N)形成热力学
温度对Ti(C,N)生成的影响
TiN+ C = TiC+1/2N2 (3)
反应(3)开始发生的温度, 即 (△GrӨ =0)，与TiN和TiC的 活度有关
渣中Ti(C,N)的质量分数以及Ti(C,N)固溶体 中TiC和TiN的摩尔分数随温度变化的关系 41
渣-铁相间Ti(C, N)形成热力学
Thermo-Calc Pandat HSC Materials Studio
FactSage 6.2 was released in November 2010. 5 FactSage 6.3 was released in May 2012.
FACTSage 6.3 新功能
界面更人性化
扩充数据库
90
10
1375
80
20
1350
70
30
60
1325
40
50
50
1300
40
60
1275
30
70
1250
20
T C
o
80
10
90
CaO
90
80
70
60
50
40
30
20
10
mass fraction
Al2O3
在液相中，随着CaO的增多，Al2O3溶解度增加！ 在CF中， Al2O3溶解度可达到30%。
Fe
固相还原
CM-1(Ni)
CM-2(Fe)
配碳量
金属-炉渣高温物理化学计算
强化铁合金渗碳程度，使合金熔点降低； 一定量的硅铁加入可以增加渗碳； 确定Fe-Ni-C熔点
36
控制CaO加入量，调控熔化温 度和粘度；
计算案例分析
• 钒钛磁铁矿高炉冶炼 • 温度 • 氧势 • 压力 • 炉渣成分
37
渣-铁相间Ti(C, N)形成热力学
Ti(C,N)的相界线 氧分压
1260℃
Ti(C,N) 只在DEF 所围成的区域形成
高炉富氧
提高压力
高钛型高炉渣状态图
Legend:FeL= Iron _liquid, Sp=Spine, SL=Slag_liquid#1, SL2=Slag_liquid#2, Pero=Perovskite, Clin=Clinopyroxene, C=Carbon, Meli=Melilite, Mo=Monoxide, TiSp=Titania_Spinel, G=Gas_ideal.
CaO-SiO2-Fe2O32%MgO-4%Al2O3
CaO-SiO2-Fe2O38%MgO-6%Al2O3
27
CaO-Fe2O3-Al2O3的液相区间
Fe2O3 - CaO - Al 2O3 - O2
Projection (ASlag-liq), p(O 2) = 0.21 atm
Fe2O3
1400
• 和经典的相图比较差异大 （找出差异的区域） • 计算时间长 （繁余数据过多） • 没有结果 (缺物质、不能形成相)
考虑物质选择和数据库选择的问题！
13
内容简介
• • • • FACTSage软件介绍 热力学基础及计算原理 计算数据后处理方法 计算案例分析
14
等值线图的画法
1. 2. 3. 4. 选定等值线的区域 （液相区域+等活度线） 在选定区域内计算各点的目标值 对目标值进行整理、划定目标值的水平 分步将复合目标值的点群汇出
25
Al2O3-MgO对液相区域的影响
1300℃，0.18Pa 1300℃，2.1x102