本发明属于钢铁冶金，具体为一种基于分子动力学模拟确定冶金渣中溶质溶解动力学的方法。
背景技术：
1、炉渣即氧化物混合物的熔体，广泛应用于炼钢过程中钢液的净化。在冶炼过程中，钢中的杂质元素如p、mn、si等，会被炉渣氧化吸附，从而实现与钢液的分离。在转炉炼钢过程中，为了保证炉渣的冶炼性能和脱磷能力，经常使用cao来对炉渣成分进行调整。然而，在炼钢过程中，添加的cao在炉渣中的溶解速度一直是制约冶炼性能提高的一个因素，因为未溶解的cao不能促进钢液的脱磷。精炼渣的结构特性和流动性决定了钢液的洁净度。炉渣对夹杂物的脱除过程可分为夹杂物向渣/钢界面的转移、夹杂物克服渣界面的表面张力进入渣中、夹杂物在渣中的溶解三个阶段：第一阶段是夹杂物的上浮，主要受反应器流场控制。第二阶段是夹杂物从钢液中分离，主要受渣在界面处对夹杂物的润湿性主导。第三阶段是夹杂物在渣中的溶解。由于高温试验的特殊性，影响溶解过程的因素及溶解机制研究难以明晰。
技术实现思路
1、为解决现有技术存在的问题，本发明的主要目的是提出一种基于分子动力学模拟确定冶金渣中溶质溶解动力学的方法。
2、根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：
3、一种基于分子动力学模拟确定冶金渣中溶质溶解动力学的方法，包括如下步骤：
4、s1、进行溶质（即例如夹杂物、石灰等被溶解的物质）的建模和渣系（即溶剂）的建模以及两者的组合；
5、s2、采用合适的势函数来描述渣系与溶质所有原子间的相互作用；
6、s3、进行受控的分子动力学模拟；
7、s4、统计渣中的溶质分布，实现冶金渣中溶质溶解动力学的确定。
8、作为本发明所述的一种基于分子动力学模拟确定冶金渣中溶质溶解动力学的方法，其中：所述步骤s1中，基于溶质的成分或者结构进行建模；渣系的建模通过成分和密度进行建模，并通过无定形建模结合两者。
9、作为本发明所述的一种基于分子动力学模拟确定冶金渣中溶质溶解动力学的方法，其中：所述步骤s1中，模型建好后，模型计算的设置条件包括：整个溶解模型的边界类型、模拟边界条件、模拟步长、截断半径等。
10、作为本发明所述的一种基于分子动力学模拟确定冶金渣中溶质溶解动力学的方法，其中：所述步骤s2中，所述势函数包括bmh势函数、buckingham等势函数。
11、作为本发明所述的一种基于分子动力学模拟确定冶金渣中溶质溶解动力学的方法，其中：所述步骤s3中，采用共轭梯度法进行能量最小化，对体系进行优化，后进行弛豫和分子动力学模拟，记录原子位移信息。
12、作为本发明所述的一种基于分子动力学模拟确定冶金渣中溶质溶解动力学的方法，其中：所述步骤s3中，进行受控的分子动力学模拟包括：在高温段熔融时固定溶质坐标和受力，对渣系结构进行充分弛豫；而后以固定速率降温到指定温度弛豫能量稳定后解除溶质力和位移的固定开始溶解；记录全程的原子轨迹信息，并进行可视化处理。
13、作为本发明所述的一种基于分子动力学模拟确定冶金渣中溶质溶解动力学的方法，其中：所述步骤s3中，定义溶质与渣系两个分组，在目标温度下开始溶解前将溶质的速度和力设置为0。
14、作为本发明所述的一种基于分子动力学模拟确定冶金渣中溶质溶解动力学的方法，其中：所述步骤s4中，统计渣中的溶质分布包括：使用溶解系数rs对溶质分布进行统计：
15、
16、其中，pj为特定标记原子的在x, y, z三个方向上的分布；
17、xi是第i个分布区间；
18、q为均匀分布；
19、t为时间；
20、rs是溶质原子从开始溶解到溶解结束的溶解量随时间变化率与时间的关系。本发明的有益效果如下：
21、本发明提出一种基于分子动力学模拟确定冶金渣中溶质溶解动力学的方法，与传统实验方法相比，分子动力学模拟无需大量热态实验、复杂的检测方式，可在计算机上快速完成大规模模拟计算。同时，它还能在短时间内模拟多种不同条件，快速筛选出具有优势的工艺与渣系。本发明可以可视化到难以明晰观察的反应，提供溶解行为的原子轨迹行为，动态变化，溶质的分散过程等，为研究溶解动力学提供丰富且准确的信息，有助于揭示溶质在高温熔体中的溶解规律和结构演变机制。此外，方法安全性高，避免了高温实验可能带来的危险。
1.一种基于分子动力学模拟确定冶金渣中溶质溶解动力学的方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于分子动力学模拟确定冶金渣中溶质溶解动力学的方法，其特征在于，所述步骤s1中，基于溶质的成分或者结构进行建模；渣系的建模通过成分和密度进行建模，并通过无定形建模结合两者。
3.根据权利要求1所述的基于分子动力学模拟确定冶金渣中溶质溶解动力学的方法，其特征在于，所述步骤s1中，模型建好后，模型计算的设置条件包括：整个溶解模型的边界类型、模拟边界条件、模拟步长、截断半径。
4.根据权利要求1所述的基于分子动力学模拟确定冶金渣中溶质溶解动力学的方法，其特征在于，所述步骤s2中，所述势函数包括bmh势函数、buckingham势函数。
5.根据权利要求1所述的基于分子动力学模拟确定冶金渣中溶质溶解动力学的方法，其特征在于，所述步骤s3中，采用共轭梯度法进行能量最小化，对体系进行优化，后进行弛豫和分子动力学模拟，记录原子位移信息。
6.根据权利要求5所述的基于分子动力学模拟确定冶金渣中溶质溶解动力学的方法，其特征在于，所述步骤s3中，进行受控的分子动力学模拟包括：在高温段熔融时固定溶质坐标和受力，对渣系结构进行充分弛豫；而后以固定速率降温到指定温度弛豫能量稳定后解除溶质力和位移的固定开始溶解；记录全程的原子轨迹信息，并进行可视化处理。
7.根据权利要求6所述的基于分子动力学模拟确定冶金渣中溶质溶解动力学的方法，其特征在于，所述步骤s3中，定义溶质与渣系两个分组，在目标温度下开始溶解前将溶质的速度和力设置为0。
8.根据权利要求1所述的基于分子动力学模拟确定冶金渣中溶质溶解动力学的方法，其特征在于，所述步骤s4中，统计渣中的溶质分布包括：使用溶解系数rs对溶质分布进行统计：