Al2O3两性行为诱导熔渣结构与黏度动态演变的原子尺度机制研究

本文通过分子动力学模拟（MD）和热力学计算，揭示了Al2O3两性行为对SiO2-Al2O3-CaO-FeO熔渣体系结构及黏度的调控机制，发现熔体中桥氧（BO）结构的生成与消耗是黏度两性转变的关键，为工业气化炉高效稳定运行提供了理论依据。

　　

Highlight
Al₂O₃添加对熔渣流变性的两性影响
图1展示了1600°C下Al₂O₃含量对不同熔渣黏度的影响。随着Al₂O₃含量增加，熔渣黏度呈现先升高后降低的趋势，并在Al₂O₃含量为25 wt%时出现拐点。这一结果与既往研究结论一致，证实了Al₂O₃对熔渣黏度的两性调控作用。

Molecular dynamics simulation
分子动力学模拟揭示结构演变机制
通过Born-Mayer-Huggins（BMH）势函数计算发现，Al₂O₃含量增加会促使[SiO₄]^4-被[AlO₄]^5-持续取代，形成大量结构稳定的桥氧（BO）网络（如Si-O-Al和Al-O-Al），导致黏度上升；而当Al₂O₃超过临界值，部分BO会转化为不稳定的终端氧（TO），从而降低熔体黏度。

Conclusions
研究结论与工业价值

1. 1.熔渣黏度随Al₂O₃浓度呈两性变化，其本质源于熔体中BO结构的动态平衡；
2. 2.Al³⁺配位数转变（四配位→五/六配位）是调控熔体聚合度的关键因素；
3. 3.该研究为工业气化炉的熔渣流动性优化提供了原子尺度设计策略。