Контрольні питання

1. Азот і водень в металі: їх джерела, вплив на якість металу.

2. Способи дегазації металу та їх ефективність.

3. Закон Генрі.

4. Як впливає парціальний тиск двоатомних газів (водню, азоту) на їх розчинність в металі?

5. Як впливає температура системи на розчинність двоатомних газів (водню, азоту) в металі?

6. Як впливає хімічний склад металу на розчинність в ньому двоатомних газів (водню, азоту)?

Лабораторна робота № 5 розчинність кисню в розплавах заліза

Ціль роботи: експериментально визначити активність кисню в розплаві заліза; встановити вплив температури і вмісту вуглецю на активність кисню в розплаві; навчитися розраховувати концентрацію кисню в розплаві.

Теоретичні відомості

У сталеплавильних агрегатах для окислення вуглецю, розчиненого в рідкому чавуні, використовують газоподібний кисень. При продуванні рідкого металу киснем протікає реакція:

[С] + [О] = СО

Аналогічним чином окислюються і інші елементи чавуну. Термодинамічний аналіз показує, що кисень може розчинятися в рідкому залізі. Чіпман і Тейлор встановили, що:

lg [О]_max = -6320/Т + 2,734.

Розчин кисню в рідкому залізі дещо відхиляється від ідеального. У рівнянні а_О =f_О × [О]_max коефіцієнт активності f_О < 1. Знайдено, що:

lg f_О = е_О^О× [О]_max =(-1750/Т + 0,76) × [О].

Рівноважна кількість розчиненого кисню залежить від температури металу і вмісту в ньому інших розчинених елементів (С, Si, Mn та ін.). Надмірний вміст кисню в металі призводить до погіршення його якості, інтенсивного окислення заліза і втрат його зі шлаком і газами, що відходять. Для контролю окисленості розплавів на основі заліза широко використовують електрохімічні вимірювання активності кисню методом електрорушійної сили (е.р.с.) з твердим електролітом (звичайно це ZrO₂). Одним з електродів є рідкий метал, іншим – суміш Mo-MoO₂.

В розплаві залізо-вуглець концентрація і активність кисню пов'язані рівнянням (нехтуючи е_О^О × [О], оскільки [О] - незначна):

lg [O] = lg a_O + 0,45×[C].

Зміст роботи

Робота виконується під керівництвом викладача на комп'ютерному тренажері, схема якого наведена на рис. 4.1.

Рисунок 5.1 – Схема комп’ютерного тренажера

Модель установки складається з ковша, в якому знаходиться рідкий метал. Приймаємо, що в металі після продування киснем досягнута рівноважна його концентрація. Можна встановити температуру металу і задати вміст в ньому вуглецю. Опустивши киснево-концентраційний датчик в метал, можна заміряти виниклу е.р.с, яка перераховується на активність кисню (мікропроцесор встановлено в приладі) і видається на дисплей. Вимір вимагає певного часу для встановлення рівноваги між датчиком і металом.

Порядок роботи

1. Дослідити вплив температури металу на розчинність в ньому кисню. Встановлюється певний постійний вміст вуглецю. При різних температурах здійснюються виміри активності кисню.

2. Дослідити вплив вуглецю на рівноважний вміст кисню. Встановлюється певна постійна температура і при різних вмістах вуглецю заміряється активність кисню.

3. Після проведення вимірів розраховуються концентрації кисню, відповідні отриманим активностям.