10. Растворимость и предельная растворимость кислорода в железе. Содержание кислорода в металле после окислительного периода в дсп.

Прямое определение затруднено ввиду его малых величин (10^-8 атм.), поэтому его находят посредством смеси H2+H2O, для которой легко рассчитывается. Как показывают результаты экспериментов, равновесная концентрация O2 в жидком железе при относительно небольших его содержаниях линейно зависит от квадратного корня из давления O2 в газовой фазе. Эта зависимость, которую принято называть законом Сивертса, согласуется с выражением для константы равновесия реакции:

Это свидетельствует о том, что процесс растворения протекает в соответствии с написанной реакцией – т.е. сопровождается диссоциацией молекул на атомы.

В области повышенных содержаний кислорода, наблюдается отклонение от закона Сивертса. Эти отклонения можно количественно выразить зависимостью коэффициента активности:

Увеличение равновесной концентрации кислорода в расплаве при возрастании ограничено образованием пленки оксида.

При постоянной температуре появление третьей фазы в 2х-компонентной системе делает ее нонвариантной, и если равновесной 3х-фазной системе повысить давление кислорода, то его концентрация в расплаве не изменится. Система вернется к равновесному состоянию вследствие связывания избытка кислорода в оксид.

Чтобы отличить растворимость кислорода (в 2х-фазной области) от концентрации его в равновесии с оксидом, последнюю называют пределом растворимости. Т.о. растворимость и предел растворимости представляют собой совершенно различные понятия, которые характеризуют разные состояния равновесия.

Растворение газообразного кислорода в железа сопровождается сильным тепловыделением и, следовательно, отрицательной зависимостью растворимости от температуры.

Процесс растворения кислорода в железе из оксидной фазы сопровождается поглощением тепла -> предел растворимости кислорода увеличивается с увеличением температуры.

Известно, что при растворения кислорода в жидком железе оксиная фаза появляется при очень низком парциальном давлении (около 10Е-2 атм.)

На рисунке представлена зависимость концентрации кислорода от корня парциального давления. Наклонные линии соответствуют равновесию растворенного в металле кислорода с газовой фазой. Точки перегиба отвечают давлениям, при которых образуются оксиды данных металлов. При заданном значении парциального давления для металла с большим химическим сродством к кислороду характерна более высокая концентрация растворенного кислорода. Вместе с тем, чем больше химическое сродство данного металла к кислороду, тем при более низких парц. давлениях происходит образование оксидной фазы. Если к металлу прибавить некоторое количество раскислителя R, то оксидная фаза появится при более низком давлении кислорода.

При небольших концентрациях R роль знаменателя проявляется сильнее и концентрация кислорода с увеличением R убывает. В дальнейшем (после точки минимума) роль экспоненты возрастает и это приводит к увеличению концентрации растворенного кислорода.

По увеличению раскислительной способности элементы можно расположить в следующей последовательности: Ni, Fe, Mn, Si, Al. В этом ряду каждый последующий элемент будет раскислителем по отношению к предыдущему.

Взаимодействие Fe-C-O в расплавах.

Окисление углерода растворенным кислородом сопровождается выделением тепла, и поэтому полнее протекает при пониженной температуре. В расплавах на основе Fe температурная зависимость константы выражена довольно слабо, т.к. значение здесь невелико. С повышением температуры скорость окисления углерода увеличивается.

Высокий окислительный потенциал шлака обеспечивает при кипении ванны постоянное поступление в металл кислорода, где он расходуется на образование СО. Степень переокисления ванны определяется соотношением скоростей поступления и расходования кислорода.

При повышении температуры реакция идет быстрее -> быстрее подходит к равновесию. Понижение должно приводить к пропорциональному уменьшению . В результате уменьшения всего до 0,1 атм. – резко возрастает раскислительная способность углерода, а также обеспечивается глубокое обезуглероживание расплава без переокисления.

Также сейчас обнаружена принципиальная возможность практически полного протекания реакции в глубоком вакууме.