pract1

Таблица 12

Контрольные вопросы:

1.Понятие растворимости газов в металле.

2.Закон Сивертса.

3.Факторы, влияющие на растворимость газов в металле.

4.Расчет растворимости газов в чистом металле.

5.Расчет растворимости газов в легированном расплаве.

21

5 Расчет реакций в газовой фазе металлургических плавильных агрегатов

При взаимодействии азота с расплавами, легированными карбидообразующими элементами, возможно образование раствора Fe–R–N, равновесного с газовой фазой, причем с увеличением содержания R увеличивается растворимость азота. При определенных содержаниях компонента R из расплава может выделиться тугоплавкое соединение – нитрид RN. Наибольшим сродством к азоту обладают элементы IVa подгруппы Ti, Zr, Ра, которые и используются в основном для связывания азота в жидком металле.

Особенности взаимодействия азота с металлическими расплавами отражает диаграмма состояний системы Me–R–N, фрагмент изотермического сечения которой в областях, богатых металлом, представлен на рисунке 3.

Линии, ограничивающие области стабильности фаз, описываются соответствующими уравнениями равновесной термодинамики.

Как видно из диаграммы, при небольших содержаниях нитридообразующего элемента существует двухфазная область стабильности жидкой фазы с газообразным азотом. Координаты линии АВ, разделяющей эту область (I) и область стабильности жидкости (II) можно определить, проанализировав уравнение [2]:

22

6 Раскисление металлических расплавов. Расчеты процессов химической диссоциации в металлургических процессах

Под раскислением понимают комплекс операций по снижению содержания кислорода в жидкой стали.

Основными задачами раскисления являются:

–снижение содержания кислорода в жидком железе присадками элементов с большим сродством к кислороду, чем у железа, до уровня, обеспечивающего получение плотного металла;

–создание условий для более полного удаления из жидкой стали продуктов раскисления.

Если первая задача рассматривается с использованием законов химической термодинамики, то вторая решается при помощи аппарата химической кинетики.

Термодинамический подход позволяет выявить связь между содержанием кислорода в жидкой стали и содержанием элементараскислителя R, определить степень влияния температуры на характер этой связи, а также рассчитать минимальное содержание кислорода в металлическом расплаве при раскислении его элементом

R.

Рассмотрим случай, когда при раскислении металлического расплава каким-либо элементом R происходит образование твердой конденсированной фазы R mOn в соответствии с реакцией вида

При условии aRmOn =1 константа равновесия данной реакции примет вид

где ai – активность i-го компонента в расплаве.

Для расчета активностей компонентов расплава за стандартное состояние целесообразно принять 1%-ный разбавленный раствор.

Значение константы равновесия KR можно определить по изменению свободной энергии реакции (46):

27

ln(K ) G10 . R RT

(48)

Значение G10 , в свою очередь, определяется из анализа реакции образования оксида R mOn из чистого компонента R и кислорода при PO2 1 атм, а также реакций растворения в металле кислорода и элемента R:

(49)

С учетом уравнения (49) в выражении (48) константу равновесия можно записать как функцию температуры:

где А и В – постоянные для данной химической реакции.

Чтобы рассчитать равновесные концентрации кислорода и элемента R, в уравнении (46) активности компонентов выражают через их концентрации и коэффициенты активности:

Коэффициенты активности fR и fO можно оценить при помощи параметров взаимодействия первого порядка с учетом принятого стандартного состояния:

Прологарифмировав уравнение (50) и выразив концентрацию кислорода через остальные члены суммы, определим раскислительную способность элемента R по равновесной концентрации кислорода:

28

Чтобы рассчитать минимальную концентрацию кислорода в металлическом расплаве, раскисляемом элементом R, необходимо продифференцировать уравнение (53) по концентрации этого элемента и приравнять к нулю:

30