TOMP / Лекция_6

определяют как произведение ионной доли катиона на ионную долю аниона и коэффициент активности катиона, величина которого учитывает взаимодейст- вие между компонентами расплава.

Метод В.А. Кожеурова предложен для определения активности оксидов железа, марганца, магния и фосфора в оксидных шлаках высокой основности, в состав которых входят оксиды FeO , MnO , CaO , MgO , SiO2 и P2O5 .

Метода В.А. Кожеурова предполагает, что структурными компонентами шлака являются простейшие одноатомные ионы Fe2+ , Mn2+ , Ca2+ , Mg 2+ ,

Si4+ и P5+ , которые окружены общими анионами O2− . Так как анион O2− является единственным анионом в шлаке, формула для вычисления активности оксида в шлаке будет иметь вид

где γMe2+ – коэффициент активности катиона.

Если в составе оксида содержится больше одного не кислородного атома, его активность следует рассчитывать по формуле

Для обозначения ионной доли каждого из катионов в современной науч- но-технической литературе рекомендуют пользоваться символами:

ложенные В.А. Кожеуровым формулы для расчета коэффициентов активности катионов будут иметь вид

Следует помнить, что пользоваться формулой (6.36) для определения ко- эффициента активности катиона магния можно только в тех случаях, когда в шлаке нет фосфора.

Согласно методу В.А. Кожеурова расчет активности оксидов в шлаке проводят в следующем порядке:

1.Рассчитывают эквивалентное содержание в FeO шлаке.

2.Определяют ионные доли каждого из катионов в шлаке.

3.По формулам (6.34) – (6.37) рассчитывают величины коэффициентов актив- ности катионов.

4.Определяют активности оксидов в шлаке по формулам (6.32) и (6.33).

6.3.4 Метод А.Г. Пономаренко

Разработанная А.Г. Пономаренко теория расплавленного шлака как фазы с коллективной электронной системой предполагает, что компонентами шлака являются электронейтральные атомы химических элементов. Электроны всех входящих в состав шлака атомов образуют единую квантово-механическую систему, которую термодинамически можно охарактеризовать при помощи хи- мического потенциала электронов. Это позволяет представить парциальную эн- тропию смешивания в виде двух составляющих, которые учитывают тепловое возбуждение ядер и электронов в отдельности.

Парциальную энтальпию смешивания, как и в теории совершенных ион- ных растворов, принимают равной нулю.

Согласно данной методике активность компонентов шлака может быть рассчитана с использованием атомных коэффициентов активности по формуле

где Ci - концентрация компонента i в шлаке, приведенная в атом-

ных долях;

ψi - атомный коэффициент активности компонента i .

Расчет атомных коэффициентов активности компонентов шлака следует выполнять по уравнению

где k - общее число компонентов шлака;;

j- какой-либо компонент шлака;

εi− j - энергия обмена компонентов i и j , Дж;

R - универсальная газовая постоянная, Дж/(моль·К); T - температура, К.

Для определения энергий обмена компонентов предложено соотношение

где χi и χ j - атомные параметры компонентов шлака, Дж.

Если в состав оксида входит только один не кислородный атом, актив- ность оксида в шлаке рассчитывают по формуле

Следует помнить, что рассчитанная согласно приведенной выше методике ве- личина атомной активности кислорода в шлаке обычно близка к единице. По- этому активность оксида в шлаке с достаточной для практических целей точно- стью можно приравнять к активности не кислородного элемента.

Если требуется определить активность в шлаке оксида, в состав которого входит более одного не кислородного атома, расчеты следует проводить по формуле

Расчет активности компонента в шлаке по методу А.Г. Пономаренко про- водится в следующем порядке:

1.Определяют количество молей каждого из компонентов в 0,1 кг шлака.

2.Определяют атомные доли каждого из компонентов шлака.

3.Пользуясь справочными данными, выбирают значения атомных параметров элементов и проводят расчет энергий обмена компонентов шлака по форму-

ле (6.40).

4.Определяют атомные коэффициенты активности компонентов шлака по формуле (6.39).

5.Определяют атомные активности компонентов шлака по формуле (6.38).

6.Рассчитывают активности оксидов в шлаке по формулам (6.41) или (6.42).

1 – доводка в кислой мартеновской печи при активном процессе; 2 – первая по- ловина периода плавления в основной мартеновской и дуговой электростале- плавильной печах; 3 – по расплавлению в основной мартеновской и в окисли- тельном периоде плавки в дуговой электросталеплавильной печи; 4 – в конце продувки в кислородном конвертере при переделе обычных чугунов и в основ- ной мартеновской печи при проведении доводки без значительного обновления шлака; 5 – доводка основной мартеновской плавки с многократным обновлени- ем шлака; 6 – в конце плавки при выплавке стали с содержанием углерода ме- нее 0,05%; 7 – восстановительный период плавки в дуговой электросталепла- вильной печи

Рисунок 6.1 – Изменение основности шлака и содержания (CaO) и

(SiO2 ) + (P2O5 ) в различные периоды плавки в разных сталеплавильных агрега-

тах

Рисунок 6.2 – Зависимость содержания оксидов железа в нейтральном шлаке от содержания углерода в металле и основности шлака (цифры у кривых) при

1600оС