а1.1 Мет.стали – это наука о способах произ-ва стали в масш-ах, имеющ. промышл. значение, наука о масс.произво-ве стали.

Сталью наз сплав жел с угл (при сод углер менее 2% и др примесями, придающ. те или иные св-ва). Fe нах-ся в 8гр 4 период, Атомный номер 26. Атом.масса 56. чистжел=7874кг/м3. Т.пл=1539гр, Т.кип=3227-3230град. стли(тв)=7800кг/м3, стали(ж)=7000кг/м3.

1.2 Общая схема сталеплавильного производства: Дом процесс: вход:кокс, флюсы, шлакообраз мат-лы, железо в виде оксида(руда, агломерат, окатыши); выход: чугун (Fe+C(4-4.5)+Mn(0.25-1)+Si(0.5-1)+P(0.2-1)+S(0.025-0.040) Сущность: Восст.жел из его оксидов. Сталеплавильный прочесс: вход: чугун,металлич лом, флюсы,шлакообраз мат, топливо (март проц), окислитель (газообр, тв); выход: полупродукт (Fe+C)(0.05-0.25)+Mn(0.05-0.15)+Si (следы0.005) +P(0.005-0.020)+S(0.010-0.025)+O(0.02-0.050).Сущность: окислител. рафинирование(отчищение) – окислит процесс. Неагрегатная обработка металла: вход: полупродукт, предвар.раскис-ие в процессе выпуска металла из сталеплав.агрегата в сталепл. ковш, продувка инертными газами в сталеразлив.ковше, вакуумирование металла, обработка синтетич.шлаками, окончательн.раскисление и легирование мет. Выход: сталь (соответствует заданной марке). Разливка стали: вход: сталь; выход: заготовки (машина непрерыв литья заготовок), слиток (при разливке в изложнице). Фактически управление сталеплав. проц-ми можно свести к управлению потоками окисл-ля и продуктов окисления. Раскисление. Операция раскисления заключается в том, что в мет-ле вводятся элементы с повышеным сродством к кислороду для связынного раствор-го в Ме кислорода наиболее распространён. явл. магний, кремний. В целом проведенная схема не явл рациональной т.к. в дом. процессе магний и кремний растворяются в Ме; затем в окислит-сталеплавил процессе они удаляются из Ме, а при окончательной доводки Ме до конечного продукта стали опять добавляются в Ме.

1.3 Технологический объект управления-совокупн.оборудования и реализованного на нем,по соответствующ.спец.регламентам и инструкциям, процесса произ-ва. ТОУ(оборудтехнологич процесс). Один и тот же техн.проц.может.быть реальиз.с использ. различн. оборудо-ния,следо-но системы контроля процесса могут быть разными и схемы управл.процессом-различны.

Системный подход – это направлен.методологии научн.познания, в основе котор. лежит рассмо-ие объектов, как систем; орентируют иссле-ние на раскрыт. целостн. объекта, выявление многообр. типов связи в нем и сведение их в единую картину.

Сущность системного подхода: объект единое целое;объкт облада.такими св-вами, какими не обладают его отдельн.составн.части.

Плохо организованные (диффузные) системы – это сист.в кот.протекают разн. по своей прир.проц. (Изучен.или исселед.таких сист.затруднено из-за взаимн.влиян. их др.на.друга)(Физ-хим проц.гидродин.проц  аэродин. проц  теплов.процессы).

Физико-хим система – многокомпанентн.многофазн.сплошная среда, распредел. в прост-ве и переменная во времени, в каждой точке кот. а также на границе раздела фаз происх. перенос вещ-ва, импульса и энергии при налич.их источн.. Важнейш. характерист. ф-х ситемы явл параметры состояния (темп-ра, давление, объем, концентрация). А возможность протекания процессов в ф-х системе опред-ся измерением ф-ций состояния: H(измен.энтальп.), S (энтропии), U(внутр энерг), G(своб.энерг. при пост Р или энерг. Гибса), F (измен,своб.энерг. при V=const).

Станд.условия:компон.нах-ся в тех агрег.сост-иях, в кот.они устойч. в данн. услов., парц.давлен.чист комп=100кПа, темп.=298К.

Закон действующих масс: отношен. произвед.конц-ции продукт.реакции к конц-ции исх.вещ-в в степенях равных стехиометрич коэф-ам есть величина пост.при пост. темп и при равновесии. (в идеальн р-рах выполняется, в неид не выполняется) Kr=(RmOn)/((R^m)*P_O2^(n/2))).

Закон распределения Нернста: При равновес.отношение конц-ции комп-а в 2-х несливаемых фазах есть величина пост. при пост темп-ре. La=Ca’/Ca’’=const

Равновесие термодинам.-сост.,термодин.системы, в котор.она самопроизв.приходит через достат.больш.промеж.времени в услов.изоляции от окруж.среды.

Стабильн.равновес-характери-ся абсолютн. минимум. соотв.характеристич.функц.

Лабильн.равновесие-харак-ся тем,что при люб.бесконечн.малом воздейств. система претерпев.конечн.изменен.,в результ.котор.она приход.к стабильн.равновесию.

Метастаб.равновесие-характе-ся относит.миним.соответст.характер.функций.

Необратим.процессы-физ.проц,котор.могут протек.только в одном.опред.направл. (Диффузия,теплопров-ть)

1.4 Раствор – это однородная, состоящ. из нескольк. вещ-в система состав.кот.может непрерывно меняться в опред.пределах. Раствор не сущ.изолир. и компон.распредел.между соприкасающ.фазами. Химич.соединение – это однородн, состоящ. из неск-х вещ-в система состав.кот. подчи-ся закону кратных отно-ний.

Закон распре-ия Рауля: Парциал.давлен.компонента над раст-ом пропорц-но мольн. доле компонента в растворе и парциальн.доле компонента над чист.раств-ом. (Pi=Ni*P_i^o. Ni-моль.доля комп-а в р-ре. Pi-парц.давление компон.в газ.фазе, P_i^o-парц.давлен.пара над раств.чист.компон.). В основ.классиф.раст-ов полож.зак. Рауля.

Растворы:Идеальные(совершен,разбавлен.); Неидеальные(регулярн,реальные). Идеальными наз.раствор.в кот. з. Рауля выполняется хотя бы для 1-го компанента.

Неидеальн. наз.р-ры в кот. з. Рауля не выполняется ни для одного компонента. Совершенные р-ры – это р-ры близких по своим св-вам комп-ов,в кот з. Рауля выпол-ся для всех компон-ов, а изменение энтрапии смещения (Sсм=-RN_iLn(N_i))

Разбавл. р-р – это идеальн.р-р в кот з.Рауля выпол-ся для 1-го компанента-растворителя, моль.доля кот.1.(для раств.вещ. моль.доля0)-выпо-ся з.Генри.

З.Генри: парц.давлен.раствор.вещ-ва над раствор.пропорц.конценрации растворен.вещ-ва в растворе и константе Генри. P2=Г2C2. Г2-пост Генри.

З.Сивертса (частн.случ.для раствор.газов) –конц.газа,раствор.в Ме, пропорц. корню. квадр.из парц.давления газа над раствором. N=k_N2(P_N2)^0.5. При раствор. газа в Ме происх.диссоц.молекул на атомы и газы в Ме раство-ся в атомарн. виде.N2=2N.

Регулярными раст.-неидеальн.р-ры, в кот. з. Рауля не выполня-ся, а измен. энтрапии Sсм=-RNiLn(Ni) и образов.регулярн. р-ров сопрово-ся тепловым эффектом и может сопров-ся изменен.объёма и см0.

Реальные р-ры – это неид р-ры в кот з. Рауля не выпол-ся и образов. кот.связано см0 их образ-ие сопровождается тепловым эффектом, Sсм=Sвзаим-RNiRnNi.

Парциальная мольн.велич.–это частн.произв. от каког-либо экстенсивн.св-ва (завис.от кол-ва) по числу молей данн.компонента при пост темп-ре, давл., и числу молей остальн.компонентов. Важнейш.парциальн.мольн. велич. явл. парц. мольн. своб. энергия Gi. (Gi=i). i-хим потенциал.

Хим потенциал: Если газ идеал. _i=_i⁰+RTlnP_i. Для ид. р-ра: _i=_i⁰+RtlnN_i. Хим. потенц. в ид р-ре для раств.вещ-ва _i=_i⁰+RTlnC_i. Ci-концентрация i-го компан.,1%.

Термодинам. активность – это отнош. парциальн.давления i–го компон. в г.ф., к парциал. давл. этого же компонента в станд состоянии (ai=Pi/Piст) (активность может быть как меньше, так и больше 1, т.е. может быть как полож. так и отриц откл-ие от идеаль-ти). Для облегчения исполь-ия в расчётах термодин. активности был введён пока-ль – коэфф-т активности. В общем случае коэфф-т активности должен зависеть от : темп-ры, давл, конц-ции всех комп-ов. (ai=γi*Ni-соверш.раст: ai=fi*Ci-разбавл.раств.); γi,fi – коэфф-ы активности.

Химическое сродство – это ф-я сост.характе-щая спосо-ть компонентов вступать в хим.взаимо-вие. Кол-венной характ хим сродства явл энерг.Гиббса. Чем меньше (G) тем выше сродство элемента к кислороду.

1.5 Модель идеального газа: 1.Элементарные частицы в ид газе электронейтральн. молекулы. 2-е: Полная разупорядоченность в расположен. элементарн. частиц. 3-е: Длина свободн.пробега частиц на нескольк.порядков превышает размеры молекулы.

Идеальн.тверд.кристал.тело-полное упорядочение в расположении.частиц :::

Атом – это частица, кот сохраняет индивидуальн. св-ва вещ-а. Атомы нах-ся в узлах элемент.ячейки (геометрич правильно построенной) и соверш.незначительн. колебания около этих положен.. Ближн.соседи атомов остаются постоян. Атомэлемент.ячейка.(Ближний порядок)кристаллич решетка (Дальний порядок) Элемент.ячейки образ.един. кристаллич решётку.Дальн.соседи атомов остаются пост.

Ближн.порядок-располож.атомов.в узлах геометр.правильн.построенных элемент. ячеек и незначит.колебан.около этих положен.

Дальн.порядок-располож.в правильн.порядке элемент.ячеек-образов. крист.решетки

Особенности идеальн.тв.крист.тела: 1-Диам.внешн.орбит электронов в атоме и пара-ры элементарн.ячейки величины одн.порядка. 2-Коллективизация электронов, нахо-ся на внешн.орбитах и образо-ние «электронного газа». 3-Возмо-сть перем-ния частиц через кристаллич.решётку – диффузия и самодиффузия. 4-Возможность коллективн.переме-ния частиц – пластическ.деформация.

Особенности жидкости: 1-Жидкость принимает форму сосуда в кот она находится (близка к газу). 2-жидкость имеет поверхность раздела (как тв тело.) 3-Для разрыва жидкости необходимы опред усилия (как тв тело). 4-У жидкости есть св-ва ид газа, так и ид тв кристаллич тела. Поскольку плисп требуется меньше усилий (энергит затраты на переход из твж существенно меньше, чем при переходе из жгаз). Поскольку SплSисп при переходе из твж разупорядоченность меньше, чем из жг.Вблизи Тпл жидк. сохраняет св-ва тв тела. При переход. в жидк.состо-ие в жидк.сохра-ся довольн.много св-в присущ. ид.тв.крист телу.

1-я модель: Френкеля: 1- При нагреве тв.тела от абс.нуля в нем образ-ся пустоты, кот.он назвал «дырки» при переходе из твж колл-во «дырок» возрост.в неск.раз (изменяя-ся скачкообразн)и в жидк. состо-ии сохра-ся только ближн.порядок в распо-нии частиц.

2-ая модель: сиботаксисов или кластеров. (Современ.модель жидк. сост-ия) В ид.жидк.сохраняется ближн. порядок и частично дальн.порядок в образо-иях, кот.получили наз. сиботаксисы. Сиботаксисы – это некие образования, в кот.сохраняется ближн. и дальн.порядок, они образу-ся и расподаются, при этом время их сущ-ния0, поэтому они не могут рассма-ся как отдельн.фазы имеющ.пове-ть раздела.

Доказа-ва упорядо-ти структуры жидк.железа: 1-валентн.электроны (т.е. электрон кот.нах-ся на внешнем энергит уровне) нах-ся примерно на одинаков. расст.от своего ядра и от соседних ядер.2-Валентн.электроны не локализованы около опред.ядер (также как в тв.состоянии). 3-Жидк.железо оказывает сильн.ионизирующее возде-вие на атомы раствор.вещ-ва, в част-ти обра-ся ионы O^2-,P^4- и S^-2.

1.6 Форма существования растворённых элементов в железе. Исслед. показали, что концент-я водорода, растворен.в железе пропорцио-на корню кв. из парциал. давления водорода в газ фазе, т.е. подчиня-ся з. Сивертса. Это свидетельст., что водород, как и др газы раство-ся в жид.железе не в молекулярн, а в атомарн.виде, т.е. при раство-нии газа в жел-е происходит их диссоциация.

Возможность существования в жидком состоянии некоторых соединений. Метод Курнакова (Анализ диаграмм состояния): 1-Если на диаграмме состояния имеется явный максимум («острый»мах), то это соединение сущ-ет в жидком сост-ии вблизи темп-ры плавления. 2-если мах «размыт» (т.е. не доходит до линии ликвидус), то такое соединение в жид сост-ии полностью диссоциирует (разлогается на составляющие.) Или если на кривой, показывающей изменение какого-либо физ св-ва жидкости имеется мах или перегиб, то в жидкости присутствует соединение. Пр: Mn практически неограниченно растворяется в Fe и образует так называемый р-р замещения Hрас0. Коэфф-ты активности Mn в Fe1 т.е. р-р Mn в Fe близок к совершенному. Кроме Mn близкие к совершенному образуют р-р Ni,Co в Fe. Если =-(отриц) (полож тепловой эффект), т.е. р-р не идеальный.

1.7 Строение и св-ва жидких шлаков.

Шлак – это многокомпанентн. оксидный р-р, непосредсвен. контакт-щий с Ме в сталепл.агрегате и выпол-щий важн.технологическ. ф-ции. 1)Ренгеноструктурный анализ - в узлах кристал.решёток шлака нах-ся прост.и комплексн. ионы, но не мол-лы и атомы. 2)Расплав-ые шлаки электропро-ны (эл-пр-ть жидк. шлаков ниже эл-пр-ти жидк. Ме). 3)Жидк. шлаки подверг-ся электролизу Fe²⁺+2eFe. Из шлака можно выде-ть железо в тв или жидк.сост. 4)Поскольку эмпирические данные не совпадают с данными, получен-ми по принц.аддитивности обр.шл0(образ-е шлака происходит с тепл. эффектом)р-р шлака неидеальный

Резюме:из 3-ех первых св-в следует,что шлаки состоят не из электронейтральн. мол-л, а из диссоциированных,т.е. ионов. Сущ-ние ионов не означает отсутствие оксидов, т.е. ионная модель неотрицает сущ-ния свободных и связанных оксидов в шлаке.

Модель регулярных ионных растворов Кожеурова: 1) шлак состоит из шести оксидов: FeO(1) MnO(2) CaO(3) MgO(4) SnO2(5) P2O5(6). 2) в шлаке происходит диссоциация оксидов на ионы: FeOFe²⁺+O^2-; MnOMn²⁺+O^2-; CaOCa²⁺+O^2-; MgOMg²⁺+O^2-; SiO₂Si⁴⁺+2O^2-; P₂O₅2P⁵⁺+5O^2-; 3) положит заряж ионы- катионы- окружёны общими анионами O^2- 4) Численные знач-я энергий смещения определены экспериментально Q₂₅=-42кДж Q₃₆=-202 кДж, Q₃₅= Q₄₅=-113 кДж. Остальные Q_ij=0. Физич и хим св-ва шлака: 1)плотность- шлак раствор неидеальный и его плотность опред-ся по эмпирическим ф-лам. 2)Темп-ра плавления Поскольку шлак явл-ся многокомпонентным р-ром, плавл-е шлака происходит не при постоянной темп-ре, а при диапазоне темп-р. Обычно темп-ра плавл шлака опред-ся экспериментально 3)вязкость Хим св-ва шлака. Основность это отнош-е массовой доли основных оксидов к массовой доле кислых оксидов.. Окисленность- это сод-ние оксидов железа в шлаке, выраж-ое различн. способам: -(FeO), (Fe₂O₃); -∑(FeO); -a_(FeO). Хим анализ на сод-ие шлака выполн-ся отдельно на Fe²⁺: Fe²⁺(FeО); Fe²⁺+Fe³⁺Fe. Межчастичное взаимод-е в жидк-ти опред-ся физич. хар-кой- вязкость. По Ньютону: F=S(dw/dx). F-сила взаимод-я двух движущихся слоёвН. S-площадь соприкосновения слоёв,  - динамич вязкостьПа*с, dw/dx – градиент скор-ти слоев жидк-ти по нормали к направл потока[c^-1]. Кинематическая вязкость-отношение динамич. вязкости к плотности в-ва Y=/м²/с

Вязкость шлаков. Вязкие шлаки препятствуют процессам переноса кислорода из атмосферы в металл, например в мартеновском процессе, и замедляют ассимиляцию продуктов окисл-я и усвоению вредных примесей из металлов в шлак.

1.8 Диффузия – перенос вещ-ва, обусловленный выравнив-ем его конц-ций в первоночально неоднородной системе. 1) происходит вследствие теплового движения атомов или молекул или более крупных частиц(Молекулярная диффузия); 2) диффузия происходит в направлении уменьшения конц-ции вещ-ва и ведет к его равномерному распред-ю по занимаемому объему( к выравн-ю хим потенциала); движущая сила процесса- неоднородность в распред-ии вещ-ва, т.е. градиент конц-ций. 1-й з-н Фика: Кол-во вещ-ва, переносимое в ед времени пропорц площади поверх-ти, через кот происходит перенос и градиенту конц-ций. dm/d=-DS*dС/dx m-масса,кг, -время,с, S-поверх-ть, перпендикулярная направлению диффузионного потока, м², dС/dx- градиент концентраций кг/м⁴, D- коэф-т молекулярн. диффузии,м²/с. Коэф-т молекул. диф-зии зависит от: 1)темп-ры, 2)природы р-ля, 3)давл-я, 4)конц-ции диффундирующего компонента. Закон относится к системе с пост. граничн. условиями. Знак минус показ-ет, что диф-зия происходит в направл-ии, противоположн. напр-ию градиента, т.е. в напр-и уменьш-я конц. Диффузионный поток- кол-во вещ-ва, переносимого в ед-цу времени через ед-цу площади поверх-ти: П=(1/S)*(dm/d), кг/(м²/с)

2-й з-н Фика- описывает процесс переноса в системе с переменными граничными условиями: c/=D( ²c/ x²). Завис-ть коэф-та диффузии от тем-ры выраж-ся уравн-ем: D=D₀eхр(-E/RT), D₀ – эмпирич коэф-т, Е-энергия активации процесса дифф-ии, кот зависит от природы среды диффундирующего компонента. Конвекция – перенос теплоты в жид-тях, газах или сыпучих средах потоками вещества. Естественная (свободная) конвекция обусловлена разностью плотности нагретого вещ-ва и окруж. среды.. Наличие конвективных потоков вносит измен-е в процесс переноса вещ-ва. Т.е. поток будет состоять из двух составляющих ( при пост. граничн. условиях): П_к=П+w_xC=-D* *(dС/dx)+w_xC, w_x-скор-ть движ-я среды,обусловлен. конвективн. потоками. Для случ. переменных граничн. условий: (С/)_К= D( ²c/ x²)-w_x (dС/dx).

Турбулентное течение – форма течен.жид-ти или газа, при кот элем-ты системы соверш.неустановившееся движ-е по сложн.траекториям, что приводит к интенсивному перемешиванию между слоями жидк-ти или газа. _m=-Dэфф(dc/dx), (С/)_m= D_эфф( ²c/ x²) Dэфф –эффиктивный коэфф-т диффузии. Т.е. форма записи законов сохран-ся такой же, как при молекулярной диффузии.

Конвекц. и турбуле-сть вносят значительн. измен-я в хар-р движ-я потока, распред-е скор-тей движ-я потока и конц-ции вещ-в, особенно в месте соприко-ния фаз. Вслед-ие трения набе-щей фазы на друг.фазу скор-ть потока на поверх-ти будет равна нулю. Прилег-ие слои набегающей фазы также будут испытывать торможение и скор-ть в них будет отлич-ся от первоначальной, постепенно восстанавливаясь до первоначальных знач-ий в перпендикулярном к неподвижной фазе направлении.

Пограничный гидродинамический слой – это слой, кот. возник. на границе конденсирован. и жид. или газообразн.фаз наз-ся слой, в кот. скор-ть потока измен-ся от значен.U=0 на поверх-ти до первонач.значений. –Такой хар-р измен-я скор-ти потока будет приво-ть и к измен-ю конц-ии вещ-ва вблизи межфазн поверх-ти.

Диффузионный пограничный слой – это слой, в котором имеется градиент конц-ций компонентов. –Количественная связь между толщинами гидродинамического и диффузионного слоев может быть оценена по эмпирическому уравн-ю: δ_д/δ_г=(D/Y)^1/3 =0,193. Вреальных условиях процессы переноса описываются через объемную и поверхностную конц-цию: =-D*((С_пов-С_объем)/δ_д), =D/_д – коэфф-т массопереноса, м/с. =-(С_пов-С_объем).

Уравнение теплопроводности-перенос тепла: q=-S(dT/dn) – удельный тепловой поток? Дж/с [Вт. S – площадь поверх, через кот происходит перенос тепла м², -коэф-т теплопроводности Вт/м*К, n- нормаль к площадке, через которую переносится тепло,м.

1.9 Гетерогенные реакции-реакц.,протекающ.в системе,внутри котор.имеются пове-ти раздела.

Отличие от гомогенн. реакц,т.е протекающ.в системах,не имеющ.поверхн. раздела

Процесс взаимо-ия компонент.в гетерогенн системе можно рассма-вать как многостадийн. (стадии процесса окисления окислен.марганца): 1)– подвод исх вещ-в к месту реагирования 2) хим реакция м/д компонентами (исх вещ-вами).3)-отвод продуктов реакции от мест реагирования.

Место протекания реакции – граница раздела шлак-металл: 1. (FeO)пов<(FeO)об поток оксида железа из объема шлака в пове-ти раздела, 2. [Mn]пов<[Mn]об поток марганца из объема в металла к поверхности раздела, 3. (MnO)пов>(MnO)об поток оксида марганца от пове-ти раздела в объем шлака.4.???

Поток кислорода в металл. 1: Доставк.(перенос) О2 из г.ф к границ.раздела фаз (на повер-сть раздела г-металл). 2: Адсорбция О2 на повер-ти раздела фаз. 3: Диссоциация мол О2 на атомы. 3: Диффузия О2 через дифф.погр слой. 5: Раств-ние О2 в погран.слое (повыш его конц-ции). 6: Массаперенос О2 в объёме металла.

Суммарная скорость процесса:1/w=(1/w1)+(1/w2)+… ;w=1/[(1/w1)+(1/w2)+…];если скорость какой-то стадии окажется существ.меньше остальн.,то,фактическ.,суммарн. скорость процесса будет опреде-ся скоростью этой стадии.

Лимитирующ.стадия процес: это стад.процесса,протекающ. с самой.низк. скорост., т.е.самая медлен.стадия проц., определяющ.,фактически,скоростью. всего процеса.

Кинетическая уравнение реакц.-зави-ть скор.реакц. от концентрац. исходн.веществ и продуктов реакций. (a[A]+b[B]=c[C]+d[D]; -d[A]/dt=k*[A]^α*[B]^β*[C]^γ*[D]^δ, где к=конст.скор-ти реакц., α, β, γ, δ –показатели степени)

Порядок реакц.-сумма показателей степен.кинетическ.уравнен.реакц.: n= α+β+γ+δ

Обычно кинетич.уравн.рассматривается относи-но одного какого-либо компонента: -d[A]/dt=k[A]^ α

Уравнение Аррениуса-зави-ть константы скорости хим.реакц.от температуры.

k=k0*exp(-E_a/RT), Ea-энерг.активац., k0-предэкспоненц.множ-ль

Энергия активации-избыток энерг.над среднестатистич.,который необходим молекулам,чтобы они вступили в химич.взаимо-ие.

Тепловой эффект реакц.-разность между среднестатистич.энергией продуктов реакц. и исходн.веществ Q=Eи-Eп

Закон распределения (Больцман) для относительно небольшого числа активных частиц.(N/Na= e^(-Ea/RT)). (ln(N/Na)= -Ea/RT).

1.10 Поверхностное явление в сталеплавильных процессах:

Мол-лы и атомы вещ-ва, находящиеся в внутреннем и поверхностном слое находятся в неравных условиях. –Частица, находящаяся внутри имеет 8 связей с ближайшими соседями; - Частица, находя-ся в поверхностном слое имеет 5 связей с ближайшими соседями; Чтобы переместить частицу из внутреннего слоя в поверхностн.,необхо-мо разорвать 8 связей, перемест.частицу. При этом восст-ся только 5 связей.

Свободная поверхностная энергия- это часть свободной энергии системы, за счет котор. частица из внутр. слоев фазы перемещается к поверх-ти раздела. – Для создания или увелич-я поверх-ти раздела фаз необходимо совершить работу.

Поверхностное натяжение – величина численно равная работе изотермического обратимого образ-ния единицы поверх-ти.(σ) Адгезия – это взаимное притяжение частиц на границе раздела разных фаз. Удельная работа адгезии W_a (Дж/м²)- работа равная кол-ву работы, требуемой для разделения фаз с поперечным сечением 1м²: W_а=σ_1-г+σ_2-г-σ_1-2 Когезия – взаимное притяжение внутренних слоев в одной фазе. Удельная работа когезии W_k (Дж/м²)- работаразрыва столба жидкости сечением 1м²: W_к=2σ_1-г. Температурная зависимость поверхностного натяжения: σ_Т= σ₀+dσ/dT(T-T_пл). Свободная поверхностная энергия на поверх-ти раздела фаз обуславливает самопроизвольн. протекание процессов, уменьш-щих эту энергию, т.е. понижающих поверхн-е натяжение.

Адсорбция – явление измен-я конц-ции компонента в поверхн. слое по сравнению с конц-цией его во внутрен.слоях. Вещ-ва, снижающ.поверхност.натяжение наз поверхностно активными компонентами. (кислород, сера, кальций, бор, церий) [A]_пов>[A]_об. Есть вещ-ва, увелич-щие поверхностное натяжение. Это означает повышение свободной поверх-нойэнергии, что энергетически невыгодно. Поэтому их конц-я на поверх-ти раздела будет меньше, т.е. они будут оттесняться внутрь фазы.

Кислород сильнее снижает поверх-ое натяжение, чем сера, он более поверх-но активный элемент и поэтому будет вытеснять из поверх-ого слоя серу. Следо-но, перевод серы из Ме в шлак в присутствии кислорода будет затруднен. – Т.к. коэф-т активности серы в чугуне ≈ в 4 раза больше, чем в стали, для удален.серы в чугуне условия более лучшие. Сера- поверхностно-активн. элем-т, следоват. его конц-я в поверхностном слое выше, чем в объеме. Но кислород также поверхностно-активный элем-т, причем более сильный, чем сера. При прочих равных обстоя-вах, он будет вытеснять серу из поверх-ного слоя, т.е. удаление серы в присутствии кислорода затруднено. Вывод: - наиболее благоприят. усл-я для удал-я серы в чугуне; - целесообразно проводить внедоменную десульфурацию чугуна.

Смачивание. Поверхност.натяжение действ-ее на границе двух фаз: - на поверх-ти раздела каждых двух фаз действ.силы поверхност.натяжения, стремящиеся сократить эти поверх-ти; - К ед-це поверх-ти раздела фаз приложены силы, численно равные силам поверх-ого натяжения. В рез-те равновесия: σ_Т-Г- σ_Ж-Т= σ_Ж-Г*cosθ, θ- краевой угол смачивания. cosθ=(σ_Т-Г- σ_Ж-Т)/σ_Ж-Г.

0<<90-хорош.смачив-е; 90<<180-плох.смачив-е; =180 – полное несмачивание;=0 – полное смачивание). Коэф-т растекания: S=Wa-Wk= σ_мг-σшг-σмш; S0(σмгσшг+σмш) – шлак растекается по поверхности металла. S0(σмгσшг+σмш) – шлак образует на пов-ти мет линзу.

2.1 Сущность кислородно-конверторного процесса. Общая особенность всех конверторных процессов – они все протекают без внешних источников тепла, т.е. в них используется только физ хим тепло жидкого чугуна. Бессемеровский – донная продувка жидкого, малофосфористого чугуна воздухом в конвертере с кислой футеровкой. Томассовский – донная продувка жидкого чугуна с повышенным содерж-ем фосфора, воздухом в конвертере с основной футеровкой (CaMg(CO₃)₂), допускающей плавку под основными (известковыми) шлаками, возможна переработка лома до 10% (ниже произво-ть чем у LD). Сущность LD- или кислородно-конвертерного процесса:

-продувка металла ( 75% жидкого чугуна и 25% тв. мет. лома) осущ-ся технически чистым кислородом (99,50%), подаваемым сверху через водоохлаждаемую фурму;

-в глуходонном агрегате, футерованном основными безобжиговыми огнеупорами, на смоляной смазке;

-процесс идет без ипольз-ния внешних источников тепла; нагрев металла до заданной температуры, происх. за счет физ. тепла чугуна и хим. тепла окислительных реакций.

2.2 Общие закономерности аэродинамики кислородных струй. Основные соотношения для одномерного движения газа. 1)Уравнение состояния.(PV=nRT=(m/M)RT, P(V/m)=(R/M)T, R/M=Ri, P/=Ri*T, Ri-газовая пост.) 2)Уравнение неразрывности.(F=const,  - плотность,  - скорость газов. потока, F- площадь сечения газов. потока) 3)Уравнение энергии (ур-е Бернули) (P+²/2=const, P-статич давл(потенц энергия, ²/2 – динамич давл (кинетич энергия)). 4)Ур-е коллич-а движения (из ур-я Бернули) (dP/+d=0). 5) Уравнение адиабаты (процесс без теплообмена с окруж средой).(P/P_o=(/_o)^k, k- показатель адиабаты, или P^(1/k)/=P_o^(1/k)/_o). Уравнение Сен-Венана (определяет скорость истечения газа) =(2k/(k-1)*P_o/_o*(1-(P/P_o)^(k-1)/k)^1/2. Сужающееся сопло наз конфузор. Урав-е неразрывности.( F=M – массовый расход, кг/с. Кривая зависимости (M=f(P/Po)) имеет мах при P/P₀=(2/(k+1))^k/(k-1). Мах для двухатомного газа (P/P_o=(2/(k+1))^k/(k-1)=0,528. -В т. max скорость достигает макс. значения, равного скорости распространения звука в данной среде; -Давление достигает значения, равного Ркр и в дальнейшем не снижается; -в газе наступают крит явления; -В критич точке _кр=(2k/(k+1)*P_o/_o)^1/2): В критическом сечении скорость истечения газа достигает скорости звука в данной среде. -С помощью сужающегося сопла можно достичь критич. скорости(max скор-ть), котор. равна скор-ти распространения звука в данной среде. Ma²=²/c² Ма- число Маха (безразмерный критерий,  - скорость потока, c - скорость звука) dF/F=(dw/w)*(Ma²-1), анализ уравнения:

-дозвуковая область Ma<1, (Ma²-1)<0, тогда при сужении сопла dF<0, скорость возрастает dw>0; при расширении сопла dF>0-скорость убывает dw<0

-сверхзвуковая область Ma>1, (Ma²-1)>0, тогда при сужении сопла dF<0, скорость убывает dw<0; при расширении сопла dF>0- скор-ть возрастает dw>0.

Сопло, изготовленное с использованием этого закона, получило название сопло Лаваля: -в дозвуковой области поток сужается; -достигает скорости звука в самом узком сечении; -далее поток расширяется( в сверхзвуковой области) и скор-ть становится выше скор-ти звука.

Конструкция сопла Лаваля. Форма бок стенок сопла Лаваля соответствует изменению параметров газа по длине сопла, так чтобы газовый поток не отрывался от бок стенок. Псевдосопло Лаваля выполняется в виде усеченного конуса сужающегося в конфузорной части и в виде ус конуса, расширяющегося в диффузорной части. Струя, истекающая в пространство, с примерно такими же физ параметрами как истекающий газ, наз затопленная струя.

Схема движения газа в затопленной струе:

Выходн. сечение- скор-ть пост. во всем сечении; Ядро струи- скор-ть пост. и равна скор-ти в выходном сечении; Начальн. участок- скор-ть на оси равна скор-ти в входном сечении; Пограничный слой- скор-ть меньше скор-ти в выходном сечении; Переходное сечение- скор-ть равна скор-ти в выходн. сечении только на оси струи; Основной участок- вся струя- пограничн. слой.

2.3 Взаимодействие кислородной струи с конверторной ванной. Моделирование: геометрическое, математическое, физическое. Геометрическое подобие: модель-объект. Подобие, сходство геометрических размеров l₁^об/l₂^об=l₁^м/l₂^м; l₁/l₂=idem; Отношение характерных линейных размеров на объекте и модели остается также одинаковым: l₁^об/l₁^м=l₂^об/l₂^м=k, k-масштабный коэф-т. Сущность геометрического подобия: отношение характерных линейных размеров на объекте и на модели остается одинаковым.

Подобными будут два процесса одной физической природы, имеющих разные значения независимых переменных, но одинаковые значения их безразмерных комбинаций. Соотв. будут иметь одинаковые численные значения и зависимые безразмерные переменные. Записывается это в виде Пi = idem что означает попарное равенство одноименных безразмерных комплексов и симплексов в двух подобных ситуациях. Можно определить понятие физического подобия аналогично хорошо известному понятию подобия геометрического. Подобными являются процессы одной и той же физической природы, у кот. одноименные поля безразмерных параметров геометрически тождественны. группа подобных процессов сохраняет пост отношения одноименных физич. величин в сходственных пространственно-временных точках. Первая теория подобия: подобные между собой явления имеют одинаковые критерии подобия. Критерий подобия – безразмерная комбинация характерных или определяющих параметров в явлениях. Симплекс – отношение одноименных физических величин в подобных системах: W=w/w₀; P= ρ/ρ_0. Физические процессы и системы подобны, если в сходственные моменты времени в сходственных точках пространства, значения переменных величин, характеризующих состояние системы, пропорциональны соответственно, значениям другой системы. Подобные системы имеют подобно заданные условия однозначности и численно одинаковые критерии подобия, составленные только из величин входящих в условие. Иначе говоря, все определяющие процесс критерии подобия попарно численно одинаковы в образце и модели, а безразмерные записи условий однозначности тождественны. Правила моделирования: 1)модель должна быть геометрически подобна образцу. 2)Явления в модели и образце должны принадлежать к одному и тому же классу, т.е. описываться одинаковыми диф. ур-ями. 3)Начальные и граничные условия в модели должны быть в безразмерном виде реализованы таким образом, чтобы они тождественно совпадали с такими же условиями для образца. 4)Одноименные безразмерные параметры, входящие в диф ур-я, начальные и краевые условия в модели и образце должны быть соответственно равны. Моделирование процесса взаимод-ия газовой струи с жидкостью (ограничения): -струя газа истекает в пространство, имеющее температуру, мало отличающуюся от температуры газа; -газ, которым ведется продувка, не ассимилируется жидкостью. -в кач-ве моделир-ей жидкости исп вода, т.к. динамическая и кинематическая вязкость воды и стали примерно похожи (одного порядка). При переходе к физ моделированию анализируются силы действующие в изучаемой системе. Анализ действующих сил: можно считать, что силы: -инерционная струи газа и –гидростатическая со стороны жидкости численно значит. превосходят силы поверхностного натяж-я и вязкости. 1-я модель равенства динамич. давления газовой струи и гидростатич. давления жидкости на дне образующейся лунки: Р_дин=Р_гидр, Р_дин=Р_дин⁰m/(x/d)²-динамич. напор по оси струи нарасстоянии х от среза сопла; Р_дин⁰- динамич. напор по оси струи на выходе из сопла; x/d- калибр, m- констаната, зависящая от конструкции сопла, Р_гидр- гидростатич. давл. со стороны жидкости. 1)открытая продувка Р_гидр=_жgh_л 2)нулевая продувка Р_гидр=_жgh_л . Наибольшее проникновение струи газа в жидкость. 3)заглубленная Р_гидр=_жg(h_л+h_c).

Критерий подобия (кр Архимеда). Учитывает взаимодействие инерционных и гидростатич. сил (Ar= инерц силы струи/ гидрост силы со стор жидк, Ar=(_г*_г²)/(_жgl), где l – характ лин размер). В качестве характерного лин размера -для характеристики инерционных сил струи целесообразно выбрать диаметр сопла – d_c (т.е. затопленная струя) как величину пост. и хар-щую струю газа; - для гидростатич. сил- расст. от уровня жидк-ти до нижней кромки лунки, но она непост. и явл-ся производной от уровня располож-я сопла. Согласно закону сохранения импульса, импульс газовой струи в любом сечении будет величиной постоянной, след-но он может быть измерен.(i_с=²F, i_с=V, V – расход газа).

Гидростатич силы жидкости: из представленного моделирования следует, что в кач характерного лин размера должна использоваться глубина лунки – hл. Из предварительных исследований на модели следует, что hл=( dc). Значение крит Архимеда на модели и на объекте должны совпадать.(Ar* = iг/жghc^3)(Ar* = idem) Косвенным подтверждением выполнения правила явл: - физ природа явл-я в принцепе остаётся одинаковой и на модели и на объекте. – хорошее совпадение расчетного и фактического (измеренного) значения газ струи для промышл фурмы, т.е. результаты моделирования могут быть переносины на реальный агрегат. На реальном объекте принципиальное отличие заключ в том, что холодная струя внедряется в нагретую ваннуизменяется её объём (некоторое расхождение расчетных и фактич значений для реального агрегата). Первые конвертора были оборудованы односопловыми фурмамипроцесс развивался нестабильно и сопровождался довольно большим кол-вом выбросов Ме и шлака. Переход на продувку через сапло Лаваля и многосапловые фурмы фактически избавили в массовом порядке от явления выбросов.iг=г*г*Vг/n. Обязат условием при истечении О₂-да из многосопловой фурмы, это чтобы струи не сливались. Через многосопловую фурму площадь контакта струи с жидк.металлом больше-это позволяло вести процесс более спокойно. Разность хим потенциалов будет вызывать поток кислорода из газ области в Ме. (_о2  _o2'. Где _о2 - хим потенциал в струе, _o2' -хим потенц в металле. dm/d=-_o2S_o2=_o2S(_o2-_o2’) Где  - коефф-т массы переноса для О₂-да.)

2.4 Ф-х процессы взаимодействия кислородной струи с Ме. 1)-Схемы окисления примесей при продувки в конверторе. Схема прямого (одностадийного) окисления:mR+n/2O2=RmOnили RmOn 2) -Схема двухстадийноо (косвенного) окисления. Feж+1/2O2=FeO, nFeO+mR = Feж + RmOnили RmOn. Расчёт моделей : 1)- В зоне взаим-я О2-ой струи с жМе происходит окисление С.: tм= 1500, tр.з. = 3000 (радиац пирометр) 2)-tм = 1500, tр.з. = 4150. t р.з.= tр.з. – tм. Вывод:1)- tр.з. (1920-2160 град). 2- вначале наблюдается медленный рост темп-ры (1 часть) – начинает плавится лом. к середине продувки темп-ра довольно быстро выросла до 2120-2130 град. И в последствии увеличивалась до 2160 град. 3- на кривой t р.з. наблюдаются 2 экстремума. 1-й вначале продувки (начало продувки ведется при повыш положении фурмы, т.е. ведётся поверхностный обдув Ме, по всей видимости это связано с окислением железа и с выделением большого колл-ва тепла). 2-й экстремум приходится приблизительно на середину продувки и он скорее всего связан с интенсивным окислением углерода, в этоже время пониж-ся сод-е оксидов жел в шлаке и шлак становится вязким (всорачивание шлака уменьш общий объем шлака). Экстремум на этой кривой связан с интенсивным окислением углер-а. Результаты измерений на мартеновских печах: t р.з=1750-2400 град. t р.з=900-1000 град. (наблюдался экстремальный характер). В мартеновской печи интенсивность продувки на порядок меньше, чем в конверторе, т.к. механическое перемешивание в р.з. значительно меньше и в март печи 45-55 % жид чугуна, в конверт- 75 %. Вывод: Темп-ра в р.з. всегда выше темп-ры в объеме Ме и по эксперимент данным абс. Знач достигают 2200 град (q=-ST,  - коэф-т теплопередачи, q – тепловой поток.). Переход к многостадийной продувке улучшает условия теплообмена м/д р.з. и объемом ванной и процесс протекает более спокойно.

2.5 Модель пылеобразования и испарения в конверт процессе.  - выход жидкого Ме. =Gм/(Gч + Gл), где (Gч + Gл) – масса металлошихты.  = 89-91 %. 10% потери. 3% Ме теряется с отходящими газами. Виды потерь в кисл-конверт процессе:1-выбросы Ме и шлака 2-потери сыпучих метер-ов, 3- механич вынос частиц Ме и шлака. 4-испарение железа. 1)- При переходе на многоструйную продувку удалось избежать выбросов Ме и шлака при соблюдении технологии продувки. 2)-часть извести уносится крнверторными газами. Коэфф-т усвоения извести  изв = 0,80-0,93. 3)-Часть частичек Ме и шлака уносятся в виде механич потерь. Устройство для отбора пыли установлено на 130 т конверторе. Размеры частиц пыли (0,05-1)*10^-6 м. Основная состав-я – до 90%-оксиды жел. Кривая имеет 2 экстр:1-вначале проц-а (мало шлака, процесс ведется по режиму открытой продувкибольшие потери). 2-Мах скорость окисления С-да (это косвенно указывает на механический характер потерь). Модель Шаллера и Кольмайера: Они предположили, что образуется Fe(CO)5 обладающеее повыш летучестью, но при темп-рах сталеплавильных это соединение не устойчиво, и эта модель перестала иметь практическое значение. Повыш темп-ры в реакц зоне позволяют предположить, что возможно испарение жел-а именно в реак зоне. Показателем склонности к испарению явл давление насыщения. С темп-ры резко  склонность жел к испарению и при темп-рах р.з. эта величина становится ощутимой. В р.з. может происходить испарение как жел так и его оксидов., но испаряющееся железо попадает в зону с выс окислительным потенциалом и естественно окисляется. Поскольку эти данные сведетельствовали о том, что чем  сод-е С-да, тем  образ-ся пыли. Вывод : 1-пыль главным образом появляется в рез-те механич захвата пузырями СО мелкодисперстных частиц жел-а.2-По данным различных исследователей в отходящих конверторных газах сод-ся как жел-о, так и его оксиды, причём сод-е оксидов жел может доходить до 90%. 3- скорее всего жел и его оксиды в отход конверт газах появляются вследствии как испарения в р.з., так и мех вынос частиц жел, оксидов жел, частиц шлака.

2.6 Окисление и восстановление жел в процессе конверторной плавки. Принцип Байкова: «Хим-е превращения совершаются последовательно, скачками, проходя через все те хим соединения, кот могут сущ-ть в данной системе». 1-Восстановление жел-за: T  843 K жел восстон-ся от высшего оксида к низшему, путём отщипления атома кислор-а. (Fe2O3 Fe3O4 FeO Fe) 2- T  843 K воссановление происходит от низшего оксида к высшему путем отщепления атома жел-а. (FeO Fe3O4 Fe2O3 O). Для окисления жел принцип Байкова: Окисление жел в высокотемп-х сталеплавильных проц-ах происходит от низшего оксида к высш, путем присоедин атома О2-да.(Fe FeO Fe3O4 Fe2O3) В шлаке присутствуют только FeO и Fe2O3 (FeO Fe2O3) По энергии Гиббса сродство жел к О2-ду не очень высокое, т.е. другие компаненты окисляются раньше в первую очередь, но все равно жел присутствует в шлаках. Присутствие оксидов жел в шлаке связано с тем, что в конверторном процессе окисляются и переходят в шлак другие компаненты, обладающие более выс сродством к О2-ду, чем жел. В связи с тем что у С-да с ростом темп-ры растет сродство к О2-ду, то С и образующийся оксид С-да (СО) могут защитить жел от окисления. Одна из технологий разработанных в Японии – внедоменное удаление Si, Mn, P, S. В результате образуется Fe-C расплав, кот продувается О2-дом. Процесс без образования шлака.отн = (Vo2)^  / Vo2, где (Vo2)^-суммарный расход О2-да на продувку.Vo2 –расход О2-да в данный момент времени. (текущий расход). Вывод: 1)-Начало продувки сопровождается активным окислением жел и переходом его в шлак. В это время процесс идет по режиму открытой струи. К середине продувки наблюдается резкое снижение сод-я оксидов жел в шлаке, кот совпадает с мах окислением С-да. В этот период (мах) С-д восстонавливает оксиды жел в шлаке. К концу процесса скорость окисления С—да начинает падать, по всей видимости это способствует окислению жел и возростанию сод-ия оксидов жел в шлаке. При разработке сталеплавильных моделей кислор-конверт процесса очень важно уметь описывать поведение оксидов жел в шлаке в конце процесса продувки. В конце проц продувки сод-ие оксидов жел в шлаке должно зависеть от сод-ия С-да в Ме как следует из данных. 2: Влияние должен оказывать Мn. Основным шлакообразующим мт-ом явл известь (CaO). Растворение СаО: Считается что растворение извести происходит путем замены Са2+ (извести) ионами Fe2+, Mn2+. На поведение оксидов жел должна влиять основность. Таким образом на поведение оксидов жел в шлаке вконце процесса продувки Ме в конверторе должны оказывать сод-ие С-да и Mn-ца в Ме и основность шлака.

2.7 Термодинамические и кинетические закономерности окисления С-да. Углерод может окисляться по одностадийной схеме. С + ½ О2 = {СО} Kc=P{CO}/(P{O2}^1/2 * fc*[C]). Схема двухстадийного окисления С-да: C+ FeO = CO +Feж; Kc=P{CO}/(fc*[C]*(FeO) ; C + O= CO) Kc=P{CO}/(fc*[C]*fo*[O]). Вывод: С ростом темп-ры сродство С-да к О2-ду возростает. 2-Реакция протекает с незначительным выд темпла. Вачер и Гамильтон изучали реакцию окисл С-да в лаб условиях. При темп-ре 1600 град. Установили, что С*О=0,0025. С+ ½ О2=СО. Стадии этого процесса: 1)-подвод к месту реагирования исх вещ-в. 1-подвод С.2-подвод О. 2) Хим реакция 3) Отвод от места реагирования продукта реакции. Лимитир.стадия процесса: 3- Если реакция происходит в открытой системе, то газообр продукт реак-и СО отводится от места реагирования и 3-я стадия не может быть лимитирующей стадией процесса. 2-я стадия поскольку Еа=80-120 кДж/моль, то хим реак-я не может быть лим стадией процесса. 1-я стадия. Лим стадией может быть только подвод исх вещ-в. Вывод: Лим звеном процесса должна быть доставка к месту реагирования О2-да, но до [C]кр, далее лимитир.явля-ся подвод углерода. Опыты Филиппова С.И., Э. Дуна: Fe-C расплав обдувался О2-дом с разной интенсивностью, но при недопускалось активного перемешивания расплава струёй О2-да. Если на поверх-ти Ме образовывалась оксидная плёнка, то она удалялась. Даные: при конц-ях С-да выш критич реакция имеет 0-й порядок по С-ду, и при конц-ях ниж крит реак-я имеет 1-й порядок по С-ду. Вывод: после заливки ж.чугуна на тв. Металлич лом часть чугуна намораживается на поверх-ти лома (в жид состоянии =80-120 т). Кол-во намороженного чугуна тем больше, чем больше пов-ть лома. В реальных условиях скорость окисления С-да возростает постепенно, т.к. в это время темп-ра ванны пониж-ся и начинают окисляться компаненты, имеющие выс сродство к О2-ду: Si, Mn, P. Кроме того при повыш положении фурмы в это же время начинает окисляться и жел. Даже при выс темп-рах происходит следующее: растет сродство С-да к О2-ду, в тоже время начинает плавится намороженный на пов-ти лома чугун, поэтому в ванну всё время поступают примеси чугуна.

2.8 Поведение кремния и марганца в процессе конверторной плавки. Mn окисляясь может образовывать несколько оксидов (Mn MnO Mn3O4 Mn2O3 MnO2 ), но устойчив только MnО, остальные неустойчивы (см принцип Байкова). Термодинамич анализ поведения Mn. Одностадийное окисл Mn+1/2O2= MnO; Kmn=a(MnO)/(P{O2}^1/2 * fmn*[Mn]. двухстад окисл-е Mn + FeO = MnO + Feж; Kmn=a(MnO)/([Mn]*a(FeO)) ; Mn+ O = MnO Вывод: 1)-с ростом темп-ры сродство Mn к О2-ду уменьш-я.2)-в любом варианте реакции окисления Mn происходит с выд тепла. 3)- Mn по своим св-вам близок к жел, поэтому Mn образует в жел р-р близкий к соверш-у. 4)- В присутствии Si, С, P активность Mn снижается. Кинетические особенности окисления Mn: Вначале процесса низкие темп-ры повыш знач К(Mn) а также повыш активность (FeО) в шлаке. Способствует окислению Mn. Далее с ростом темп-ры К(Mn) уменьшается, и активность (FeО) уменьш-ся, значит создаются условия для восстановления Mn (иногда это наз марганцовый горб). Вконце процесса факторы действуют в противоположные стороны, т.е.  К(Mn) всвязи с повыш темп-ры, а активность (FeО) повыш-ся, что способствует окислению Mn. Вконце процесса Mn обычно окисляется. Кремний: Одностадийное окисл: Si +O2=SiO2; Ksi=a(SiO2)/(P{O2}*a(Si)); двухстад окисл Si+2FeO=SiO2+Feж Ksi=a(SiO2)/(a(Si)*a(FeO)^2); Si+2O=(SiO2) Ksi=a(SiO2)/([Si]*[O]^2) Выводы: 1)- Si обладает довольно выс сродством к О2-ду особенно при пониж темп-рах. 2)- с ростом темп-ры сродство Si к О2-ду снижается.3)-в любом варианте реакция окисл кремния протекает со значит выделениеем тепла. Но все реак-и происходят с добавлением извести ( (SiO2)+2 (CaO) = (2CaO*SiO2). (SiO2) + 3(CaO) = (3CaO*SiO2)). В основных шлаках оксид кремния с СаО образует комплексные соединения, при этом активность SiО2 в шлаке резко снижается и практически Si в сталеплавильном проц-е не воссонавливается, поэтому вконце процесса Si-я практически нет.

2.9 Поведение Р в проц-е продувки Ме и выпуска из конвертора. Особенности передела фосфористых чугунов в конверторах. Месторождения жел руд в Европе были с повыш сод-ем Р. Появление Томасовского проц-а фактически было обусловлено необходимостью переработки фосфористых чугунов. При кристаллиз-ии Р-ра жидкая фаза обогащается растворимым компанентом, т.е. Р-ром. Р склонен к сильной ликвации. Коэфф-т диффузии Р-ра в тв. Состоянии очень низк, и ликвидировать ликвацию Р методом термич обработки очень сложно. И это приводит к хладноломкости Мепоэтому сод-е Р в стали ограничено. Повыш сод-е Р в чугуне повышает жидкотекучесть чугуна. Одностадийное окисл. 2P + 5/2 O2= (P2O5); Kp=a(P2O5)/(a[P]^2*P{O2}^5/2); двухстад окисл-е 2P+5(FeO) = (P2O5)+ Feж; Kp=a(P2O5)/(a[P]^2*a(FeO)^5); 2P+5O=(P2O5); Kp=a(P2O5)/(a[P]^2*a(O)^5) Вывод: Окисление Р в любом варианте протекает со знач выд тепла. Удаление фосфора возможно путем перевода его в шлак: 2[P]+5(FeO)+4(CaO)= =(CaO)₄(P2O5)+5Fe_ж; Условия, благоприятные для удаления Р: 1)-темп-ра (чем  темп-ра, тем  конст равновесия фосфора  тем  коэфф-т распределения). 2)- повыш активность оксидов Fe в шлаке FeО 3)- повыш активность СаО в шлаке. При пониж темп-рах (вначале проц-а) и повыш активности FeО способствует рефосфорации (из шлака в Ме), в тоже время  активность СаО, кот способствует дефосфорации (из Ме в шлак). Ощутимой рефосфорации не происходит. В конце продувки  темп-ра пособствует рефосф-ции а повыш активность FeО и Сао способствует дефосф-ции. При переработке чугунов с сод-ем Рч0,4% ощутимой рефосфо-ции можно избежать. Кинетическая модель удаления Р: Пм = -м (Рр - Р); Пшл = -шл ((Р) – (Р)р), где  - коэфф-т массопреноса фосфора. dP/d = Dp/*S*( P - (P)/Lp), где S – площадь раздела фаз Ме-шлак. При хор перемешивании Ме и шлака развитая поверхность Ме-шлак способствует процессу дефосфор-ции. При интенсивном перемешивании Ме и шлака разрушается диффуз погр слой ( умеш-ся), это также способствует дефосфор-ции. Коэфф-т распред-я Р с  темп-ры . Вконце процесса при  темп-ры коэфф-т распред-я Lp может резко уменьшиться и тогда хор перемешивание Ме может способствовать процессу рефосф-ции. Поведение Р в проц-е выпуска Ме. Как правило футеровка сталерозливочных ковшей выполняется из кислых (более дешёвых) матер-ов. В проц-е эксплуатации ковша она размывается и переходит в шлак. Это приводит к тому, что основность шлака в ковше снижается и может начаться процесс рефосфорации. Для того, чтобы избежать этого применяется несколько приёмов: 1-добиться min-го попадания конверторного шлака в Ме.2- В ковш добавляют либо спец шлаковые смеси, либо известь. 3-двухшлаковый проц-сс. (Сущность: продувка Ме начинается обычным способом, затем происходит остановка продувки и частичное скачивание шлака до 50%, при этом параметры на этой промежут стадии след-е: Конверт шлаки с сод-ем Р2О5(7-14%) могут использоваться для получения удобрений. 2-этап – процесс продолжается. Добавляется новая порция извести, наводится новый шлак Р2О5 сниж-ся. Конечные шлаки сод-т 6% Р2О5, при этом коэфф-т расхода извести qu=100-130 кг/т) или в LD-AC, OLP процессах через кислор фурму в токе кислорода подаётся парошкообразная известь. При не очень выс сод-ях Р процесс идет в 1 стадию, при сод-ях=1% в 2 стадии. Варианты технологии передела фосфористых чугунов с [P] > 0,5%: 1) Технология со скачиванием промежуточного шлака. 1-й этап продувки: -B=2.0 – 2.6 -Скачивание 30% шлака. 2-й этап продувки: -продолжение продувки -присадка извести – наведение шлака с основностью B=3.0 – 3.5. Общий расход извести возрастает с 60-90 до 100-130 кг/т стали, повышается расход кислорода и чугуна, возрастает длительность цикла плавки. 2) Технология продувки металла с использованием порошкообразной извести. -Подача через фурму в токе кислорода порошкообразной извести – ускорение процесса шлакообразования и создания благоприятных условий для дефосфорации. -После выпуска плавки в конвертере остается 20% шлак. -Применяется также «загущение» шлака известью или доломитовым порошком. -Расход тонкоизмельченной извести составляет 50-750 кг/мин. 3) Технология продувки металла с использованием порошкообразной извести и промежуточным скачиванием шлака.

2.10 Сера в процессе конверторной плавки: Причины ограничения сод-я серы: сера в ж.жел обладает неогранич растворимостью и огранич растворимостью в тв.жел, поэтому при кристаллиз-ии Ме сера выдляется на границе зёрен. А с жел-ом она образует легкоплавкую эвтектику, кот плавится при 988град. А в присутствии О2-да теп-ра плавления пониж-ся. Это приводит к красноломкости. Поведение серы: 1)-сродство серы к О2-ду черезвычайно низкое и сера в сталеплав окислит проц-ах практически не окисляется.2) -Более благоприятные условия для удаления серы в чугуне. 3)-сера и О2-д явл поверхностно активными элем-ми, но О2-д более сильно поверх активный элем-т, поэтому удаление серы в присутствии О2-да будет затруднено. 4)-с некот элем-ми сера может образовывать довольно прочные соединения МеS, т.е. с повыш темп сродство всех элементов к сере снижается. (при темп =темп чугуна самое выс сродство к сере CeS CaS MgS Na2S MnS FeS т.е. сродство падает от тем-ры чугуна до темп-ры стали). Для обработки чугуна CaO, CaSi, Na2CО3( в присутствии Si активность серы повыш, Ca дает прочные соединения с S.) Вывод: S плохо удаляется в сталеплавильных процессах. Модель: (CaO)+S=(CaS)+O; Ks=(a(CaS)*a[O])/ (a(CaO)*fs*[S]); реакция восстановления кислорода серой. Активность соед-я CaS могла быть расчитана только в лаб условиях, в кот выполняется эксперимент, для реальных условий рассчитать активность CaS практически невозможно. Математическая модель для описания поведения серы была создана с использованием формального подхода. Условия благоприятные для удаления серы: 1)-повыш темп-ра 2)- шлаки с повыш активностью СаО. 3)-повыш коэф-т активности серы 4)-пониж активность кислорода в Ме. Все эти условия хорошо согласуются с условиями удаления серы, полученными на практике.