1.Охарактеризуйте вплив температури на розчинність та межу розчинності кисню у рідкому залізі.

Hастворение газообразного кислорода в жидком железе может быть описано уравнением реакции

, (1.17)

Результаты экспериментальных исследований показывают, что стандартное значение изменения энергии Гиббса реакции (1.17) может быть получено из уравнения

Дж/моль . (1.21)

Из уравнения (1.21) формула для расчета константы равновесия реакции (1.17) может быть получена в виде

. (1.22)

Из уравнения (1.21) видно, что растворение газообразного кислорода в жидком железе является сильной экзотермической реакцией. Следовательно, согласно уравнению изобары Вант Гоффа, с ростом температуры растворимость кислорода в железе при прочих равных условиях будет уменьшаться.

(1.16)

При высоких парциальных давлениях кислорода на поверхности жидкого железа появляется оксидная пленка. В этих условиях концентрация кислорода в металле определяется условиями протекания реакции (1.16) и зависит только от температуры. Константа равновесия реакции (1.16) может быть записана в виде

. (1.23)

Если величина коэффициента активности растворенного в железе кислорода близка к единице, в условиях равновесия с чистым оксидом выражение (1.23) может быть приведено к виду

, (1.24)

где – концентрация кислорода в металле в равновесии со шлаком из чистого FeO, %.

Результаты экспериментального исследования влияния температуры на растворимость кислорода в железе в равновесии со шлаком из чистого FeO показаны на рисунке 1.4. Анализируя эти данные, следует обратить внимание на то, что с ростом температуры предел растворимости кислорода в металле быстро увеличивается. Это свидетельствует о том, что растворение кислорода в металле из оксида железа в шлаке является сильной эндотермической реакцией.

20.Опишить характер залежності активності та концентрації розчиненого у металі кисню від концентрації розкислювача.

Если условно обозначить элемент-раскислитель через Me, то реакцию осаждающего раскисления в общей форме можно записать так:

Константа равновесия этой реакции

откуда

Чем ниже активность продуктов раскисления, тем менее окислен металл после раскисления. При использовании комплексных раскислителей продукты реакции вступают между собой во взаимодействие, в результате чего величина их активности уменьшается.

2.Обгрунтуйте відсутність можливості протікання реакції окиснення вуглецю у однорідному обємі рідкого металу.

Реакция окисления растворенного в металле углерода включает большое количество звеньев, связанных с массопереносом взаимодействующих веществ в объеме металла, шлака и газовой фазы, а также переходом их через поверхности раздела фаз. В качестве примера можно перечислить основные звенья реакции для случая, когда кислород поступает в металл из газовой фазы сталеплавильного агрегата:

– диффузия , и из объема окислительного газа через пограничный слой к поверхности шлака;

– адсорбция кислорода на поверхности шлака;

– химическая реакция на поверхности раздела шлак-газ с образованием ферритов ( , и др.) или ионов ;

– массоотдача ферритов (анионов) через пограничный слой в объем шлака;

– турбулентная диффузия ферритов (анионов) в объеме шлака к границе раздела шлак-металл;

– химическая реакция между ферритами и железом на границе раздела шлак-металл с образованием оксида двухвалентного железа;

– химический акт распада на атомы железа и кислорода и поступление его в пограничный слой металла;

– массоотдача кислорода через пограничный слой в основную массу металла;

– турбулентная диффузия кислорода и углерода в объеме металла к возможному месту протекания реакции;

– массоотдача кислорода и углерода в пограничном слое металла у поверхности раздела металл-пузырьки газа;

– адсорбция кислорода и углерода на поверхности пузырей газа;

– химическая реакция между кислородом и углеродом на поверхности пузырей;

– десорбция оксида углерода с поверхности пузырей;

– массоотдача оксида углерода в объем газовой фазы.

По результатам лабораторных исследований был установлен также характер зависимости скорости окисления углерода от содержания его в металле. Показано, что в области высоких концентраций углерода скорость обезуглероживания определяется скоростью поступления кислорода в металл и не зависит от содержания углерода в расплаве. При концентрации углерода менее 0,2 – 0,3% дальнейшее обезуглероживание сопровождается уменьшением скорости окисления углерода при неизменной скорости поступления кислорода в расплав. Эту концентрацию углерода в научно-технической литературе принято называть критической.

Таким образом, в сталеплавильных ваннах при нормальной вязкости металла и шлака скорость окисления углерода при содержании его выше критической концентрации определяется скоростью поступления кислорода в металл и только при содержании углерода менее критических значений наблюдается зависимость скорости окисления углерода от содержания его в металле.