Межфазные свойства расплавов

Металл	Шлак	Включение	, МДж/м2	, МДж/м2	, МДж/м2	, град	, град
Железо	55 % СаО, 45 % Аl2O3	Al2O3	1850	500	1300	130	0
Железо	55 % СаО, 45 % Аl2O3	SiO2	1850	500	1300	110	0
Железо	55 % СаО, 45 % Аl2O3	TiO2	1850	500	1300	84	0
Железо	АН 6	Al2O3	1850	300	1100	130	0

2. Кинетика процессов рафинирования металла синтетическим шлаком

Кинетика рафинирования (очистки) расплавов от неметаллических включений определяется скоростью доставки включений к межфазной поверхности металл-шлак и вероятностью перехода включений через межфазную границу. Включение, находясь на межфазной границе, имеет минимальную свободную энергию, величина которой равна работе адгезии включений к металлу в среде шлака:

. (1.4)

Вероятность отрыва включений от поверхности металла и перехода в шлак может быть определена по уравнению:

, (1.5)

где Т – температура ,К;

R - универсальная газовая постоянная, равная 8,31 Дж/моль К;

- площадь поверхности включений массой в один моль, м²; – масса, радиус и плотность включений, кг/моль, м, кг/м³.

В большинстве случаев можно принимать . Вероятность столкновения включений с межфазной поверхностью металл-шлак зависит от механизма выхода включений из несущего потока металла. При достаточно больших размерах ковша, в котором происходит отстаивание расплава под слоем шлака после слива расплава в ковш, столкновение происходит по механизму зацепления. Вероятность столкновения при этом определяется по уравнению:

(1.6)

где R_K – радиус ковша, м.

С учетом (1.5) и (1.6) скорость перехода включений, т.е. изменения содержания включений в расплаве при выдержке его под флюсом может быть выражена дифференциальным уравнением:

, (1.7)

где – площадь поверхности металла, покрытая шлаком (м²) и объём металла в ковше (м³); - скорость доставки (всплывания) включений к поверхности шлак-металл, м/с; С – содержание включений в расплаве, %.

Скорость доставки включений определяется скоростью их всплывания, скоростью конвективных потоков в металле или скоростью потоков при принудительном перемешивании, например, при продувке аргоном.

После интегрирования уравнения (1.7) получим:

, (1.8)

где Н_К – глубина металла в ковше, м; С₀ – исходное содержание включений в расплаве, %; – время рафинирования, с.

Иногда шлаковое рафинирование проводят путем пропускания капель металла через шлак, например, при электрошлаковом переплаве или при сливе металла в ковш со шлаком. В этом случае эффективность рафинирования можно определить по уравнению:

, (1.9)

где R_С – радиус капель (струй) металла, м; Н_Ш – толщина слоя шлака, м.

Итак, очистка расплава от неметаллических включений происходит тем эффективнее, чем больше их размер, чем хуже они смачиваются расплавом, чем больше удельная поверхность контакта шлака с расплавом.