Файл: Глебовский В.Г. Плавка металлов и сплавов во взвешенном состоянии.pdf

понижение температуры за это время составляет всего

15—20°С.

Было исследовано несколько способов закалки и оказалось, что для случая железа со шлаком быстрая кристаллизация в медной изложнице или на медной плите не всетда обеспечивает нужную скорость. Это фиксировали по изменению химического состава метал­ ла и шлака. В ряде опытов [64] при закалке нспользо-

Рис. 67. Зависимость коэффициента распределения серы от

вали наковальню, при помощи которой падающую кап-, лю жидкого металла со шлаком расплющивали между двумя массивными медными плитами. При этом тол­ щина металлического образца составляла несколько де­ сятков микрон, а шлак тонким слоем располагался на"

новления равновесия между шлаком и металлом удаля­ ли путем контакта с молибденовой проволокой диамет­ ром 4 мм, подводимой снизу. Это приводило к стеканию шлака в медную изложницу. Пробу металла из парящей капли металла отбирали погружением кварцевого ка­ пилляра диаметром 6,5 мм под разрежением 1200 мм рт. ст. При кристаллизации капли металла со шлаком медным кристаллизатором, охлаждаемым жидким азо­ том, или в массивную водоохлаждаемую медную излож­ ницу скорость закалки, по всей вероятности, ниже на два порядка, чем при закалке на наковальне, но она вполне достаточна для получения достоверных результатов по

равновесному распределению элементов между метал­ лом и шлаком. Однако при закалке с помощью нако­ вальни возможно запутывание шлака в металлической фольге и, следовательно, искажение результатов опыта.

Обычно распределение элемента в шлаковой и метал­ лической фазах контролируется химическим анализом. Точность и быстрота эксперимента может быть повыше­ на за счет использования радиоактивных изотопов, опре­ деление которых в металле и шлаке много проще по сравнению с проведением химического анализа. (Приме­ нение радиоактивных изотопов при изучении равновес­ ного распределения элементов методом ПВС обуслов­ лено также и тем, что невелико количество шлака (не более 0,36 г). Количество шлака, удерживающегося на парящей капле жидкого металла, зависит от физико-хи­ мических свойств обоих расплавов: поверхностного на­ тяжения и вязкости. При большей массе расплавленный шлак собирается в каплю, которая отрывается от жид­ кого металла. Показатель равновесного распределения не зависит от общей массы шлака и первоначального содержания элемента в металлической или шлаковой фазах. Так, при исследовании распределения серы меж­ ду железом и шлаком содержание ее в металле колеба­ лось от 0,03 до і1,00%, но численное значение коэффи­ циента распределения серы оставалось неизменным.

При постановке эксперимента по исследованию рав­ новесного распределения элементов в гетерогенной систе­ ме, в состав которой входит шлак нескольких составов, необходимо предварительное определение диапазона составов, способных удерживаться на жидкой металли­ ческой капле при высоких температурах. Так, при вве­ дении в известковоглиноземистый шлак плавикового шпата жидкий шлак может отрываться от металличес­ кой капли. При подборе шлака решающее значение мо­ гут иметь химические процессы, протекающие между жидкими металлом и шлаком. Между железоуглеро­ дистым расплавом и шлаком, содержащим кремнезем, или между кремнистым железом и известковоглинозе­ мистым шлаком при повышенных температурах разви­ ваются настолько бурные восстановительные реакции, что часть металла разбрызгивается, а химический сос­ тав шлака сильно отличается от первоначального. В настоящее время методом ПВС исследованы процессы между металлическими расплавами и следующими шлд-

148

ния серы проводили при температуре 2000°С и парци­

■ Экспериментальная зависимость приведенного коэф­

фициента распределения серы Lslfs от активности углерода в жидком железе*при 2000°С описывается уравнением (см. рис. 68, кривая 1)

ДО;

Оказалось, что коэффициент распределения серы между жидким углеродистым железом и известковоглиноземистым шлаком может возрастать в десятки раз по мере увеличения содержания углерода в железе.

Интересно произвести сравнение расчетных значений приведенного коэффициента распределения серы, полу­ ченных с использованием литературных данных для кон­ станты реакции десульфурации, с равновесными значе­ ниями приведенного коэффициента распределения

серы, которые были определены экспериментально при' 2000°С, различных содержаниях углерода в железе и Дсо=1 ат. На рис. 69 приведены экспериментальная (кривая 2) и расчетная (кривая 1) зависимости приве­ денного коэффициента распределения серы от актив­ ности углерода в жидком железе. Поскольку данные для константы равновесия реакции десульфурации по раз­ личным работам различаются на полтора порядка, то это сильно сказывается на величине приведенного коэф­ фициента распределения серы. Однако большая часть работ дает значения константы равновесия, расчет по которым позволяет получить значения приведенного коэффициента распределения серы, мало отличающиеся от экспериментальных. Расчетная и экспериментальная

151