Файл: Глебовский В.Г. Плавка металлов и сплавов во взвешенном состоянии.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 07.07.2024
Просмотров: 122
Скачиваний: 0
Кіёнта при высоких температурах (для железа) сопро вождается изменением характера диссоциации окиси углерода, увеличением давления насыщенного пара же леза при повышении температуры до 2000°С и т. д. Уве личение последнего параметра в зоне реакции должно
-Ідас
Рис. |
69. Зависимость экспериментальных и расчетных значе |
|
ний |
коэффициента распределения |
серы от содержания углеро |
|
да в металле |
при 2000°С: |
/ —•расчетные данные; 2 — экспериментальные значения
приводить к понижению парциального давления окиси углерода и, как следствие, к некоторому завышению коэффициента распределения серы. Расчет возможного изменения состава газовой фазы вследствие образова ния С 02 и Fe (СО)б показал, что ни конверсия, ни обра зование пентакарбонила же леза не оказывают сущест венного влияния на состав газовой фазы, который оп ределяется только взаимо действием газовой фазы с
жидким металлом.
Известно, что влияние углерода на процесс пере распределения серы между
Рис. 70, 'Коэффициент распределе- |
ЖИДКИМ |
МвТЗЛЛОМ |
И ШЛаКОМ |
|
яня серы ® зависимости от пардн- |
НОСИТ ДВОЯКИИ Х а р а к т е р : ВО- |
|||
ального |
давления окис.н углерода |
ПврВЫ Х, |
_____w |
ПОВЫШЯ6Т |
в |
газовой фазе (2000*0) |
уГЛ брО Д |
152
активность серы в металле, что приводит к увеличению коэффициента распределения серы, и, во-вторых, углерод раскисляет металл, что также должно способствовать увеличению коэффициента распределения. Понижение парциального давления окиси углерода в газовой фазе приводит к увеличению раскислительной способности углерода к, следовательно, к повышению коэффициента распределения. На рис. 68 и рис. 70 показано влияние рсо на изменение коэффициента распределения: пониже ние парциального давления окиси углерода обеспечива ло увеличение (хотя и непропорциональное) коэффици ента распределения.
Влияние температуры на коэффициент распределе ния серы изучалось неоднократно с помощью самых раз нообразных методов исследования, но однозначного характера этой зависимости установлено не было, В ра боте [134, с. 81] по результатам расчета концентрации кислорода в жидком углеродистом железе на основании экспериментальных данных по. коэффициенту распреде ления серы был сделан интересный вывод относительно температурной зависимости коэффициента распределе ния серы. Рассчитанные значения содержания кислоро да более чем в два раза превышают концентрации кис лорода для соответствующих значений углерода при 1550°С. Известно, что повышение температуры приводит к увеличению растворимости кислорода в железе, и вполне очевидно, что такое увеличение растворимости кислорода в железе должно смещать равновесие реак ции десульфурации в сторону перехода серы из шлака в металл, т. е. с повышением температуры коэффициент распределения серы Ls должен уменьшаться. Для уста новления этой температурной зависимости проведены плавки углеродистого железа со шлаком во взвешенном состоянии в атмосфере гелия и аргона, что соответству ет температурам 1750 и 2000°С. Результаты этих опытов приведены в табл. 24. Эти данные могут быть представ лены в виде следующего уравнения, справедливого во всем исследованном диапазоне температур:
lg І - = 0,379 — 1,858 lg ас + (0,953+1,082 lg ас)Х is
Х І0_3/°C . |
(50) |
Характер полученной зависимости позволяет однознач но утверждать об уменьшении коэффициента распреде
153
ления серы между углеродистым железом и шлаком при возрастайии темпера туры.
Роль закиси железа в распределении серы между железом и известковоглиноземистым шлаком изучена мало, хотя десульфурирующая способность этих шла ковых композиций в сильной мере зависит от содержа-
Т а б л и ц а . 24
Зависимость Ls от содержания углерода в металле при 1750 и 2000°С
|
1750°С |
|
|
2000’С |
|
номер |
[%С] |
|
номер |
[%С] |
Ls |
опы га |
|
опыта |
|||
1 |
0,14 |
90,5 |
19 |
0,1 0 |
56,8 |
2 |
0 ,1 6 |
97 ,8 |
20 |
0,4 0 |
44,1 |
3 |
0,34 |
101,8 |
21 |
0,40 |
41,1 |
4 |
0,37 |
107,0 |
22 |
0,42 |
57,8 |
5 |
0 ,44 |
103,0 |
23 |
0,4 2 |
67,9 |
6 |
0,44 |
110,0 |
24 |
0,46 |
51 ,6 |
7 |
0,51 |
118,0 |
25 |
0,49 |
55,9 |
8 |
0,58 |
124,2 |
26 |
0,50 |
65,1 |
9 |
0,70 |
112,8 |
27 |
0,51 |
58,3 |
10 |
0,7 3 |
122,5 |
28 |
0 ,68 |
53,2 |
11 |
1,04 |
134,0 |
29 |
0,7 0 |
69,8 |
12 |
1,06 |
105,8 |
30 |
0,98 |
8 0 ,6 |
13 |
1,44 |
141,0 |
31 |
1,06 |
83 ,6 |
14 |
1,48 |
105,8 |
32 |
1,92 |
98,7 |
- ■ 15 |
1,94 |
126,5 |
33 |
2,4 0 |
121,8 |
16 |
2,1 8 |
159,9 |
— |
— |
— |
17 |
2 ,7 6 |
230,0 |
— |
— |
____ |
18 |
2,92 |
212,0 |
— |
— |
— |
н'ия в них закиси железа. Поэтому сделана попытка исследовать влияние малых содержаний закиси железа в шлаке,, состоящем из 53% СаО и 47% А120 3, на коэффициент распределения серы. Поскольку раство ренный в железе углерод раскисляет как металл, так и Шлак, в определении роли закиси железа следует учи тывать наличие углерода в жидком железе. Эксперимен тально определенная зависимость приведена на рис. 71. При содержании закиси железа в шлаке >>4,0% коэф фициент распределения серы не превышает 2—3. Замет ное увеличение Ls наблюдается при.снижении содержа ния закиси железа <2,5% и увеличении содержания уг лерода в железе >0,1% . При содержании закиси желе
154-
за <2,0% коэффициент распределения серы резко воз растает. По всей вероятности, окислительная способ ность закиси железа при содержаний <2,0% настолько ничтожна, что мало влияет на изменение коэффициента распределения серы между жидким железом и шлаком. Этот вывод совпадает с результатами аналогичных ра бот по исследованию влияния закиси железа на десуль фурирующую способность шлаков.
Рис. 711. Зависимость приведенного коэффициента рас пределения серы от содержания закиси железа в нз- ■аестжово-гѵшноземгастом шлаке:
J —(плавка >в инертном :га.зс; 2 — плавка в атмосфере СО
Таким образом, метод ПВС оказался удобным, на дежным и незаменимым при изучении гетерогенных реакций, протекающих на межфазных поверхностях раз дела металл — шлак — газ. Метод позволяет быстро и с достаточной гибкостью проводить сложные опыты по исследованию распределения металлических и неметал лических элементов между жидким металлом и шлаком вплоть до 2000°С. Сопоставление экспериментальных данных, полученных методом ОВС, с наиболее надеж ными результатами, которые были получены ранее ти гельными способами, указывает на их весьма удовлет ворительное согласие.
СВОЙСТВА ЖИДКИХ МЕТАЛЛОВ
Давление насыщенного пара железа и его сплавов
До появления ПВС давление насыщенного пара жид кого железа было определено только для температур, не превышающих '1700°С. Большие экспериментальные трудности, которые сопутствуют высокотемпературному исследованию железоуглеродистых расплавов, привели к тому, что данные по активности углерода для более высо ких температур отсутствуют [147]. Известны лишь дан ные по влиянию углерода на скорость испарения железа.
Для измерения давления насыщенного пара жидкого железа использовали ПВС в сочетании с методом несу щего газа. Экспериментальная установка состоит из системы газовой очистки, откачки, напуска и измерения скорости газового потока. При измерении давления пара необходимо точно знать гидродинамические характерис тики системы, поэтому опыты проводят только в реак ционных камерах с внешним расположением плавиль ного индуктора, являющимся более компактным по сравнению с другим типом устройств. Предварительно осуществляют градуировку реакционной камеры. Для насыщения газового потока парами железа используют повышенную турбулизацию, для чего инертный газ в реакционную камеру подают через специальные боковые
отверстия диаметром 0,6—0,7 мм. Реакционная |
камера |
с фильтром, манипулятором и изложницами для |
крис |
таллизации металла показана на рис. 72 [125].
Нагрев многовитковым индуктором образцов массой 2,5—4,0 г до 1900°С осуществляют в проточной атмосфе ре чистого гелия, а до более высоких температур — в аргоне. Скорость потока инертного газа колеблется от 10 до 500 см3/мин в зависимости от температуры опыта. Измерение температуры металла во время плавки произ водят по нижней части висящей капли, причем в течение минуты успевают сделать до 4—5 замеров. Плавка при
2000°С длится 10— 1(5 мин, а при 1635— 1800°С — от 40
до 70 мин. Расплав после окончания опыта сливают в изложницы, установленные на поворотном столике, или в керамические трубки.
Количество испарившегося железа определяют по из менению массы образца и по количеству конденсата, ко торый накапливается на фильтре. Расхождение резуль-
156
татов, полученных этими двумя способами, в среднем составляет 2,3%. На рис. 73 представлена температур ная зависимость давления насыщенного пара чистого железа по данным работ [11, 125], которая свидетельст вует о хорошем согласии расчетных данных и экспери ментальных результатов, полученных методом ПВС.
В этих работах давление насыщенного пара железа над расплавами Fe — С определяли при различных со держаниях углерода в широком температурном диапа зоне. Трудность определения давления пара от дельных компонентов в многокомпонентной сис теме с сильным взаимо действием, каковой яв
ляется система |
F e— С, |
состоит в том, |
что испа |
рение компонентов идет с различными скоростями. Так, при изучении испа рения железа из распла ва Fe — С следует учиты вать рост содержания уг лерода за счет интенсив ного испарения железа. Такое поведение углеро-
Рис. 72. Схема реакционной каме |
|
|
|
|||||
ры |
для |
измерения |
давления па |
|
|
|
||
|
|
ра жидких .металлов: |
|
|
|
|
||
1 — манипулятор: |
2 — стяігніваю- |
|
|
|
||||
Щие |
болты; |
3 — изложница; |
4 — |
|
|
|
||
крышка; |
5 — охлаждающее |
коль |
|
|
|
|||
цо; |
6 — аддуктор; |
7 —-реакцион |
|
|
|
|||
ная |
камера; |
S — фильтр; 9 — жид |
|
|
|
|||
кий |
металл; |
10— поворотная |
плат |
для давления |
пара |
жидкого |
||
форма; |
П —коршус; |
12 — 14 — де |
железа (мм рт. |
ет.) |
при .раз |
|||
тали платформы; |
15 — призма |
личных температурах |
157
да в расплавленном углеродистом железе должно соответствующим образом сказываться на изменении ак
тивностей железа и углерода |
в расплаве. |
Установле |
||||
но, |
что |
при |
пониженных |
температурах |
расплава |
|
('~-1600°С) содержание углерода |
в металле за все |
|||||
время |
опыта |
практически |
оставалось |
неизмен |
||
ным. |
Однако |
при температурах |
ШОО°С |
вследствие |
сильного испарения железа содержание углерода в ра
сплаве Fe — С заметно возрастало, причем это |
увели |
|
чение находилось в прямой |
зависимости от продолжи |
|
тельности выдержки металла |
в расплавленном |
состоя |
нии. По этой причине во всех расчетах учитывали сред нее содержание углерода, что должно было внести неко торую ошибку как в определение давления пара железа при повышенных температурах, так и в определение температурной функции.
На основании измерения давления насыщенного пара жидкого железа в области высоких температур были рассчитаны активность и коэффициент активности желе за. Оказалось, что в жидких железоуглеродистых ра сплавах активность железа обнаруживает отрицатель ные отклонения от закона Рауля, степень которых убы вает с ростом температуры. Была также установлена за висимость коэффициента активности углерода от его концентрации в расплаве. Растворы углерода в жид ком железе при концентрациях до 2,5—3,0% в диапазо не исследованных температур обнаруживали незначи тельные отрицательные отклонения, которые при более высоких концентрациях углерода переходили в сильные положительные отклонения. Повышение температуры расплава приводило к уменьшению активности углерода при постоянном содержании.
Плотность
От точности измерения плотности жидких металлов в значительной мере зависит корректность описания мно гих структурных превращений в металлических систе мах.
Недостаточность, а подчас и противоречивость све дений относительно плотности жидких металлов при вы соких температурах возникает прежде всего из-за экспе риментальных ошибок, вносимых существующими мето дами определения плотности. Так, в пикнометрическом
158