Физическая химия и физика металлургических систем. Рубрика в журнале - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия
Статья научная
Выполнен термодинамический анализ процессов взаимодействия бора, растворенного в жидкой стали, с компонентами металлического расплава: кислородом, алюминием, кальцием, магнием и углеродом. В работе, опираясь на результаты расчетов линий ликвидус для двойных диаграмм и поверхностей ликвидус для тройных оксидных диаграмм состояний с B 2O 3, разработана методика построения поверхностей растворимости компонентов в жидкой борсодержащей стали. Установлено, что марганец и кремний не способны блокировать окисление вводимого в сталь бора. В этом случае в основном бор при взаимодействии с кислородом, марганцем и кремнием образует жидкие оксидные (шлаковые) неметаллические включения. Кальций также не является эффективным защитником. Алюминий и магнийсодержащие лигатуры способны предотвратить окисление введенного в сталь бора и таким образом позволить стабилизировать технологию получения сталей, модифицированных бором. При тысячных долях процентов алюминия и магния исключается возможность взаимодействия растворенного в стали бора с оставшимся в стали кислородом. Для того чтобы сохранить в стали достаточное количество «эффективного бора», необходимо также разработать и эффективную систему деазотации стали за счет введения нитридообразующих элементов и вакуумирования.
Бесплатно
Термодинамический анализ системы H2 - O2 - C
Статья научная
В гетерогенной смеси «Н2 - О2 - С» при повышенных температурах в результате протекания реакций окисления, ре акции водяного газа и двух реакций газификации углерода об разуется газовая смесь (H2 - H2O - CO - CO2). В работе выполнен термодинамический анализ возможных процессов, протекающих при температурах 700-1500 К в системе «Н2 - О2 - С». Определены равновесные параметры получающихся газовых композиций - их состав и окислительно-восстановительнные свойства. В любой газовой смеси, содержащей H2O и (или) CO2, весьма низкую концентрацию кислорода, образующегося в результате диссоциации H2O и CO2, принято определять величиной атм). При заданном общем давлении эта величина рассчитывается по составу газовой смеси и справочной информации по реакциям диссоциации H2O или CO2. Результаты выполненного анализа представляются двумя номограммами. Такие номограммы, во-первых, являются наглядным, альтернативным табличному, способом представления весьма обширной информации по свойствам сложных газовых атмосфер. Во-вторых, с использованием номограмм и справочной информации по упругостям диссоциации оксидов металлов можно оценить параметры восстановления этих оксидов. В бинарных газовых смесях (CO - CO2) и в водяном газе (H2 - H2O - CO - CO2) при определенных сочетаниях состава и температуры возможно образование сажистого углерода. Этим объясняется существование ограничений при температурах ниже ~ 1100 К в получении водяного газа с любыми концентрациями компонентов. Возможны различные по технологической и экономической целесообразности способы получения газовых смесей. В частности, при нагревании паров воды в контакте с избытком углерода до ~ 1100 К получается практически чистая эквимолярная смесь (H2 - CO) с высоким восстановительным потенциалом. Введение в эту систему водорода позволяет получить газовые смеси с чрезвычайно низким давлением кислорода, и это делает термодинамически возможным восстановление оксида любого металла. Проанализирована целесообразность представления полученной информации трехмерной диаграммой, построенной на концентрационном треугольнике «Н2 - О2 - С». Учет реакций образования метана приводит к заметным изменениям равновесных параметров газовых смесей лишь при температурах ниже примерно 900 К.
Бесплатно
Термодинамический анализ условий образования карбида кремния в сложных металлических расплавах
Статья научная
Системы вида Mе-Si-C, включающие металлический расплав, являются основой перспективной методики выращивания монокристаллов карбида кремния. Потребности развития такого рода технологий диктуют необходимость поиска составов металла с относительно низкими температурами плавления, которые при этом сохраняли бы способность растворять кремний и углерод в существенных количествах. Усложнение составов металлического расплава на основе элементов подгруппы железа позволяет достигать требуемого эффекта. Для поиска новых составов относительно легкоплавких металлических расплавов - катализаторов роста кристаллов карбида кремния - целесообразно использование проекций поверхностей ликвидуса систем Fе-(…)-Si-C. Целью настоящей работы стало проведение термодинамического моделирования систем вида Fе-(…)-Si-C для определения возможностей понижения температуры металлического расплава, равновесного с карбидом кремния. Для термодинамического моделирования использован блок Phase Diagram программного пакета FactSage (версия 6.4) производства Thermfact (Канада) и GTT Technologies (Германия). В ходе настоящей работы рассчитаны координаты поверхностей ликвидуса для систем Fe-Ni-Si-C, Fe-Co-Si-C, Fe-Mn-Si-C и Fe-Ni-Co-Mn-Si-C. Представленные в форме поверхностей ликвидуса фазовые диаграммы позволяют не только определить состав металла с минимальной температурой плавления, но и наглядно представить диапазоны концентраций и температур, для которых равновесным продуктом взаимодействия компонентов металла будет являться SiC. Это особенно полезно с точки зрения выбора режима процесса выращивания кристаллов карбида кремния.
Бесплатно
Термодинамический стимул мартенситного превращения в сплавах Fe-C
Статья научная
Мартенситное превращение лежит в основе важного для практики явления закалки сталей. Для образования мартенситных кристаллов необходимо дополнительное расходование свободной энергии -фазы на упругую и пластическую деформации, а также поверхностную энергию мартенситных пластин. Её источником является разность свободных энергий исходной и конечной фазы, называемая движущей силой, или термодинамическим стимулом мартенситного превращения. Цель настоящей статьи состоит в исследовании термодинамического стимула мартенситного превращения как функции содержания углерода в стали на основе термодинамического анализа. На основе статистических теорий растворов внедрения, современных термодинамических данных о свободной энергии феррита и аустенита, а также теории мартенситного превращения Зинера - Хачатуряна рассчитано изменение свободной энергии при образовании мартенсита в сплавах Fe-С различного состава. Это позволило оценить термодинамические стимулы мартенситного превращения и определить их концентрационную зависимость. Показано, что указанная зависимость не является монотонной, а обладает выраженным пиком в районе 3 ат. %. Стимул образования мартенсита увеличивается с ростом содержания углерода до 3 ат. % (0,66 мас.%), а затем начинает заметно уменьшаться. Предположительно это связано с началом образования тетрагональной решетки мартенсита.
Бесплатно
Термодинамическое моделирование диаграммы состояния системы FeO-BaO-Al2O3
Статья научная
Щелочноземельные металлы (ЩЗМ) в последнее время становятся все более востребованными при производстве сталей и сплавов и являются частью большинства композиций для рафинирования и модифицирования. В связи с этим возрастает необходимость построения диаграмм состояния оксидных (шлаковых) систем, включающих в качестве компонентов оксиды ЩЗМ, в частности BaO. Эти сведения необходимы как для анализа состава образующихся неметаллических включений, так и для понимания влияния концентрации оксидов ЩЗМ на температуру плавления шлака. Как известно, термодинамическое моделирование является ключевым инструментом для выбора оптимального направления проводимых исследований в области металлургических технологий, поэтому расчет фазовых диаграмм оксидных систем как части многокомпонентного шлакового расплава является важной задачей для исследователей. Особенно это актуально для систем, содержащих BaO в качестве компонента, так как имеющиеся в литературе данные ограничиваются практически только диаграммами состояния двойных систем. В настоящей работе была построена поверхность ликвидус фазовой диаграммы системы FeO-BaO-Al2O3. Для термодинамического моделирования использовали теорию субрегулярных ионных растворов, энергетические параметры которой были подобраны в ходе настоящего расчета. Также нами были оценены температуры, энтальпии и энтропии образования алюминатов бария Ba3Al2O6, BaAl2O4, BaAl12O19 из компонентов оксидного расплава. Эти значения для Ba3Al2O6 оказались равны 1604 °С, 159 410 Дж/моль, 16,215 Дж/(моль∙К); для BaAl2O4 - 1814 °С, 101 424 Дж/моль, 7,332 Дж/(моль∙К); для BaAl12O19 - 1911 °С, 613 406 Дж/моль, 201,201 Дж/(моль∙К) соответственно. Полученные сведения были сравнены с имеющимися немногочисленными литературными данными.
Бесплатно
Термодинамическое моделирование поверхности ликвидус диаграммы состояния системы Cu 2O-Al 2O 3-ZrO 2
Статья научная
Проведен расчёт линий ликвидус диаграмм состояния бинарных систем Cu 2O-Al 2O 3, Cu 2O-ZrO 2 и Al 2O 3-ZrO 2, а также расчёт поверхности ликвидус диаграммы состояния тройной системы Cu 2O-Al 2O 3-ZrO 2. В процессе термодинамического моделирования перечисленных систем было использовано приближение теории субрегулярных ионных растворов. В ходе моделирования были подобраны значения модельных параметров Q, уточнены термодинамические характеристики (температура плавления, теплота и энтропия плавления) соединения CuAlO 2, а также значения констант процессов перехода Cu 2O, Al 2O 3, ZrO 2 и CuAlO 2 из твердого состояния в жидкое. Помимо построения диаграмм состояния, в ходе настоящей работы были рассчитаны активности компонентов расплавов систем Cu 2O-Al 2O 3 и Cu 2O-ZrO 2 для условий, при которых существует оксидный расплав. В рассмотренных интервалах активности характеризуются отрицательными отклонениями от закона Рауля. Полученные в результате расчёта значения активности оксида алюминия хорошо совпадают с литературными экспериментальными данными. Построение поверхности ликвидус для тройной системы Cu 2O-Al 2O 3-ZrO 2 позволило определить координаты точек нонвариантных превращений, реализующихся в системе. Результаты термодинамического моделирования показывают, что в тройной системе реализуется равновесие «оксидный расплав - чистый твердый оксид меди - чистый твердый оксид алюминия», которое нехарактерно для бинарной системы Cu 2O-Al 2O 3. Результаты работы могут быть использованы в ходе анализа производства циркониевых бронз, а также для анализа поведения шлаков индустрии меди и сплавов на ее основе в ходе взаимодействия таких шлаков с футеровкой печей.
Бесплатно
Статья научная
Разработана методика расчета диаграмм раскисления и модифицирования стали кальцием, магнием, алюминием и бором. Установлены координаты поверхностей ликвидус оксидных систем B2O3-Al2O3-MgO, B2O3-Al2O3-CaO, B2O3-MgO-CaO при 1600 °С. Определены энергетические параметры теории субрегулярных ионных растворов для изученных оксидных систем. Рассчитаны координаты поверхностей растворимости для систем Fe-Mg-Al-B-O, Fe-Ca-Al-B-O, Fe-Mg-Ca-Al-B-O. Изучено влияние общего давления на растворимость магния и кальция в жидком железе. Активности компонентов металлического расплава рассчитаны с применением параметров взаимодействия первого порядка (теория Вагнера). Активности компонентов твердых растворов (оксидов и шпинелей) приравнивали их мольным долям. Показано, что при глубоком рафинировании металла от кислорода лишь незначительная часть бора будет окисляться и эти оксиды войдут в состав оксидных расплавов. Основными неметаллическими оксидными включениями будут магнезиальная шпинель, биалюминат кальция и жидкие оксидные образования. Так называемый свободный бор может быть растворен в жидком металле в количествах, отвечающих равновесию с оксидными фазами.
Бесплатно
Термодинамическое моделирование фазовой диаграммы системы Cu2O-BaO-Fe2O3
Статья научная
Выполнено термодинамическое моделирование диаграмм состояния двойных систем Cu2O-BaO, Cu2O-Fe2O3, BaO-Fe2O3, а также тройной системы Cu2O-BaO-Fe2O3. В ходе работы определены термодинамические модели и их параметры, необходимые для термодинамического описания активностей компонентов оксидного расплава в данных системах. Для расчета использовались приближения теории совершенных ионных растворов (для системы Cu2O-Fe2O3) и теории субрегулярных ионных растворов (для систем Cu2O-BaO, BaO-Fe2O3, Cu2O-BaO-Fe2O3). По результатам проведенного моделирования определены координаты точек нонвариантных превращений на фазовых диаграммах исследуемых двойных и тройной систем. Полученные результаты по термодинамическому моделированию координат линий ликвидуса фазовых диаграмм двойных систем Cu2O-BaO, Cu2O-Fe2O3, BaO-Fe2O3 были сопоставлены с разрозненными малочисленными литературными данными для исследуемых систем. В ходе работы впервые были определены области существования ферритов бария в тройной оксидной системе Cu2O-BaO-Fe2O3, а также построены изотермы на полной проекции поверхности ликвидуса диаграммы состояния системы Cu2O-BaO-Fe2O3. Используемая в работе методика моделирования позволила оценить энтальпии, температуры и энтропии плавления соединений оксида бария BaO с оксидом меди (I) (BaCu2O2); с оксидом железа (III) (Ba3Fe2O6, Ba2Fe2O5, BaFe2O4, BaFe12O19). Результаты моделирования, полученные в ходе выполнения настоящей работы, могут быть использованы для разработки технологических условий синтеза из оксидного расплава монокристаллов гексаферрита бария, в кристаллической решетке которого часть катионов железа замещена ионами меди.
Бесплатно
Статья научная
Проведено термодинамическое моделирование координат линий ликвидуса диаграмм состояния двойных оксидных систем FeO-MgO, FeO-Cr2O3, MgO-Cr2O3 и координат поверхности ликвидуса диаграммы состояния тройной оксидной системы FeO-MgO-Cr2O3. В ходе работы определены энергетические параметры теории субрегулярных ионных растворов, используемой при проведении расчета. По результатам проведенного моделирования определены координаты точек нонвариантных превращений на фазовых диаграммах исследуемых систем. Полученные результаты по термодинамическому моделированию координат линий ликвидуса фазовых диаграмм двойных оксидных систем FeO-MgO, FeO-Cr2O3, MgO-Cr2O3 были сопоставлены с разрозненными малочисленными литературными данными для исследуемых систем. По результатам расчета определены энтальпии и энтропии образования соединений FeCr2O4 и MgCr2O4 из компонентов оксидного расплава систем FeO-Cr2O3 и MgO-Cr2O3 соответственно. Согласно результатам моделирования энтальпия образования феррохромита из компонентов оксидного расплава составляет 157 376 Дж/моль, а энтропия равняется 44,71 Дж/(моль∙К). Энтальпия и энтропия образования магнезиохромита из компонентов оксидного расплава оказались равными 389 100 Дж/моль и 123,19 Дж/(моль•К) соответственно. Впервые получены результаты по расчету координат полной проекции поверхности ликвидуса системы FeO-MgO-Cr2O3. Диаграмма состояния системы FeO-MgO-Cr2O3 характеризуется обширными областями равновесия оксидного расплава с твердыми растворами оксидов и с твердыми растворами шпинелей. Результаты, полученные в ходе выполнения настоящей работы, представляют интерес для анализа взаимодействия металлического и шлакового расплавов с футеровкой печи при производстве стали.
Бесплатно
Термодинамическое моделирование фазовых равновесий в оксидной системе FeO-SrO-SiO2
Статья научная
Оксидные системы, включающие оксид стронция в качестве одного из основных компонентов, находят все большее применение в различных отраслях промышленности. Влияние добавок SrO на свойства шлаков и флюсов, на свойства стекол и даже керамики с магнитными свойствами активно изучается в настоящее время. Однако сведений по диаграммам состояния оксидных стронцийсодержащих систем в литературе весьма ограниченное количество, особенно для тройных и многокомпонентных систем. В данном исследовании было проведено термодинамическое моделирование фазовых равновесий и дальнейшее построение диаграмм состояния двойных оксидных систем FeO-SrO, FeO-SiO2, SrO-SiO2, а также расчет координат проекции поверхности ликвидус диаграммы состояния тройной оксидной системы FeO-SrO-SiO2. Моделирование выполнялось с использованием приближения теории субрегулярных ионных растворов. В ходе работы были определены энергетические параметры используемой теории для каждой из исследуемых систем. Полученные расчетные данные о положении линий ликвидуса в двойных оксидных системах сопоставимы с имеющимися в литературе, что подтверждает адекватность проведенного моделирования. Сведения о диаграмме состояния тройной оксидной системы FeO-SrO-SiO2 в литературе не представлены и получены впервые. В ходе настоящей работы также были оценены данные о температурах, энтальпиях и энтропиях образования силикатов Fe2SiO4, Sr3SiO5, Sr2SiO4, SrSiO3 из компонентов оксидного расплава систем FeO-SiO2 и SrO-SiO2 соответственно. Так, для Fe2SiO4 энтальпия образования соединения из компонентов оксидного расплава составила величину 63 600 Дж/моль; для силиката Sr3SiO5 - 181 675 Дж/моль; для соединения Sr2SiO4 - 169 576 Дж/моль; для SrSiO3 - 155 697 Дж/моль.
Бесплатно
Термодинамическое моделирование фазовых равновесий в системе SrO-Al2O3
Статья научная
Проведено термодинамическое моделирование фазовых равновесий с последующим построением диаграммы состояния системы SrO-Al2O3. Для расчета активностей оксидного расплава в ходе настоящей работы использовали приближение теории субрегулярных ионных растворов, при этом наиболее оптимальными оказались значения энергетических параметров Q1112 = -104 349; Q1122 = -217 689; Q1222 = -104 436 Дж/моль. Полученные результаты по положению линии ликвидус в исследуемой системе имеют хорошее соответствие с экспериментальными литературными данными. В ходе расчета оценены значения констант равновесия реакций образования алюминатов стронция из компонентов оксидного расплава.
Бесплатно
Статья научная
Изучены двойные и тройные оксидные системы, содержащие в качестве независимых компонентов оксиды церия (III и IV). Установлен вид двойных и тройных диаграмм состояния, сопряженных с областью существования жидкой металлической фазы на основе железа. При расчете координат линий ликвидус для двойных диаграмм состояний систем Ce 2O 3-MgO, CeO 2-MgO, Ce 2O 3-СaO, CeO 2-СaO, Ce 2O 3-SiO 2, CeO 2-SiO 2, Ce 2O 3-Al 2O 3, CeO 2-Al 2O 3 подобраны энергетические параметры теории субрегулярных ионных растворов. Установлены термодинамические зависимости констант равновесия реакций образования алюминатов (Ce 2O 3•Al 2O 3, Ce 2O 3•11Al 2O 3) и силикатов (Ce 2O 3•SiO 2, 7Ce 2O 3•9SiO 2, Ce 2O 3•2SiO 2) церия из компонентов ионных расплавов. На основании термодинамических данных об образовании сложных оксидных соединений, теплот плавления оксидов, составляющих изучаемые системы, значений энергетических параметров теории субрегулярных растворов впервые построены диаграммы состояний тройных оксидных систем FeO-CeO 2-SiO 2, FeO-Ce 2O 3-SiO 2, CeO 2-Ce 2O 3-SiO 2. При расчете координат линий ликвидус для тройных систем FeO-Ce 2O 3-CeO 2, FeO-Ce 2O 3-CaO, FeO-CeO 2-CaO, CeO 2-Ce2O 3-CaO, FeO-Ce 2O 3-MgO, FeO-CeO 2-MgO, CeO 2-Ce 2O 3-MgO использовалась теория совершенных ионных растворов. Уточнены и пересчитаны диаграммы состояний систем FeO-Ce 2O 3, Ce 2O 3-CeO 2, FeO-Ce 2O 3-CeO 2, FeO-Ce 2O 3-Al 2O 3.
Бесплатно
Термодинамическое описание процесса сорбции ванадия на углеродсодержащем сорбенте
Статья научная
Показана возможность сорбционного извлечения соединений ванадия из кислых сред на высокоразвитой поверхности активированного древесного угля, модифицированного катионными ПАВ. Установлено, что сорбируются преимущественно полиоксосоединения ванадия. Доказано, что сорбционному извлечению ванадия из водного раствора не мешают ионы меди, никеля, железа, кальция, магния, натрия и калия. Наилучшие показатели сорбции ванадия на модифицированном углеродсодержащем сорбенте достигаются в диапазоне рН от 2 до 4, то есть в кислой области. При данных значениях рН гидроксиды других металлов еще не начинают осаждаться, что позволяет получить чистый продукт. Уменьшение сорбции ванадия при увеличении рН среды связано с тем, что полианионы ванадия, которым соответствуют поликислоты состава: Н2V4O11, Н6V10O28, H4V6O17, распадаются на анионы, которым соответствуют кислоты состава: Н4V2O7, HVO3, H3VO4. Таким образом, на один сорбционный центр улавливается анион, содержащий меньшее количество атомов ванадия. Заполнение поверхности сорбента соединениями ванадия идет по типу сорбции Ленгмюра, что позволяет провести термодинамическое описание процесса и определить основные энергетические составляющие. Термодинамические исследования показали, что извлечение ванадия сводится к физической адсорбции полиоанионов на положительно заряженной поверхности древесного угля (степень извлечения составляет 84 %). Вывод о физической адсорбции сделан исходя из того, что ΔG реакции с увеличением температуры уменьшается, а тепловой эффект реакции не превышает 13 кДж/моль. Дополнительно продукты обжига насыщенного сорбента исследованы при помощи рентгенофазового анализа. На рентгенограмме обнаружены фазы оксида ванадия V2O5 и сложного оксида на основе оксида ванадия и оксида марганца состава MnO∙V2O5. Таким образом, конечный продукт обжига насыщенного сорбента - пентоксид ванадия с примесями марганца. Если проводить обжиг насыщенного сорбента совместно с восстановителем, то можно получить металлический ванадий. При этом степень чистоты конечных продуктов составляет порядка 99 %.
Бесплатно
Статья научная
Проведено термодинамическое моделирование и экспериментальное изучение фазовых равновесий в системе Cu-Al-Zr-O. Термодинамический анализ фазовых равновесий был выполнен с использованием методики построения поверхности растворимости компонентов в металле (ПРКМ). Анализ проводился для температур 1200 и 1300 °С. По результатам расчета были построены области фазовых равновесий жидкого металлического расплава и сопряженных оксидных фаз в зависимости от концентрации элементов, растворенных в металлическом расплаве. В присутствии циркония и алюминия в расплаве образование оксида меди и соединения CuAlO2 термодинамически маловероятно. Области этих фазовых равновесий смещены по концентрации алюминия 10-13 мас. % и менее, а по концентрации циркония 10-20 мас. % и менее. Также были просчитаны изокислородные сечения. Показано, что цирконий в медном расплаве является более сильным раскислителем, чем алюминий. Таким образом, для системы Cu-Al-Zr-O характерен механизм альтернативного раскисления. В первую очередь взаимодействовать с кислородом будет растворенный в металлическом расплаве цирконий. При снижении его концентрации в расплаве, связанном с образованием оксида циркония, при достаточном содержании растворенного в расплаве кислорода возможно образование и оксида алюминия. Экспериментальные исследования подтверждают результаты термодинамического моделирования. Анализ образовавшихся в металле оксидных включений был выполнен с использованием растрового электронного микроскопа и микрорентгеноспектрального анализа. Результаты исследования могут быть интересны для технологии производства меди и сплавов на ее основе.
Бесплатно
Термодинамическое описание фазовых равновесий в системе Cu2O-CeO2-Ce2O3-La2O3
Статья научная
С использованием теорий совершенных ионных растворов и субрегулярных ионных растворов проведено термодинамическое моделирование линий ликвидуса для двойных оксидных фазовых диаграмм и поверхностей ликвидуса для тройных оксидных фазовых диаграмм, составляющих систему Cu2O-CeO2-Ce2O3-La2O3. Линия солидуса, ограничивающая существование твердого раствора в системе CeO2-La2O3, рассчитывалась с использованием теории регулярных ионных растворов. В ходе работы определены параметры применяемых моделей и температурные зависимости констант равновесия реакций перехода веществ из твердого состояния в жидкое, используемые для расчета фазовых диаграмм исследуемых систем. Большинство систем (Cu2O-CeO2, Cu2O-Ce2O3, Cu2O-La2O3, CeO2-Ce2O3, Ce2O3-La2O3, Cu2O-CeO2-Ce2O3, Cu2O-Ce2O3-La2O3) представляют собой диаграммы эвтектического типа с одной точкой эвтектики. Для вышеперечисленных систем, включающих Cu2O как компонент, характерны достаточно низкие температуры эвтектического равновесия. Система CeO2-La2O3 характеризуется наличием твердого раствора и точкой на линии ликвидуса, имеющей нулевой интервал кристаллизации. Фазовые диаграммы Cu2O-CeO2-La2O3 и CeO2-La2O3-Ce2O3 характеризуются наличием обширной области равновесия оксидного расплава с твердым раствором |CeO2, La2O3|тв.р.
Бесплатно
Уточнение выражения для расчета предельной растворимости азота в дуплексных сталях
Статья научная
Приведено описание класса дуплексных нержавеющих сталей (ДНС), рассмотрено влияние азота как легирующего элемента в рассматриваемых сталях, а также особенности формирования структуры и различного вида соединений в кристаллизующемся расплаве рассматриваемых композиций химического состава. Описано влияние предельной концентрации азота в металле как лимитирующего фактора для получения бездефектных слитков. Установлена зависимость для прогнозирования предельной концентрации азота в стали марки UNS S32750, которая находится в пределах марочного содержания данного элемента. Однако отмечено, что показатель температуры, который необходимо использовать в данной зависимости, вызывает вопросы. В различных источниках исследователи предлагают различные варианты - температура отдачи азотированных ферросплавов (1580-1600 °С), температура выпуска металла из печи или разливки (1520-1580 °С) либо температура начала кристаллизации (1430-1450 °С). Однако такие различия используемого для расчета показателя температуры дают совершенно разные результаты предельной растворимости азота. Для установления показателя температуры, который необходимо использовать в выражении, проведены математические расчеты предельной концентрации азота в интервале температур 1450-1600 °С с шагом 30 °С. Для сравнительного анализа выбраны составы различных исследователей, в работах которых сообщалось как об успешных экспериментах по выплавке составов дуплексных сталей, легированных азотом, так и получении дефектных слитков (газовые пузыри). Установлено, что при использовании существующего выражения актуально использование температуры 1480 °С, в отличие от предлагаемых различными исследователями температур. Только при выполнении условия, что рассчитанный показатель растворимости азота при данной температуре выше фактической концентрации в стали, обеспечивается получение бездефектного слитка дуплексной стали.
Бесплатно
Фазовая диаграмма системы FeO-SrO-BaO
Статья научная
В настоящее время все активнее внедряется в производство сталей и сплавов технология рафинирования с использованием лигатур, содержащих щелочноземельные металлы, в частности, барий и стронций. Построение диаграммы состояния системы FeO-SrO-BaO представляет интерес с точки зрения анализа фазовых равновесий, реализующихся в оксидной системе, сопряженной с расплавленным металлом. В ходе настоящей работы было проведено термодинамическое моделирование фазовых равновесий с последующим расчетом координат линий ликвидус и солидус для диаграмм состояния двойных оксидных систем FeO-SrO, FeO-BaO и SrO-BaO. С использованием полученных данных по двойным оксидным системам было выполнено термодинамическое моделирование фазовых равновесий с последующим построением проекции поверхности ликвидус для диаграммы состояния тройной оксидной системы FeO-SrO-BaO. Для каждой из исследуемых систем были определены энергетические параметры теории субрегулярных ионных растворов, описывающей активности компонентов оксидного расплава. Также был определен энергетический параметр теории регулярных ионных растворов, описывающей активности компонентов твердого раствора оксидов |SrO, BaO|тв.р. Диаграммы состояния систем FeO-SrO и FeO-BaO представляют собой диаграммы эвтектического типа с одной точкой эвтектики с координатами 18,00 мол. % SrO и 1060 °С; 31,58 мол. % BaO и 1066 °С, соответственно. Система SrO-BaO характеризуется неограниченной растворимостью компонентов как в жидком, так и в твердом состоянии. Для фазовой диаграммы системы FeO-SrO-BaO отмечается обширная область равновесия оксидного расплава с твердым раствором оксидов |SrO, BaO|тв.р.
Бесплатно
Фазовые равновесия в жидких железоуглеродистых сплавах, легированных иттрием и хромом
Статья научная
В рамках термодинамического моделирования рассматривается взаимодействие между компонентами металлического расплава и кислородом применительно к анализу процессов раскисления и легирования низкоуглеродистых низколегированных сталей, содержащих хром и иттрий. В данной работе использован метод построения поверхностей растворимости компонентов в жидком металле термодинамической системы Fe-Y-Cr-O-С. В рамках реализации этого метода детально исследована система Y2O3-Cr2O3, определены энтальпия и энтропия образования соединения Y2O3•Cr2O3, уточнены координаты точек эвтектического преобразования в системе Y2O3-Cr2O3. На основании уточненных координат линий ликвидус для оксидных двойных систем FeO-Cr2O3, FeO-Y2O3, и Y2O3-Cr2O3 определены энергетические параметры Qijkl в уравнениях зависимости активностей компонентов оксидного расплава FeO-Cr2O3-Y2O3 от состава в модели субрегулярных ионных растворов и рассчитаны координаты поверхности ликвидус оксидной системы FeO-Cr2O3-Y2O3. Так как углерод не растворим в оксидной системе, сопряженной с областью существования жидкого металла, установлено, что в качестве конденсированных неметаллических фаз после легирования металла хромом и модифицирования иттрием образуются оксиды Y2O3 и Cr2O3, соединение Y2O3•Cr2O3, оксидный расплав (FeO, Cr2O3, Y2O3) и газовая фаза {CO, CO2}. Дополнительные термодинамические расчеты показали возможность наличия в оксидном расплаве до 2 % двухвалентного хрома (Cr2+). Разработанная схема фазовых равновесий позволила установить константы равновесия образования оксидов, соединения оксидов, оксидных компонентов расплава и газовых фаз. Рассчитаны также по методу Вагнера активности компонентов металлических расплавов. Совокупность установленных термодинамических параметров позволила построить диаграмму поверхности растворимости компонентов в жидком металле (ПРКМ) и таким образом связать составы жидкой металлической фазы с составом сопряженных оксидных фаз.
Бесплатно
Фазовые равновесия в системе Fe-Sr-Ba-O-С
Статья научная
В данной работе выполнено термодинамическое моделирование фазовых равновесий в системе Fe-Sr-Ba-O-С, построены поверхности растворимости компонентов в жидком металле. Изучено влияние температуры (1550 и 1600 °С) и содержания углерода ([C] = 0; 0,1 мас. %) на строение ПРКМ. При проведении расчетов использовали теорию субрегулярных ионных растворов для расчета активностей компонентов оксидного расплава, теорию регулярных ионных растворов для расчета активности компонентов твердого раствора оксидов, параметры взаимодействия первого порядка для расчета активностей компонентов металлического расплава. Термодинамический анализ показал, что наиболее вероятными продуктами реакции раскисления расплава барием и стронцием являются твердые растворы |SrO, BaO|. Из расчетов видно, что барий практически не участвует в процессе раскисления (содержание BaO в твердом растворе колеблетcя от 10-2 до 10-3, а в оксидном расплаве - сотые доли). Низкая растворимость стронция и особенно бария в жидком железе предопределяет невысокую раскисляющую и высокую модифицирующую способность комплекса Ba-Sr. В дальнейшем необходимо проводить исследование поведения этих элементов в сочетании с кальцием, алюминием и кремнием.
Бесплатно
Фазовые равновесия в системе Pb-Ag при пирометаллургической возгонке
Статья научная
При переработке свинца образуется серебристая пена (СП), требующая комплексной переработки с получением товарных моноэлементных продуктов. Одним из возможных способов рекуперации СП является вакуумная перегонка, считающаяся одним из самых эффективных и экологически чистых методов для разделения и очистки, переработки и рафинирования различных металлов. Для предварительного выбора температуры и давления системы, оценки эффективности разделения компонентов при вакуумной перегонке используют фазовые диаграммы. Цель работы состоит в расчете равновесных состояний «газ - жидкость» VLE (vapor liquid equilibrium), включая зависимости состава фаз от температуры (Т-х) и давления (р-х) для Pb-Ag сплава при вакуумной перегонке на основе модели MIVM (мolecular interaction volume model). В интервале температур 1073-1773 К рассчитаны давления насыщенного пара для Pb (1,5.10-1-4,86•102) и Ag (5,1•10-5-6,6). Высокие значения соотношения р*Pb / р*Ag = = 2,9•103-74 и коэффициента разделения βPb = 1,8-3,9 создают теоретические предпосылки для селективного выделения этих металлов вакуумной дистилляцией, когда свинец обогащается в газовой фазе (βPb > 1), а серебро - в жидкой. Мольная доля свинца в газовой фазе уPb = 0,878-0,999 увеличивается с ростом температуры 1073-1773 К и мольной доли металла в сплаве хPb = 0,1-0,9. С использованием модели MIVM рассчитаны коэффициенты активности свинца γPb = 0,474-0,999 и серебра γAg = 0,331-0,999 для Pb-Ag сплава различного состава в исследованном температурном диапазоне. Для фазовых диаграмм VLE может быть использовано правило рычага (правило отрезков) для прогнозирования количества вещества, остатков и возгонов при заданной температуре. Для границы раздела фаз «жидкость - газ» Pb-Ag сплава определены значения избыточных энергии Гиббса, энтальпии и энтропии: GmE = 0,01-1,34 кДж/моль; -HmE = 0,32-1,53 кДж/моль; SmE = 0,52-1,65 кДж/моль•К. Фазовые диаграммы VLE сплавов обеспечивают необходимой информацией для проектирования технологических параметров промышленного производства вакуумной металлургии, а также для прогнозирования необходимого состава Pb-Ag сплава в зависимости от температуры и давления в процессе вакуумной перегонки.
Бесплатно
