Активность кислорода

     3. Плавка металла в тиглях из  относительно нестабильных оксидов  (например, кварца), восстанавливаемых  другими сильными раскислителями. При использовании кварца в качестве нестойкого материала для определения раскислительной способности элемента R рассматривают следующие реакции:

     n/2[Si] + (RmOn)тв-ж = m[R] + n/2(SiO2)тв, ∆GI 

     n/2(SiO2)тв = n/2[Si] + n[O], ∆GII (12)

     В результате имеем:

     (RmOn)тв-ж = m[R] + n[O], ∆GRmOn = ∆GII - ∆GI. 

     Чем выше раскислительная способность элемента R, тем труднее подобрать достаточно стойкий по отношению к нему материал тигля и тем меньшую надежность имеют даже самые точные определения величины [O], так как в этом случае она несколько отлична от равновесной с RmOn и определяется постепенным растворением материала тигля в сильно раскисленном металле. Основным недостатком этого метода определения раскислительной способности того или иного элемента является практическая невозможность фиксации равновесия между исследуемым раскислителем и материалом тигля. Фактически к равновесию с раскислителем приближается лишь какой-то тонкий слой тигля, а весь остальной объем его при этом продолжает медленно нарушать это равновесие по мере диффузии элемента R в твердом материале тигля.

     В настоящее время метод определения активности кислорода в металле a_[О] широко используют на практике для контроля процесса плавки. С помощью выражения a_[о] ⁼f _[О][О] _ПРИ известном коэффициенте активности f[_O] можно определить концентрацию кислорода, растворенного в металле (эту величину часто обозначают [О]_раст). Полный количественный анализ на кислород (например, методом вакуум-плавления) обеспечивает определение общего содержания кислорода в металле [О]_общ. Разность [0]_общ - [О]_раст = [О]_св характеризует количество кислорода, связанного в оксидные включения. Достоверность результатов разделения [О]_общ на [0]раст и [О]св зависит от точности определения коэффициента активности f _[0] При этом следует учитывать, что системы часто состоят не только из железа и кислорода. Как правило, в жидком металле растворены и другие элементы, которые имеют большее, чем железо, химическое сродство к кислороду. В итоге системы Fe-O-R (R — элемент, растворенный в жидком железе) характеризуются отрицательными отклонениями от идеальности.

     В сталеплавильных агрегатах на содержание и активность кислорода по ходу плавки очень большое (как правило, решающее) влияние оказывает углерод. Образующиеся в процессе взаимодействия углерода и кислорода пузыри СО выделяются из сталеплавильной ванны, создавая эффект кипения ванны. При содержании углерода <0,10% процесс кипения' ванны замедляется и углерод уже не определяет и не регулирует окислен-ность металла. Начинается проявление преобладающего влияния других  факторов  на  уровень   окисленности     металла,   и  

Влияние углерода на окисленность металла в сталеплавильной ванне при ее кипении:

/— кривая  равновесных концентраций [С] и  [О]; //— область концентраций [С]  и [О], фактически наблюдаемых в кипящей сталеплавильной ванне 

прежде  всего активности оксидов железа в шлаке. При отсутствии кипения обычно соблюдается соотношение a_(FeO)/a_[O]= const: чем выше активность оксидов железа в шлаке, тем выше окисленность металла. В тех случаях, когда в ванну вводят добавки, содержащие элементы, обладающие большим химическим сродством к кислороду, чем железо (например, кремний, алюминий, марганец), окисленность металла определяется уже уровнем активности этих элементов-раскислителей. Некоторые примеси (такие, как никель, молибден, медь), имеющие меньшее химическое сродство к кислороду, чем железо, повышают активность кислорода в стали. При введении в металл элементов-раскислителей в нем образуются оксидные неметаллические включения. После кристаллизации в твердой стали практически весь кислород находится не в растворе, а в виде оксидных неметаллических включений, образовавшихся: 1) при введении раскислителей (и взаимодействии их с кислородом, растворенным в металле); 2) во время выпуска и разливки в результате повторного окисления (кислородом воздуха); 3) из шлака, огнеупорной кладки; 4) по ходу плавки как результат поступления в металл вместе с добавками; 5) при затвердевании стали (в результате взаимодействия включений различного происхождения). 
 
 
 

Список  используемой литературы 

1. Б.В. Линчевский Техника металлургического эксперимента»
2. Кудрин В.А. Теория и технология производства стали: Учебник для вузов. — М.: «Мир», ООО «Издательство ACT», 2003.— 528с., ил.
3. http://steelcast.ru/steel_deoxidation_thermodinamics