Вплив кремнію (ɪv) й алюмінію (ɪɪɪ) оксидів на розчинність водню в фторидно-оксидних розплавах

Abstract

Одним з найбільш істотних факторів, які визначають міцність сталей, є вміст у них розчиненого водню. При будь-якому методі одержання сталі, вона однозначно залежить від газонасичення шлакового покриву, тобто в остаточному підсумку від складу газової фази над системою шлак – метал. Крім цього необхідно відшукати залежність між складом фторидно-оксидного флюсу й складом газової фази. Цим визначається розчинність водню в розплаві, а також скласти відповідні діаграми. Кінцевим результатом повинне бути одержання рівнянь, які дозволяли б розраховувати розчинність водню у фторидно-оксидних розплавах заданого складу. Концентрація розчиненого водню на відмінну від окисних розплавів повинна залежати вже не тільки від складу розплаву, але й від співвідношення рівноважних значень H O 2 P і PHF . Для фторидно-оксидного флюсу кожного заданого складу відповідає цілком певна величина співвідношення PH O : PHF2. Це означає, що для використання рівняння, яке поєднує концентрацію розчиненого водню й концентрації компонентів флюсу необхідно ще мати дані про рівноважну склад газової фази над ним. Тобто потрібне термодинамічне дослідження процесу пірогідролізу фторидів. Проведено загальний термодинамічний аналіз можливих взаємодій найбільш типових і перспективно ймовірних компонентів флюсів ЕШП із парами води в інтервалі температур від 1400 до 1800 °С. Це дозволило виявити термодинамічні більше ймовірні реакції. Такими виявилися реакція пірогідролізу фтористого кальцію й найбільше що сильно впливають на її рівновагу реакції ошлакування оксиду кальцію оксидами кремнію і алюмінію. Залежності рівноважних складу газової фази (H2O HF) від концентрації оксиду кальцію були побудовані для двох серій складів з постійними вмістами SiO2 й Al2O3 . На підставі розгляду цих діаграм визначені склади флюсів [1], що забезпечують найменші рівноважні концентрації фтористого водню в газовій фазі над розплавом. У припущенні того, що зсув рівноваги реакції розчинення водню вправо буде меншим при менших рівноважних значеннях HF P , визначені склади флюсів віднесені до оптимального з погляду запобігання їх наводеності. Запропоновано процес поглинання водню описувати реакцією і у зв'язку із цим розглядати фторидно-оксидні розплави як іонні системи, що містять поряд з аніонами F в і катіонами металів, іон H . При цьому однозначного вибору між схемами не робиться. Для знаходження вмісту розчиненого водню в фторидно-оксидних розплавах можна застосувати теорія іонних розчинів з довільним числом катіонів і аніонів у її уточненої варіанті [1]. Гідроксильну форму існування водню в таких шлаках можна представити як систему із трьома типами аніонів: F , 2 O і  OH на відмінну від окисних розплавів де існує система із двома типами аніонів. Отримано рівняння для розрахункурозчинності водню в розплавах. Вони виражають залежність іонної частки іонів H від H O 2P у рівноважній газовій фазі над розплавами й від складу розплаву. Значення можуть бути взяті із представлених у роботі графіків [1]. Коригувальні коефіцієнти рівнянь повинні визначатися за експериментальним даними про розчинність води в розплавах.

One of the most significant factors that determine the strength of steels, is the content of dissolved hydrogen. Using any method of production of steel, it definitely depends on the permeability of the slag cover, that is, ultimately, on the composition of the gas phase over the system slag – metal. In addition you need to find a correlation between the composition of the fluoride oxide flux and composition of the gas phase. This factor determines the solubility of hydrogen in the melt. The final result should be the obtaining of the equations that would count the solubility of hydrogen in fluoride-oxide melts of given composition. The concentration of dissolved hydrogen in difference from oxide melts should depend not only on the composition of the melt, but also on a relation of equilibrium values of H O 2 P and PHF . For fluoride-oxide flux of each specified composition corresponds a definite value ratio PH O : PHF2. This means that for use the equation combines the concentration of the dissolved hydrogen and concentration of the components of the flux is necessary to have data on equilibrium composition of the gas phase over it. It is necessary to make thermodynamic investigation of the process of the pyrohydrolysis of the fluoride. A general thermodynamic analysis of the possible interactions of the most typical and promising likely components of the fluxes ESR with water vapor at temperatures ranging from 1400 to 1800 °С was made. This allowed to determine the most likely thermodynamic reactions. This was the reaction of the pyrohydrolysis of the calcium fluoride and more over were determined equilibrium reactions that affect on the slagging of oxide calcium oxides of silicon and aluminium. Dependences of equilibrium compositions of gas phase (H2OHF) from the concentration of calcium oxide were built for two series of compounds with permanent contents of SiO2 and Al2O3 . On the basis of consideration of these diagrams were defined the compositions fluxes [1], that provide the lowest equilibrium concentrations of hydrogen fluoride in the gas phase over the melt. Under the assumption that a shift in the equilibrium reactions of dissolution of hydrogen to the right will be smaller at lower equilibrium values of PHF , certain formulations of fluxes classified as optimum from the point of view of preventing their наводорожености. The process of hydrogen absorption is described by reaction and in this regard, to consider fluoride-oxide melts like ion systems that contain with the anions F in O and cations in metals, ion H . The unambiguous choice between schemas and is not done. To find the content of dissolved hydrogen in the fluoride-oxide melts you can apply the theory of ionic solutions with arbitrary number of cations and anions in its upgraded version [1]. Hydroxyl form of the existence of hydrogen in such slags can be represented as a system with three types of anions unlike oxide melts where there is a system with two types of anions. Obtained equations for the calculation of solubility of hydrogen in the melts CaF2 CaO SiO2,CaF2 CaO Al2O3 and CaF2 CaO Al2O3 SiO2 . They express the dependence of the ion share of ions H from H O 2 P in the equilibrium gas phase over the melts from composition of the melt. Values H O 2 P can be taken from the presented in the work [1] graphs. Corrective coefficients of the equations must be determined from the experimental data on the water solubility in the melts.