Подход к оценке основности шлакового расплава в системе газ—шлак—металл
Рассмотрены различные подходы к оценке основности шлаковых расплавов. Указано, что основность характеризует не столько соотношение концентрации основных и кислотных оксидов в шлаках, сколько окислительный потенциал системы. Different approaches to the evaluation of basicity of slag melts are conside...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Современная электрометаллургия |
|---|---|
| Дата: | 2009 |
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2009
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/95986 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Подход к оценке основности шлакового расплава в системе газ—шлак—металл / В.В. Лакомский, Г.М. Григоренко // Современная электрометаллургия. — 2009. — № 2 (95). — С. 48-49. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859808120967004160 |
|---|---|
| author | Лакомский, В.В. Григоренко, Г.М. |
| author_facet | Лакомский, В.В. Григоренко, Г.М. |
| citation_txt | Подход к оценке основности шлакового расплава в системе газ—шлак—металл / В.В. Лакомский, Г.М. Григоренко // Современная электрометаллургия. — 2009. — № 2 (95). — С. 48-49. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Современная электрометаллургия |
| description | Рассмотрены различные подходы к оценке основности шлаковых расплавов. Указано, что основность характеризует не столько соотношение концентрации основных и кислотных оксидов в шлаках, сколько окислительный потенциал системы.
Different approaches to the evaluation of basicity of slag melts are considered. It is shown that the basicity characterizes not so much the ratio of concentration of basic and acid oxides in slags as the oxidizing potential of system.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:17:14Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 669.15.621:541.121
ПОДХОД К ОЦЕНКЕ ОСНОВНОСТИ
ШЛАКОВОГО РАСПЛАВА В СИСТЕМЕ
ГАЗ—ШЛАК—МЕТАЛЛ
В. В. Лакомский, Г. М. Григоренко
Рассмотрены различные подходы к оценке основности шлаковых расплавов. Указано, что основность характеризует
не столько соотношение концентрации основных и кислотных оксидов в шлаках, сколько окислительный потенциал
системы.
Different approaches to the evaluation of basicity of slag melts are considered. It is shown that the basicity characterizes
not so much the ratio of concentration of basic and acid oxides in slags as the oxidizing potential of system.
Ключ е вы е с л о в а : основность; шлак; окисленность;
металл
Шлаки присутствуют во многих металлургических
и сварочных (микрометаллургических) процессах
и предназначены для осуществления различных
технологических функций. В одних процессах они
предохраняют металлическую ванну от тепловых
потерь при контакте с атмосферой и защищают ме-
талл от взаимодействия с компонентами атмосферы
[1]; в других – являются средой, адсорбирующей
вредные примеси (серу, фосфор, неметаллические
включения и т. п.), удаляемые из металла [2, 3].
В некоторых случаях шлаки служат источником
тепла, необходимого для нагрева и расплавления
металла [4]. Указанные функции шлаков можно
совместить в некоторых металлургических процес-
сах или расширить их набор за счет других требо-
ваний, предъявляемых к шлаковым расплавам.
Традиционно шлаками называют оксидные рас-
плавы, образующиеся в результате протекания
обменных реакций при производстве металла. Со-
став шлаков определяется составом расплавляемого
металла и шихтовых компонентов и может в ходе
плавки меняться в зависимости от условий процесса
и типа добавляемых компонентов.
В первичных металлургических агрегатах каждо-
му периоду плавки соответствуют шлаки различного
состава. Достичь такого изменения можно в резуль-
тате корректировки во время плавки состава шлаков
путем удаления части шлакового расплава из
плавильного пространства или/и добавления
других шихтовых шлакообразующих компонентов.
Для осуществления внепечной обработки,
сварки или электрошлакового процесса необ-
ходимы шлаки с заранее установленными концент-
рациями комплектующих соединений, названные
при их создании синтетическими шлаками или флю-
сами. Эти шлаки имеют в своем составе требуемый
набор компонентов, включающий, кроме оксидов,
фториды щелочноземельных (в некоторых случаях
и щелочных) металлов. Оксиды шлаков могут быть
как основными, так и кислотными. Соотношение их
количества определяет свойства расплавленных
шлаков. Для упрощения оценки указанного соотно-
шения используют такой параметр, как основность.
Подходов к оценке основности несколько.
Первый (самый простой) основан на соотно-
шении концентраций оксидов кальция и кремния.
Дальнейшее изучение строения шлаковых расплавов
привело к тому, что основность определяли сооотно-
шением практически всех оксидов, содержащихся в
расплаве. При этом концентрацию амфотерных
оксидов корректировали множителями, определя-
ющими степень основности или кислотности данно-
го оксида. Таким образом, получались сложные фор-
мулы, в которых определялось влияние каждого
оксида на основность расплава, а в результате – и
на его свойства, в частности формула расчета основ-
ности, рекомендованная Международным институтом
сварки:
B =
CaO + MgO + BaO + SrO + K2O
SiO2 + 0,5(Al2O3 + TiO2 + ZrO2)
+
+
Na2O + CaF2 + 0,5(MnO + FeO)
SiO2 + 0,5(Al2O3 + TiO2 + ZrO2)
.
Дальнейшая оценка основности способствовала
созданию такого понятия, как оптическая основ-
ность λi (или теоретическая оптическая основ-
ность), которое сводится к оценке энергетического
состояния анионов шлакового расплава либо выра-
жается следующим образом:
© В. В. ЛАКОМСКИЙ, Г. М. ГРИГОРЕНКО, 2009
48
λ1 =
0,745
D + 0,6
; D =
aZ
r2 ,
де a – параметр аниона; Z – заряд аниона; r –
среднее расстояние между анионом и катионом:
либо такой формулой:
λ =
1
1,36 (χ — 0,26)
,
(3)
где χ – электроотрицательность по Л. Полингу [5, 6]
При указанной оценке основности определяли
не соотношение массовых долей стехиометрических
соединений оксидов, присутствующих в шлаках, а
соотношение энергетических состояний анионов,
имеющихся в шлаковых расплавах. Таким образом,
при оценке основности шлаков исходили из соотно-
шения концентраций основных и кислотных
оксидов в них.
Однако подход к оценке основности шлаков
изменился из-за современных представлений о стро-
ении шлаковых расплавов, согласно которым глав-
ными поставщиками ионов в шлаковый расплав
являются основные, а не кислотные катионы, участ-
вующие преимущественно в создании комплексных,
довольно сложных, конгломератных соединений,
присутствующих в расплаве оксидов [7]. Эти катионы
являются не только поставщиками свободного кисло-
рода в расплав, а и возможными потребителями
других анионов в этом же расплаве [8], например при
десульфурации или дефосфорации [6, 9, 10], азо-
тации или деазотации металла. Таким образом,
оценка основности шлакового расплава основыва-
лась на оценке соотношения возможностей основ-
ных и кислотных свойств шлаков.
В современных шлаках, используемых в метал-
лургических процессах, присутствуют не только
оксиды, но и галогениды (в частности фториды ще-
лочноземельных элементов, например CaF2). В пос-
ледних, в отличие от оксидов, где химические связи
между элементами являются ковалентными, они
более насыщены и квалифицируются как ионные,
вследствие чего могут легко разрушаться с
формированием свободных анионов и катионов. По-
этому в ходе пирометаллургических процессов созда-
ются термодинамические условия, способствующие
ионизации не только галогенидных соединений, но и
оксидных. Происходят данные процессы благодаря
тому, что присутствие галогенидных соединений в
жидких перегретых шлаках способствует перерас-
пределению соотношений концентрации оксидных
составляющих шлаковых расплавов [10].
Определяющим для всех металлургических
взаимодействий, происходящих в ходе пирометал-
лургических процессов (плавка металла или сварка
его), является их описание не термодинамическими,
а кинетическими зависимостями, поскольку в ука-
занных процессах не достигаются условия тер-
модинамического равновесия, определяющего соб-
людение равенства трех параметров – температу-
ры, давления и химического потенциала [10].
Из всех указанных параметров не успевает ус-
тановиться одинаковым для всей системы за время
технологического цикла химический потенциал.
Давление, вследствие законов гидродинамики и
благодаря им [9], в металлургической системе ус-
танавливается быстро. Равенство температуры и
химического потенциала достигается по одинако-
вым законам, хотя при этом скорость выравнивания
температуры выше, чем у химического потенциала
[10]. Связано это не только с выравниванием
химического содержания данного элемента в соот-
ветствии со стехиометрическим составом, а и с ус-
тановлением его фиксированных химических свя-
зей с соседствующими элементами или готовыми
для связей с ним соединениями (комплексами). В
современных шлаковых системах такое равновесие
трудно достижимо. Поэтому можно утверждать, что
оценка основности шлакового расплава есть ни что
иное, как определение окислительной способности
этого расплава.
Изложенное выше позволяет предположить, что
понятие основность шлака требуется для прог-
нозирования возможных взаимодействий в тройной
системе газ—шлак—металл, присутствующих практи-
чески во всех пирометаллургических процессах и
происходящих не только в шлаке, но и во всей системе.
Таким образом, именно свойства шлака, а не металла
или газа, являются определяющими для всей системы.
Данное сообщение предваряет последующие
статьи, в которых будет рассмотрено влияние основ-
ности шлаковых расплавов на физико-химические
процессы, происходящие в тройных системах газ—
шлак—металл.
1. Явойский В. И. Теория процессов производства стали. –
М.: Металлургия, 1967. – 518 с.
2. Поляков А. Ю. Теоретические основы рафинирования ста-
леплавильной ванны. – М.: Наука, 1975. – 208 с.
3. Медовар Б. И., Цыкуленко А. К., Шевцов В. Л. Метал-
лургия электрошлакового процесса. – Киев: Наук.
думка, 1986 – 248 с.
4. Корнфельд М. Упругость и прочность жидкостей. – М.; Л.:
Гостехиздат, 1951 – 107 с.
5. Полинг Л. Природа химической связи. – М.; Л.: Госхим-
издат, 1947. – 440 с.
6. Wrampelmeyer J.-C., Dimitrov S., Janke D. Dephosphori-
sation equilibria // Steel Research. – 1990. – № 1. –
Р. 1—7.
7. Жмойдин Г. И., Чаттерджи А. К. Шлаки для рафинирования
металла. Динамика свойств системы CaO-Al2O3-CaF2. –
М.: Металлургия, 1986. – 296 с.
8. Евтюхина И. А., Коршикова Н. Г., Кунин Л. Л. Изме-
рение относительной активности иона кислорода для
оценки кислотно-основных свойств шлаков // Свойства
шлаковых расплавов. – М.: Наука, 1970 – С. 107—120.
9. Лакомский В. В. Об одновременной десульфурации и де-
фосфорации стали добавками Na2CO3 // Пробл. спец.
электрометаллургии. – 1991. – № 3. – С. 23—25.
10. Григорян В. А., Белянчиков Л. Н., Стомахин А. Я.
Теоретические основы электросталеплавильных процес-
сов. – М.: Металлургия, 1986. – 256 с.
Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины
Поступила 22.05.2009
49
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-95986 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0233-7681 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:17:14Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Лакомский, В.В. Григоренко, Г.М. 2016-03-08T17:51:32Z 2016-03-08T17:51:32Z 2009 Подход к оценке основности шлакового расплава в системе газ—шлак—металл / В.В. Лакомский, Г.М. Григоренко // Современная электрометаллургия. — 2009. — № 2 (95). — С. 48-49. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 0233-7681 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/95986 669.15.621:541.121 Рассмотрены различные подходы к оценке основности шлаковых расплавов. Указано, что основность характеризует не столько соотношение концентрации основных и кислотных оксидов в шлаках, сколько окислительный потенциал системы. Different approaches to the evaluation of basicity of slag melts are considered. It is shown that the basicity characterizes not so much the ratio of concentration of basic and acid oxides in slags as the oxidizing potential of system. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Современная электрометаллургия Общие вопросы металлургии Подход к оценке основности шлакового расплава в системе газ—шлак—металл Approach to evaluation of basicity of slag melt in the gas-slag-metal system Article published earlier |
| spellingShingle | Подход к оценке основности шлакового расплава в системе газ—шлак—металл Лакомский, В.В. Григоренко, Г.М. Общие вопросы металлургии |
| title | Подход к оценке основности шлакового расплава в системе газ—шлак—металл |
| title_alt | Approach to evaluation of basicity of slag melt in the gas-slag-metal system |
| title_full | Подход к оценке основности шлакового расплава в системе газ—шлак—металл |
| title_fullStr | Подход к оценке основности шлакового расплава в системе газ—шлак—металл |
| title_full_unstemmed | Подход к оценке основности шлакового расплава в системе газ—шлак—металл |
| title_short | Подход к оценке основности шлакового расплава в системе газ—шлак—металл |
| title_sort | подход к оценке основности шлакового расплава в системе газ—шлак—металл |
| topic | Общие вопросы металлургии |
| topic_facet | Общие вопросы металлургии |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/95986 |
| work_keys_str_mv | AT lakomskiivv podhodkocenkeosnovnostišlakovogorasplavavsistemegazšlakmetall AT grigorenkogm podhodkocenkeosnovnostišlakovogorasplavavsistemegazšlakmetall AT lakomskiivv approachtoevaluationofbasicityofslagmeltinthegasslagmetalsystem AT grigorenkogm approachtoevaluationofbasicityofslagmeltinthegasslagmetalsystem |