Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
%EC%E5%F2%E0%EB%EB%F3%E3%F0%E8%F7%E5%F1%EA%E8%F...doc
Скачиваний:
35
Добавлен:
06.05.2019
Размер:
1.15 Mб
Скачать

5. Металлургические расплавы

5.1. Общая характеристика

Высокотемпературные металлургические процессы протекают с участием жидких фаз: металлической, оксидной (шлаковой), сульфидной (штейновой), солевой. Взаимодействие между жидкими фазами и с обязательным участием газовой зависит от структуры (строения) и свойств металлургических расплавов.

С учётом природы и строения все жидкости классифицируются следующим образом:

  1. с водородными связями (вода, спирты, органические кислоты);

  2. с молекулярными связями (бензол, парафин);

  3. с ионными связями (оксидные и сульфидные расплавы, водные и прочие растворы солей, щелочей, кислот);

  4. с металлическими связями (взаимодействие катионов со свободными электронами).

Участвующие в металлургических процессах оксидные и сульфидные расплавы являются многокомпонентными жидкостями и имеют сложное строение. В расплавах солей, относящихся к ионным жидкостям, наблюдается сильное межчастичное взаимодействие и высокая концентрация частиц в единице объёма. Промышленные металлические расплавы являются многокомпонентными жидкостями, содержащими металлические и металлоидные составляющие.

При получении металлического расплава заданного состава стремятся уменьшить потери легирующих элементов со шлаком и газовой фазой. Это облегчается при знании закономерностей перераспределения элементов между контактирующими фазами, умении рассчитать термодинамическую активность компонентов в металлургических расплавах.

Для решения подобных задач необходимо знать структуру (строение) расплавов и природу сил, действующих между структурными единицами расплава. Для оценки скорости протекающих в системе процессов необходимо знание ряда физико-химических свойств расплавов.

Под структурой или строением расплава понимают количественное описание взаимного расположения в пространстве составляющих их частиц. Структура расплава взаимосвязана с электронной природой частиц, величиной сил взаимодействия между частицами и с его физико-химическими свойствами, которые часто называют структурно-чувствительными свойствами.

5.2. Металлические расплавы

Чистые жидкие металлы обычно относят к так называемым простым жидкостям, которыми являются сжиженные инертные газы с вандерваальскими силами взаимодействия. В жидких металлах межчастичная связь осуществляется коллективизированными электронами; их наличием объясняется электропроводимость, теплопроводность, а также вязкость и адсорбция наряду с другими свойствами металлов.

При температурах, близких к температуре кристаллизации, строение жидких металлов близко к строению твёрдых кристаллических тел. Это сходство заключается в сопоставимости характера межчастичного взаимодействия и термодинамических свойств. В жидком состоянии атомы (ионы) находятся на близких расстояниях, но не образуют строго периодической регулярной структуры, то есть дальнего порядка, характерного для твёрдых кристаллических тел.

Введение в металл различных примесных элементов (в том числе легирующих) изменяет электронное строение расплавов, при этом в зависимости от природы примеси форма его существования в расплаве отличается от формы существования растворителя.

Так, такие элементы, как марганец, хром, никель, другие металлы, мало отличные от железа по электронному строению, обладают неограниченной растворимостью в жидком железе и высокой – в твёрдом. Они образуют с железом твёрдые растворы замещения, при этом занимают часть узлов в кристаллической решётке.

Такие элементы, как углерод, азот и водород, с железом образуют растворы внедрения, при этом располагаясь в междоузлиях кристаллической решётки железа.

Кремний и фосфор в жидком железе растворяются неограниченно, а в твёрдом – их растворимость ограничена. В расплавах железа они образуют обособленные группировки атомов железа с кремнием и фосфором, с преобладанием ковалентной связи.

Растворённые в жидком железе (либо другом растворителе) примеси изменяют свойства металлических расплавов и влияют на характер протекания сталеплавильных процессов. К таким свойствам следует отнести вязкость, поверхностные свойства, плотность, электропроводность и теплопроводность.