ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ХРОМА С КИСЛОРОДОМ В ЖИДКОМ ЖЕЛЕЗЕ
Аннотация
Изучение возможности взаимодействия хрома с кислородом при производстве хромсо-
держащих сталей является одной из практически значимых задач для сталеплавильного про-
изводства. В настоящей работе проведено термодинамическое моделирование фазовых рав-
новесий в системе Fe–Cr–O в условиях существования расплава на основе железа (в интерва-
ле температур 1600–1800 °С). Термодинамический анализ был выполнен с использованием
методики построения поверхности растворимости компонентов в металле, которая представ-
ляет собой диаграмму, связывающую изменения в составах жидкого металла с изменениями в
составах образующихся продуктов взаимодействия. Для моделирования использовались дан-
ные по константам равновесия протекающих в расплаве реакций, а также значения парамет-
ров взаимодействия первого порядка (по Вагнеру) компонентов в жидком железе. В ходе ра-
боты было установлено, что в интервале температур 1600–1800 °С в качестве продуктов
взаимодействия могут образоваться: жидкие оксидные неметаллические включения перемен-
ного состава (FeO, CrO, Cr2O3); твердые частицы феррохромита FeCr2O4; чистый твердый ок-
сид хрома Cr2O3; твердые частицы соединения Cr3O4. Также были определены границы тер-
модинамической стабильности данных оксидных фаз, образующихся в расплаве системы
Fe–Cr–O. По результатам расчета проведена оценка раскислительной способности хрома в
кислородсодержащем расплаве на основе железа. Определено, что максимум раскислитель-
ной способности хрома при 1600 °С приходится на область равновесия жидкого металла с
твердым оксидом хрома Cr2O3, при этом минимальная концентрация кислорода составляет
0,0204 мас. % для 5,31 мас. % хрома. Полученные в ходе настоящего расчета результаты со-
поставлены с имеющимися литературными данными.
Ключевые слова
Полный текст:
PDFЛитература
Mikhailov G.G., Leonovich B.I., Kuznetsov Yu.S. Termodinamika metallurgicheskikh protsessov i sistem [Thermodynamics of Metallurgical Processes and Systems]. Moscow, MISIS Publ., 2009. 520 p.
Samoilova O.V., Makrovets L.A., Mikhailov G.G. Phase Equilibria in Liquid Metal of the Cu–Al–Cr–O System. Russian Journal of Non-Ferrous Metals, 2017, vol. 58, no. 6, pp. 579–585. DOI: 10.3103/S1067821217060116
Hidayat T., Shishin D., Jak E., Decterov S.A. Thermodynamic Reevaluation of the Fe–O System. Calphad, 2015, vol. 48, pp. 131–144. DOI: 10.1016/j.calphad.2014.12.005
Kubaschewski O., Alcock C.B. Metallurgical Thermochemistry. Oxford, Pergamon Press Ltd Publ., 1979. 392 p.
Degterov S., Pelton A.D. Critical Evaluation and Optimization of the Thermodynamic Properties and Phase Diagrams of the CrO–Cr2O3, CrO–Cr2O3–A12O3, and CrO–Cr2O3–CaO Systems. Journal of Phase Equilibria, 1996, vol. 17, no. 6, pp. 476–487. DOI: 10.1007/BF02665994
Samsonov G.V. Fiziko-khimicheskie svoistva okislov [Physico-Chemical Properties of Oxides]. Moscow, Metallurgiya Publ, 1969. 456 p.
Berezhnoy A.S. Mnogokomponentnye sistemy okislov [Multicomponent Oxide Systems]. Kiev, Naukova dumka, 1970. 544 p.
De Villiers J.P.R., Muan A. Liquidus–Solidus Phase Relations in the System CaO–CrO–Cr2O3–SiO2. Journal of the American Ceramic Society, 1992, vol. 75, no. 6, pp. 1333–1341. DOI: 10.1111/j.1151-2916.1992.tb04191.x
Arnout S., Guo M., Jung I.-H., Blanpain B., Wollants P. Experimental Determination of CaO–CrO–Cr2O3–MgO–SiO2 and Thermodynamic Modeling of the CrO–Cr2O3–MgO–SiO2 System. Journal of the American Ceramic Society, 2009, vol. 92, no. 8, pp. 1831–1839. DOI: 10.1111/j.1551-2916.2009.03115.x
Mikhailov G.G. Termodinamicheskie printsipy optimizatsii protsessov raskisleniya stali i modifitsirovaniya nemetallicheskikh vklyucheniy. Diss. dokt. tekhn. nauk [Thermodynamic Principles of Optimization of the Process of Deoxidizing Steel and Modifying Non-Metallic Inclusions. Dr. sci. diss.]: Vol. 2. Chelyabinsk, 1985. 765 p.
Belov B.F., Novohatskiy I.A., Rusakov L.N., Goroh A.V., Savinskaya A.A. Phase Equilibrium Diagram of the FeO–Cr2O3 System. Journal of Physical Chemistry, 1968, vol. XLII, no. 7, pp. 1635–1637. (in Russ.)
Mikhailov G.G., Chernova L.A. [Phase Equilibria Diagrams in the Metal Melts of the Fe–Si–Cr–Mn–O–C System]. Bulletin of the Pryazovskyi State Technical University, 1999, no. 7, pp. 94–105. (in Russ.)
Belov B.F., Novohatskiy I.A. The Interaction of Liquid Iron with Oxide Melts of Variable Composition (nFeO + mCr2O3) (L). Journal of Physical Chemistry, 1974, vol. XLVIII, no. 11, pp. 2860–2864. (in Russ.)
Kulikov I.S. Raskislenie metallov [Deoxidation of Metals]. Moscow, Metallurgiya Publ., 1975. 504 p.
Steelmaking Data Sourcebook, Japan Society for the Promotion of Science, The 19th Committee on Steelmaking. New York, Gordon and Breach Science Publishers, 1988. 325 p.
Ghosh A., Murthy G.V.R. An Assessment of Thermodynamic Parameters for Deoxidation of Molten Iron by Cr, V, Al, Zr and Ti. Transactions ISIJ, 1986, vol. 26, no. 7, pp. 629–637. DOI: 10.2355/isijinternational1966.26.629
Chipman J. Atomic Interaction in Molten Alloy Steels. Journal of the Iron and Steel Institute, 1955, vol. 180, pp. 97–106.
Itoh T., Nagasaka T., Hino M. Equilibrium between Dissolved Chromium and Oxygen in Liquid High Chromium Alloyed Steel Saturated with Pure Cr2O3. ISIJ International, 2000, vol. 40, no. 11, pp. 1051–1058. DOI: 10.2355/isijinternational.40.1051
Arh B., Tehovnik F. The Oxidation and Reduction of Chromium during the Elaboration of Stainless Steels in an Electric Arc Furnace. Materials and Technology, 2007, vol. 41, no. 5, pp. 203–211.
Samoylova O.V., Makrovets L.A. Thermodynamic Modeling of the Phase Diagrams of Oxide Systems FeO–MgO, FeO–Cr2O3, MgO–Cr2O3 and FeO–MgO–Cr2O3. Bulletin of the South Ural State University. Ser. Metallurgy, 2019, vol. 19, no. 1, pp. 18–25. (in Russ.) DOI: 10.14529/met190102
Wang L.J., Liu Y.Q., Wang Q., Chou K.C. Evolution Mechanisms of MgO·Al2O3 Inclusions by Cerium in Spring Steel Used in Fasteners of High-Speed Railway. ISIJ International, 2015, vol. 55, no. 5, pp. 970–975. DOI: 10.2355/isijinternational.55.970
Sigworth G.K., Elliott J.F. The Thermodynamics of Liquid Dilute Iron Alloys. Metal Science, 1974, vol. 8, pp. 298–310.
Hilty D.C., Forgeng W.D., Folkman R.L. Oxygen Solubility and Oxide Phases in the Fe–Cr–O System. Transactions AIME. Journal of Metals, 1955, vol. 203, pp. 253–268.
Fruehan R.J. Activities in the Liquid Fe–Cr–O System. Transactions of the Metallurgical Society of AIME, 1969, vol. 245, pp. 1215–1218.
Janke D., Fischer W.A. Gleichgewichte von Chrom und Mangan mit Sauerstoff in Eisenschmelzen bei 1600 °C. Archiv für das Eisenhüttenwesen, 1976, vol. 47, no. 3, pp. 147–151.
Jung I.-H., Decterov S.A., Pelton A.D. A Thermodynamic Model for Deoxidation Equilibria in Steel. Metallurgical and Materials Transactions B, 2004, vol. 35B, no. 3, pp. 493–507. DOI: 10.1007/s11663-004-0050-4.
DOI: http://dx.doi.org/10.14529/met190301
Ссылки
- На текущий момент ссылки отсутствуют.
