6.3. Окисление марганца

Марганец растворяется в железе в любых соотношениях и образует с железом раствор, близкий к идеальному.

Окисляется марганец при сравнительно низких температурах с образованием оксидов — МnО₂, Мn₂О₃, Мn₂О₄, МnО.

При высоких температурах устойчивым является только монооксид марганца МnО.

Окисление растворенного в металле марганца может происходить в результате его взаимодействия:

1) с кислородом, растворенным в металле: [Мn] +[О] = (МnО);

2) с кислородом газовой фазы: [Мn] +1/2{O₂}= (МnО);

3) с оксидами железа шлака: [Мn] + (FеО) = (МnО) +[Fе].

Все эти реакции сопровождаются выделением тепла.

6.4. Окисление фосфора

Окисление растворенного в металле фосфора может происходить вследствие его взаимодействия:

1) с кислородом газовой фазы: 4/5[P] + {O₂} = 2/5(P₂O₅);

2) с кислородом, растворенном в металле: 4/5[P] + 2[O] = 2/5(P₂O₅);

3) с кислородом, содержащимся в оксидах железа шлака:

4/5[P] +2(FеО) = 2/5(Р₂O₅) +2[Fе].

Все реакции сопровождаются выделением тепла.

Процессу окисления фосфора способствует повышение окислености шлака, а вот снижение активности оксидов железа в шлаке затрудняет протекание этого процесса.

7. Газы в сталях

В обычных условиях выплавки невозможно получить сталь, не содержащую газы – азот и водород.

Это связано с тем, что

• во-первых, любой материал, применяемый для плавки стали, содержит газы;

• во-вторых, по ходу обычной открытой плавки неизбежен контакт металла с газовой фазой, содержащей азот и водород или водяные пары, и может растворять их.

Растворение азота и водорода в железе подчиняется общей закономерности – закону квадратного корня: равновесное содержание газа в жидкой стали пропорционально корню квадратному из парциального давления его в газовой фазе.

Закон установлен немецким исследователем Сивертсом.

Математически этот закон выражается уравнением

где [Г] – содержание газа (азота или водорода) в железе;

– парциальное давление его в газовой фазе;

– коэффициент пропорциональности (константа растворения), при 1600 ^оС ,.

Таким образом получаем: ;

.

На константу растворения оказывают влияние различные примеси. Эти примеси можно разделить на три группы:

• повышающие (V, Nb, Cr, Ta) ;(РЗМ, Ti, V, Nb, Cr);

• снижающие (С, Si) ;(C, B, Si, Al);

• не изменяющие (Mn, Mo, W, Cu, Ni, Co) ;( Mn, Mo, Cu, Ni, Co);

Важной общей закономерностью поведения газов является следующая: растворимость газов в металле изменяется скачкообразно при переходе из жидкого состояния в твердое и при аллотропических превращениях в твердом состоянии, причем высокотемпературная модификация δ-Fe растворяет меньше газов, чем низкотемпературная γ-Fe.

[H], см³/100г [N], %

400 800 1200 1600 t, ^oC

Зависимость растворимости азота (1) и водорода (2)

от температуры при парциальном давлении 0,1 МПа.

0,003

0,002

0,001

[H],%

500 900 1300 t °С

Растворимость водорода в жидком железе

. [N],%

0,04

0,02

0

600 1000 1400 t °С

Растворимость азота в жидком железе

Растворимость кислорода в железе

45