Способ определения массы твердых оксидов, провзаимодействовавших с расплавом металла

 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к определению химического взаимодействия оксид-металлический расплав. Цель изобретения - повышение точности определения массы оксида. Кинетику химического взаимодействия определяют по изменению активности кислорода. Фиксируют первоначальную активность кислорода в металле при помощи кислородного концентрационного элемента (ККЭ) и ее изменение непрерывно или дискретно по ходу растворения образца. Количество растворенного оксида определяют по формулеΔР=B[A* 0-*A 0+QA 6X R A R][(A 0° -Q/P)-(A 0 -Q/P)]+ξ, где B=[(MA 0+NA X)Q]/100A 0M

A 0,A X, A R- атомные массы кислорода, металла, образующего исследуемый оксид, и раскислителя соответственно: N, M, P, Q - стехиометрические коэффициенты оксида (X N O M) и продукта реакции раскисления (R P O Q)

Q - масса стали

E - показания ККЭ (мВ)

T - температура

K, K R - константа равновесия реакции раскисления

A 0, A 0 - первоначальная и текущая активности кислорода соответственно

ξ - экспериментальный поправочный коэффициент. Данная методика позволяет разрабатывать технологию раскисления стали длп различных агрегатов с учетом влияния огнеупорной футеровки. 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) (11) Р1)5 С 21 С 5/52, 7/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4399112/31-02 (22) 31. 03. 88 (46) 07.08.90. Бюл. и 29 (71) Московский институт стали и сплавов (72) А.Ф.Вишкарев, А.В.Дуб, Ю.И.Небосов, М.P.Ìåíüøèêîâ, Г.Ф.Стасюк и О.Б.Боровский (53) 669.18 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 804697, кл. С 21 G 5/52, 1981.

Лепинских Б.М. Диффузия элементов в жидких металлах группы железа.

M. Наука, 1974. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАССЫ ТВЕРДЫХ ОКСИДОВ, ПРОВЗАИМОДЕЙСТВОВАВШИХ

С РАСПЛАВОМ МЕТАЛЛА (57) Изобретение относится к черной металлургии, в частности к определению химического взаимодействия оксидметаллический расплав. Цель изобретения - повышение точности определения массы оксида. Кинетику химического взаимодействия определяют по измене, нию активности кислорода. Фиксируют

Изобретение относится к металлургии, в частности к определению химического взаимодействия оксид (или смесь оксидов) - металлический расплав, и может быть использовано в лабораторных условиях для изучения кинетики взаимодействия оксидов с элементами, растворенными в жидкой стали или чугуне.

Цель изобретения - повышение точности определения массы оксида.

2 первоначальную активность кислорода в металле при помощи кислородного концентрационного элемента (ККЭ) и ее изменение непрерывно или дискретно по ходу растворения образца. Количество д Р растворенного оксида определяют по формуле Р = В(а

А " / А (() "- (a ) )/ 3+

+ (, где В = ((mA + пА„)(Н/100А ш;

А, А„, А — атомные массы кислорода, о металла, образующего исследуемый оксид, раскислителя соответственно: и, ш, р, q — стехиометрические коэффициенты оксида (x„, О,) и продукта реакции раскисления (R О ); Q - масса стали; Е - показания ККЭ, мВ; Ттемпература, К; К вЂ” константа рав" новесия реакции раскисления; а,, а, " первоначальная и текущая активности кислорода соответственно; Е - экспериментальный поправочный коэффициент.

Данная методика позволяет разрабатывать технологию раскисления стали для различных агрегатов с учетом влияния огнеупорной футеровки.

1 табл.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу определения кинетики взаимодействия оксидов с расплавом стали или чугуна, включающему погружение исследуемого образца из оксида в расплав, выдержки его с последующим определением количества растворенной массы оксида, фиксируют первоначальную активность кислорода в металле при помощи кислородного концентрационного элемента (ККЭ) 1583449 и ее изменение непрерывно или дискретно по ходу растворения образца, а количество растворенного оксида определяют по о м ле

Фру

Ао К ю

4P = В(а - а + ------->-- x о о

РА

Й (1) (2) Ао А

А - атомные массы кислорода, металла, образующего исследуемый оксид, и раскислителя (соответственно;

20 п, и,, р, q - стехиометрические коэффициен1 ты оксида (х О ) и продукта ь m реакции раскисления (R 0„);

0 масса расплава, . Р 25

Е - показание КК3, мВ;

Т - температура, К;

К - константа равновесия реакции

К раскисления; в,, а - первоначальная и текущая ак- щО тивности кислорода соответственно, Принципиальное отличие предлагаемого способа от известного заключаетСя в том, что изучение кинетики взаи- З5

Модействия производится не путем сравНения исходной массы (или размера) образца с массой (или размером) после эксперимента, которые зависят не только от количества растворившегося окси-4О да, но и от количества наморозившегося металла, глубины пропитки оксида металлом, количества выкрасившегося оксида, а по активности кислорода в металле, которая определяется только 45 количеством растворившегося оксида.

Таким образом, производится непосредственное измерение только той части образца, которая провзаимодействовала с расплавом стали или чугуна. А так как датчик окисленности позволяет определить активность кислорода с высокой точностью (< 54), то существенно повышается точность эксперимента. Кроме того, по ходу эксперимента активность можно измерять любое, нужное количество раз или проводить непрерывный замер, что увеличивает надежность результатов. х((а ), - (а ) ) + p (А.+пД) О

:где В = ---------- --"100 Am

1 о ! - экспериментальная константа, определяющая влияние футеровки тигля

15 (3) P(R)+ q (О = (R О ), и оксидом, равновесное значение активности кислорода с которым задается реакцией диссоциации (х„О ) = и х + m (О), (4) одновременно происходят оба эти процесса диссоциации и раскисления, так как активность кислорода, определяемая реакцией (4), больше, чем активность кислорода, определяемая реакцией (3) .

При этом количество раскислитеая в расплаве уменьшается, а содержание кислорода увеличивается. Изменения концентраций элементов в металле описываются системой уравнений:

СкГС.Э= К„; (х ") (О) = К; (5) Сх) = ГХЭ. «дГХЭ; 0) (Я j (R) Q(RJ ° (8)

ГОЗ = ГОЭо + toj„- ГО)д» (9) А хЗ пА х

4 (10) .йИ3 РА g O)„ qA ae t.Rj х1, (ОЭ

- концентрация в металле раскислителя, метапла, образующего оксид, кислород соответственно;

- их начальные концентрации соответственно;

$R),, (х )„f0 ) a(Rj, а О „, 5х 3 4503

- изменение концентраций элементов

В качестве материала тигля используют оксид металла, обладающего большим сродством к кислороду, чем раскислитель, и поэтому влияние тигля незначительно и определяется в холостом эксперименте и дает постоянную поправку.

При соприкосновении расплава с окисленностью, определяемой по реакции раскисления

5 15834 за счет реакций раскисления и диссоциации сооТветственно.

Пример. Изучение кинетики растворения оксидов с металлом, Опыты проводят в печи сопротивления в нейтральной атмосфере при 1600 С.

Состав металла следующий, о: С 0,01;

Si, Mn, Cr отсутствуют, P 0 005; S

0,007; Al 0,06; Fe остальное.

В качестве образца используют цилиндр плавленного кварца (Si0<1 диаметром 15 10-з м, массой 30 10 -з кг.

Выбор образца обусловлен тем, что большинство отечественных огнеупоров, используемых для кладки ковша, имеют высокое содержание кремнезема в своем составе. Масса металла составляет . 20

0,3 кг. Так как количество растворившегося оксида определяется окисленностью металла, задаваемой содержанием алюминия, то максимально возможное количество оксида кРемния, 25 способное раствориться в металле, не может превысить 0,35 10-з кг. Такое количество вещества невозможно правильно определить ни взвешиванием, ни измерением линейных размеров в силу того, что на образец намерзает металл; могут попасть кусочки шлака; может произойти разрушение образца и т.д., т.е. ошибка может значительно превысить измеряемую величину. В то же самое время активность кислорода в стали в процессе эксперимента значительно меняется (от 0,002 до 0,013), что легко определяется датчиком окисленности.

Изменение активности кислорода в процессе эксперимента и количество растворившегося оксида при различных скоростях вращения образца представлено в таблице. 4

В расчетах К = 5,6.10", ш = 2, n=1, р = 2, q 3, А< 28, д.„=

27, А =16, =0.

Из данных таблицы видно, что с увеличением скорости вращения взаимодействие происходит более интенсивно, кроме того, даже при незначительных изменениях количества прореагировавших веществ реакция легко фиксируется.

ИспОльзОВание предлагаемОГО спОсО 55 ба обеспечивает существенное повышение точности эксперимента, возможность определения скорости взаимодействия, даже если массы реагирующих веществ очень малы, с

I формула и зобретения

dP = В (а - а + - ---- К о а Ао 1/р о рд„ л (a,) - (а,) )+(;

m Ao+ пдх

100 mä, ® где Ao A„ и А - атомные массы киса лорода металла, образующего исследуемый оксид, и раскислителя в составе с металла соответственно;

- стехиометрические коэффициенты оксида (х„О,„) и продукта реакции (R>G>); (- масса расплава, г; а, - активность кислорода после расплавления и выдержки расплава соответственно, Ф;

- экспериментальный поправочный коэффициент, определяющий влияние футеровки тигля, определяется на основании холостого эксперимента. и, ш, р и а и

Способ определения массы твердых оксидов, провзаимодействовавших с расплавом металла, включающий приведение исследуемого образца оксида в контакт с жидким металлом, содержащим раскислитель, выдержку и яоследующее определение массы прореагировавшего оксида, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения массы оксида, дополнительно при помощи кислородно-концентрационного элемента измеряют активность кислорода в расплаве металла до взаимодействия его с оксидом, а также ее величину после выдержки образца в жидком металле, при этом количество В Р провзаимодействующего оксида определяют по формуле

1583449 а, 10З, d P + ф {погрешность),г, по способу а, 10.з, Время, мин

Скорость

1 вращения, мин

Ошибка измерения, по способу предлагаемому известному предла- известгаемому ному

10,24

О, 041+0, 0042

0,078+0,00645

0,016+0,003785

0,027+0,04519

23,6

450

2 5

8,27

16,7

0,13110,00868 0,34476+0,0694

0,2037+0,0062 0,351+0,273

6,63

20,7

3,04

77,5

0,398+0,342

2,69

6,68; 0,253+0,0068

85,9

2,94;

3 06

3,73;

3,76

4,96;

0,078+0,00802 0,075+0,0345

10,28

2,5

0,1422 0,0049

0,2037+0,0078

0,1255+0,046

0,255+0,0586

3,45

36,6

3,8

23,0

8,8; 7,4 0,2818+0,0287

9,8; 9,3 o,299+0,0127

10,18

4,25

О, 12710, 09

0,403+0, 1915

47,5

Составитель Е.Архипенкова

Редактор Н.Рогулич Техред Л.Олийнык Корректор Л.Патай

Заказ 2231 Тираж 503 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

1131335, москва, 8-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул.Гагарина, 101 ( (800

2,85;

2,76;

3.07;

3,00;

3,55;

3,51;

4,80;

4,97

6,66;

6,46

3,01;

3,07;

3,65;

3,74;

4,77;

4,97

8,1;

9 ° 1;

2,815;

2,77

2,96;

3,05

2,96;

3,65

4,93;