ДОСЛІДЖЕННЯ АКТИВНОСТЕЙ ТА ВІЛЬНОЇ ЕНЕРГІЇ КОМПОНЕНТІВ ПРИ УТВОРЕННІ ТВЕРДОГО РОЗЧИНУ MGO · AL2O3

Анотація

У роботі показано, що шпінель (MgO ⋅ Al2O3), яка утворюється в процесі виробництва сталей, має високу температуру плавлення та утворює недеформовані неметалеві включення C-типу. Доведено, що уникнення утворення шпінелі в процесі розкислення високоякісних сталей є актуальним завданням. Висвітлено, що механізм утворення шпінелі в рідкій сталі недостатньо досліджено через відсутність достовірної термодинамічної інформації про утворення шпінелі. Показано, що в попередніх дослідженнях було проведено розрахунки термодинамічної рівноваги в процесі розкислення деяких металів у рідкому залізі, де утворення включень шпінелі в рідкій сталі було функцію вмісту кисню, алюмінію та магнію. При цьому не було враховано температуру сталеплавильного виробництва та відсутність даних про активність компонентів у твердому розчині шпінелі. Метою роботи було проведення експериментальних досліджень з метою визначення вільної енергії утворення оксиду магнію твердого, а також вільної енергії утворення шпінелі.Наведено методику проведення експерименту, де вільна енергія системи визначалася шляхом врівноваження рідкої міді, що містить графіт, у тиглі MgO з атмосферою CO–Ar. Встановлено рівноважну реакцію утворення оксиду магнію у розплаві міді, що дозволило встановити рівняння для розрахунку константи рівноваги гетерогенного процесу. Показано, що під час вимірювання активності складових фаз шпінелі, твердий розчин шпінелі, який має нестехіометричний склад, перебував у рівновазі з рідкою міддю у графітовому тиглі за сталого співвідношення газів CO : Ar. Визначено рівняння, що дозволили розрахувати активність MgO та Al2O3 у твердому розчині шпінелі та активність стехіометричної шпінелі у твердому розчині. Показано, що для проведення експерименту в роботі було використано вертикальну електрична піч із нагрівальними елементами LaCrO4. Детально описано методику проведення експерименту. Показано, що для вимірювання вільної енергії утворення шпінелі та активності складових частин твердого розчину шпінелі 5 г лігатури Cu–(0,005–0,03 мас. %)Mg–(0,1–1,1 мас. %)Al було завантажено в графітовий тигель зі стехіометричним співвідношенням шпінелі у формі таблетки. Утворення шпінелі було підтверджено методом рентгенівської дифракції, електронно-зондового мікроаналізатора та мокрим хімічним аналізом. Проведено додаткові експерименти для точного визначення фазових меж фази шпінелі. Для цієї мети було використано метод дифузійної пари. Доведено, що товщина шару шпінелі, що утворився між MgO та Al2O3, становила від 300 до 500 мкм залежно від температури. Для розрахунків вільної енергії реакції утворення твердого оксиду марганцю та шпінелі було виведено рівняння залежності зміни енергії Гіббса з температурою, а також визначено коефіцієнти активності.