Материал: Теория и расчеты металлургических систем и процессов

1. Ionic Melts Structures. (Ионная структура расплавов). 2. Thermo-dynamics and Phase Diagrams. (Термодинамика и фазовые диаграммы состояния). 3. Experimental Thermodynamics of Slags. (Экс­ периментальная термодинамика шлаков). 4. Slag Capacities. (Емкости шлаков). 5. Physical Properties of Slags. (Физические свойства шлаков). 6. Interfacial Phenomena. (Межфазные явления). 7. Kinetics of Slag/Metal Reactions. (Кинетика реакций металл/шлак). 8. Kinetics of Slag/Gas Reactions. (Кинетика реакций шлак/газ). 9. Mould Flux Properties. (Свойства флюсов в кристаллизаторе). 10. Slags in Ironmaking. (Шлаки в производстве чугуна). 11. Slags in Steel-making. (Шлаки в сталеплавильном производстве). 12. Slags in Ferroalloy Production. (Шлаки в производстве ферросплавов). 13. Slags in Steel Refining. (Шлаки при рафинировании стали). 14. Slags for Stainless Steel and Special Alloy Production. (Шлаки в производстве нержа­ веющей стали и специальных сплавов). 15. Slags in Inclusion Formation. (Шлаки при образовании включений). 16. Slag Foaming. (Вспенивание шлака). 17. Mould-Flux Application. (Использование флюсрв в кристаллизаторе). 18. Refactory Erosions in Smelting. (Раз­ рушение огнеупоров). 19. Slags and Mattes in Copper Smelting. (Шла­ ки и штейны при плавлении). 20. Slags in Production of Ni, Pb etc. (Шлаки в производстве Ni, Pb и др. металлов). 21. Slags in Rare-Metal Production. (Шлаки в производстве редких металлов). 22. Special Processes. (Специальные процессы). 23. Aluminium Production. (Про­ изводство алюминия). 24. Molten Salts for Reactive Metal Production. (Жидкие соли для производства реактивных металлов). 25. Molten Salts - Special Applications Including Chemicals Sensors and Fuel Cells. (Жидкие соли - специальное применение, включая химические датчики и топливные элементы). 26. Soldering Fluxes. (Флюсы для пайки). 27. Fluxes and Slags in W elding Processes. (Флюсы и шлаки в процессах сварки). 28. Properties of Glasses and Applications in The Glass Industry. (Свойства стекол и их использование в стекольной промыш­ ленности). 29. Recycling and Further Utilization of Metallurgical Slags. (Рециркуляция и дальнейшая утилизация металлургических шлаков). 30. Magmas. (Магма). 31. Slag Models and Their Industrial Applications. (Модели шлаков и их использование в производстве).

Оксидные растворы и металлургические шлаки. Модели оксидных растворов, расчеты активности компонентов

Теоретический анализ металлургических процессов, с целью со­ вершенствования существующих и разработки новых технологий, включает термодинамические расчеты взаимодействий в системе «металл-шлак». Составной частью этих расчетов является опреде­ ление активностей компонентов шлака по его составу и температу­ ре.

Молекулярная теория шлака, получившая развитие в 30-е годы в работах Г. Шенка, допускает, что в жидких шлаках существуют молекулы оксидов и более сложные молекулы других химических соединений. «Свободные» оксиды находятся в состоянии подвиж­ ного химического равновесия. Позднее молекулярные представле­ ния пришли в противоречие с результатами физических и физико­ химических исследований оксидных растворов, шлаков и силикат­ ных систем. Получило развитие электрохимическое представление о строении шлаков.

Жидкий шлак - это раствор ионов. Потребовалась простая мо­ дель ионного раствора, активности компонентов которого можно рассчитать по заданному составу без дополнительных эксперимен­ тов. Такой моделью стал совершенный ионный раствор. Сравнивая с ним реальные жидкие шлаки, можно найти причины отклонения от идеальности и построить более сложные модели. Роль совер­ шенного ионного раствора аналогична роли идеального раствора в общей термодинамике.

Ниже изложены ионные модели оксидных растворов, приме­ няемые для расчетов металлургических шлаков. Изучение термо­ динамических ионных моделей позволяет критически подходить к выбору той или иной модели для расчетов активностей компонен­ тов изучаемого шлака, оценивать возможные погрешности расче­ тов, определять и уточнять параметры моделей на основе диаграмм состояния и электрохимических измерений в шлаках. Изучение теории ионного строения шлака и экспериментальные исследова­ ния позволяют разрабатывать новые модели, полнее отражающие природу шлака и Повышающие точность расчетов.

5.1. Модель совершенного ионного раствора (модель М. И. Темкина)

Простейшая модель ионного раствора была предложена М.И. Темкиным и названа им совершенным ионным раствором (СИР). Модель совершенного ионного раствора должна удовлетво­ рять трем условиям:

1.Раствор состоит только из ионов.

2.Ближайшими соседями в растворе, как в кристалле, являются ионы разного знака. Каждый катион всегда окружен анионами, ка­ ждый анион - катионами, поэтому взаимные перестановки катио­ нов и анионов должны быть исключены из рассмотрения, они при­ водят к нереализуемым конфигурациям. Следует считать, что воз­ растание энтропии при смешении расплавленных солей обусловле­ но перестановками катионов и такими же перестановками анионов.

3.Одноименно заряженные частицы полностью равноценны в отношении их взаимодействия с соседями. Из этого условия выте­ кает чисто статистическое, т.е. равномерное, распределение ионов одного знака вблизи ионов другого знака. На места одних катионов становятся энергетически равноценные другие катионы. Аналогич­ но и для анионов, потому энтальпия смешения при образовании совершенного ионного раствора равна нулю. В результате энталь­ пия раствора складывается аддитивно из энтальпий компонентов.

Несмотря на равномерное распределение частиц, которое сближает совершенный ионный раствор с обычным идеальным раствором, по второму условию имеется дополнительный порядок

врасположении ионов, обусловленный их зарядами. Это и есть то новое, что отличает совершенный ионный раствор от совершенно­ го раствора, состоящего из незаряженных частиц. По этой модели раствор состоит из двух совмещенных растворов (раствора катио­ нов и раствора анионов), не отделимых один от другого. Каждый из них подчиняется законам идеальных растворов. Эта физическая особенность ионных растворов учтена через энтропию смешения. Модель совершенного ионного раствора легла в основу большин­ ства моделей ионных растворов: моделей полимерного ионного раствора, модели регулярного ионного раствора.