Термодинамическое моделирование процессов взаимодействия кальция, магния, алюминия и бора с кислородом в металлических расплавах

Abstract

Разработана методика расчета диаграмм раскисления и модифицирования стали кальцием, магнием, алюминием и бором. Установлены координаты поверхностей ликвидус оксидных систем B₂O3-Al₂O₃-MgO, B₂O3-Al₂O₃-CaO, B₂O₃-MgO-CaO при 1600 °С. Определены энергетические параметры теории субрегулярных ионных растворов для изученных оксидных систем. Рассчитаны координаты поверхностей растворимости для систем Fe—Mg-Al-B-O, Fe-Ca-Al-B-O, Fe-Mg-Ca-Al-B-O. Изучено влияние общего давления на растворимость магния и кальция в жидком железе. Активности компонентов металлического расплава рассчитаны с применением параметров взаимодействия первого порядка (теория Вагнера). Активности компонентов твердых растворов (оксидов и шпинелей) приравнивали их мольным долям. Показано, что при глубоком рафинировании металла от кислорода лишь незначительная часть бора будет окисляться и эти оксиды войдут в состав оксидных расплавов. Основными неметаллическими оксидными включениями будут магнезиальная шпинель, биалюминат кальция и жидкие оксидные образования. Так называемый свободный бор может быть растворен в жидком металле в количествах, отвечающих равновесию с оксидными фазами. A method for calculation of the diagrams of steel deoxidation and modification by calcium, magnesium, aluminum and boron was developed. The coordinates of the liquidus surfaces of the oxide systems B₂O₃-Al₂O₃-MgO, B₂O₃-Al₂O₃-CaO, B₂O₃-MgO-CaO were found at 1873 K. The energy parameters were determined for the theory of subregular ionic solutions of the studied oxide systems. The coordinates of the solubility surfaces for the systems Fe-Mg-Al-B-O, Fe-Ca-Al-B-O, Fe-Mg-Ca-Al-B-O were calculated. The effect of the total pressure on solubility of magnesium and calcium in liquid iron was studied. The activity of the components of the metallic melt was calculated using the first-order interaction parameters (Wagner's theory). The activities of the components of solid solutions (oxides and spinels) were equated with their molar fractions. It was shown that during extensive refining of metal from the oxygen, only a small fraction of boron oxidizes and these oxides form fraction of the oxide melts. The major non-metallic oxide inclusions were magnesia spinel, calcium bialuminate and liquid oxide formations. The “free” boron was dissolved in liquid metal in amounts which were in equilibrium with oxide phases.