Алюминий является очень сильным раскислителем, его применяют при производстве спокойных сталей. Присадки алюминия в металл позволяют полностью успокоить сталь и избежать возникновения пористости слитков и отливок вследствие окисления углерода и выделения пузырьков окиси углерода.
Раскислительная способность алюминия явилась предметом изучения многими исследователями. Они встретились с рядом трудностей, обусловленных главным образом очень малыми равновесными концентрациями алюминия и кислорода, меньшими, чем допускаемые ошибки анализа. Однако тщательно проведенные исследования ряда авторов позволили достаточно надежно определить термодинамические данные реакции раскисления алюминием.
Можно, например, отметить результаты обстоятельного исследования Гоксена и Чипмана. Чистое железо они расплавляли в алундовом тигле из чистой окиси алюминия в индукционной печи при непрерывном пропускании газовой смеси водяного пара и водорода контролируемого состава. Таким образом, указанные авторы применили обычную методику для определения термодинамических данных реакций взаимодействия растворенного в металле раскислителя с водяным паром или, наоборот, продукта раскисления Al2O3 с водородом. Комбинируя полученные данные с данными реакции взаимодействия водорода с растворенным в металле кислородом получили константу равновесия реакции раскисления алюминием:
- Al2O3(тв) = 2[Al] + 3[О],
Исследования показали, что величина произведения /аг/о близка к единице и приближенное значение константы равновесия можно получить, применяя вместо активностей алюминия и кислорода их концентрации. При этом
- lg КAl lg [%Al]2 [%О]3 = -64 000/Т + 20,63.
Это уравнение позволяет рассчитать раскислительную способность алюминия. Например, при 1600° С [%Al]2 [%О]3 = 3,5 Х 10-14. Следовательно, уже при содержании в металле 0,005% Al в равновесии содержится всего 0,0011% О, а при содержании 0,01% Al содержание кислорода понижается до 0,0007%. В этих условиях возможность реакции окисления углерода исключается.
Описанные результаты исследований относятся к случаю образования глинозема. Однако образование Al2O3 в процессе раскисления алюминием происходит лишь при избытке алюминия в зоне протекания реакции. Как показало изучение продуктов раскисления алюминием, при избытке кислорода может происходить образование герцинита (FeO X Al2O3) или расплава FeO + Al2O3 переменного состава.
Образование герцинита может быть описано реакцией:
- FeO-Al2O3(тв) = [Fe] + 4 [О] + 2 [Al],
- lg K = lg [%O]4 [%Al]2 = -71 730/T + 23,25,
Смотрите видео на металлургическую тематику в нашем новом разделе - "ВИДЕО"
