0,5

Рис. /.//. Зависимости степени диссоциации частиц НР (/) и ОН (2) от радиуса столба (г) пр:: повышенной (а) и более низкой (б) температуре на оси столба

понент. Соотношение их концентраций определяется законом действующих масс. Константы равновесия вычисляются по формуле Саха. Эти равенства образуют замкнутую систему, которую можно решить итерационным методом. Необходимый для расчетов статистический вес атомов, молекул и ионов подсчитывали по взятым из справочных таблиц значениям энергии и состоянию электронов в атомах. Значения энергий диссоциации и ионизации также являются справочными данными.

Результаты расчетов. Поведение частиц НР и ОН в столбе дуги с высоким и низким значением 7*0 (температурой на оси) иллюстрируют кривые на рис. 1.11. Парциальное давление для каждого вида частиц задавалось равным 1000 Па. Соответствующими кривыми показана доля распавшихся молекул НР и ОН. Как видно из рис. 1.П, о, в большей части сечения столба дуги НР и ОН полностью диссоциированы, причем НР распадается немного позже, чем ОН.

Температуру дуги можно существенно понизить путем введения элементов с малым потенциалом ионизации. Так, дуга, горящая в атмосфере с объемной долей, %: Са 5, Т1 20 и Аг 75 и эффективным потенциалом ионизации 6,15 эВ, имеет температуру на оси 6200 К [54]. Изменение температуры дуги пред-сталено на рис. 1.11, б. В дугу дополнительно введено по 1 % объемной доли НР и ОН (РНР = /он = Ю00 Па). Из сравнения распределения частиц НР и ОН видно, что при снижении температуры дуги эффективность связывания водорода фтором или кислородом возрастает. Ширина зоны, где происходит диссоциация, для НР в 1,5 раза больше, чем для ОН. Из

6в

Рис. 1.12. Зависимость массовой доли водорода в жидком металле от массовой доли СаГг в различных шлаковых системах; а — ТЮ:-СаО-СаР;; б ~ А!¡0,-СаО-Сар.; в — 5102-СаО-СаР:- Массовая доля СаО: /—0; 2— 10; 3 - 20; 4 - 30; 5 - 40 %

сравнения кривых, приведенных на рис. 1.11, а и б, видно, что при равных давлениях НР и ОН имеют одинаковую степень диссоциации при температурах, различающихся примерно на 1000 К.

Термодинамическая оценка взаимодействия металла со шлаком и газом. Термодинамические подходы использованы для анализа процесса связывания водорода, находящегося в газовой фазе в виде паров воды, в нерастворимый в жидком железе фтористый водород при температуре 2000.2500 К и давлении Ы05 Па [55]. Начальные условия характеризовались образованием фаз следующих составов: газовая — монооксид углерода с небольшим количеством паров воды; металлическая — железо; шлаковая — СаР2 и 5Ю2, А120_, ТЮ2 и СаО в различных пропорциях. Для создания окислительной среды в расчетный состав шлакового расплава вводили некоторое количество РеО.

Были проанализированы разные шлаковые системы: 5Ю2— СаО—СаР2; ТЮ2—СаО—СаР2, А1203—СаО—СаР2. Кроме того, исследовали процесс связывания водорода при различных температурах и разных массовых долях паров воды в газовой (разе, а также при дополнительном введении в эту фазу 51Р4 и кислорода.

На рис. 1.12, а приведена зависимость массовой доли водорода » жидком металле от начального содержания СаР2 в шлаковой системе ТЮ2—СаО—СаР2 полученная расчетным методом. При отсутствии СаО оптимальной является область, где массовая доля СаР2 составляет 60.75 %. С увеличением массовой до-