Установлено, что в тройных жидких сплавах железа (Ие—О) кремний и хром повышают коэффициент массопередачи азота при любом содержании кислорода, что объясняется снижением поверхностной активности кислорода в присутствии элементов-раскислителей.

При объемной доле кислорода в газовой фазе ниже 5 % скорость адсорбции азота с увеличением окислительного потенциала газа постепенно повышается вследствие протекания экзотермической реакции растворения кислорода в жидком железе. При объемной доле кислорода в газовой фазе более 10 % адсорбция азота снижается за счет образования на поверхности металла концентрированного слоя кислорода. Водяной пар в газовой фазе в основном уменьшает скорость адсорбции азота благодаря эндотермической реакции растворения водяного пара в жидком железе.

Углерод и кислород уменьшают скорость растворения азота в жидком железе при температурах 1873.2573 К. Действие кислорода значительно сильнее. Высказывается предположение, что в расплавах железо—углерод в изученных условиях массопереноса процесс растворения азота контролируется диффузией его в пограничном слое металла. В расплавах железо—кислород вследствие адсорбции кислорода на поверхности механизм процесса растворения азота изменяется по мере увеличения массовой доли кислорода — от диффузионного для чистого железа к адсорб-ционно-кинетическому для расплавов с массовой долей кислорода выше 0,06.0,07 % [10].

В.И. Явойский и др. [19] пришли к выводу, что скорость адсорбции азота жидким железом и его сплавами с иоверхностно-инактивными, слабоактивными и поверхностно-активными компонентами описывается уравнением первого порядка относительно концентрации растворенного в металле азота.

Процесс растворения азота в жидких железе и никеле и их расплавах с поверхностно-инактивными компонентами контролируется в большинстве случаев скоростью массопереноса азота в металле. В расплавах железа с поверхностно-активными компонентами при концентрациях, соответствующих их максимальной адсорбции на поверхности, процесс растворения азота контролируется скоростью его перехода через межфазную границу газ—металл.

Б.В. Линчевский [201 считает, что наиболее вероятен диффузионно-адсорбционный механизм, так как любая поверхностная реакция имеет более высокую скорость, чем массоперенос. По его мнению, механизм адсорбции молекулярного азота можно

представить следующим образом. С приближением молекулы азота к металлической поверхности на близкое расстояние, имеющее порядок диаметра молекулы, возникает химическое взаимодействие металла с азотом и происходит разрыв связей в молекуле азота. Скорость реакции на этой ступени определяется уравнением

^^Я^р^-К^),(2.16)

где 5— площадь поверхности; йп/йх — скорость реакции, г/с; 9 — доля поверхности расплава, занятая азотом; К\ — константа скорости прямой реакции; К2 — константа скорости обратной реакции.

Значительное влияние на процессы насыщения и выделения азота из расплавленной стали оказывает окисление углерода. Образование оксида углерода на поверхности металла снижает парциальное давление азота, препятствует контакту его с металлом и уменьшает скорость адсорбции азота. При массовой доле углерода 3,5.4 % снижается поверхностная активность и тормозится поглощение и выделение азота [31]. Если содержание углерода меньше, то адсорбция азота ускоряется. При массовой доле углерода менее 0,15% начинает проявляться влияние кислорода как поверхностно-активного элемента и скорость адсорбции азота вновь снижается.

2.2. Азот при плазменно-дуговой плавке

В условиях плавки металла дугой происходит активирование газа в дуговом разряде, что оказывает большое влияние на кинетику и механизм адсорбции газов металлом из низкотемпературной плазмы. Изучению этих процессов при плазменно-дуговом переплаве посвящено ряд работ [13, 18, 20—26, 32—36]. Взаимодействие расплавленного металла с азотом в условиях существования дугового разряда определяется термодинамическими и кинетическими характеристиками адсорбции газа в зоне горения дуги и параметрами массопереноса в металлической ванне.

В работе |35| показано, что при взаимодействии азота с жидким железом в условиях плазменного нагрева наблюдается два типа стационарных состояний. Первый соответствует квазиравновесию с плазмой, второй — азотному кипению расплава. Ли-