митируюшим этапом процесса абсорбции азота является внутренняя массопередача.

Авторы работы [34] показали, что скорость поглощения азота значительно зависит от парциального давления азота и энергетического уровня плазменной струи. Наблюдается стремление концентрации азота в металле к динамическому равновесию с плазмой. При этом существенного различия в максимальной концентрации азота при различных парциальных давлениях не обнаружено. Газ поглощается не всей поверхностью ванны Г, а лишь ее «активной» поверхностью которая соприкасается в основном с наиболее горячей частью плазменного факела. На . остальной поверхности ванны возможна десорбция азота. С увеличением отношения Г/ наблюдается уменьшение концентрации азота в объеме металла. Десорбция азота из ванны существенно возрастает с увеличением поверхности ванны. При плавящемся электроде равновесие плазмы с каплей не достигается, поэтому необходимо учитывать время взаимодействия.

Г.Н. Окороков и др. [18] установили, что значительные скорости потока азота в жидкий металл в условиях плазменно-дугового разряда постоянного тока обусловливаются в основном высоким градиентом концентрации азота в поверхностном слое расплава под дугой, и связывают это влияние с адсорбцией атомарного азота.

Концентрация азота в металле определяется квазиравновесием с неравновесной плазмой пограничного слоя. Все факторы, способствующие повышению эффективного химического потенциала атомарного азота в пограничном слое (увеличение Рц2 замедление процессов рекомбинации и др.), будут увеличивать концентрацию азота в металле. При возрастании давления азота происходит «вскипание» ванны за счет выделения пузырьков азота. В этом случае стационарная концентрации азота в расплаве определяется уже не параметрами пограничного слоя, а условиями выделения азота. В диапазоне повышенных давлений азота факторы, определяющие его концентрацию, будут связаны с условиями роста газовых пузырьков (общее давление над расплавом, глубина ванны, поверхностные свойства расплава, наличие газовых полостей, облегчающих выделение азота).

По мнению Б.В. Линчевского (20], прямолинейный характер связи между содержанием азота и ^РКг должен наблюдаться независимо от того, где протекает диссоциация: или в дуге, или

на поверхности металла. Он обусловлен тем, что в месте измерения давления азот находится в молекулярном состоянии, а в месте изменения концентрации (в металле) — в диссоциированном.

А.Г. Глебов [20| предлагает следующий механизм взаимодействия азота с металлом. В области перехода от катодного пятна к столбу плазмы значения направленности магнитного поля, плотности тока и давления снижаются в осевом направлении. Возникает отрицательный градиент давления от катодного пятна вдоль оси дуги, который обусловливает стационарное течение высокотемпературной плазменной струи с большой скоростью в сторону анода. При 6000 К в катодной струе азот диссоциирован полностью и частично ионизирован. Атомарный азот к поверхности ванны поступает и абсорбция азота металлом может происходить по таким реакциям:

'/21М2 = [N1 + 63,5 кДж/моль (при 2500 К),(2.17)

1/гЩ = (N1 + 50 кДж/моль (N2* возбужденная молекула), (2.18)

N. = [N1 - 239 кДж/моль,(2.19)

1/2 ТЧ; + 1/2Г = [N1- 999 кДж/моль, ' Л' (2.20)

1Ч+ + е~ = [N1 - 1530 кДж/моль.' (2.21)

Площадь поверхности металлической ванны условно делят на две части: 5, — площадь, занимаемая дугой; 52 — остальная площадь поверхности ванны.

Скорость поглощения азота через поверхность 5) имеет вид

П, = ^ = Р,5, К,(2.22) ах

а через поверхность £2'.

П,/ = = М2(С? -С^/К,(2.23)

где р, и рг — коэффициенты массопереноса азота в зоне контракта с плазмой и в остальной части ванны; — равновесная концентрация азота в зоне контакта с плазмой по отношению к Рн в газовой фазе одной из наиболее вероятных приведенных

выше реакций; С" — равновесная концентрация в остальной части ванны; Сы — текущая концентрация азота.