» » Теоретические основания для ведения процесса раскисления
04.02.2017

Под раскислением понимается процесс восстановления окислов, находящихся в расплавленных металлах, путем удаления из них кислорода, главным образом, химическим вытеснением его из окислов другими, более активными веществами.
А.А. Байковым создана исключительно отчетливая теория металлургических процессов, которая приложима к течению реакций обменного разложения; к ним же принадлежат и реакции раскисления, идущие в расплавленных металлах и сплавах.
Течение такого рода реакций и их направление связаны прежде всего с упругостью диссоциации участвующих в них соединений. Если, например, идет реакция восстановления закиси меди, находящейся в расплавленной меди в растворе, цинком:
Теоретические основания для ведения процесса раскисления

то ее направление слева направо зависит как от химической активности участвующих в реакции веществ, т. е. от природы этих веществ, так и от внешних условий, при которых идет реакция, — температуры и давления.
Как закись меди, вступающая в реакцию, так и окись цинка, получающаяся по реакции, также в некоторой степени разлагаются ка свои составляющие, соответственно: медь — кислород и цинк — кислород. В свою очередь кислород молекулярный в некоторой степени диссоциирует на кислород атомный. Упругость разложения закиси меди выше упругости диссоциации окиси цинка.
Минимальные количества кислорода, которые необходимы для существования окиси цинка без разложения, соответствуют упругости диссоциации окиси цинка в определенных условиях. Эти количества в условиях плавки значительно меньше, чем количества кислорода, необходимые для существования закиси меди в тех же условиях. Если рядом находятся закись меди и цинк, то первая вследствие диссоциации создаст значительную концентрацию кислорода вблизи себя. Так как для окиси цинка эта предельная концентрация значительно ниже, то цинк будет соединяться с кислородом, полученным в результате диссоциации закиси меди, до концентрации, соответствующей упругости диссоциации окиси цинка. Как только часть кислорода будет взята для образования окиси цинка, закись меди тотчас же пополнит прежнюю концентрацию кислорода, так как ее упругость разложения больше упругости оставшегося кислорода. Снова концентрация кислорода станет такой, которая соответствует упругости диссоциации закиси меди. Если рядом eщe остался цинк, то он соединится с кислородом, который для него окажется избыточным. Опять закись меди разложится для повышения концентрации кислорода до уровня, соответствующего ее упругости диссоциации, и т. д. Процесс будет идти до тех пор, пока ничтожные количества меди останутся в металле.
Количество закиси меди, остающееся по этой реакции, соответствует ее равновесию с кислородом, который остается свободным при диссоциации окиси цинка. В некотором ограниченном объеме реакции будут идти в зависимости от упругости диссоциации участвующих в них соединений: чем меньше упругость диссоциации образующегося соединения, тем оно устойчивее и тем энергичнее пойдет реакция, обеспечивающая получение соединения с низкой упругостью диссоциации.
В рассмотренном случае реакция легко идет в сторону образования окиси цинка, так как упругость ее диссоциации ниже упругости диссоциации закиси меди.
В прежнее время течение химических реакций определяли химическим сродством, позднее — количеством выделяющейся при реакции теплоты. Причиной течения и направления химических реакций является свойственная веществу химическая активность, которая зависит прежде всего от природы его, иначе говоря, связана с определенным расположением, количеством, амплитудой колебаний и скоростью движения атомов, входящих в них электронов и других частиц, а также от внешних условий. Эти свойства природы вещества вызывают определенную упругость диссоциации в различных условиях и выделение или поглощение теплоты при реакциях, они же именовались прежде как химическое сродство.
Практически легче определять теплоту реакций, поэтому упругость диссоциации получают расчетным путем. Приближенная формула, пригодная для этой цели, дается физической химией в следующем виде:
Теоретические основания для ведения процесса раскисления

где P — упругость диссоциации;
Q — тепловой эффект реакции;
T — абсолютная температура.
Последний член выражения есть константа интегрирования, которая для случая кислородных соединений получается равной 2,8.
По этой формуле можно, зная теплоту реакции при определенной температуре, вычислить упругость диссоциации окисла при различных температурах. Таким образом, может быть построена кривая упругости диссоциации окисла в зависимости от температуры. Для сопоставления возможности течения реакции в том или другом направлении необходимо сравнить упругости диссоциации участвующих в реакции окислов при взятых температуре и давлении.
Применяемые для раскисления металлов вещества могут быть расположены в ряд по степени возрастания их упругости диссоциации или по степени уменьшения теплот образования. Такие химически активные вещества, как магний и алюминий, займут место в начале ряда, а в конце его разместятся сурьма, мышьяк и др.
Для полноты в таблицу помещены не одни только раскислители.
Больше чем закись меди имеют упругость диссоциации окислы серебра и золота, а также сернистый газ и окись углерода.
Чем дальше отстоят окислы по упругости диссоциации или по теплоте образования, тем энергичнее окисел с большей упругостью диссоциации восстанавливается веществом, окисел которого обладает более низкой упругостью диссоциации. Этим обусловливается активность раскислителя.