Исходные данные. Сталь при 1873 К имеет состав: 0,45 % [Мn]; 0,2 % [Si]; 0,005 % [Аl]; 0,1 % [С].
Теория. Если металлическая и оксидная фазы находятся в равновесии, то для каждого из элементов, входящих в состав этих фаз, может быть записана реакция
. (2.50)
Константа равновесия этой реакции определяется по формуле
. (2.51)
Решение. На основании данных реакций для соответствующих элементов имеем:
; (2.52)
; (2.53)
; (2.54)
. (2.55)
В соответствии с выражениями (2.52) – (2.55) константы равновесия при температуре 1873 К имеют следующие значения: ,
,
,
.
Решая уравнения типа (2.51) относительно мольной доли компонентов оксидной фазы , получаем следующую систему уравнений:
(2.56)
(2.57)
(2.58)
(2.59)
. (2.60)
Входящие в уравнения (2.56) – (2.60) коэффициенты активности могут быть вычислены лишь после того, как будет найден равновесный состав металла и шлака. Поэтому задача решается методом итераций: вначале все коэффициенты активности ориентировочно принимаются равными единице, затем грубо оценивается состав фаз и находятся приближенные значения коэффициентов активности и
, с их помощью уточняется состав и вычисляются коэффициенты активности. Этот цикл повторяется до тех пор, пока состав шлака не перестанет изменяться.
Принимаем в первом приближении все коэффициенты активности равными единице. Тогда подстановка выражений (2.56) – (2.59) в уравнение (2.60) приводит к кубическому уравнению
(2.61)
из которого находим .
Подставляя найденное значение в уравнения (2.56) – (2.59), определяем ориентировочный состав оксидных включений в мольных долях. На основании полученного состава оксидной фазы вычисляем уточненные значения коэффициентов активности компонентов системы, используя методику расчета активностей, изложенную в задачах 23, 24:
(2.62)
По параметрам взаимодействия находим коэффициенты активности примесей в стали (см. задачу 16):
.
Повторив решение системы уравнений (2.56) – (2.60) с учетом вычисленных коэффициентов активностей, получим уточненные содержание кислорода в стали и состав оксидной фазы.
Если результат существенно отличается от предыдущего, расчет повторяют.