Automatic Welding, 2015, №01



2015 №01 (03)

2015 №01 (05)

---

Журнал «Автоматическая сварка», № 1, 2015, с. 28-32
 

Прогнозирование термодинамических свойств расплавов системы Al₂O₃–SiO₂

И.А. Гончаров¹, В.И. Галинич¹, Д.Д. Мищенко¹, В.С. Судавцова²

¹ИЭС им. Е.О. Патона НАНУ. 03680, г. Киев, ул. Боженко, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
²ИПМ им. И.Н. Францевича НАНУ. 03680, г. Киев-142, ул. Кржижановского, 3
 
Авторы
Оксиды алюминия и кремния входят в состав флюсов для сварки, электрошлакового переплава и металлургических шлаков. Знание термодинамических свойств смесей системы оксид алюминия–оксид кремния позволит оценить характер их взаимодействия в расплаве, что даст возможность судить о металлургических свойствах соответствующих материалов для сварки и родственных технологий, разработанных на их основе. Проведен анализ литературных данных по фазовым равновесиям диаграмм состояния системы оксид алюминия–оксид кремния и термодинамическим свойствам сплавов этой системы. Установлено, что данные диаграммы состояния корректны, экспериментальные значения активности компонентов этих расплавов характеризуются большим разбросом. Из координат линии ликвидус диаграммы состояния системы оксид алюминия–оксид кремния рассчитаны термодинамические активности оксида алюминия при концентрации его в диапазоне при 0,7...1,0. Установлено, что они начинают проявлять небольшие отрицательные отклонения от идеальных растворов в эвтектическом расплаве (0,74). Интегрированием уравнения Гиббса–Дюгема оценены активности оксида кремния. Установлено, что они проявляют небольшие отрицательные отклонения от идеальных растворов. Показано, что влияние расплавов системы оксид алюминия–оксид кремния на характер взаимодействия в сложных многокомпонентных растворах может быть значительным.Установлено, что введение в многокомпонентные шлаковые расплавы термодинамически стабильных химических соединений (например, силлиманита) приводит к снижению их окислительной способности. Замена кварцевого песка и глинозема дистенсиллиманитовым концентратом в шихте агломерированных флюсов приводит к снижению термодинамической активности кислорода в шлаковом расплаве, тормозит протекание кремнийвосстановительного процесса и снижает потери марганца при сварке. Библиогр. 25, рис. 6.
 
Ключевые слова: оксиды алюминия и кремния, диаграммы состояния, термодинамическая активность компонентов, шлаковые расплавы, флюсы для сварки и электрошлакового переплава
 
Поступила в редакцию 30.10.2014
Подписано в печать 24.12.2014
 
1. Зайцев А.И., Могутнов Б.М., Шахпазов Е.Х. Физическая химия металлургических шлаков. – М.: Интерконтакт Наука, 2008. – 344 с.
2. Shepherd E.S., Rankin G. A., Wright F. E., The binary systems of alumina with silica, lime and magnesia // Am. J. Sci. – 1909. – Vol. 28. – P. 293–298.
3. Bowen N.L., Greig J.W. The system alumina-silica // J. Am. Ceram. Soc. – 1924. – № 7. – P. 238–254.
4. Bowen N.L., Greig J.W., Zies E.G. Mullite, a silicate of alumina // J. of the Washington Academy of Sciences. – 1924.
– Vol. 14. – P. 183–191.
5. Chaudhuri S.P. Melting/decomposition of mullite: incongruent or congruent? I. Phase equilibria of the system aluminasilica // Ceram. Int.. – 1987. – 13, № 3. – Р. 167–175.
6. Chaudhuri S.P. Melting/decomposition of mullite: incongruent or congruent? II. Responsible factors for dual nature of mullite // Ibid. – 1987. – 13, № 3. – P. 177–181.
7. Gao Z. Review of studies and controversy on the phase diagram of the alumina-silica system // Ibid. – 1981. – 9, № 2. – P. 197–217.
8. Mueller-Hesse H. The development of investigations and present-day knowledge of the system Al2O3–SiO2 // Ber. Deut. Keram. Ges. – 1963. – 40, № 5. – P. 281–285.
9. Pask J.A. Critical review of phase equilibria in the aluminasilica system, Ceram. Trans., [Mullite Mullite Matrix Compos.]. – 1990. – № 6. – P. 1–13.
10. Roy R. The alumina-silica phase diagram: metastability and order-disorder // Ibid. – 1990. – № 45-50. – 132 p.
11. The silica alumina system. Part 1. Later stage spinodal decomposition and metastable immiscibility / C.M.Jantzen, D.Schwahn, J.Schelten, H.Herman // Phys. Chem. Glasses. – 1981. – 22. – № 5. – P. 122–137.
12. Шорников С.И., Арчаков И.Ю. Масс-спектрометрическое исследование процессов испарения и фазовых равновесий в системе Al2O3–SiO2 // Журн. физ. химии. – 2000. – 74, № 5. – С. 775–782.
13. Aksay I. A., Pask J. A. Stable and metastable equilibriums in the system silica-alumina // J. Am. Ceram. Soc. – 1975. – 58, № 11-12. – P. 507–512.
14. Staronka A., Pham H., Rolin M. Cooling curve study on the silica-alumina system // Revue Internationale des Hautes Temperatures et des Refractaires. – 1968. – 5, № 2. – P. 111–115.
15. Aramaki S., Roy R. Revised phase diagram for the system Al2O3–SiO2// Ibid. – 1962. – 45. – P. 229–242.
16. Зайцев А.И., Литвина А.Д., Могутнов Б.М. Термодинамические свойства муллита 3Al2O3?2SiO2 // Неорган. материалы. – 1995. – 31, № 6. – С. 768–772.
17. Shornikov S.I., Stolyarova V.L., Shultz M.M. High temperature mass spectrometric study of 3Al2O3–2SiO2 // Rapid Commun. Mass Spectrom. – 1994. – 8, № 6. – P. 478–480.
18. Dhima A., Stafa B., Allibert M. Activity measurements in steelmaking-related oxide melts by differential mass spectrometry // High Temperature Sci. – 1986. – 21, № 3. – P. 143–159.
19. Шорников С.И., Арчаков И.Ю., Чемекова Т.Ю. Массспектрометрическое исследование термодинамические свойств расплавов Al2O3–SiO2 // Журн. физ. химии. – 2000. – 74, № 5. – С. 783–788.
20. Bjorkvall J., Stolyarova V.L. A mass spectrometric study of Al2O3–SiO2 melts using a Knudsen cell // Rapid Commun. Mass Spectrom. – 2001. – 15, № 10. – P. 836–842.
21. Бондарь В.В., Лопатин С.И., Столярова В.Л. Термодинамические свойства систем Al2O3–SiO2 при высоких температурах // Неорганические материалы. – 2005. – 41, № 4. – С. 362–369.
22. Mao H., Seleby M., Sundman Bo. Phase equilibria and thermodynamics in the Al2O3–SiO2 system-modeling of mullite and liquid // J. Am. Ceram. Soc. – 2005. – 88, № 9. – P. 2544–2551.
23. Thermodynamic modeling of the Al2O3–CaO–FeO–Fe2O3–PbO–SiO2–ZnO system with addition of K and Na with metallurgical applications / E.Jak, P.C.Hayes, A.D.Pelton, S.A.Decterov // VIII Intern. conf. on Molten Slags, Fluxes and Salts – MOLTEN 2009 / Eds M. Sanchez, R. Parra, G. Riveros, C. Diaz. Gecamin Ltd., Santiago, Chile. – 2009. – P. 473–490.
24. Судавцова В.С., Макара В.А., Кудін В.Г. Термодинаміка металургійних і зварювальних розплавів. Ч.3 // Сплави на основі нікелю та олова, методи моделювання та прогнозування термодинамічних властивостей. – Киев: Логос, 2005. –216 с.
25. Прогнозирование термодинамических свойств расплавов системы CaO–Al2O3 / И.А.Гончаров, В.И.Галинич, Д.Д.Мищенко, В.С.Судавцова // Автомат. сварка. – 2014. – № 4. – С. 33–36.