Автоматичне зварювання, 2014, №04



2014 №04 (03)

2014 №04 (05)

---

Журнал «Автоматическая сварка», № 4, 2014, с.33-36

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ РАСПЛАВОВ СИСТЕМЫ CaO–Al₂O₃

И. А. ГОНЧАРОВ¹, В. И. ГАЛИНИЧ¹, Д. Д. МИЩЕНКО¹, В. С. СУДАВЦОВА²

¹ ИЭС им. Е. О. Патона НАНУ. 03680, г. Киев-150, ул. Боженко, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
² ИПМ им. И. Н. Францевича НАНУ. 03680, г. Киев-142, ул. Кржижановского, 3. E-mail: goncharov@paton.kiev.ua
 
Реферат
Проведена экспертная оценка литературных данных и предложена методика расчета термодинамических свойств расплавов системы СаО– Al₂O₃ во всем концентрационном диапазоне. Из координат линии ликвидус диаграммы состояния системы СаО– Al₂O₃, определенных разными авторами, рассчитаны термодинамические активности оксида алюминия при 0,74 < Al₂O₃ x < 1. Используя рассчитанные и экспериментальные данные термодинамической активности Al2O3, интегрированием уравнения Гиббса–Дюгема проведена оценка термодинамических активностей оксида кальция. Установлено, что они проявляют большие отрицательные отклонения от термодинамических свойств идеальных растворов. На основании установленных значений термодинамической активности оксида кальция построена линия ликвидус диаграммы состояния системы СаО– Al₂O₃ со стороны оксида кальция. Полученные значения активности компонентов и температуры ликвидус системы СаО– Al₂O₃ позволяют провести оценку термодинамических свойств соответствующих трех- и четырехкомпонентных систем, прогнозировать процессы взаимодействия в системе «металл–шлак–газ» и создавать новые материалы для сварки и электрошлакового переплава. Библиогр. 28, табл. 2, рис. 4.

Ключевые слова: сварка, электрошлаковый переплав, шлаковые расплавы, термодинамическая активность компонентов, диаграмма состояния
 
Поступила в редакцию 17.01.2014
Опубликовано 26.03.2014
 
1. Прогнозирование термодинамических свойств расплавов системы MgO–Al2O3–SiO2–CaF2 / И. А. Гончаров, В. И. Галинич, Д. Д. Мищенко и др. // Автомат. сварка. – 2011. – № 10. – С. 3–6.
2. 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. – ? К.: Логос, 2005. – 189 с.
3. Shepherd E. S., Rankin G. A., Wright F. E. The binary systems of alumina with silica, lime and magnesia // Am. J. Sci. – 1909. – № 28. – P. 293–333.
4. Nurse R. W., Welch J. H., Majumdar A. J. The CaO–Al2O3 system in a moisture-free atmosphere // Trans. Brit. Ceram. Soc. – 1965. – № 64. – P. 409–418.
5. Nurse R. W., Welch J. H., Majumdar A. J. The 12CaO·7Al2O3 phase in the CaO–Al2O3 system // Ibid. – 1965. – № 64. – P. 323–382.
6. Филоненко Н. Е., Лавров Л. В. Гексаалюминат кальция в системах CaO–Al2O3 // Докл. АН ССР . – 1949. – 66. – С. 673–676.
7. Филоненко Н. Е., Лавров Л. В. Условия равновесия в углу Al2O3 тройной системы CaO–Al2O3–SiO2 // Журн. прикл. хим. – 1950. – 23. – С. 1040–1046.
8. Wisnyi L. G. The high alumina phases in the system lime–alumina: Ph. D. Thesis. Rutgertrs Univ. – New Brunswick, 1955.
9. Roling M., Pham H. T. Phase diagrams of mixtures not reacting with molybdenum // Rev. Houtes Temp. Refract. – 1965. –№ 2. – P. 175–185.
10. King E. G. Heat capacities at low temperatures and entropies at 298,16 K of crystalline calcium and magnesium aluminates of crystalline calcium and magnesium aluminates // J. Phys. Chem. – 1955. – № 59. – P. 218–219.
11. Bonnickson K. R. Hight temperature heat contents of aluminates of calcium and magnesium // Ibid. – 1955. – № 59. – P. 220–221.
12. Gronov E., Schwiette H. E. The specific heats of CaO–Al2O3·3CaO·Al2O3, 2CaO·SiO2, 3CaO·SiO2 and 2CaO·Al2O3·SiO2, from 20 to 1500 C // Z. Anorg. Allg. Chem. – 1933. – № 216. – P. 185–195.
13. Coughlin J. P. Heats of formation of crystalline CaO·Al2O3, 12CaO·7Al2O3 and 3CaO·Al2O3 // J. Chem. Soc. – 1956. – №. 78. – P. 5479–5482.
14. Koehier M. F., Barany R., Kelley K. K. Heats and free energies of formation of calcium, magnesium, sodium and lithium // Rep. of Investigations U.S. Bureau of Mines, № 5711. – New York, 1961. – 90 p.
15. Entalpies of formation of CaAl3O7 and CaAl12O19 (Hibonite) by high temperature, alkali borate solution calorimetry / C. A. Geir, O. J. Kleppa, B. O. Mysen et al. // Geochim et. cosmochim. acta. – 1988. – № 52. – P. 1729–1736.
16. A thermodynamycal study of glasses and сrystals along the joints of silica-calcium aluminate and silica-sodium aluminate / A. Navrotsky, G. Peraudcau, P. McMillan, J.-P. Coutures // Ibid. – 1982. – № 46. – P. 2039–2047.
17. Mass-spectrometric and electrochemical studies of thermodynamic properties of liquid and solid phases in the system CaO–Al2O3 / M. Allibert, C. Chatillon, K. T. Jacob, R. Loutau// J. Amer. Ceram. Soc. – 1981. – 64(5). – P. 307–314. 18. Some aspects of the thermodynamics of melts / Y. Zou, J. Zou, Y. Xu et al. // Acta Metal. Sinica. – 1982. – № 18. – P. 133–140.
19. Cameron J., Gibbens T. B., Taylor J. Calcium sulphide solubilities and lime–alumina–silica system // J. Iron and Steel Inst. – 1966. – № 204. – P. 1223–1228.
20. Sharma R. A., Richardson F. D. Activities in lime–alumina melts // Ibid. – 1961. – № 198. – P. 386–390.
21. Edmunds D. M., Taylor J. Reaction CaO + 3C = CaC2 + CO and activity of lime in CaO–Al2O3–CaF2 system // Ibid. – 1972. – 210. – P. 280–283.
22. Ohtani M., Sanbongi K. Activity of CaO in the slag of CaO–SiO2–Al2O3 system // Sci. Rep. Tohoku Univ.(Set. A). – 1952. – 59, № 4. – P. 139–143.
23. Halstedt B. Assesment of the CaO–Al2O3 // J. Amer. Ceram. Soc. – 1993. – 73, № 1. – P. 15–23.
24. Eriksson G., Pelton A. D. Critical evaluation and optimization of the thermodynamic properties and phase diagrams of the CaO–Al2O3, Al2O3–SiO2, and CaO-Al2O3-SiO2 systems // Metal. Trans. B. – 1993. – 24. – P. 807–816.
25. Mao H., Selleby M., Sundman B. Re-evaluation of the liquid phases in the CaO–Al2O3 and MgO–Al2O3 systems // Computer Coupling Metal. of phase diagrams and thermochemistry. – 2004. – 28. – P. 307–310.
26. Handbook of chemistry and physics / Ed. David R.Lide. – 89th ed. (Internet version 2009). – Boca Ration: CRC Press Taylor and Francis Group, 2009. – 432 p.
27. Физико-химические свойства окислов. Справочник / Под ред. Г. В. Самсонова. – М.: Металлургия, 1978. – 472 с.
28. Рабинович В. А., Хавин З. Я. Краткий химический справочник. – Л.: Химия, 1979. – 382 с.