Steelmaker.ru

В декабре 2009 г. вышла монография Г.Г. Михайлова, Б.И. Леоновича и Ю.С. Кузнецова "Термодинамика металлургических процессов и систем".
В монографии излагается теория термодинамического анализа высокотемпературных фазовых равновесий в многокомпонентных гетерогенных металлургических системах. Предлагаемый последовательный термодинамический анализ позволяет увязать составы жидкого и твердого металла и сопряженных с ними неметаллических конденсированных и газовых фаз. Результаты анализа оформляются в виде особых диаграмм состояния. Основному материалу монографии предпосланы главы, в которых излагаются традиционные для теории металлургических процессов термодинамика газовых смесей, анализ взаимодействия их с углеродом, термодинамика диссоциации карбонатов и оксидов.
Особое внимание уделено технике применения различных теоретических представлений в практическом анализе металлургических систем. Подробно рассмотрены теории идеальных ионных растворов, субрегулярных и квазирегулярных ионных и молекулярных растворов. Изложен метод параметров взаимодействия Вагнера для металлических расплавов с учетом параметров взаимодействия 1-го и 2-го порядков, показаны концентрационные пределы применимости приближений 1-го и 2-го порядка.
Значительное место в монографии уделено анализу процессов взаимодействия между компонентами жидкого металла. Это связано с тем, что, несмотря на стандартизацию условий плавок, на совершенствование технологий производства, рафинирования и легирования сталей, по-прежнему в получении качественного металла и увеличении выхода годного, ключевую позицию занимает проблема оптимизации фазового состава, морфологии и нужного распределения неметаллических включений как в стали, так и в специальных сплавах. Поскольку при массовом производстве невозможно получить
металл без неметаллических включений, в настоящее время, на первое место выдвинулась проблема сознательного управления составом и формой образующихся включений. В научной литературе накоплен огромный экспериментальный материал по параметрам процессов взаимодействия растворенных в жидком железе углерода, кислорода, азота и серы с такими металлическими составляющими сплавов, как марганец, кремний, хром, ванадий, вольфрам, титан, алюминий, кальций, магний, редкоземельные элементы. Однако обычно анализируются взаимодействия двух, трех — примесных элементов в железе и оценивается влияние одного, двух компонентов на растворимость, скажем, кислорода, азота или серы в железе. Производственные данные обычно представлены коэффициентом распределения какого-либо элемента между металлом и шлаком без привязки к их составам.
В монографии на основании современных теорий оксидных и металлических расплавов изложен новый подход к термодинамическому анализу сложной совокупности гетерогенных реакций, протекающих при раскислении и легировании стали. Суть такого анализа состоит в следующем. На основании информации о константах равновесия реакций взаимодействия примесных элементов с растворенным в железе кислородом и о диаграммах состояния оксидных систем рассчитываются координаты поверхности растворимости компонентов (ПРКМ) в жидком металле. Эти координаты зависят от температуры и определяют не только возможные составы получающегося при раскислении металла, но и природу и состав образующихся неметаллических включений. По координатам ПРКМ можно рассчитать рациональный расход легирующих и раскисляющих компонентов, рациональный состав лигатур для раскисления. Кроме того, расчеты ПРКМ позволяют перейти от общего анализа фазовых равновесий в готовом металле к частным процессам, протекающим на определенных стадиях производства металла. В монографии изложены методы термодинамического анализа образования неметаллических фаз в кристаллизующемся металле.
В отечественной литературе практически не рассматриваются возможности полиномиального представления концентрационной зависимости термодинамических свойств расплавов и твердых металлических растворов.
В данной монографии изложена методика представления термодинамических свойств растворов степенными рядами Редлиха— Кистера для важнейших металлургических растворов. Рассмотрена подрешеточная модель Хиллерта жидких фаз, стехиометрических соединений и растворов внедрения и замещения. Использование степенных рядов и подрешеточной модели позволяет, например, при минимальном использовании экспериментальных данных рассчитать диаграммы состояния Fe—Cr, Fe—Ti, описать растворимость углерода, азота и кислорода в железе, определить активности углерода, кислорода и азота в жидком железе и различных модификациях твердого железа и представить их зависимость от состава и температуры. При этом авторы предлагают учитывать сложную температурную зависимость теплоемкости железа с учетом эффекта ферромагнетизма. В заключительных главах монографии подробно рассмотрены политермические диаграммы для условий восстановления оксидов железа в газовых смесях СО—СО² и твердым углеродом.
Изложенные методы анализа гетерогенных металлургических процессов с участием жидкой металлической фазы, кристаллизующейся металлической фазы, а также полиморфных фаз твердого металла практически не освещены в монографической литературе и встречаются только в оригинальных статьях. В монографии приведено много параметров, необходимых для расчетов с использованием описанных феноменологических термодинамических и статистических теорий. Приведено также достаточное количество примеров, иллюстрирующих результаты конкретных расчетов.
Монография может быть полезной для научных и инженерно-технических работников, аспирантов, магистров техники и технологии по направлению «Металлургия».

Книгу пока еще можно приобрести на кафедре физической химии ЮУрГУ (Челябинск).