Прогнозирование термодинамических свойств расплавов системы Al₂O₃–SiO₂

Abstract

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.

Aluminium and silicon oxides are included into the composition of fluxes for welding, electroslag remelting and metallurgical slags. Knowledge of thermodynamic properties of aluminium oxide-silicon oxide system mixtures will allow evaluation of the nature of their interaction in the melt that will provide an insight into the metallurgical properties of the respective materials for welding and related technologies developed on their base. Analysis of published data on phase equilibria of constitutional diagrams of aluminium oxide-silicon oxide system and thermodynamic properties of this system was performed. It is established that the constitutional diagram data are correct, and experimental values of activities of these melt components are characterized by large scatter. The coordinates of liquidus line of the constitutional diagram of aluminium oxide-silicon oxide system were used to calculate the thermodynamic activities of aluminium oxide at its concentration in the range of 0.7-1.0. It is established that they start manifesting small negative deviations from ideal solutions in the eutectic melt (0.74). Integration of Gibbs-Dugem equation was performed to assess the activities of silicon oxide. It was determined that they demonstrate slight negative deviations from ideal solutions. It is shown that the influence of aluminium oxide-silicon oxide system melts on the nature of interaction in complex multicomponent solutions can be significant. It is found that addition of thermodynamically stable chemical compounds (for instance, sillimanite) to multicomponent slag melts leads to lowering of their oxidizing ability. Replacement of quartz sand and alumina by disthen-sillimanite concentrate in agglomerated flux charge leads to lowering of thermodynamic activity of oxygen in the slag melt, slows down running of silicon-reduction process and reduces manganese losses in welding.