금속의 증발은 용융물 위의 증기 기체 상의 총 압력에 따라 완전히 다른 방식으로 발생합니다. 증기-기체 상의 총 압력은 입자의 평균 자유 경로를 결정합니다. 전체 압력이 높으면 자유 경로가 매우 작아 예를 들어 10V5 Pa에서 10V-4cm 이하가 됩니다. 이러한 조건에서 증발된 금속 M의 양은 Dalton의 경험 법칙으로 표현됩니다.

여기서 S는 증발이 일어나는 용융물의 자유 표면의 면적입니다. p°는 주어진 온도에서 금속의 평형 증기압입니다. p"는 용융물 위의 주어진 금속의 실제 증기압입니다. ptot는 용융물 위의 증기-기체 상의 총 압력입니다. t는 시간입니다. k는 비례 계수입니다.
p"의 값은 미리 결정할 수 없으며, 금속이 위치한 용기의 모양, 용융물 위의 가스 이동 속도 및 기타 상황에 따라 다릅니다. 실제로 p"는 경험적으로 결정됩니다. p "≤p °이면 금속이 증발하고 있고 p" ≥ p °이면 반대 현상인 증기 응축이 관찰됩니다.
주어진 Dalton 공식은 증발 과정에 대한 증기-기체 상의 총 압력의 영향을 잘 보여줍니다. 공식에서 알 수 있듯이 클수록 금속의 증발량이 적습니다. 따라서 용융물 위에 금속에 대해 일부 불활성 기체를 도입함으로써 비록 금속 자체의 부분 증기압 값이 이것에서 변하지 않더라도 증발 과정을 상당히 늦출 수 있습니다. 온도에 의해서만 결정되는 것으로 알려져 있습니다. 액체 합금에서 한 성분 X의 증발을 고려하면 Dalton 공식에서 p°x 대신 p°xNx를 대체해야 합니다. 여기서 Nx는 합금에서 이 성분의 원자 분율입니다.
용융물에 대한 총 압력이 감소함에 따라 기상에서 입자의 평균 자유 경로가 그에 따라 증가하고 이 길이가 증발이 발생하는 용기의 치수에 비례하게 되면 공정이 근본적으로 변경됩니다. 용기의 벽이 차가워서 도달한 거의 모든 가스 입자가 벽에 고정되고 기상으로 돌아가지 않으면 증발된 금속의 양을 계산할 수 있습니다. 새로운 증발 패턴으로의 전환은 0.133 Pa 이하의 총 압력, 즉 충분히 깊은 희박화에서 관찰됩니다. 따라서 이 과정을 진공 증발이라고 합니다. 이는 Langmuir 공식으로 설명됩니다.

여기서 M은 용융 온도 T에서 영역 S에서 시간 t 동안 증발된 금속의 질량입니다. R은 기체 상수입니다. p°A는 온도 T에서 금속의 증기압이고, A는 금속의 원자 질량입니다. 대부분의 경우 불활성 가스와 같은 금속 증기는 단원자입니다.
이 금속의 원자 비율이 NA인 액체 합금으로부터 진공에서 금속 A의 증발이 고려되는 경우 Langmuir 공식은 다음과 같은 형식을 취합니다.

이 금속 A의 증발이 용액에서 발생하기 때문에 순수한 금속 P°A의 증기압과 합금 NA의 원자 분율의 곱과 동일한 이 금속의 부분 증기압이 고려됩니다. 활동 계수 γA. 또한 공식에는 더 이상 증발된 금속의 질량만 포함되지 않고 dm/dt로 표시되는 증발 속도가 포함됩니다. 이는 합금 베이스와 해당 금속의 원자량과 증기압이 다르기 때문입니다. 따라서 그들은 다르게 증발합니다. 결과적으로 용융물에서 고려되는 금속의 함량이 즉시 변경되기 시작합니다. 증발 과정의 첫 번째 순간에만 NA 값이 정확히 알려져 있습니다. 이것은 원래 합금의 금속 농도입니다.
증발은 해당 금속이 주어진 온도에서 충분히 높은 증기압을 갖는 경우에만 용융을 위한 실질적인 의미를 갖는다는 점에 유의해야 합니다. 총 압력이 1330 Pa 이상의 다른 가스 환경에서 증발이 발생할 때 금속의 평형 증기압이 100-200 Pa 이상인 경우 이러한 현상을 고려해야 합니다. 0.133 Pa 미만의 잔류 총 압력에서 진공 증발의 경우, 금속 증기의 평형 압력이 13 Pa를 초과하는 경우 이 공정은 합금 제조에 실질적인 의미를 갖습니다. 이것이 아연, 마그네슘, 칼슘, 망간 및 크롬이 휘발성이라고 불리는 이유입니다.
주조소에서 용해하는 동안 순수한 금속이 끓는 일은 드뭅니다. 그러나 이 현상은 휘발성 성분을 포함하는 합금으로 작업할 때 관찰됩니다. 합금의 비등 현상은 그림 1의 다이어그램에 따라 고려될 수 있습니다. 3. 이 그림은 연속적인 고체 및 액체 용액을 형성하는 금속 A와 B의 시스템 B의 상태도를 보여줍니다. 고체, 액체 및 고체-액체 상태의 일반적인 영역 외에도 고온에 있는 기체 상태의 영역도 여기에 표시됩니다. 다이어그램은 10v5 Pa의 압력에서 평형에 해당합니다. 따라서 점 tboilA 및 tboilB는 금속이 기체 상태에 있는 이러한 순수 금속의 일반적인 끓는점입니다. 다이어그램에는 2상 상태 액체-기체 영역이 있습니다. tmA - t2 - tmB 라인은 합금 용융의 종료 온도를 나타냅니다. 선 - t3 -은 합금이 끓기 시작하는 온도를 나타냅니다.

이 라인의 상호 위치는 액체 상태의 합금 존재 영역을 결정합니다. 예를 들어, 합금 1은 t2에서 녹기 시작하고, t3에서 끓기 시작하고, t1 이상에서 완전히 기체 상태가 됩니다. 무화과에. 도 3은 액체 상태의 온도 영역이 다이어그램의 중간 부분에서 가장 좁은 것을 보여준다. 알 수 있는 바와 같이, 합금 1의 초기 끓는점은 t3와 같으며 순수한 성분 A의 녹는점보다 약간 낮습니다. 용융 끝과 끓기 시작의 선 배열은 다음과 같은 사실에 기인합니다. 성분 B는 성분 A보다 훨씬 더 융해성이 있으며, 또한 순수한 성분 B의 끓는점이 순수한 성분 A의 융점보다 낮고 순수한 성분 A의 끓는점이 매우 높다. 이러한 조건에서 다이어그램의 중간 부분에 있는 합금의 초기 끓는점이 녹는점에 매우 근접함을 알 수 있습니다. 따라서 합금 준비 시 일반적인 과열로 인해 용융물이 끓을 수 있습니다. 그림에 따르면. 도 3은 또한 저융점 및 고휘발성 성분이 액체 비휘발성 성분에 도입될 때 용융물이 일시적으로 비등하는 현상을 설명할 수 있다. 예를 들어 순수한 액체 금속 A에 도입하면 단단한 금속 B, 그러면 후자는 녹기 시작할 뿐만 아니라 끓을 수도 있습니다. 왜냐하면 tboilB≤tmA이기 때문입니다. B가 A에 동시에 용해되면 초기 끓는점이 훨씬 높은 합금이 형성되기 때문에 끓는 현상은 수명이 짧습니다.황동(구리-아연 합금)을 녹일 때도 유사한 현상이 실제로 발생합니다.
구리-아연 시스템에서 합금은 다음과 같은 용융 종료 온도(액체 온도)와 끓는점 온도를 갖습니다.

용융 종료 온도와 끓기 시작 온도 사이의 가장 작은 차이는 40-46% Zn을 함유한 합금을 가지고 있습니다. 이 차이는 120°C를 초과하지 않습니다. 결과적으로 120-130 ° C 만 과열되면 10-5 Pa의 압력에서 용융이 수행되면 이러한 합금이 끓기 시작합니다. 액동에 아연을 도입하는 것은 항상 이 금속의 비등을 동반하는데, 이는 Zn = 905℃를 끓이고 녹는 동안 액동은 1150-1200C로 유지되기 때문이다.액동에 마그네슘을 도입할 때도 동일한 현상이 발생하고, 그 합금(tboil = 1100 °C), 카드뮴 = 760 °C), 인(tboil = 280 °C). 용융된 주철에 마그네슘을 도입하면(흑연의 구형을 수정하고 얻을 목적으로) 이 금속의 급속 끓는 과정이 수반됩니다. 용융물의 온도는 1300°C 이상이고 마그네슘은 tboil = 1100 °C, 이 용융물에 거의 녹지 않습니다.

철강 생산의 2단계 - 비등

철강 생산

강철- 탄소를 약 1.5% 함유한 철-탄소 합금으로 그 함량이 증가하면 강철의 취성 및 경도가 크게 증가합니다. 의 주요 소스 자료 철강 생산- 철 스크랩 및 선철.

우선, 철은 철강로에서 산소와 주철의 상호 작용 중에 산화됩니다. 철과 함께 인, 규소, 탄소 및 망간이 산화됩니다. 높은 온도에서 생성되는 산화철 온도 체계, 주철의 산소를 활성 불순물에 제공하면서 산화시킵니다.

철강 생산은 3단계로 진행됩니다.

철강 생산의 첫 번째 단계 - 암석 용해

충전물이 녹고 액체 금속 욕이 가열됩니다. 금속의 온도가 낮고 철이 격렬하게 산화되고 산화철이 형성되고 불순물이 산화됩니다: 망간, 규소 및 인.

이 단계의 가장 중요한 작업 철강 생산인을 제거하는 것입니다. 이를 위해서는 슬래그에 산화칼슘(CaO)이 포함될 주로에서 용융을 수행해야 합니다. 인산 무수물 - P2O5는 산화철과 약한 화합물(FeO) 3 x P2O5를 형성합니다. 산화칼슘 - 산화철보다 강한 염기로서 그리 높지 않은 온도에서는 P2O5를 결합하여 슬래그로 만듭니다.

인을 제거하기 위해서는 그리 높은 온도가 아닌 슬래그와 금속욕, 슬래그 내 충분한 FeO 함량이 필요하다. 슬래그의 FeO 함량을 높이고 불순물의 산화를 촉진하기 위해 용광로에 스케일과 철광석을 첨가하여 철 슬래그를 유도합니다. 점차적으로 인이 금속에서 슬래그로 제거됨에 따라 슬래그의 인 함량이 증가합니다. 따라서 금속 거울에서이 슬래그를 제거한 다음 새로운 산화 칼슘이 첨가 된 새 것으로 교체해야합니다.

철강 생산의 2단계 - 비등

금속 욕조가 끓고 있습니다. 고온으로 예열됨에 따라 점차적으로 시작됩니다. 온도가 증가함에 따라 탄소의 산화 반응이 더 집중적으로 진행되어 열 흡수가 진행됩니다.

탄소를 산화시키기 위해 소량의 스케일, 광석을 금속에 도입하거나 산소를 불어 넣습니다. 탄소가 산화철과 반응하면 액체 금속에서 일산화탄소의 기포가 제거되고 "욕 비등"이 발생합니다. "비등"하는 동안 금속의 탄소 함량은 필요한 양으로 감소하고 온도는 수조의 부피에 걸쳐 동일하게 유지되며 상승하는 CO 기포에 달라붙는 비금속 개재물 및 CO 기포를 관통하는 가스는 약간 감소합니다. 제거됨. 이 모든 것이 금속 품질의 향상으로 이어집니다. 이것은 이 단계가 철강 생산 공정의 주요 단계라는 것을 의미합니다.