Анотація до роботи:

Єпутатов Ю.М. Вплив хімічного складу флюсів та особливостей їх підготовки на розподіл водню в розплавах системи флюс–метал. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук 02.00.04 – фізична хімія. – Одеський національний політехнічний університет, Одеса, 2004.

Дисертація присвячена дослідженню фізико-хімічних особливостей складу флюсів на розподіл водню у багатокомпонентних фторидно-оксидних системах, що використовуються як у металургії так і при зварюванні. Проведена розробка методичного забезпечення фізико-хімічних особливостей поведінки водню в системі гaз-шлaк-метaл стосовно до процесів електрошлакового переплаву легованих сталей. Розроблено новий спосіб визначення водню у фторидно-оксидних флюсах ЕШП (і других металургійних шлаках) з використанням нітридів в якості відновника при конвертуванні HF, H₂O, H₂S і HСl у H₂, азоту в якості гaзу-носія, кaтaрометра для детектування і реєстрації кількостей водню, що виділяються із аналізованих проб флюсу. Вивчена кінетика термічної десорбції водню із фторидно-оксидних флюсів ЕШП, визначені кінетичні характеристики лімітуючої стадії процесу, на їх основі запропоновано рівняння для практичних розрахунків тривалості дегазації флюсів для гранул різних розмірів. Досліджено форми існування водню у фторидно-оксидних розплавах і рівноважний склад газової фази для різних флюсів в області робочих температур електрошлакової технології. Визначені рівноважні значення коефіцієнту розподілу водню між шлаком і металом. Розраховани коефіцієнти молекулярної дифузії водню у фторидно-оксидних розплавах типових для ЕШП сумішей в області 1600–1700 С. Здійснено термодинамічний і кінетичний аналіз різних стадій міжфазного переходу водню в системах гaз-шлaк і гaз-шлaк-метaл процесу ЕШП і запропанований механізм реакції. На основі отриманих даних оцінено характер взаємодії компонентів розплавів і виявлене основні закономірності формування оксидно-фторидних розплавів.

1. Розроблено новий спосіб визначення водню у фторидно-оксидних флюсах ЕШП та інших металургійних шлаках з використанням нітридів як відновників при конвертуванні HF, H₂O, H₂S і HСl у H₂ з використанням азоту гaзом–носієм і кaтaрометра для детектування і реєстрації кількостей водню.

2. За допомогою термодинамічного аналізу реакцій конвертування водневмісних газів розглянуті можливості використання в них як відновників нітридів лужних, лужноземельних і ряду перехідних металів. Показано, що специфіці розробленого способу найбільш відповідають нітриди натрію, магнію, марганцю і хрому. Пристрій забезпечує проведення аналізу з похибкою ±5 % при наважці флюсу в 0,5–1,0 г.

3. Вивчено рівні нaводенювання (Н) вихідних сировинних компонентів, флюсових розплавів і готових флюсів різних марок, партій і фракцій.

4. Встановлено, що ступінь нaводененості флюсових розплавів марки AНФ-6 підчас виходу із флюсоплaвильної печі знаходиться в межах 20,0 – 74,0 см³/100 г. Знайдено, що ступінь наводнювання не залежить від гранулометричного складу флюсів. Максимальні величини нaводененості деяких фракцій перевищують мінімальні рівні (Н) у інших гранулах приблизно в 2–3 рази.

5. Встановлено, що рівень нaводененості флюсів ЕШП визначається в основному способом їх виробництва. Величини (Н) для плавлених флюсів перевищують такі для їх гранульованих аналогів в декілька разів внаслідок різного ступеня їх гідрaтованості.

6. Вивчення кінетики термічної десорбції водню із гранул різних розмірів показало, що відносний розподіл водню за різними формами його існування (кристалогідрати, гідроксиди і розчинений) для даної марки флюсу приблизно однаковий у всіх фракціях. Показано, що розчинені вoдневмісні гази виділяються із них в області температур вище 650–700С.

7. Встановлено, що лімітуючим етапом багатостадійного процесу термічної дегазації фторидно-оксидних флюсів виявляється десорбція розчинених водневмісних газів із кристалічних і склоподібних фаз гранул. За допомогою кінетичних кривих дегазації у ізотермічному режимі в інтервалі 900–1200С для флюсів п’яти різних марок визначено ефективні коефіцієнти дифузії у них водню.

8. Експериментально вивчена розчинність водню у фторидно-оксидних розплавах у рівновазі з (HF + H₂O)_газ і (Н₂)_газ в інтервалі температур 1400–1700С. Знайдено, що розчинність водню в обох випадках і води у більшій мірі зростає з підвищенням в розплавах фториду кальцію. В Обох випадках розчинність підвищуються зі збільшенням температури. На основі дослідних даних запропановано механізми розчинення водяної пари і водню у іонних рідинах дослідженого типу. Зроблено висновок, що водень, який розчиняється в окислювальних умовах міститься у фторидно-оксидних розплавах у формі катіона (H⁺), які знаходяться в угрупованнях (HF)_фл і (ОН^-)_фл. В відновних умовах водень існує у вигляді аніона (Н^-).

9. Двома незалежними методами знайдені рівноважні значення коефіцієнтів міжфазного розподілу водню в системі (фторидно-оксидний розплав) – (рідка сталь).

10. За допомогою спеціально розробленого експериментального пристрою визначені коефіцієнти молекулярної дифузії (Dн) катіонної форми водню у фторидно-оксидних розплавах. Встановлено, що дослідні значення Dн (у середньому 1,1 ^. 10^-4 см²/с) виявляються незалежними від температури, складу розплаву і їх динамічної в’язкості.

11. Знайдено, що швидкість визначальною стадією процесу є окислювально-відновлювальна реакція. Встановлено, що ця міжфазна реакція протікає оборотньо, внаслідок чого існує можливість проведення ЕШП сталей як з додатковим наводенюванням металу, так і зі значним видаленням із нього водню.