Механизмы неорганических реакций выплавки чугуна и стали - [9]

__

Рассмотрим образование зародыша без дефектов.

Форма растущего монокристалла (при совершенной кристаллической решетке) определяется из условия равновесия между кристаллом и расплавом [3,с.146]. По Гиббсу свободная энергия этого объема должна быть минимальной.

Уманский приводит рисунок зависимости формы кристалла от скоростей роста граней [3,с.147]:

Для объемно-центрированной решетки и гранецентрированной решетки расстояние между атомными плоскостями уменьшаются вдвое при определенных ориентациях плоскостей.

Уманский отмечает, что [3,с.148] на поверхности растущего кристалла можно представить надстроенный атомный слой, как показано на рисунке:

На надстроенную ступеньку атомы (в позициях 1-7 показаны на рисунке) могут присоединяться или покидать ее в различных местах. На ступеньке появляются изломы (5, 6) и атома 4, присоединенного к ступеньке. Атомы 1-3 являются адсорбированными на поверхность ступеньки. Вакансии обозначены позицией 7. Позиции 1-7 неравноценны энергетически. Выгодное присоединение атомов происходит в позициях, где образуются наиболее сильные связи.

Уманский приводит рисунок присоединения атома к плоскости [3,с.148]:

Ступенька расширяется до края кристалла и переходит в совершенную кристаллическую поверхность. Последующий рост кристалла осуществляется за счет расширения новых ступенек из двухмерных зародышей. Искажение формы монокристалла (приводящая к дендритной кристаллизации) происходит из-за искажения формы растущего кристалла под влиянием примесей, выделяющегося тепла, силы тяжести [3,с.150].

Заключение

1. Впервые обоснован и показан механизм неорганической реакции превращений соединений железа в процессах выплавки чугуна и стали.

2. Рассмотрена проблема выплавки монокристаллического железа, имеющего повышенные физические характеристики по сравнению со сплавами зернистой структуры.

__

Механизм реакции точно обосновывается и устанавливается в настоящее время путем проведения квантово-механического расчета в специальных компьютерных программах, например, в программе, описанной в работах [19], [20], [21].

Результатом должны быть данные по кинетике реакции, которые могут быть учтены при моделировании процесса выплавки чугуна и стали методом конечных элементов в специальных программных пакетах, например, описанном в работе [22].

Литература

1. Паулинг Л. Природа химической связи – М.; Л.: Госхимиздат, 1947. – 440 с.

2. Бете Г., Зоммерфельд А. Электронная теория металлов. – М.: ГРТТЛ, 1398. – 318 с.

3. Уманский Я.С., Скаков Ю.А. Физика металлов. Атомное строение металлов и сплавов. – М.: Атомиздат, 1978. – 352 с.

4. Дей К., Селбин Д. Теоретическая неорганическая химия. Изд. 3-е. – М.: Химия, 1976. – 568 с.

5. Дмитриев А.Н. Основы теории и технологии доменной плавки. – Екатеринбург: УрО РАН, 2005. – 546 с.

6. Кудрин В.А. Металлургия стали. – 2-е изд. – М.: Металлургия, 1989. – 560 с.

7. Сатель Э.А. Справочник машиностроителя. В 6-ти т., Т.6., 3-е изд. / Сатель Э.А. и [др.] – М.: Машгиз, 1964. – 540 с.

8. Уманский Я.С., Скаков Ю.А., Иванов А.Н., Расторгуев Л.М. Кристаллография, рентгенография и электронная микроскопия. – М.: Металлургия, 1982. – 632 с.

9. Гуляев А.П. Металловедение.– 6-е изд. – М.: Металлургия, 1986. – 544 с.

10. Картмелл Э., Фоулс Г.В.А. Валентность и строение молекул. – М.: Химия, 1978— 360 с.

11. Савельев И.В. Курс общей физики. Т.2. Электричество и магнетизм. Волны. Оптика. 2-е изд. – М.: Наука, 1982. – 496 с.

12. Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. – 4-е изд. – М.: Высш. шк., 2001. – 743 с.

13. Реми Г. Курс неорганической химии. Т.2. – М.: Мир, 1966. – 836 с.

14. Коттон Ф., Уилкинсон Дж. Современная неорганическая химия ч.3. М.: Мир, 1969. – 594 с.

15. Тоуб М. Механизмы неорганических реакций. – М.: Мир, 1975. – 267 с

16. Басоло Ф., Пирсон Р. Механизмы неорганических реакций. – М.: Мир, 1971, 591 с.

17. Семенов Н.Н. Цепные реакции. – 2-е изд. – М.: Наука, 1986. – 535 с.

18. Семенов Н.Н. О некоторых проблемах химической кинетики и реакционной способности. 2-е изд. – М.: Изд-во АН СССР, 1958. – 686 с.

19. Романова Т.А., Краснов П.О., Качин С.В., Аврамов П.В. Теория и практика компьютерного моделирования нанообъектов. Красноярск : ИПЦ КГТУ, 2002. – 223 с.

20. Климов В.В., Алейникова Т.П, Козловцев В.А. Основы квантовохимического анализа. – Волгоград: Изд-во ВолгГТУ, 2017. – 32 с.

21. Резников А.А., Шапошник В.А. Математическое моделирование структуры соединений с помощью пакета программ Hyperchem 7.5. – Воронеж: Изд-во ВГУ, 2006. – 44 с.

22. Федорова Н. Н., Вальгер С. А., Данилов М. Н., Захарова Ю. В. Основы работы в ANSYS 17. – М.: ДМК Пресс, 2017. – 210 с.

23. Хоффман Рейнгарт В. Механизмы химических реакций. – М.: Химия, 1979. – 304 с.

24. Уманский Я.С., Сурис Р.А. Электронная структура переходных металлов и химия их сплавов. – М.: Металлургия, 1966. – 230 с.

25. Каменецкая Д.С., Пилецкая И.Б., Ширяев И.М. Железо высокой степени чистоты. – М.: Металлургия, 1978. – 248 с.

26. Демонис И. Во все лопатки / Наука и жизнь. – 2007.– №6.

27. Оспенникова О.Г. Температурный взлет длиной в полвека / Наука и жизнь. – 2012.– №7.