Реакция взаимодействия растворенного в жидком железе кислорода с кремнием представляет большой практический интерес в связи с тем, что кремний широко используется в виде ферросплавов для раскисления сталей, а также в качестве легирующего элемента при выплавке сплавов с заданными свойствами упругости.

Однако растворимость кислорода в высоко кремнистых сталях и в используемых для выплавки сталей кремнистых ферросплавов, определяющая в значительной степени качество готового металла, изучена еще недостаточно.

Несмотря на значительное число работ, посвященных этой проблеме [1-4 и др.], некоторые вопросы термодинамики растворов кислорода в железо-кремнистых расплавах нуждаются в дополнении.

В литературе практически отсутствуют, за исключением работы [4], термодинамические расчеты растворимости кислорода в Fe-Si расплавах в области высоких (более 12%) концентрации кремния. В связи с этим представлялось актуальным проведение исследований в данном направлении, часть из которых нами опубликована в работах [5, 6].

Основная задача данной работы определялась, во-первых, расширением сортамента используемых в технике сталей и сплавов, в частности прецизионных, во-вторых, отсутствием сведений о растворимости кислорода в ряде легированных сталей и сплавов, которые необходимы для разработки их рационального режима раскисления. В связи с этим данная работа была направлена на: проведение экспериментальных исследований по изучению растворимости кислорода в системе Fe-Si; установление термодинамических условий растворения кислорода в жидких легированных сплавах; разработку термодинамики растворов кислорода в сталях и сплавах с очень высоким содержанием легирующих элементов.

Проведение исследований в указанных направлениях осуществлялось с учетом совершенствования и унификации методов обработки экспериментальных данных и с использованием средств современной вычислительной техники. Все это существенно сократило трудоемкость изучения вопросов термодинамики растворов кислорода и элементов-раскислителей в металлических расплавах на основе железа и позволило автоматизировать процесс обработки экспериментальных данных.

В качестве объекта исследования была выбрана система, которая является одной из основных в современных сплавах, используемых в различных отраслях техники, в том числе и в железнодорожном транспорте.

В ходе исследований были сделаны следующие выводы:

1. Экспериментально при 1600 и 1650°С была изучена растворимость кислорода в системе железо-кремний при концентрации кремния от 0.01 до 87.4%.

2. Установлено, что на кривой растворимости кислорода в рассматриваемой системе имеется один минимум и один максимум. При 1600°С минимум приходится на 3.4% Si, a максимум приблизительно на 75% Si в расплаве.

3. Определены константы равновесия реакций взаимодействия кремния и кислорода в жидком железе и их температурные зависимости

7. Определена точка равновесного сосуществования двух окисных фаз - кремнезема и жидких железистых силикатов.

8. Расчетным путем получены концентрационные зависимости активностей и коэффициентов активностей кремния, железа и кислорода в интервале концентрации кремния практически от 0 до 100%.