Ｆｅ－Ｐ系合金熔体作用浓度的计算模型成国光，张鉴（北京科技大学）根据化合物金属熔体的共存 理论、相图．以及有关文献的研究结果，确定了Ｆｅ－Ｐ系合金熔体的结构单元，进而推导了各组 元的作用浓度计算模型．研究结果表明：Ｆｅ、Ｐ作用浓度的理论计算值与其实测的活度值完全一 致，从而证明了该模型的正确性．ＣＡＬＣＵＬＡＴＥＤＭＯＤＥＬＯＦＦＵＮＣＴＩＯＮＡＬＣ ＯＮＣＥＮＴＲＡＴＩＯＮＯＦＦｅ－ＰＭＡＬＴ￥ＣｈｅｎｇＧｕｏｇｕａｎｇ；ＺｈａｎｇＪ ｉａｎ（ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｂｅｉｊｉｎ ｇ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｃｏｅｘｉｓｔｅｎｃｅｔｈｅｏｒｙ，ｐｈａｓ ｅｄｉａｇｒａｍｓｏｆｃｏｍｐｏｕｎｄ－ｍｅｔａｌｍｅｌｔｓａｎｄｌｉｔｅｒａｔｕｒｅ ｓｒｅｖｉｅｗ，ｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｕｎｉｔｓｏｆＦｅ－Ｐｍｅｌｔａｒｅｄｅ ｔｅｒｍｉｎｅｄ，ａｎｄｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｍｏｄｅｌｏｆｆｕｎｃｔｉｏｎｃｏｎ ｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆｅａｃｈｃｏｍｐｏｎｅｎｔｉｓｄｅｒｉｖｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌ ｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｃａｌｃｕｌａｔｅｄｖａｌｕｅｓｏｆｆ ｕｎｃｔｉｏｎａｌｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆＦｅａｎｄＰａｒｅｔｏｔａｌｌｙａｇｒ ｅｅｗｅｌｌｗｉｔｈａｃｔｉｖｉｔｙｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ．一、前言在钢铁冶金过程中脱 磷一直是广大冶金工作者十分关心的课题。因此，对Ｆｅ－Ｐ金属熔体热力学性质的研究有着重要 的意义。尽管许多文献＇＇－＂已报导对Ｆｅ－Ｐ熔体活度方面的研究。并得出了计算铁、磷活度 的一般表达式＂＇；文献［ｓ）报导了＆ｈＵｒｍａｎｎ的研究成果，并得出了生成Ｆｅ。Ｐ、Ｆ ｅ。Ｐ等有关方面的热力学数据。但迄今还未制定出此熔液的作用浓度（活度）
计算模型，从而影 响了理论上研究脱磷的进一步深入。因此，本文的目的就是根据含化合物金属熔体的共存理论＂＇ ，以及相图和前人研究的成果，确定Ｆｅ－Ｐ熔体的结构单元，推导出各组元的作用浓度计算模型 ，为对钢液的脱磷研究奠定基础。Ｍ、Ｆｅ－Ｐ系金属熔体的结构单元和计算模型对Ｆｅ－Ｐ系相 图已经取得一致的观点和认为此合金能形成Ｆ。｛、Ｆｅ。ｎ、Ｆｅｎ三种化合物＇＂＇。通过ｙ 大化合物金属熔体的原子、分子共存理论，结合前人的研究成果。使用不同的方案对比、计算分析 后确认，在高温液态合金中上述化合物均能存在，并得到符合实际的结果。因此，Ｆｅ－Ｐ熔体的 结构单元为Ｆｅ原子、Ｐ原子，以及Ｆｅ。Ｐ、Ｆ。ｅＰ和ＦｅＰ三种化合物。下面推导其计算模 型：令：ｂ＝Ｚｎ。。ａ。Ｚｎ。ｘ＝ｎ，ｙ＝ｕＰＺ＂ｎ甲一Ｉｗ－ｎＦｅＰＦ＝ＦＦ．ＰＮＩ ＝ＮＦ．Ｎ：＝ＮｖＮ３。ＮＦ，Ｎ４＝Ｎ。。Ｎ。＝ＮＦ．Ｐ根据化学平衡：物料平衡：由（５ ）、（６）整理得到：由（４）和（７）得到：一等式（４）、（７）、（８）就是本模型的表达 式。对于上述模型，决定各化合物生成自由能的大小是关键的工作之一。田于在这方面地数据还未 见报导，因此本文根据文献〔５〕中提供的有关热力学参数，反复比较计算，推导出各化合物生成 自由能（Ｊ／ｍｏｌ）的表达式为ｉ。－＇ＡＧ；。。一一１４９３７０十４０．６６ＴＸ凸Ｇ： ，。。玉４４３５０十２３．６８Ｔ（９）凸Ｇ；．。，。一１５００００＋２３．ＯＴ。这样， 根据（９）式求得各化合物的平衡常数，然后对（４）、（７）两式联立求解，就可得到各组元的
作用浓度。如果此模型正确，那么计算的结果应与实测的活度值相符。三、计算结果与分析为了与 实验结果相比较，本文计算了１４７３－１７７３Ｋ区间多个温度的作用浓度变化情况。图１描述 一一ｆｉ７７３Ｋ下各组元的作用浓度变化情况。从计算结果看，ＦｅＰ所占的作用浓度比例较大 。图１１７７３Ｋ下Ｆｅ－Ｐ熔体各组元作用浓度的计算值万谷志郎在大量实验的基础上，得出了 １４７３－１７７３Ｋ下Ｆｅ－１＇熔体中Ｐ和Ｆｅ的活度表达式＂＇在（１０）和（１０＇）两 式中，Ｘ；；为Ｐ的摩尔分数，ｙＰ。ＸＩ。／（互一Ｘ，）。由于上述两式都是在实测结果的基 础上得到的，因此可以作为计算值的衡量标准。根据实验结果，在不同的液态温度下当ｘＰ为０． ３左右时，ａ，达到１，这说明磷在铁液中达到饱和。关于这方面的研究在文献（８〕中已有详细 说明。这主要是ａ。与Ｎ。之间存在一分配关系，用Ｌ。。ａ。／Ｎ，表示。通过计算，Ｌ，比较 守恒，且Ｎ，与ａ，，符合良好。本文进一步求得了从１４７３－１７７３Ｋ各温度下的Ｌ，值， 发现均能守恒，Ｌ。－Ｔ的关系＇如图２所示，其回归式和析出自由能的表达式如下；图２不同温 度下ＬＰ－Ｔ的关系曲线令ＮＰ＇＝Ｌ。·ＮＦ，就得到了饱和相的作用浓度计算值，然后与实测 值进行对比。研究得出：在１４７３－１７７３Ｋ各温度下其符合程度均十分满意（见图３、图４ ）。由图可见，两者之间非常一致，由此说明模型是反映熔体本质的。图３１６２３Ｋ下计算的Ｎ 。．、Ｎ，，ｅ与实测的ａ。、ａＦ。的比较本文研究了Ｆｅ－Ｐ二元系熔体的作用浓度计算模型 ，一、在此基础上可以进一步深入探讨三元或多元熔体的作用浓度模型，为研究图４１７７３Ｋ下 计算的Ｎ。，、Ｎ。。与实测的ａ。、ａｒ。的比较钢铁冶金过程中的脱磷问题打下了坚实的理论 基础。四、结论１．合化合物金属熔体的共存理论对ＦＣ－Ｐ系熔体是适合的。确定了此熔体的结 构单元，推导了各组元的作用浓度模型。２．确定了熔体中生成Ｆｅ。Ｐ、Ｆｅ：Ｐ、ＦｅＰ三种 化合物的标准生成自白能（Ｊ，／ｍｏｌ，１４７３－－１７７３Ｋ）为：３．得出了本熔体中ｌ ｇＬ；－＂ｌ＂的关系式，以及析出自由能ＡＧ。＇－ｒｌ＂的关系式为：参考文献｜｜［１］Ｇ ．Ｕｒｂａｉｎ、Ｍｅｍ．Ｓｃｉ．Ｒｅｎ．Ｍｅｔａｌｌ．，１９５９．５６．５２９［２］Ｍ ．Ｇ．Ｆｒｏｈｂｅｒｇｅｔａｌ，Ａｒｃｈ．Ｅｉｓｅｎｈｕｔｔｅｎｗ．，１９６８，３．９ ．５８７［３］万谷志郎等，铁钢，１９７５；６１．２９３３［４］万谷志郎等，铁钢，１９８ ２，６８（２），２６９－２７６［５］ＥｂｅｒｈａｒｄＳｃｈｕｒｍａｎｎｅｔａｌ，Ａｒｃ ｈ．Ｅｉｓｅｎｈｕｔｔｅｎｗ，１９８１，５２（２），５１－５５［６］张鉴，北京科技大学 学报，１９９０，１２（３），２０１－２１１［７］Ｍａｓｓａｌｓｋｉ，Ｔ．Ｂ．ｅｔａｌ， ＢｉｎａｒｙＡｌｌｏｙＰｈａｓｅＤｉａｇｒａｍｓ．１９８６，１，１０９０［８］成国光等 ，北京科技大学学报，１９９４，Ｎｏ１（１９９４年３月收搞）Fe－P系合金熔体作用浓度的 计算模型@成国光，张鉴$北京科技大学根据化合物金属熔体的共存理论、相图．以及有关文献的 研究结果，确定了Ｆｅ－Ｐ系合金熔体的结构单元，进而推导了各组元的作用浓度计算模型．研究 结果表明：Ｆｅ、Ｐ作用浓度的理论计算值与其实测的活度值完全一致，从而证明了该模型的正确 性．［１］Ｇ．Ｕｒｂａｉｎ、Ｍｅｍ．Ｓｃｉ．Ｒｅｎ．Ｍｅｔａｌｌ．，１９５９．５６．５ ２９［２］Ｍ．Ｇ．Ｆｒｏｈｂｅｒｇｅｔａｌ，Ａｒｃｈ．Ｅｉｓｅｎｈｕｔｔｅｎｗ．，１９ ６８，３．９．５８７［３］万谷志郎等，铁钢，１９７５；６１．２９３３［４］万谷志郎等， 铁钢，１９８２，６８（２），２６９－２７６［５］ＥｂｅｒｈａｒｄＳｃｈｕｒｍａｎｎｅｔ ａｌ，Ａｒｃｈ．Ｅｉｓｅｎｈｕｔｔｅｎｗ，１９８１，５２（２），５１－５５［６］张鉴， 北京科技大学学报，１９９０，１２（３），２０１－２１１［７］Ｍａｓｓａｌｓｋｉ，Ｔ．Ｂ ．ｅｔａｌ，ＢｉｎａｒｙＡｌｌｏｙＰｈａｓｅＤｉａｇｒａｍｓ．１９８６，１，１０９０［ ８］成国光等，北京科技大学学报，１９９４，Ｎｏ１型是反映熔体本质的。图３１６２３Ｋ下计 算的Ｎ。．、Ｎ，，ｅ与实测的ａ。、ａＦ。的比较本文研究了Ｆｅ－Ｐ二元系熔体的作用浓度计 算模型，一、在此基础上可以进一步深入探讨三元或多元熔体的作用浓度模型，为研究图４１７７ ３Ｋ下计算的Ｎ。，、Ｎ。。与实测的ａ。、ａｒ。的比较钢铁冶金过程中的脱磷问题打下了坚实 的理论基础。四、结论１．合化合物金属熔体的共存理论对ＦＣ－Ｐ系熔体是适合的。确定了此熔 体的结构单元，推导了各组元的作用浓度模型。２．确定了熔体中生成Ｆｅ。Ｐ、Ｆｅ：Ｐ、Ｆｅ Ｐ三种化合物的标准生成自白能（Ｊ，／ｍｏｌ，１４７３－－１７７３Ｋ）为：３．得出了本熔 体中ｌｇＬ；－＂ｌ＂的关系式，以及析出自由能ＡＧ。＇－ｒｌ＂的关系式为：参考文献｜｜［ １］Ｇ．Ｕｒｂａｉｎ、Ｍｅｍ．Ｓｃｉ．Ｒｅｎ．Ｍｅｔａｌｌ．，１９５９．５６．５２９［ ２］Ｍ．Ｇ．Ｆｒｏｈｂｅｒｇｅｔａｌ，Ａｒｃｈ．Ｅｉｓｅｎｈｕｔｔｅｎｗ．，１９６８， ３．９．５８７［３］万谷志郎等，铁钢，１９７５；６１．２９３３［４］万谷志郎等，铁钢， １９８２，６８（２），２６９－２７６［５］ＥｂｅｒｈａｒｄＳｃｈｕｒｍａｎｎｅｔａｌ， Ａｒｃｈ．Ｅｉｓｅｎｈｕｔｔｅｎｗ，１９８１，５２（２），５１－５５［６］张鉴，北京科 技大学学报，１９９０，１２（３），２０１－２１１［７］Ｍａｓｓａｌｓｋｉ，Ｔ．Ｂ．ｅｔ ａｌ，ＢｉｎａｒｙＡｌｌｏｙＰｈａｓｅＤｉａｇｒａｍｓ．１９８６，１，１０９０［８］成 国光等，北京科技大学学报，１９９４，Ｎｏ１（１９９４年３月收搞）Fe－P系合金熔体作用 浓度的计算模型@成国光，张鉴$北京科技大学根据化合物金属熔体的共存理论、相图．以及有关 文献的研究结果，确定了Ｆｅ－Ｐ系合金熔体的结构单元，进而推导了各组元的作用浓度计算模型．研究结果表明：Ｆｅ、Ｐ作用浓度的理论计算值与其实测的活度值完全一致，从而证明了该模型的正确性．［１］Ｇ．Ｕｒｂａｉｎ、Ｍｅｍ．Ｓｃｉ．Ｒｅｎ．Ｍｅｔａｌｌ．，１９５９．５６．５２９［２］Ｍ．Ｇ．Ｆｒｏｈｂｅｒｇｅｔａｌ，Ａｒｃｈ．Ｅｉｓｅｎｈｕｔｔｅｎｗ．
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