Influence of Mass Transfer Upon Surface Phenomena in Iron and Steelmaking

ISSN： 0008-4433

Source： Canadian Metallurgical Quarterly, Vol.20, Iss.2, 1981-04, pp. : 199-208

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Abstract

At the contact between liquid metal and liquid slag, interfacial forces seem to disappear when an intense mass transfer occurs through the interface. The experimental evidence has been obtained in the study of reactions between slags of various compositions and iron alloys containing aluminum, silicon, phosphorus, boron or chromium. The phenomenon is observed when the oxygen flux is larger than 10⁻¹ gatom m⁻² s^{;amp;#x2212;1}. The interfacial tension recovers high values as soon as mass transfer slows down.In some instances, spontaneous emulsification by a “diffusion and stranding” mechanism occurs during the reduction of the slag by the metal: oxygen diffusion in the slag towards the interface, leaving behind the slag element that is the easiest to reduce. The latter may then possibly precipitate in the liquid state.These phenomena could be operative in various metallurgical operations involving slags, such as desulfurization, dephosphorization, deoxydation, casting and during electroslag remelting (ESR) and welding processes.RésuméAu contact entre métal et laitier liquides, les forces interfaciales semblent s'annuler lorsque se produit un transfert de matière très intense entre les deux phases. La vérification expérimentale a porté sur des réactions de réduction de divers laitiers par des alliages de fer contenant de l'aluminium, du silicium, du phosphore, du bore ou du chrome. Le phénomène a été observé lorsque le flux d'oxygéne est supérieur à 10⁻¹ atome m−2 s⁻¹. La tension interfaciale reprend des valeurs elevees voisines de celles mesurees dans des conditions d'equilibre, des que le transfert de matiere devient plus lent.Par ailleurs, lors de cette réduction du laitier par le métal, des phénomènes d'émulsification spontanée, par “diffusion et precipitation”, peuvent se produire: la diffusion de l'oxygène du laitier, vers l'interface, laisse en place l'élément le plus réductible du laitier qui peut éventuellement précipiter à l'état liquide.Ces phénomènes pourraient intervenir dans de nombreuses réactions métallurgiques mettant en jeu des laitiers, tels que la désulfuration, la déphosphoration, la désoxydation, et au cours des opérations de coulée, de refusion sous laitier électro-conducteur, et de soudage sous flux.