Model calculations of interfacial tension for liquid Fe-C/SiO2-Al2O3-CaO system

The study was aimed at the estimation of interfacial tension for Fe-C (liquid metal)/SiO2-Al2O3-CaO (liquid slag) by using of Girifalco-Good model and other models. The system is one of the better investigated and documented in the literaturę. First, the model parameter (Φ) was found by a fitting method from the experimental data on surface tensions of the metal and the slag and interfacial tensions of the metal/slag system for a few contents of carbon in metal and slag compositions. It was found that the Girifalco-Good model with only one composition parameter was insufficient. It was attempted to relate Φ to the following variables: the Gibbs free energy formation of liquid slag (thermodynamic approach), the content of carbon in the metal and of SiO2 in the slag. Then, a reproduction of the interfacial tensions data for the studied system with the fixed parameters was done. It was attempted also to correlate the interfacial tensions with carbon content in metal and silica content in slag as well as to compute the interfacial tensions as a mean value of the surface tensions for the metal and the slag. By comparison of the used models the final general conclusions were drawn as to the assets and drawbacks of the modeling of the metal-slag system. It was found that acceptable estimates of interfacial tensions data may be obtained only when relating the model parameter to other factors like carbon and silica contents.

---

Celem pracy było opracowanie zależności opisujących napięcie międzyfazowe pomiędzy ciekłymi fazami: metaliczną Fe-C oraz żużlową SiO2AI2O3-CaO przy użyciu modelu Girifalco-Good oraz innych modeli. Układ należy do najlepiej zbadanych i udokumentowanych w literaturze. Na podstawie doświadczalnych wartości napięcia powierzchniowego dla fazy metalicznej i żużlowej oraz napięcia międzyfazowego wyznaczono parametr modelu Φ dla wszystkich dostępnych stężeń. Stwierdzono, że model Girifalco-Good operujący jednym stałym parametrem Φ jest niewystarczający. Skorelowano Φ z następującymi wielkościami: energią swobodną Gibbsa tworzenia ciekłego żużla, stężeniem węgla w metalu oraz krzemionki w żużlu. Wyprowadzono równanie w postaci liniowej wiążące napięcie międzyfazowe ze stężeniem węgla w żelazie i zawartością krzemionki w żużlu (liniowy model analityczny). Opierając się na wyznaczonych korelacjach parametru modelowego Φ , dokonano reprodukcji danych na-pięcia międzyfazowego dla badanego układu. Stwierdzono, że najlepsze oszacowanie napięcia międzyfazowego w badanym układzie uzyskuje się za pomocą dwóch modeli: modelu wykorzystującego zależność parametru modelowego od stężenia węgla w metalu i liniowego modelu analitycznego. Obydwa te modele można zalecić do zastosowań praktycznych.