В связи с эмульгированием шлака в верхних слоях металла и части металла в шлаке в виде капель-корольков действительная поверхность раздела шлак — металл S_ш.м значительно больше геометрической площади зеркала ванны. Для оценки S_ш.м во время стационарного кипения ванны в мартеновской печи была рассчитана скорость выгорания углерода по количеству кислорода, поступающего в металл через пограничный слой металл — шлак:

(6.57)

В 900-т мартеновской печи «геометрическое» отношение S_ш.м/V_м = (160 • 7000)/900 000 = 1,25 м²/м³. При ?_[O] = 4 • 10^–4 м/с и ?[% O] = 0,04% получаем v_C =1,5 • 10^–5%/С = 0,054%/ч. Фактическая v_C в период чистого кипения примерно в два раза больше (около 0,11% С/ч). Это означает, что фактическая S_м.ш примерно в два раза больше площади зеркала ванны и составляет в 900-т печи около 2,5 м²/м³ металла.

Удельную поверхность раздела металл—пузырьки можно оценить следующим образом. При стационарном кипении ванны диффузионный поток кислорода через пограничный слой металл — шлак в объем металла равен потоку кислорода из объема металла к поверхности пузырьков CO:

?_[O],м.ш?[% O]_м.шS_м.ш = ?_[O],м.п?[% O]_м.пS_м.п.
(6.58)

Допуская, что в пограничном слое металл—шлак (со стороны металла) коэффициент массопередачи примерно такой же, как и в пограничном слое металл — пузырьки, т. е. ?_[O],м.ш ? ?_[O],м.п, получаем

Так как при [% С] ? 0,3% ? [% O]_м.п ? 0,004, что приблизительно в 10 раз меньше, чем ? [% O]_м.ш, то поверхность раздела металл—пузырьки S_М.П в период чистого кипения во столько же раз больше поверхности раздела металл—шлак (в 900-т печи S_м.п ? 25 м²/м³ металла). Это подтверждает результаты расчета v_C по уравнению диффузионного потока в пограничных слоях металл—пузырьки CO:

(6.59)

Для 900-т печи v_C = 0,75 • 4 • 10^–4 ? 4 ?10^–5 ? 25 = 3 • 10^–5%/с = 0,11%/ч.

Таким образом, суммарная поверхность пузырьков CO в ванне на один порядок больше фактической поверхности контакта металла со шлаком, а последняя почти в два раза прейышает геометрическую площадь зеркала ванны.

Межфазную поверхность шлак — атмосфера печи S_ш.г можно определить, пользуясь уравнением

(6.60)
Где P_O2 — коэффициент массопереноса кислорода в атмосфере мартеновской печи (5.30); [% O₂], [% O₂]_р.ш ? 0 — содержание кислорода соответственно в печных газах и у поверхности газ — шлак, об.%; P_O2 ? 0,19 кг/м³ — плотность кислорода при температуре печных газов T ? 2000 К.

Расчет по уравнению (6.60) при реальных средних (вдоль ванны) значениях ?_O2 = 0,2 м/с и [% O₂] = 3 показал, что поверхность S_ш.г в 900-т мартеновской печи в период чистого кипения примерно в два раза больше площади зеркала ванны.

Необходимо подчеркнуть, что в условиях барботажа и эмульгирования трудно точно определить поверхность контакта жидких и газообразных фаз. Поэтому целесообразней вычислять произведения ?_iS_i.