Коэффициент диффузии углерода в твердом металле (при температуре солидуса) на два порядка меньше, чем в жидком (по данным М. А. Кришталла D_C,тв ? 10^–11 м²/с). Поэтому при составлении баланса массы за время плавления лома можно не учитывать количество углерода, продиффундировавшего в объем лома. Диффузия углерода в ломе не лимитирует процесс плавления, поскольку даже при очень малых значениях D_С,тв тонкий поверхностный слой науглероживается весьма быстро из-за высокого градиента ? [С]/?_н.с, где ?_н.с — толщина науглероженного твердого слоя.

Величину [% С]х в ломе (на различном расстоянии х от поверхности его контакта с расплавом) можно вычислить, использовав второе уравнение Фика для случая постоянной скорости передвижения плавящегося слоя v_x при граничных и начальных условиях 0 < х < х_нач — v_x?; х = 0; С (х, 0) = [% С]_лом; ? > 0; С (v_x, ?) = [% С]_пов:

(13.3)

Г. В. Булгаков, В. И. Явойский и В. П. Григорьев, решив уравнение (13.13), предложили следующую формулу для расчета ?_н.с:

(13.14)

Толщина науглероженного слоя —малая величина даже при ? = 0,01 (порядка 10^–3 — 10^–4 см). Она не влияет на баланс углерода в процессе плавления, скорость которого определяется массопере-носом в жидком пограничном слое. Это подтверждают данные, полученные В. И. Баптизманским, Э. М. Гольдфарбом и Б. И. Шерстовым, согласно которым энергии активации процесса плавления лома (58 ± 3,4 кДж/моль) и диффузии углерода в жидком расплаве почти одинаковы.

Необходимо отметить, что при малой толщине науглероженного слоя плавление не замедляется, так как скорость межфазного распределения углерода на границе жидкий металл — твердый лом и продвижения (на несколько атомных слоев) фронта науглероживания последнего значительно больше, чем скорость массопереноса углерода в жидкой фазе.