Главная

Популярная публикация

Научная публикация

Случайная публикация

Обратная связь

ТОР 5 статей:

Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия

Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века

Ценовые и неценовые факторы

Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка

Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы

КАТЕГОРИИ:






до виконання домашнього завдання по дисципліні

Методичні вказівки

" Термодинаміка металургійних розплавів"

 

Галузь знань – 0504 " Металургія та матеріалознавство "

напрям підготовки – 6.050401 „ Металургія ”

освітньо-кваліфікаційний рівень – бакалавр

Алчевськ, 2009


1 ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ РАСКИСЛЕНИЯ МЕТАЛЛОВ

Теоретические основы

Реакцию раскисления жидкого металла раскислителем – R, можно пред­ставить следующим образом:

1/n(RmOn) = m/n[R] + [O]

Если концентрации элементов в металле выразить через проценты по массе, то константа равновесия реакции примет вид

 

K [O], RmOn= [O] [R] m/n

 

Из этого уравнения выразим концентрацию кислорода

lg [O] = lgK [O], RmOn– m/n lg[R] + l/n lga(RmOn) - lgfO - m/n lgfR, (1.1)

где a(RmOn) активность продукта раскисления в оксидном расплаве;

fO и fR – коэффициенты активности кислорода и элемента-рас­кис­ли­те­ля в металле; причем

lgfO = eOO* [О] + eOR [R]; lgfR = еRR [R] + еRO [О],

где – eOO, eOR, еRR, еRO– термодинамические массовые параметры взаимо­действия кислорода и элемента-раскислителя.

Для оценочных расчетов, двумя последними членами в уравнении (1.1) можно пренебречь (вследствие малых концентраций [R] и [О]). Третий член,- отражающий связь между [O] и a(RmOn),- для большинства раскислителей также достаточно невелик (лишь для MnO следует учесть aMnO ≈ 0,2).

Задание

При заданной температуре и концентрации элементов-раскислителей в металле рассчитать равновесную концентрацию кислорода в жидком металле.

Порядок решения

1 Воспользовавшись таблицей 1, рассчитать по заданному варианту lgK [O], RmOn.

2 По уравнению (1.1) рассчитать lg [O] и [O].

3 Построить, в координатах [R] и [О] график зависимости содержания кислорода от концентрации элемента-раскислителя.

 

Таблица 1 Реакции раскисления жидкого железа

R 1/n(RmOn) = [O] + m/n[R] lgK [O], RmOn
Si 1/2 SiO2 = [O] + 1/2 [Si] lgK [O], SiO2= - 15238/T + 5,735
Mn (MnO) = [O] + [Mn] lgK [O], MnO= - 15200/T + 6,780
Al 1/3 Al2O3 = [O] + 2/3 [Al] lgK [O], Al2O3= - 21263/T + 6,862
Ti 1/2 TiO2 = [O] + 1/2 [Ti] lgK [O], ТiO2= - 15350/T + 5.17

 

Варианты задания

№ варианта Т, К Элемент-раскислитель Концентрация, %, (считать через 0,1%) № варианта Т, К Элемент-раскислитель Концентрация, %, (считать через 0,1%)
    Si 0,1…0,5     Si 0,1…0,5
    Al 0,1…0,3     Ti 0,1…0,3
    Ti 0,1…0,3     Al 0,1…0,3
    Mn 0,1…0,5     Mn 0,1…0,5
    Si 0,1…0,5     Si 0,1…0,5
    Al 0,1…0,3     Ti 0,1…0,3
    Ti 0,1…0,3     Al 0,1…0,3
    Mn 0,1…0,5     Mn 0,1…0,5
    Si 0,1…0,5     Si 0,1…0,5
    Al 0,1…0,3     Ti 0,1…0,3
    Ti 0,1…0,3     Al 0,1…0,3
    Mn 0,1…0,5     Mn 0,1…0,5
  Продолжение таблицы с вариантами задания
№ варианта Т, К Элемент-раскислитель Концентрация, %, (считать через 0,1%) № варианта Т, К Элемент-раскислитель Концентрация, %, (считать через 0,1%)
    Si 0,1…0,5     Si 0,1…0,5
    Al 0,1…0,3     Ti 0,1…0,3
    Ti 0,1…0,3     Al 0,1…0,3
    Mn 0,1…0,5     Mn 0,1…0,5
    Si 0,1…0,5     Si 0,1…0,5
    Al 0,1…0,3     Ti 0,1…0,3
    Ti 0,1…0,3     Al 0,1…0,3
    Mn 0,1…0,5     Mn 0,1…0,5
    Si 0,1…0,5     Si 0,1…0,5
    Al 0,1…0,3     Al 0,1…0,3
    Ti 0,1…0,3     Ti 0,1…0,3
    Mn 0,1…0,5     Mn 0,1…0,5
    Ti 0,1…0,3     Si 0,3…0,7
    Al 0,1…0,3     Mn 0,3…0,7
    Al 0,1…0,3     Si 0,3…0,7
    Mn 0,1…0,5     Mn 0,3…0,7

 


2 КИСЛОРОД И МАРГАНЕЦ В ЖИДКОМ ЖЕЛЕЗЕ

Теоретические основы

Кислород имеет ограниченную растворимость в жидком железе, которая описывается уравнением

lg [O]max = -6320/T + 2,734 (2.1)

Раствор кислорода в жидком железе показывает небольшие отрицательные отклонения от закона Генри. Температурную зависимость коэффициента активности кислорода fO можно представить уравнением

lg fO = (-1750/T + 0,76)∙[O]. (2.2)

Марганец присутствует в чугуне и в стали. Концентрация и активность кислорода, растворенного в жидком железе, понижаются при введении в расплав третьего элемента, например марганца, имеющего повышенное сродство к кислороду по сравнению с железом. Продуктом взаимодей­ствия является МnО, выделяющийся в оксидную фазу:

[Мn] + [ О] = (МnО), ΔG° = -290720 +129,66 Т, Дж; (2.3)

lgK = lg (2.4)

В трехкомпонентной системе Fe - Mn - О в равновесии с жидким же­лезом (раствором кислорода и марганца в жидком железе) шлак может быть одно фазным (жидким или твердым) или двухфазным (жидкость + твердое). Если задана температура, то можно определить равновесный состав всех трех фаз: (FeO — МnО), < FeO — МnО> и [ Fe, Мn, О]. Равновесные составы металла (концентрации кислорода и марганца в жидком желе­зе) и оксидных фаз можно рассчитать, пользуясь следующим уравне­нием:

[ Fe] + [ О] = (FeO), ΔG0 = -122680 + 52,43 T, Дж; (2.5)

Задание

При заданной температуре рассчитать растворимость кислорода в жидком железе. Рассчитать концентрацию марганца в жидком железе, содержащем 0,1% кислорода, при которой возникает оксидная фаза из МnО и FeO. Рассчитать состав этой оксидной фазы (шлака).

Порядок решения

4 По уравнению (2.1) рассчитать растворимость кислорода в жидком железе.

5 По уравнению (2.5) рассчитать ΔG0.

6 Воспользовавшись уранением ΔG0 = -RT lnK, найти К.

7 С другой стороны,
К = , так как a[Fe] ≈ 1, тогда а(FeO) = а[O]∙K.

Для расчета а(FeO) нужно определить а[O]. Известно, что актив­ность кислорода равна
а[O] = fO∙[O], где fO можно найти из (2.2). После этого находим а(FeO)

8 Для идеальных растворов а(FeO) = N(FeO). Шлак представляем двухкомпонентным идеальным раствором: N(FeO) + N(MnO) = 1. Из этого равенства определим N(MnO).= а(MnO).

9 По уравнению (2.3) найдем ΔG0, далее так же, как и в п.3 найдем К для реакции окисления марганца.

10 Из (2.4) определяем [Mn], приняв f[Mn] = 1, так как раствор марганца в железе близок к идеальному.

Варианты задания

№ варианта Т, К № варианта Т, К № варианта Т, К
           
           
           
           
           
           
           
           
           

 

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Учимся жить и любить снова | Правила Переноса слов


Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:

vikidalka.ru - 2015-2024 год. Все права принадлежат их авторам! Нарушение авторских прав | Нарушение персональных данных