С.Н. ПАДЕРИН В.В. ФИЛИППОВ
ТЕОРИЯ И РАСЧЕТЫ
Рекомендовано Учебно-методическим объединением по образованию в области металлургии в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлениям
550500 и 651300 - Металлургия
2002
Рецензент: зав. кафедрой теории металлургического произ водства Московского государственного вечернего металлургического института, ректор института проф., докт. техн. наук Г.Н.Еланский
УДК 541.1:669.1/.8
Теория и расчеты металлургических систем и процессов.
Учебное пособие для вузов. П а д е р и н С.Н., Ф и л и п п о в В.В.- М.: •МИСИО, 2002. - 334 с.
Рекомендовано учебно-методическим объединением по образова нию в области металлургии в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлениям 550500 и 651300 - «Металлургия».
Рассмотрены состояние и ближайшие перспективы развития миро вой черной металлургии. Изложены основы термодинамики, модели и расчеты металлических растворов и металлургических шлаков. Дан но вый метод контроля состояния металлической ванны и технологических процессов посредством электрохимических измерений и расчетов. Опи саны закономерности и кинетические модели окислительных процессов и обезуглероживания стали, показаны расчеты кинетических констант и их использование для прогнозирования оптимальной продолжительно сти процесса обезуглероживания в сталеплавильном агрегате. Представ лены фундаментальные разработки, вошедшие в научное издание «Твердые электролиты в металлургии» и учебные пособия по расчетам металлургических процессов и экспериментальным работам по теории металлургических процессов. Использованы результаты исследований процессов окислительного рафинирования металлической ванны в 100-т дуговой сталеплавильной печи, полученные на Белорусском металлур гическом заводе. Ил. 54. Табл. 32. Библиогр. список: 59 назв.
©Падерин С.Н., Филиппов В.В. •МИСИО, 2001
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
П редисловие.................................................................................................. |
7 |
Г л а в а 1. Состояние и ближайшие перспективы |
|
развития мировой черной металлургии........................ |
9 |
1.1. Энергоемкость черной металлургии............................................... |
17 |
1.2. Производство чугуна.......................................................................... |
19 |
1.3. Прямое получение железа................................................................. |
23 |
1.4. Поставки лома....................................................................................... |
25 |
1.5. Производство стали............................................................................. |
26 |
1.6. Внепечное рафинирование стали..................................................... |
29 |
Г л а в а 2. Термодинамика металлических растворов................. |
31 |
2.1. Аналитическое представление термодинамических |
|
функций раствора................................................................................ |
31 |
2.2. Термодинамические функции раствора......................................... |
31 |
2.3. Относительные термодинамические функции раствора............ |
32 |
2.4. Модель совершенного (идеального) раствора............................. |
33 |
2.5. Избыточные термодинамические функции раствора.................. |
33 |
2.6. Парциальные мольные функции...................................................... |
34 |
2.7. Избыточные парциальные мольные функции.............................. |
35 |
2.8. Связь термодинамических функций раствора |
|
с парциальными мольными функциями компонентов............... |
35 |
2.9. Уравнения связи между парциальными мольными |
|
величинами компонентов в растворе.............................................. |
37 |
2.10. Графическое представление термодинамических |
|
мольных функций бинарного раствора........................................ |
40 |
Задания к главе 2 ......................................................................................... |
49 |
Г л а в а 3. Термодинамические модели и расчеты |
|
металлических растворов.................................................. |
55 |
3.1. Бинарные металлические растворы................................................ |
55 |
3.2. Переход на многокомпонентные системы..................................... |
58 |
Задания к главе 3 ......................................................................................... |
60 |
Г л ав а 4. Разбавленные растворы в жидких металлах |
78 |
4.1. Использование законов Рауля и Генри |
|
в реальных растворах.......................................................................... |
79 |
4.2. Разложение в ряд Тейлора избыточной парциальной |
|
мольной энергии Гиббса растворенного 2-го компонента........ |
81 |
4.3. Многокомпонентные разбавленные растворы............................. |
86 |
4.4. Стандартное состояние и состояние сравнения........................... |
89 |
4.5. Переход от одного стандартного состояния к другому.............. |
92 |
4.6. Коэффициент активности компонента в разных |
|
стандартных состояниях.................................................................... |
97 |
4.7. Мольные массовые параметры взаимодействия.......................... |
99 |
Задания к главе 4 ....................................................................................... |
107 |
Г л ав а 5. Термодинамические модели и расчеты |
|
металлургических ш лаков............................................ |
115 |
5.1. Модель совершенного ионного раствора |
|
(модель М.И. Темкина)..................................................................... |
118 |
5.2. Полимерные модели силикатных расплавов.............................. |
125 |
5.3. Полимерная модель, состоящая из цепных |
|
и кольцевых структур. Фундаментальное |
|
уравнение полимерной теории....................................................... |
134 |
5.4. Модель регулярного ионного раствора |
|
(модель В.А. Кожеурова)................................................................. |
147 |
5.5. Модель регулярного ионного раствора для кислых |
|
шлаков.................................................................................................. |
151 |
5.6. Термодинамические расчеты параметров моделей шлаков |
|
с использованием диаграмм состояния MeiO - МецО.............. |
157 |
5.7. Оценка энергетических параметров модели |
|
регулярного ионного раствора с помощью |
|
диаграммы состояния МеО - Si02................................................ |
161 |
5.8. Термодинамическая модель шлака как фазы, имеющей |
|
коллективную электронную систему |
|
(модель А.Г Пономаренко)............................................................ |
165 |
Задания к главе 5 ....................................................................................... |
167 |
Г л а в а 6. Кислород в жидком железе и стали. |
|
Термодинамические пределы окислительного |
|
рафинирования и раскисления стал и ........................ |
210 |
6.1. Растворимость кислорода в жидком железе............................... |
210 |
6.2. Термодинамика межфазного распределения кислорода |
|
и других компонентов окислительными шлаками.................... |
210 |
6.3. Термодинамические пределы рафинирования стали |
|
под окислительными шлаками...................................................... |
214 |
6.4. Теория и расчеты раскисления стали........................................... |
216 |
6.5. Расчеты и выбор величин параметров |
|
взаимодействия................................................................................. |
220 |
Задания к главе 6 ....................................................................................... |
221 |
Г л а в а 7. Электрохимические измерения и расчеты |
|
' металлургических систем и процессов...................... |
234 |
7.1. Физико-химические основы электрохимических |
|
измерений в стали............................................................................. |
234 |
7.2. Твердые электролиты для определения низких |
|
активностей кислорода в жидкой стали....................................... |
238 |
7.3. Расчеты активностей кислорода по результатам |
|
электрохимических измерений...................................................... |
243 |
7.4. Электрохимические свойства твердых электролитов............... |
248 |
7.5. Пределы измерений активности кислорода в жидкой |
|
стали электрохимическими датчиками........................................ |
254 |
7.6. Оценка ошибок электрохимических измерений и расчетов |
|
активности и концентрации кислорода в жидком железе....... |
258 |
7.7 Влияние фазового состава твердых оксидных электролитов |
|
на определение активности кислорода в жидкой стали.......... |
264 |
7.8. Сопротивление термическому удару и газопроницаемость |
|
твердых электролитов на основе диоксида циркония.............. |
270 |
7.9. Использование корректных термодинамических данных |
|
в расчетах по результатам электрохимических измерений .... |
277 |
Задания к главе 7 ........................................................................................ |
288 |