Никель:
to Гм = to YNi + |
+ е(№*с = |
= -0,43 7 + 0,0 1 • 0,094 + 2,9 • 0,023 = -0,369;
У№ = е - 0 '369 =0,691;
=YNi*Ni =0,691-0,094 = 0,065.
Результаты расчета: |
|
|
|
Ni |
С |
*/ |
0,094 |
0,023 |
У, |
0,691 |
0,965 |
а, |
0,065 |
0 , 0 2 2 |
Задача 4.
Рассчитать активности по Раулю углерода, хрома и никеля в рас плаве Fe - 10 % Сг - 10 % Ni - 0,5 % С при температуре 1600 °С с использованием мольных параметров взаимодействия.
Решение.
Из справочных данных выберем необходимые для расчета пара-
„а) оо
метры взаимодействия: £ / 1 3 7 3 ; У/
Л/ |
Сг |
Ni |
С |
Сг |
0 |
0 |
-5,1 |
Ni |
0 |
0 , 0 1 |
2,9 |
С |
-5,1 |
2,9 |
1 1 |
toуТ = Я Т ) |
to У/Д873 |
2 3 1 5 - 1,102 |
0,134 |
т |
|
2516+ 0,906 |
-0,437 |
т |
|
2 7 ,8 -2,013 |
-0,562 |
т |
|
|
Fe |
Сг |
Ni |
С |
|
%, (масс.)...... |
79,5 |
10 |
10 |
0,5 |
|
At.......................... |
56 |
52 |
58,7 |
12 |
|
п,......................... |
1,420 |
0,192 |
0,170 |
0,0417 |
Еи,= 0,8237 |
х,......................... |
0,779 |
0,105 |
0,093 |
0,023 |
Ех, = 1,000 |
Рассчитаем коэффициенты активности и активности компонентов
Углерод:
In ус = In у" + е(сС )х с + 4 Сг,*Сг + e(cN % i ;
In ус = -0,562 +11 • 0,023 - 5,1 • 0,105 + 2,9 • 0,093 = -0,5 74;
ус = е - ° - 574 =0,563;
а Р = у с *с =0,563 0,023 = 0,013.
Хром:
In yCr = In Усг + s g r)*Cr + еа % . + e g ^ c ;
In yCr = 0,134 + 0 + 0 - 5,1 • 0,023 = 0,0167;
yCr = e 0,167 =1,017;
a g ) = yCrxCr =1,017-0,105 = 0,107.
Никель:
*n YNi = *n7Ni + eNi')j,[:Ni + e Nir)jCCr +8Ni)jCC’
In УNl = -o, 437 + 0,01 • 0,093 + 0 + 2,9 • 0,023 = -0,3694;
7]sli — C |
— 0,691, |
|
|
|
«№ = YNi%i = 0,691 • 0,093 = 0,064. |
|
|
||
Результаты расчетов: |
|
|
|
|
|
|
Cr |
Ni |
C |
%, (масс.).............. .......... |
1 0 |
1 0 |
0,5 |
|
xi |
|
0,105 |
0,093 |
0,023 |
Уi |
|
0,107 |
0,691 |
0,563 |
*,(Л) |
|
0,107 |
0,064 |
0,013 |
Задача 5.
Рассчитать равновесное распределение кислорода на окисление компонентов С, Сг, Ni расплава Fe - 10 % Сг - 10 % Ni - 0,5 % С при температуре 1600 °С, используя активности компонентов, рас считанные в предыдущей задаче.
Решение.
Воспользуемся реакциями окисления элементов кислородом и стандартными энергиями Гиббса этих реакций. Рассчитаем кон станты равновесия К, этих реакций при заданной температуре. По активностям компонентов в исходном расплаве рассчитаем значе
ния D, « — -— , где п - стехиометрический коэффициент перед
<исх
элементом в реакции окисления. Затем рассчитаем величины
K j/D j. Относительные значения последних примем за коэффици енты распределения кислорода на окисление компонентов распла
ва: п, = K j/D j
|
Щ /D ,' |
|
|
|
|
|
|
Стандартные энергии Гиббса реакций (Дж/моль): |
|
|
|||||
1 .2С(т) + 0 2 = 2СО(г).............................. -229 030 - 172,13 Т |
|
||||||
2 . |
4/3 Сг(т) + 0 2 = 2/3 Сг20 3(Т) ..............-754 540 + |
171,15 Т |
|||||
3. |
2№ (ж) + О, = 2NiO(T)...........................-507 |
520 + |
190,46 |
Т |
|||
Расчетные величины приведены в таблице: |
|
|
|
||||
№ |
|
1 = 6 00 °С, Т= 1873К |
|
|
|
||
A G ° |
Kj |
a i( исх) |
D, |
KJD, |
|
||
|
кДж/моль |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
-551,4 |
2,39-1015 |
0,013 |
5917 |
4,04-1011 |
0 , 8 6 |
|
|
|||||||
2 |
-434,0 |
1,27-1012 |
0,107 |
19,7 |
0,645-10й |
0,14 |
|
|
|||||||
3 |
-150,8 |
1,60-104 |
0,064 |
244 |
0 , 6 6 -1 0 2 |
~ 0 |
|
Z |
|
|
|
|
4,685 10й |
1 |
|
Вывод. При заданном исходном составе расплава и заданной температуре кислород в равновесных условиях распределяется следующим образом:
на окисление углерода - 8 6 %; на окисление хрома - 14 %;
на окисление никеля - ~ 0 % (на 9 порядков меньше, чем на окисление хрома).
Задачи для самостоятельного решения
Задача 6.
Найти температурные функции коэффициентов активности компо нентов С, Si, Мп, Сг и Fe в бесконечно разбавленных растворах в
жидком никеле 1пу°° = — + В по известной температурной зави
'Т
симости энергии Гиббса каждой реакции растворения компонента в жидком никеле с образованием гипотетического 1 % (масс.) рас
твора. Определить y f \ 873 . Сравнить величины Y/д873 в жидком же лезе и в жидком никеле.
Задача 7.
Рассчитать активности по Раулю компонентов в легированной ста ли заданного состава при температуре 1600 °С с использованием мольных параметров взаимодействия. Рассчитать равновесное рас пределение кислорода на окисление этих компонентов при окисли тельном рафинировании металла.
Вариант |
|
|
Состав металла, % (масс.) |
|
|
С |
Сг |
Ni |
|||
|
|||||
1 |
0,5 |
1 2 |
9 |
||
2 |
0,4 |
1 1 |
1 0 |
||
3 |
0,3 |
1 0 |
1 1 |
||
4 |
0 |
, 2 |
9 |
1 2 |
|
5 |
0 |
, 1 |
8 |
13 |
|
Г л а в а 5. Т Е РМ О Д И Н А М И Ч ЕС К И Е М О Д ЕЛ И И РА С Ч Е Т Ы М ЕТА Л Л У РГИ Ч ЕС К И Х Ш ЛА КО В
Металлургические шлаки, штейны, флюсы
При производстве чугуна, стали и ряда цветных металлов образу ются самостоятельные неметаллические фазы, которые отделяются от жидкого металла: шлак или штейн.
Шлак - многокомпонентный неметаллический расплав, покры вающий при плавильных процессах поверхность жидкого металла. В зависимости от способа производства чугуна, стали различают следующие шлаки: доменный, конвертерный, электросталепла вильный, мартеновский и др.
Штейн - промежуточный продукт производства некоторых цветных металлов (Си, Ni, Pb и др.), представляющий собой рас плав сульфидов получаемых металлов с сульфидом железа.
При плавке медных концентратов образуется первичный штейн. Медный штейн, остающийся в конвертере в конце первого периода продувки после слива железного шлака, образует белый штейн. Он содержит 78...80 % меди.
При переработке медно-никелевых сульфидных руд образуется медно-никелевый штейн. Промежуточный продукт производства меди, содержащий 45...70 % меди, называется «медный штейн».
Штейн, содержащий сульфиды свинца и цинка в значительных количествах, называют полиметаллическим штейном.
Флюс - материал, вводимый в шихту для образования шлака и регулирования его состава.
Ионные расплавы играют исключительно важнуюроль в про изводстве металлов, стекол и при сварке. Возрастает их примене ние в современных технологических процессах. Мировые научные и учебные центры систематически проводят международные кон ференции, посвященные проблемам теории и практики их приме нения. Очередная (шестая по счету) международная конференция «Жидкие металлы, флюсы и соли» состоялась в 2000 году в Сток гольме (Швеция) и в Хельсинки (Финляндия).
Для того, чтобы подчеркнуть роль шлаков в теории и практике металлургических процессов, приведем перечень тем, вынесенных на обсуждение на этой конференции: