ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Общие сведения по физической химии, используемые при изучении металлургии стали из "Металлургия черных металлов " Термодинамика. Термодинамика изучает законы теплового равновесия и перехода энергии из одной формы в другую, позволяет определить тепловые эффекты, сопровождающие различные процессы, установить их возможности, направление и пределы самопроизвольного течения. [c.100] Объектом термодинамического исследования является система, характеризуемая иаражетражи состояния. Всякое изменение в системе, связанное с изменением этих параметров, называется процессом. Например, любой металлургический агрегат —это сложная система, в которой параметрами состояния являются давление в рабочем пространстве печи, температура металла, шлака, газовой фазы, футеровки печи, концентрации компонентов газовой атмосферы, металла, шлака и т. д. [c.100] Для определения характеристик процесса применяют термодинамические функции энтропию S, изменение которой наиболее просто характеризует процессы в изолированных -системах термодинамический потенциал G, позволяющий получить характеристики процессов при различных условиях их проведения энтальпию Н и тепловой эффект АН. Наибольшее практическое значение имеет функция G = H—TS. Для химической реакции эта зависимость записывается AG=AH—TAS, где АН — изобарный тепловой эффект реакции Д5 — изменение энтропии. [c.100] Самопроизвольные процессы, происходящие при условии р, 7 = onst (в металлургии обычно имеют дело с процессами, протекающими при постоянном давлении), возможны лишь в направлении уменьшения G, когда AG 0. Пределом их протекания, т. е. условием равновесия, служит достижение минимального значения G или AG = 0. Знак и величина AG определяются соотношением между тепловым эффектом АН и так называемым энтропийным фактором TAS. Относительное значение первого возрастает с понижением температуры, второго — с ее повышением. [c.100] Величина AG° может также служить мерой химического сродства, т. е. мерой способности веществ вступать во взаимодействие. Приведенные уравнения позволяют по стандартным энтропиям и теплотам образования рассчитывать равновесия. Величины стандартных значений некоторых функций (ДЯ°, AG°, А5°) приведены в справочниках термодинамических величин. [c.101] При расчетах равновесий необходимо помнить о том, что химические реакции при выплавке чугуна и стали проходят преимущественно в растворах. Наличие растворов существенно изменяет условия протекания химических реакций. Свойства веществ в растворах отличаются от их свойств в чистом виде. Чтобы учесть это, в уравнение равновесия вместо концентрации подставляют активность а, которая связана с концентрацией через коэффициент активности где /, — коэффициент активности компонента i в растворе. [c.101] В металлургии процессы обычно протекают в трех фазах металлической, шлаковой, газовой. Чтобы показать, в какой фазе находятся вещества, принято их обозначения заключать в квадратные, круглые или фигурные скобки, что соответствует металлической, шлаковой и газовой фазам. Например, запись реакции [Мп]- -+ [0]=(Мп0) означает, что реакция происходит между марганцем и кислородом, растворенным в металле, с образованием оксида марганца МпО, растворенного в шлаке. Уравнение константы равновесия этой реакции имеет вид ( = а(мп0)/(а[мп]- [О]). [c.101] Скорость сложного гетерогенного процесса (к таким относится большинство реакций в сталеплавильной ванне), обычно состоящего из нескольких стадий, определяется скоростью наиболее медленно протекающей его стадии. Выявление наиболее медленного звена и нахождение способов воздействия на скорость этой стадии н, следовательно, на весь процесс является предметом многочисленных исследований в области теории и практики металлургического производства. При высоких температурах, характерных для сталеплавильных процессов, наиболее медленным звеном, определяющим скорость всего процесса, является массоперенос реагирующих веществ к зоне реакции и удаление продуктов реакции в результате диффузии или в виде частиц новой фазы. [c.102] Химическая кинетика сталеплавильных процессов тесно связана с а.эро-и гидродинамикой расплавленной металлической ванны, шлакового слоя и газовой атмосферы печи. Например, в мартеновской печи перемешивание металла пузырями СО значительно увеличивает массоперенос, ускоряет процессы окисления углерода, удаление газов и неметаллических включений. Подача кислорода при продувке металла в конвертере увеличивает поверхность контакта, ускоряет транспортировку (массопере-ясс) реагирующих веществ, способствует перемешиванию металла и шлака и, следовательно, ускоряет про-дессы окисления примесей. [c.102] В ряде случаев скорость удаления вредных примесей -или поглощения металлом вредных газов связана со скоростями перехода веществ через межфазные границы. Поэтому часто скорость процессов определяется сте-.ненью развития межфазной поверхности. [c.102] Примерами указанных процессов при производстве стали являются 1) образование пузырька газа внутри -стальной ванны, неметаллического включения и твердого кристалла при кристаллизации стали 2) спекание огнеупоров 3) коагуляция и коалесценция неметаллических включений и т. п. [c.102] Вернуться к основной статье