4. Загальна методика розрахунку констант рівноваги в системі шлак – метал

Для розрахунку констант рівноваги необхідні дані про зміну енергії Гиббса для данної реакції. В довідковій літературі приведені значення енергії Гиббса для стандартного стану – чиста речовина. При використанні цих данних в розрахунках металургійних рівноваг необхідні відомості о при фазових переходах і утворенні розчинів. Для системи шлак-метал використовуються в основному два стан­дартних стани: чистий компонент і 1% розчин. Для першого випадку, концентрації висловлюють в мольних долях, для другого - в %. В реальних розчинах замість концентрацій використовують значення їх активностей в розчинах. Активності об'єднані з концентраціями через коефіціент активності. Для стандартного стану - чиста речовина, активність її в розчині буде

, (38)

для 1% розчину

, (39)

де і - концентрації речовини в мольних долях і в %.

Традиційно склалося, що в більшості випадків при розрахунках рівноваг в системі шлак-метал використовуються два стандартних стани : чиста речовина для шлаку і 1% розчин для металу. Така методика зручна при розрахунках рівноваги більшості сталеплавильних і доменного процесів при загальному вмісті домішок в залізі приблизно до 10 %.

Але в окремих випадках можуть бути і відхилення від традицій, які склалися. Так, для реакції можна,

зустріти вираз

або ,

.

де, - концентрація в мольних долях, % - концентрація в % масових.

В св'язку з цим, обираючи вираз для констант рівноваги, необхідно звертати серьозну увагу на те, в яких концентраціях записані компоненти. При розрахунках реакцій в металі або між шлаком і металом необхідно враховувати теплоти розчинення елементів в металі. В літературі дані о цих реакцій приведені для випадку розчинення чистої речовини з утворенням 1 % розчину [1,2,3], що обумовлює для елементів в металі перехід від стандартного стану – чиста речовина до стандартного стану 1% розчин.

Приклад 5. Розрахувати константу рівноваги реакції

Виходячи з довідкових данних [3], ця реакція може бути складена з наступних:

, (1) т ;

, (2) т ;

, (3) т ;

, (4) т .

де для реакції (3) приведено для розчинення марганцю в залізі з утворенням 1% розчину.

Вираз для сумарної реакції

буде

,

т,

для констант рівноваги

. (40)

Звичайно при виразі активності в мольних долях індекси не вказуються.

По довідковим даним, приведенним в [1] т,

т ; т, що дає т

і вираз для константи рівноваги

. (41)

В той же час ці автори рекомендують користуватись виразом

. (42)

як найбільш відповідним експериментальним даним.

В подальшому при розрахунках рівноваги різних реакцій будуть приводитися вирази для констант рівноваги і їх розрахунку, які наводяться в [1] як рекомендовані. В тих випадках, коли дані по будь-яким реакціям відсутні, вони можуть бути розраховані по вищевикладеній методиці.