6. Реакція між елементами, розчиненими в металі і оксидами заліза шлаку (FeO)

Вираз для таких реакцій отримані шляхом алгебричного складання реакцій окислення відповідних домішок киснем і реакції окислення до в шлаці.

6.1. Марганець - основний процес

,

, (57)

і - розрахунок по методу А.Г. Пономаренко,

- розрахунок по параметрам взаємодії.

6.2. Марганець - кислий процес

,

, (58)

і - розрахунок по методу В.А. Кожеурова для кислих шлаків.

- розрахунок по параметрам взаємодії.

6.3. Кремній - основний і кислий процеси

Реакція по даним [2]

, (59)

- розрахунок по параметрам взаємодії.

- для основного процесу розрахунок по методу А.Г. Пономаренко.

- для кислого процесу.

6.4. Фосфор

Наводяча в багаточисельній літературі реакція окислення фосфору

, (ІІ)

трохи важка для її термодинамічного опису. Виконані Вінклером і Чіпменом експериментальні дослідження і їх обробка при­вели до виразу для константи рівноваги

, (60)

де - концентрація "вільної ", розрахована по молекуляр­ній теорії шлаків. Методика розрахунку "вільної " застосована тільки для кінцевих шлаків сталеплавильних процесів. Для шлаків початкових періодів часто концентрація "вільної ", розрахована по цій методиці, виходить негативною.

Використовуючи тіж експериментальні дані, В.А. Кожеуров на ос­нові теорії регулярних іонних розчинів запропонував опис реакції дефосфорації (Л)

,

і вираз для константи рівноваги

, (61)

де мольні долі компонентів в шлаці і їх коефіціенти активності розраховуються по методу В.А. Кожеурова.

- розрахунок по параметрам взаємодії.

6.5. Сірка

Згідно сучасним уявленням реакція десульфурації опи­сується рівнянням обміну атомів

, (Р)

або обміну іонів

. (С)

Для характеристики десульфуруючої властивості шлаків введено поняття сульфідної ємкості шлаків

, (62)

де і парціальні тиски кисню і сірки в газовій фазі.

Обробкою даних, приведених в [1] для основних окислюючих шлаків сталеплавильних процесів отримано вираз

, (63)

де основність шлаку по Беллу.

Коефіціент розподілу сірки між металом і шлаком буде

, (64)

і - розрахунок по параметрам взаємодії.

7. Розрахунок відхилення реакцій від рівноваги

Величина відхилення реакцій від рівноваги характеризує направлення протікання даної реакції і в багатьох випадках визначає її швидкість. Ступінь відхилення від рівноваги реакції

(1)

може бути обчислен по рівнянню ізотерм реакції

,

де індекс - відноситься до початкових концентрацій реагуючих речовин, а - до рівновагих.

В якості початкових концентрацій або активностей приймаються концентрації або активності в теперишній момент часу процесу, а помноження діючих сумішей в стані рівноваги представляють константу рівноваги. Тоді ступінь відхилення від рівноваги буде

, (65)

де константа рівноваги реакції (Т).

Відхилення від рівноваги цієї реакції

, (66)

Негативні ступені відхилення від рівноваги вказують, що реакція в записі (Т) протікає вправо, а позитивні - вліво.

Приклад 6. Розрахувати концентрацію , рівновагого з шлаку при 1823 К по реакції (І) при основному мартенівському процесі (склад металу см. приклад 1, склад шлаку - приклад 4):

а) Розрахунок оріентованого вмісту кисню в металі виконуємо по рівнянню (45)

б) Розрахунок активності в металі. Так як дані по температурним залежностям і параметрам взаємодії другого порядку відсутні, тоді використовуємо тільки параметри першого порядку.

в) Розрахунок константи рівноваги виконуємо по рівнянню (57)

г) Обчислюємо і (див. приклад 4)

; .

д) Розрахунок рівновагої концентрації

е) Відхилення реакції від рівноваги (розрахунок по рівнянню (65)).

Ступінь відхилення від рівноваги

відхилення від рівноваги

Таким чином реакція відхилена від рівноваги в 5,3 рази.

Приклад 7. Розрахувати концентрацію рівновагу зі шлаком при Т = 1823 К. Склад шлаку з прикладу 2, склад металу з прикладу 1.

Константа рівноваги реакції (Л) (61).

;

.

Вираз для константи рівноваги

;

звідки

;

Вміст кисню в металі (приклад 6)

Виразом в зв'язку з його малим значенням нехтуємо.

З прикладу 2 : ; ;

;

Ступінь відхилення системи від рівноваги

Позитивне значення говорить о протіканні реакції вліво, тобто відбувається відновлення , що зв'язано з відносно низьким вмістом в шлаці.

Відхилення реакції від рівноваги

.

Приклад 8. Розрахувати концентрацію рівновагу зі шлаком при Т = 1823 К. Склад шлаку з прикладу 4, склад металу з прикладу 1. Вміст кисню з прикладу 6 .

Коефіціент активності в металі

Виразом в зв'язку з його малим значенням нехтуємо.

Коефіціент активності кисню в металі

Виразом нехтуємо

Основність шлаку по Беллу :

Сульфідна ємкість шлаку

Коефіціент розподілу сірки між металом і шлаком.

Концентрація , рівновага зі шлаком

%

Відхилення реакції від рівноваги

Реакція десульфурації протікає вправо.

Відхилення реакції від рівноваги

ДОДАТОК

Завдання для розрахунку

1. Розрахувати концентрації в металі [Mn], [Sі], [P] і [S], рівноважні зі шлаком.

2. Розрахувати вміст [C] в металі, рівноважні з [O] металу.

3. Розрахувати відхилення відповідних реакцій від рівноваги і встановити напрям їх протікання.

Варіанти розрахунку

(к.к. - киснево-конверторний ; о.м. - основний мартенівський)

варіант	шлак	метал	т-ра, К	процес	варіант	шлак	метал	т-ра, К	процес
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25	1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 13 14 15 16 17 18 12 19 20 1 3 5 12 14	1 5 10 14 18 2 6 10 13 15 16 19 20 3 8 17 18 4 7 9 3 11 12 15 17	1620 1650 1730 1800 1870 1610 1660 1710 1780 1810 1850 1880 1910 1670 1750 1850 1880 1690 1780 1860 1630 1740 1780 1860 1900	о.м. о.м. о.м. о.м. о.м. к.к. к.к. к.к. к.к. к.к. к.к. к.к. к.к. о.м. о.м. о.м. о.м. к.к. к.к. к.к. о.м. о.м. о.м. о.м. о.м.	26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50	1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 13 14 15 16 17 18 12 19 20 1 3 5 12 14	3 7 12 16 19 4 8 9 11 14 17 18 19 1 10 16 20 2 6 10 2 12 15 17 18	1610 1640 1720 1790 1860 1630 1680 1730 1790 1830 1860 1890 1920 1660 1740 1840 1870 1700 1790 1880 1640 1750 1850 1720 1890	к.к. к.к. к.к. к.к. к.к. о.м. о.м. о.м. о.м. о.м. о.м. о.м. о.м. к.к. к.к. к.к. к.к. о.м. о.м. о.м. к.к. к.к. к.к. к.к. к.к.

Склади металу

варіант	C	Mn	Sі	P	S	варіант	C	Mn	Sі	P	S
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10	2,4 2,3 2,2 2,1 2,0 1,9 1,8 1,7 1,6 1,5	0,3 0,29 0,28 0,26 0,28 0,26 0,24 0,22 0,2 0,22	0,2 0,18 0,16 0,15 0,16 0,15 0,11 0,08 0,06 0,05	0,20 0,15 0,12 0,12 0,10 0,10 0,08 0,06 0,05 0,05	0,06 0,055 0,052 0,050 0,048 0,048 0,046 0,044 0,042 0,040	11 12 13 14 15 16 17 18 19 20	1,4 1,3 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,1 0,05	0,24 0,20 0,22 0,20 0,18 0,14 0,10 0,08 0,06 0,04	0,03 0,02 0,008 0,008 0,006 0,004 0,004 0,005 0,005 0,005	0,045 0,04 0,035 0,030 0,030 0,03 0,02 0,015 0,015 0,012	0,038 0,037 0,036 0,035 0,033 0,030 0,025 0,025 0,022 0,022

Склади шлаків

варіант	FeO	CaO	SіO2	MnO	MgO	Al2O3	P2O5	S
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20	14 15 16 17 18 13 14 15 16 17 18 18 20 21 15 16 17 18 17 16	47 46 45 44 44 44 45 46 47 48 45 45 40 42 45 48 49 44 46 48	15 16 15 15 15 20 21 18 20 16 20 20 20 20 18 19 19 16 16 20	5 4 5,5 4,5 4,3 4,7 4,0 4,8 3,2 3,0 3,0 3,5 4,5 3,2 4,2 4,5 2,8 5,2 6,0 2,5	4 5 3,5 6 3,5 3,0 6,0 6,2 6,0 6,4 4,8 6,5 5,0 3,1 4,6 4,6 4,5 6,4 5,5 3,0	7 6 7 6 8 8 6,2 6,0 4,0 6,1 6,2 3,7 7,0 6,5 7,2 4,5 4,0 6,0 4,5 4,0	1,5 2,0 1,4 2,4 2,1 2,0 2,1 2,2 1,8 1,9 1,7 1,5 1,3 1,0 1,6 1,4 2,0 2,5 2,1 2,2	0,5 0,2 0,2 0,3 0,2 0,25 0,28 0,26 0,3 0,28 0,19 0,2 0,08 0,18 0,32 0,30 0,29 0,26 0,31 0,34