Teoria lui Lynchevsky a proceselor metalurgice. Tutorial: Teoria proceselor metalurgice. CAPITOLUL XVII. Producția de țevi fără sudură și sudate

Agenția Federală pentru Educație

Gou vpo "Universitatea Tehnică de Stat Ural - UPI"

A.M. Panfilov.

Ediția Ediția Electronică Text

Pregătită de Departamentul de "Teoria proceselor metalurgice"

Editor științific: Prof., Dokt. Chem. Științe MA. Spiridonov.

Indicații metodice ale lucrărilor de laborator asupra fizicochimiei sistemelor și proceselor metalurgice "," Teoria proceselor metalurgice "pentru studenții tuturor formelor de formare a specialităților metalurgice.

Reguli reglementate pentru organizarea lucrărilor în cadrul departamentului de lucru "Teoria proceselor metalurgice" din TMP (audiența specializată

MT-431 ei. O.a. Dain). Sunt descrise metodologia și procedura de punere în aplicare a lucrărilor de laborator, sunt descrise cerințele privind conținutul și înregistrarea rapoartelor privind lucrările de laborator în conformitate cu actualele Gtostas și recomandări privind implementarea acestora.

© Gou VPO Ustu-upi, 2008

Yekaterinburg.

Introducere ................................................. .. ................................................ .. ................................................ .. patru

1 Organizare de lucru în atelierul de laborator pe teoria proceselor metalurgice ............. 4

1.1 Pregătirea pentru munca de laborator ............................................. .................................................. .. 5 1.2 Recomandări pentru prelucrarea rezultatelor măsurătorilor și înregistrarea raportului .............................. 5

1.3.1 Grafice de construcție ............................................. .................................................. .................... cinci.

1.3.2 Smoothing Date experimentale ............................................ .................................... 7.

1.3.5 Diferențierea numerică a unei funcții stabilite de un set de puncte discrete ................ 8

aproximarea unor seturi de date ............................................. . .................................. nouă

1.3.7 Prezentarea rezultatelor ........................................... .. ................................................ .. ........ 10.

2 Descrierea muncii de laborator ............................................. . ................................................. . ............. unsprezece.

2.1 Studierea cineticii oxidării la temperaturi ridicate a fierului (numărul de muncă 13) ......................... 12

2.1.1 Legile generale de oxidare a fierului .......................................... . .................................. 12 2.1.2 Descrierea instalării și procedura de efectuare a experimentelor. ..... ............................................. ..... ..... paisprezece.

2.1.3 Prelucrarea și prezentarea rezultatelor măsurătorilor ......................................... ... .................... Cincisprezece ani

Întrebări de control ................................................ .................................................. ..................... 17.

2.2 Studiul dependenței de temperatură a conductivității electrice specifice a oxidului se topește

(Numărul de lucru 14) ............................................. .................................................. .......................................... Nineteen

2.2.1 Informații generale despre natura conductivității electrice a zgârieturilor .................................... .. 19.

2.2.2 Descrierea tehnicilor de instalare și măsurare ........................................ .. ................................ 21.

2.2.3 Ordina de lucru ............................................. .................................................... .... 23.

2.2.4 Prelucrarea și prezentarea rezultatelor măsurătorilor ......................................... . ...................... 24.

Întrebări de control ................................................ .................................................. ..................... 25.

2.3 Studiul kineticului zgurii metalice de desulfurizare pe un model de simulare (număr de lucru

15) ............................................................................................................................................................ 26

2.3.1 Informații generale despre kinetica zgurii metalice de desulfurizare ...................................... .. ..... 26.

2.3.2 Modelul matematic al procesului .......................................... .. ............................................... 29.

2.3.3 Ordina de lucru ............................................. .................................................... ..... treizeci

2.3.4 Prelucrarea și prezentarea rezultatelor măsurătorilor ......................................... . ................... 31.

Întrebări de control ................................................ .................................................. ..................... 32.

2.4 Studiu termografic al proceselor de disociere a carbonților naturali (numărul de muncă 16) 33

2.4.1 Modelele generale de disociere a carbonaților ......................................... .. ...................... 33.

2.4.2 Schema de instalare și tehnica de lucru .......................................... ........................ 39.

2.4.3 Prelucrarea și prezentarea rezultatelor măsurătorilor ......................................... ... ................... 39.

Întrebări de control ................................................ .................................................. ..................... 41.

2.5 Studierea dependenței de temperatură a vâscozității topiturilor de oxid (numărul de lucru 17) ............. 42

2.5.1 Natura rezistenței vâscoase a oxidului se topește ...................................... .... ................ 42.

2.5.2 Descrierea instalării și metodelor de măsurători ale vâscozității ..................................... .... .................. 43.

2.5.3 Ordina de lucru ............................................. .................................................... ..... 45.

2.5.4 Prelucrarea și prezentarea rezultatelor măsurătorilor ......................................... ... ...................... 45 de întrebări de control ......................... ... ............................................... ... ......................................... 46.

2.6 Restaurarea manganului de la topitura de oxid din oțel (numărul de muncă 18)

2.6.1 Legile generale ale interacțiunii electrochimice a metalului și a zgurii ............... 47

2.6.2 Modelul procesului ............................................. .................................................. ........................ 49.

2.6.3 Ordina de lucru ............................................. .................................................... ..... cincizeci

Întrebări de control ................................................ .................................................. ..................... 52 Lista de referințe ......................... . ................................................. . ................................................. . ..... 53.

Stp uptu-upi 1-96	Enterprise standard. Cerințe generale și reguli de înregistrare a diplomelor și a proiectelor de curs (lucrări).
GOST R 1.5-2002.	GSS. Standarde. Cerințe generale pentru construirea, prezentarea, proiectarea, conținutul și desemnarea.
GOST 2.105-95.	Eskd. Cerințe generale pentru documentele text.
GOST 2.106-96.	Eskd. Documente text.
GOST 6.30 2003.	USD Sistem unificat de documentație organizațională și de reparare. Cerințe pentru documente.
GOST 7.32-2001.	Sibid. Raport privind lucrările de cercetare.
GOST 7.54-88.	Sibid. Prezentarea datelor numerice privind proprietățile substanțelor și materialelor în documente științifice și tehnice. Cerințe generale.
GOST 8.417-2002.	Goosi. Unități de cantități

Denumiri și abrevieri

	Standardul de stat pentru fostul standard URSS sau standard interstatal (în prezent).
	Standard adoptat de Comitetul de Stat al Federației Ruse privind standardizarea și metrologia (Gosstandart Rusia) sau Comitetul de Stat al Federației Ruse privind locuințele și politica de construcții (Rusia Gosstroy).
	Sistemul de standardizare a statului.
	Sistemul de stat pentru asigurarea uniformității măsurătorilor.
	Tehnologia de informație
	Metoda cea mai mică pătrată
	Calculator personal
	Standardul companiei
	Teoria proceselor metalurgice

Introducere

Punerea în aplicare a lucrărilor de laborator privind studiul proprietăților în sistemul de zgură și procese metalice care apar în unitățile metalurgice face posibilă înțelegerea mai bună a posibilităților metodei fizico-chimice de analiză și obținerea competențelor aplicației sale practice. În plus, studentul se întâlnește cu implementarea unor metode de cercetare experimentală și model a proprietăților fizico-chimice individuale și a proceselor metalurgice în general, dobândește prelucrarea, analiza și prezentarea informațiilor experimentale.

1 Organizare de lucru într-un atelier de laborator pe teoria proceselor metalurgice

În atelierul de laborator pe teoria proceselor metalurgice, principala este colectarea informatică a informațiilor experimentale. Aceasta determină o serie de caracteristici ale organizării muncii:

Fiecare student primește o sarcină individuală, efectuează un întreg experiment sau o parte specificată a acesteia și procesează informațiile primite. Rezultatul lucrării include caracteristicile numerice rezultate ale fenomenului studiat și erorile definiției lor, grafică care ilustrează caracteristicile identificate și concluziile obținute în întreaga combinație de informații. Discrepanța rezultatelor cantitative ale lucrărilor oferite în rapoartele studențești, în comparație cu estimările de control, nu ar trebui să depășească 5%.

Opțiunea principală de proiectare a rezultatelor este prelucrarea datelor experimentale, a diagramelor de construcție și a formulării concluziilor în mesele electronice Microsoft.Excel sau OpenOffice.calc.

Conform rezoluției profesorului, un raport de scriere de mână cu ilustrațiile necesare și cu grafice realizate pe hârtie Millimeter este permis temporar.

Raportul privind lucrările de laborator este transferat la atelierele de laborator de conducere, care nu mai târziu de ziua lucrătoare care precedă următoarea activitate de laborator. Ordinul de transmisie (prin e-mail, într-o pauză la orice profesor sau de laborator care conduce la acest moment) definește profesorul.

Elevii care nu au prezentat un raport privind lucrările anterioare și care nu au fost supuse colocviului (testarea) nu sunt permise la următoarea lucrare de laborator.

Numai studenții care au absolvit instrucțiuni introductive privind măsurile de lucru în siguranță în cadrul atelierului de laborator și instrucțiunea în instrucțiunea de instruire în contabilitate au dreptul să efectueze lucrări de laborator.

Lucrul cu încălzirea și măsurarea dispozitivelor electrice, cu mâncăruri chimice și reactivi se efectuează conform instrucțiunilor de siguranță din laborator.

După efectuarea lucrării, elevul pune în ordine un loc de muncă și îi conferă un asistent de laborator.

1.1 Pregătirea pentru lucrările de laborator

Principalele surse în pregătirea pentru lecție sunt prezentul ghid, manualele și ajutoarele de formare recomandate de lector, prelegeri.

Pregătirea pentru munca de laborator, un student în timpul săptămânii care precedă lecția ar trebui să citească și să înțeleagă materialul legat de fenomenul studiat, să se ocupe de schemele din manual în proiectarea metodologiei de instalare și măsurare și prelucrarea rezultatelor acestora. În caz de dificultate, este necesar să se utilizeze literatura și consilierea recomandată a cursurilor de laborator pe lector și profesori.

Pregătirea elevului de a îndeplini lucrarea este controlată de către profesor printr-un studiu individual al fiecărui student sau efectuarea de testare pe calculator. Studentul insuficient pregătit este obligat să exploreze materialul legat de această lucrare în timpul clasei, iar partea experimentală a lucrării este efectuată la o lecție suplimentară după re-inspecție. Timpul și ordinea ocupațiilor repetate sunt guvernate de un program special.

1.2 Recomandări pentru prelucrarea rezultatelor măsurătorilor și raportarea

Conform GOST 7.54-88, datele experimentale numerice ar trebui să fie reprezentate ca tabele intitulate. Probele de tabele sunt oferite pentru fiecare lucrare de laborator.

La procesarea rezultatelor măsurătorilor, este necesar să se utilizeze prelucrarea statistică: utilizarea datelor experimentale netede, utilizați metoda celor mai mici pătrate la evaluarea parametrilor de dependență etc. Și asigurați-vă că evaluați eroarea valorilor primite. Pentru a efectua o astfel de procesare în foi de calcul, sunt furnizate funcții statistice speciale. Setul necesar de funcții este de asemenea disponibil în calculatoare destinate calculelor științifice (inginerie).

1.3.1 Grafice de construcție

La efectuarea experimentelor, de regulă, valorile mai multor parametri sunt fixe simultan. Analizând relația lor, puteți face concluzii despre fenomenul observat. Reprezentarea vizuală a datelor numerice facilitează extrem de analiza relației lor - de aceea construcția de grafice este o etapă importantă de lucru cu informații. Rețineți că printre parametrii fixați există întotdeauna cel puțin o variabilă independentă - valoarea care se schimbă în sine (timp) sau pe care experimenterul specifică. Parametrii rămași sunt determinați de valorile variabilelor independente. Atunci când graficele de construcție ar trebui să fie ghidate de unele reguli:

Valoarea unei variabile independente este depusă de-a lungul axei Abscisa (axa orizontală), iar valoarea funcției este întârziată de-a lungul axei ordonate (axa verticală).

Scara axelor ar trebui să fie aleasă astfel încât să utilizeze zona grafică cât mai informativă este mai puțin goală pe care lipsesc punctele experimentale și liniile dependențelor funcționale. Pentru a îndeplini această cerință, adesea la începutul axei de coordonate trebuie să specifice o valoare non-zero. În același timp, toate rezultatele experimentale trebuie prezentate pe grafic.

Valorile de pe axe ar trebui, de regulă, mai multe persoane (1, 2, 4, 5) și sunt uniform. Este categoric inacceptabilă pentru a indica rezultatele măsurătorilor specifice pe axe. Unitățile selectate pe scară largă nu ar trebui să fie prea mici sau prea mari (nu trebuie să conțină mai multe zerouri de conducere sau finale). Pentru a asigura această cerință, ar trebui utilizat un factor de scară largă al formularului 10, care se desfășoară în denumirea axei.

Linia dependenței funcționale trebuie să fie o curbă dreaptă sau netedă. Conectați punctele experimentale ale liniei întrerupte este permisă numai la faza de analiză preliminară.

Atunci când se construiește diagrame cu tabele electronice, respectarea multor dintre aceste cerințe vor fi furnizate automat, dar de obicei nu toate și nu pe deplin, deci trebuie aproape întotdeauna să ajusteze vizualizarea obținută.

În foi de calcul există un serviciu special - Master Charts (Meniul principal: diagrama de inserție). Cea mai simplă opțiune de a face apel la acesta este de a selecta zona celulelor, inclusiv argumentul și funcția (mai multe funcții) și activați butonul "Master Grafic" de pe panoul standard.

În acest fel, veți obține un gol al unui grafic cu care încă mai trebuie să lucrați, deoarece selecția automată a multor parametri ai programului adoptat în mod implicit este probabil să se asigure că toate cerințele sunt îndeplinite.

Mai întâi de toate, verificați dimensiunea numerelor de pe axe și litere din denumirile axelor și semnăturile funcțiilor din legendă. Este de dorit ca dimensiunea fontului să fie aceeași peste tot, cel puțin 10 și nu mai mult de 14 puncte, dar va fi necesar să setați valoarea fiecărei inscripții separat. Pentru a face acest lucru, aduceți cursorul la obiectul de interes (axă, semnătură, legendă) și faceți clic pe butonul din dreapta al mouse-ului. În meniul contextual care apare, selectați "Format (Element)" și în noul meniu de pe foaie cu eticheta "Font" pentru a selecta valoarea dorită. Când formatați o axă, vedeți suplimentar și, eventual, schimbați valorile pe frunze cu etichetele "Scale" și "Număr". Dacă nu înțelegeți ce schimbări vor avea ca rezultat alegerea propusă - nu vă fie frică să încercați orice opțiune, deoarece puteți întotdeauna să refuzați modificările făcute apăsând tastele Ctrl + Z sau selectarea elementului Meniu principal Editare - Anulați sau Făcând clic pe buton. "Anulare" din bara de instrumente standard.

Dacă există multe puncte, iar scatterul este mic și linia pare suficient suficientă, atunci punctele pot fi conectate cu linii. Pentru a face acest lucru, mutați cursorul în orice punct de pe grafic și apăsați butonul din dreapta al mouse-ului. În meniul contextual care apare, selectați "Format de serie de date". Într-o fereastră nouă pe un prospect cu o comandă rapidă "Vizualizare", selectați culoarea și grosimea potrivită a liniei și, în același timp, verificați culoarea, dimensiunea și forma punctelor. Astfel, dependențele care aproximativează datele experimentale sunt construirea. Dacă aproximarea are loc o linie dreaptă, apoi două puncte de-a lungul marginilor schimbării argumentului. Utilizați opțiunea "Curba netedă" încorporată în opțiunea de calcul a foii de calcul nu este recomandată din cauza lipsei de capacitate de a regla parametrii de netezire.

1.3.2 Adezivarea datelor experimentale

Pentru datele experimentale obținute pe instalații experimentale cu temperatură ridicată, o cantitate mare de eroare de măsurare aleatorie este caracteristică. Acest lucru este determinat în principal prin interferențe electromagnetice de la funcționarea unui dispozitiv puternic de încălzire. Reducerea semnificativă a erorii aleatorii permite prelucrarea statistică a rezultatelor. Se știe că pentru o variabilă aleatorie distribuită în conformitate cu legea normală, eroarea aritmeticii medii, determinată de la N. Valori, B. N. ½ ori mai mică decât eroarea unei singure dimensiuni. Cu un număr mare de măsurători, atunci când este permis să presupunem că o distribuție a datelor aleatorii pe un segment mic depășește în mod semnificativ o schimbare naturală a valorii, recepția eficientă a netezilor atribuie următoarea valoare a valorii măsurate a aritmeticii medii, calculată de mai multe valori în intervalul simetric din jurul acestuia. Matematic, aceasta este transmisă prin formula:

(1.1)

Și este foarte ușor implementat în foi de calcul. Aici y. I - Rezultatul măsurătorilor și Y. I - Valoarea netezită folosită în locul ei.

Pentru datele experimentale obținute utilizând sisteme de colectare a informațiilor digitale, se caracterizează o eroare aleatorie, distribuția cărora diferă semnificativ de dreptul normal. În acest caz, utilizarea mediilor în loc de aritmetica medie poate fi mai eficientă. În acest caz, valoarea măsurată în mijlocul intervalului este atribuită valoarea valorii măsurate, care a fost cea mai apropiată de aritmetica de mijloc. Se pare că o mică diferență în algoritm poate schimba foarte mult rezultatul. De exemplu, în realizarea evaluării mediane, unele rezultate experimentale pot fi, în general, nefolosite, cele mai probabil cele care sunt într-adevăr

"Popping" cu valori cu o eroare deosebit de mare.

1.3.5 Diferențierea numerică a unei funcții stabilite de un set de puncte discrete

Necesitatea unei astfel de operațiuni în procesarea punctelor experimentale apare destul de des. De exemplu, diferențierea dependenței de concentrație a concentrației la timp este dependența vitezei procesului din timp și asupra concentrației reactivului, care, la rândul său, face posibilă estimarea procedurii de reacție. Funcționarea diferențierii numerice a unei funcții specificate de un set de valori ( y.) corespunzătoare setului corespunzător de valori argument ( x.) se bazează pe o înlocuire aproximativă a funcției diferențiale a relației de schimbare finală la schimbarea finală a argumentului:

(1.2)

Diferențierea numerică este sensibilă la erorile cauzate de inexactitatea datelor sursă, aruncând membrii rândului etc. și, prin urmare, ar trebui să se efectueze cu prudență. Pentru a spori acuratețea evaluării instrumentului derivat (), aceștia încearcă să netezească mai întâi datele experimentale, cel puțin pe un segment mic și apoi să efectueze diferențierea. Ca rezultat, în cea mai simplă caz \u200b\u200bpentru echiparea nodurilor (valorile argumentului diferă una de cealaltă la aceeași valoare a lui X) se obțin următoarele formule: pentru derivatul în primul ( h. 1) Punctul:

pentru un derivat la toate celelalte puncte ( x.) În plus față de ultimul:

pentru derivatul în acesta din urmă ( x.) Punctul:

Dacă datele experimentale sunt destul de mult și admise pentru a neglija mai multe puncte extreme, pot fi utilizate formulele de netezire mai puternică, de exemplu 5 puncte:

sau 7 puncte:

Pentru aranjamentul inegal al nodurilor, vom restricționa că vă recomandăm să utilizați formula modificată (1.3) sub formă de

(1.8)

Și în punctele inițiale și finale ale derivatului, nu pentru a calcula.

Astfel, pentru a pune în aplicare diferențierea numerică, trebuie să plasați formule adecvate în celulele coloanei libere. De exemplu, valorile inegale ale argumentului sunt situate în coloana "A" din celulele de la al doilea la al 25-lea și valorile funcției din coloana "B" din celulele corespunzătoare. Valorile derivatului ar trebui să fie plasate în coloana "C". Apoi, în celula C3 trebuie introdusă formula (5) sub formă:

\u003d (B4 - B2) / (A4 - A2)

și copiați (întindeți) în toate celulele din intervalul C4: C24.

1.3.6 Determinarea prin metoda celor mai mici pătrate ale coeficienților polinomi,

apropierea unor seturi de date

Cu o reprezentare grafică a informațiilor numerice, nevoia apare adesea pentru a efectua punctele experimentale ale liniei, detectarea caracteristicilor dependenței obținute. Acest lucru se face pentru o mai bună percepție a informațiilor și pentru a facilita o analiză suplimentară a datelor având o anumită scatter din cauza erorilor de măsurare. Adesea, pe baza analizei teoretice a fenomenului studiat, este cunoscut în prealabil ce fel de linie ar trebui să aibă. De exemplu, se știe că dependența vitezei procesului chimic ( v.) Temperatura trebuie să fie exponențială, iar exponentul din indicator arată temperatura inversă în scala absolută:

Aceasta înseamnă că, în ceea ce privește programul în coordonatele LN v. - 1 / t ar trebui să fie linia dreaptă,

coeficientul unghiular al cărei caracterizează energia de activare ( E.) proces. Prin puncte experimentale, de regulă, pot fi efectuate mai multe directe, având coeficienți unghiuri diferiți. Într-un anumit sens, cele mai bune dintre ele vor fi drepte cu coeficienți determinați de cea mai mică metodă pătrată.

În general, cele mai mici pătrate se găsesc prin coeficienții dependenței apropiate y. (x. 1 , x. 2 ,…x N.) Vedere polinomică

unde b. și m. 1 …m N. - coeficienți constanți și x. 1 …x N. - un set de argumente independente. Care este, în general, metoda este utilizată pentru a aproxima funcția mai multor variabile, dar este aplicabilă descrierii funcției complexe a unei variabile x. . În acest caz, este de obicei crezut că

și polinomul apropiat

Când alegeți un polinom apropiat n. Rețineți că trebuie să fie mai mică decât numărul de valori măsurate. x. și y. . Aproape în toate cazurile, nu ar trebui să fie mai mult de 4, rareori 5.

Această metodă este atât de importantă încât să existe cel puțin patru opțiuni pentru obținerea valorilor coeficienților doritori în foaia de calcul Excel. Vă recomandăm să utilizați funcția liniară () dacă lucrați în foi de calcul Excel ca parte a Microsoft Office sau Funcția Linest () în foile de calcul Calc din OpenOffice. Acestea sunt prezentate în lista de funcții statistice, se referă la clasa, așa-numitele funcții matrice și au o serie de caracteristici de aplicare. În primul rând, nu este introdusă într-o singură celulă, ci imediat în intervalul (zona dreptunghiulară) a celulelor, deoarece funcția returnează mai multe valori. Dimensiunea zonei orizontale este determinată de numărul coeficienților polinomului apropiat (în exemplul exemplului lor doi: LN v. 0 și E / R) și pot fi alocate vertical de la una la cinci linii, în funcție de cantitatea de informații statistice pentru analiza dvs.

1.3.7 Prezentarea rezultatelor

Într-un document științific și tehnic, atunci când prezintă date numerice, se alocă o evaluare a autenticității lor și o eroare aleatorie și sistematică. Erorile de date de mai sus ar trebui să fie prezentate în conformitate cu GOST 8.207-76.

Cu prelucrarea statistică a unui grup de rezultate de observare, trebuie efectuate următoarele operațiuni: Eliminați erorile sistematice bine cunoscute din rezultatele observării;

Calculați rezultatele medii aritmetice corectate de observare adoptate pentru rezultatul măsurării; Calculați estimarea abaterii patrate medii a rezultatului de măsurare;

Calculați frontierele de încredere ale unei erori aleatorii (componenta aleatorie a erorii) a rezultatului de măsurare;

Calculați limitele unei erori sistematice neexclusive (reziduuri neexclusive de eroare sistematică) de măsurare; Calculați limitele de încredere ale erorii rezultatelor măsurătorilor.

Pentru a determina frontierele de încredere ale erorii rezultatului de măsurare, probabilitatea de încredere R. Luați o egală cu 0,95. Cu o eroare de încredere simetrică, rezultatele măsurătorilor sunt prezentate în formularul:

unde - rezultatul măsurării, Δ - măsurarea limitei de eroare de măsurare, R. - Probabilitate de încredere. Valoarea numerică a rezultatului de măsurare trebuie încheiată în numărul aceleiași descărcări ca valoarea de eroare Δ.

2 Descrierea lucrărilor de laborator

În prima parte a fiecărei partiții de lucru specifice de laborator, informații privind compoziția și structura fazelor, mecanismul proceselor care apar în fază sau pe frontierele partiției sale cu fazele adiacente este minim pentru a înțelege ființa studiată în activitatea fenomenului. Dacă informațiile furnizate nu sunt suficiente, acesta trebuie adresat rezumatului prelegerilor și literaturii recomandate. Fără înțelegerea primei părți a secțiunii, este imposibil să ne imaginăm ce se întâmplă în sistemul studiat în timpul desfășurării muncii, să formuleze și să înțeleagă concluziile privind rezultatele obținute.

Următoarea parte a fiecărei secțiuni este dedicată implementării hardware sau software a instalării reale sau a unui model de calculator. Iată informații despre echipamentul utilizat și algoritmii utilizați. Fără o înțelegere a acestei secțiuni, este imposibil să se estimeze sursele de erori și ce acțiuni ar trebui luate pentru a minimiza influența acestora.

În ultima parte, este descrisă procedura de efectuare a măsurătorilor și procesării rezultatelor acestora. Toate aceste întrebări sunt scoase din colocviul care precedă munca sau testarea pe calculator.

2.1 Studiul cineticii oxidației de fier de temperatură înaltă (numărul de muncă 13)

2.1.1 General al modelelor de oxidare a fierului

Conform principiului secvenței de transformări a.a. Baikov pe suprafața fierului în timpul oxidării sale la temperaturi ridicate a oxigenului de aer este formată din toți oxizii stabili termodinamic în aceste condiții. La temperaturi mai mari de 572 ° C, scara este formată din trei straturi: Ashtita Feo, magnetitul Fe 3, Fe 2, 3 O 3 Hematite, stratul vestiție, care este de aproximativ 95% din grosimea întregii scală, are r- Proprietăți semiconductoare. Aceasta înseamnă că, în Sublattul Feo Cationic, există o concentrație semnificativă de posturi vacante de fier bivalent, iar refinitatea electronică este asigurată de apariția "găurilor" electronice, care sunt particule de fier trivalent. Sărbătoarea Anionică Vyutita, constând în ioni încărcați negativ, aproximativ 2-, aproape fără îndoit, prezența locurilor de muncă vacante în sublattul cationic crește semnificativ mobilitatea difuziei particulelor Fe 2+ prin vestiție și reduce proprietățile sale de protecție.

Stratul intermediar de magnetită - oxidul unei compoziții stoichiometrice având o mică concentrație de defecte în latticul cristalului și posedând acest lucru în proprietăți de protecție ridicate. Grosimea relativă este o medie de 4%.

Stratul exterior al scalei - hematitul are conductivitatea tipului n. Prezența vacanțelor de oxigen în sublattul anionic facilitează difuzarea prin ea a particulelor de oxigen, comparativ cu cationii de fier. Grosimea relativă a stratului FE 2 3 nu depășește 1% .

La temperaturi sub 572 ° C, cârligele sunt instabile termodinamic, prin urmare scara constă din două straturi: magnetitul Fe3O4 (grosimea de 90%) și hematitul Fe 2O3 (10%).

Formarea unui film de protecție continuă din scala de pe suprafața fierului duce la separarea acestuia de atmosfera aerului. Oxidarea ulterioară a metalului se efectuează datorită difuziei reactivilor printr-un film de oxid. Procesul eterogen în cauză este alcătuit din următoarele etape: depunerea oxigenului din volumul fazei de gaz la marginea cu oxid prin difuzie moleculară sau convectivă; O2 Adsorbția pe suprafața de oxid; ionizarea atomilor de oxigen cu formarea de anioni de aproximativ 2-; difuzarea de anioni de oxigen în faza de oxid la marginea cu metalul; ionizarea atomilor de fier și trecerea lor la scară sub formă de cationi; Difuzarea cationilor de fier în oxid la granița cu gaz; Actul cristalocimic al formării unor noi porțiuni ale fazei de oxid.

Modul de difuzie a oxidării metalelor este implementat dacă stadiul cel mai inhibat este transportul particulelor FE 2+ sau o scală de 2 ori. Furnizarea de oxigen molecular din faza de gaz este efectuată relativ rapid. În cazul unui mod cinetic, etapele de adsorbție sau ionizarea particulelor sunt limitează, precum și actul de transformare chimică cristalină.

Ieșirea ecuației cinetice a procesului de oxidare a fierului pentru cazul unei scale de trei straturi este destul de greoaie. Poate fi simplificată în mod semnificativ fără a schimba concluziile finale, dacă luăm în considerare amploarea de omogenă în compoziție și luăm în considerare difuzia prin aceasta numai FE 2+ Caties.

Denotă de D. FE 2+ Coeficientul de difuzie a particulelor în Okalin, k. - Constanta ratei de oxidare a fierului, C. 1 I. DIN 2 concentrația de echilibru a cationilor de fier pe marginea cu metal și, respectiv, aerul, h. - grosimea filmului de oxid, S. - suprafața eșantionului - densitatea oxidului, M. - Masa molară. Apoi, în conformitate cu legile cineticii formale, viteza specifică a actului chimic al interacțiunii de fier cu oxigen pe suprafața unității a probei ( v R.) Determinată de relația:

În starea staționară, este egală cu densitatea fluxului de difuzie a particulelor Fe 2+.

Având în vedere că viteza totală a procesului de oxidare eterogenă este proporțională cu rata de creștere a masei sale

(13.3)

pot fi excluse C. 2 din ecuații (13.1) și (13.2) și obținerea dependenței masei de scară din când în când:

(13.4)

Din ultimul raport se poate observa că modul de proces cinetic este implementat, de regulă, în momentul inițial al oxidării, când grosimea filmului de oxid este mică și rezistența sa de difuzie poate fi neglijată. Creșterea stratului de scală încetinește difuzarea reactivilor, iar modul de proces se modifică la difuzie.

O abordare mai strictă, dezvoltată de Wagner în teoria Ion-Electro de oxidare a metalelor cu temperatură înaltă, vă permite să cuantificați viteza constantă a legii de creștere a filmului parabolic utilizând datele experimentelor independente privind conductivitatea electrică a oxizilor:

unde δ. G. - modificarea energiei GIBBS pentru reacția de oxidare a metalelor, M. - masa molară de oxid - conductivitatea sa electrică, t I. - ponderea conductivității ionice, z. - valență metalică, F. - Faraday permanentă.

Când studiați cinetica formării foarte subțire ( h. < 5·10 –9 м) пленок необходимо учитывать также скорость переноса электронов через слой оксида путем туннельного эффекта (теория Хауффе и Ильшнера) и ионов металла под действием электрического поля (теория Мотта и Кабреры). В этом случае окисление металлов сопровождается большим самоторможением во времени при замедленности стадии переноса электронов, чему соответствует логарифмический закон роста пленок h. = K. · LN ( a. τ+ B.), precum și cubic h. 3 = K. · Τ (oxizi - semiconductori p. -Tilă) sau inversă logaritmică 1 / h. = C. K. · LN (τ) ( n- Tipul conductivității) în timpul încetinirii etapei de transfer de ioni metalice.

2.1.2 Descrierea instalării și procedura de efectuare a experimentelor

Kinetica oxidării fierului este studiată utilizând o metodă gravimetrică care vă permite să remediați modificarea masei eșantionului în timp în timpul experienței. Schema de instalare este prezentată în figura 1.

Figura 1 - Schema de instalare experimentală:

1 - eșantionul de fier studiat; 2 - cuptor de rezistență electrică; 3 - Convertor mecanicoelectric E 2D1; 4 - Computer personal cu placa ADC.

Eșantionul metalic (1), suspendat pe lanțul Nichrome la rockerul convertizorului mecanicoelectric E 2D1 (3), este plasat într-un cuptor tubular vertical de rezistență electrică (2). Semnalul de ieșire E 2D1, proporțional cu schimbarea masei eșantionului, este furnizat la placa ADC al computerului ca parte a instalației. Constanța temperaturii în cuptor este menținută de un regulator automat, temperatura necesară a experienței este setată de toader corespunzător pe tabloul de bord al cuptorului conform instrucțiunilor profesorului (800 - 900 ° C).

Conform rezultatelor lucrării, acesta este determinat de constanta ratei de reacție de oxidare a fierului și de coeficientul de difuzie al ionilor săi în filmul de oxid și, dacă este posibil, energia de activare a reacției chimice și difuzie. Ilustrează grafic dependența schimbării masei eșantionului și viteza procesului de oxidare.

2.1.3 Prelucrarea și prezentarea rezultatelor măsurătorilor

Convertorul mecanicoelectric este aranjat în așa fel încât o parte a masei obiectului de măsurare să fie compensată de o arc spiral. Amploarea lui este necunoscută, dar trebuie să rămână constantă în timpul măsurătorilor. După cum rezultă din descrierea tehnicilor de măsurare, timpul precis (0) de la începutul procesului de oxidare nu este cunoscut, deoarece este necunoscut când eșantionul va dobândi o temperatură suficientă pentru dezvoltarea procesului de oxidare. Până în momentul în care eșantionul începe cu adevărat să oxideze, masa sa este egală cu masa metalului de pornire ( m. 0). Faptul că nu măsuram toată masa este, dar numai partea necompensată, creatura nu se schimbă. Diferența dintre masa de eșantionare curentă ( m.) Și masa de pornire a metalului este o masă de scară, astfel încât formula (13,4) pentru condiții experimentale reale ar trebui să fie reprezentată ca:

(13.6)

in care m. - valoarea măsurată a părții rămase necompensate a masei eșantionului, m 0. - Același lucru înainte de procesul de oxidare la temperatura scăzută a probelor. Din acest raport, se poate observa că dependența experimentală a masei eșantionului din timp trebuie descrisă prin ecuația formularului:

, (13.7)

coeficienții cărora pe rezultatele măsurătorilor obținute pot fi găsite prin cea mai mică metodă pătrată. Suma menționată ilustrează un program tipic în fig. Puncte - Rezultatele măsurătorilor, linia a fost obținută prin armonizarea datelor prin ecuația 13.7

Punctele marcate cu cruce sunt mac-uri și nu trebuie luate în considerare la calcularea coeficienților ecuației 13.7 prin cea mai mică metodă pătrată.

Compararea formulelor (13.6) și (13.7) Este ușor să asociați coeficienții găsiți cu valorile fizico-chimice determinante:

(13.8)

În exemplul de mai sus, valoarea lui M0 este valoarea pe axa ordonată la \u003d 0, sa dovedit a fi de 18,1 mg.

Folosind aceste valori obținute în pregătirea experienței zonei de probă ( S.) și împrumutate din literatura de specialitate a densității vyutit (\u003d 5,7 g / cm 3)

evaluați raportul coeficientului de difuzie și constanta ratei procesului de oxidare:

(13.13)

Acest raport caracterizează grosimea scalei scalei, la care constanta ratei de difuzie este egală cu constanta vitezei de reacție de oxidare a metalelor chimice, care corespunde definiției unui mod strict mixt de reacție.

Conform rezultatelor muncii, toate valorile trebuie determinate utilizând formule (13.7, 13.11 - 13.13): b. 0 , b. 1 , b. 2 , m. 0, 0 și D. /K. . Pentru a ilustra rezultatele, ar trebui să aduceți un grafic m. -. Împreună cu valori experimentate, este de dorit să se aducă o curbă apropiată.

Conform rezultatelor măsurătorilor, trebuie să completați următorul tabel:

Tabelul 1. Rezultatele procesului de oxidare a fierului.

În tabel, primele două coloane sunt umplute după deschiderea fișierului de date, iar restul sunt calculate. Netezirea se efectuează cu 5 puncte. Atunci când se determină coeficienții polinomului apropiat, prima, a treia și a patra coloană sunt utilizate simultan. În ultima coloană, rezultatele apropierii de polinom (13,7) utilizând cele mai mici pătrate găsite de cele mai mici pătrate găsite prin metoda celor mai mici pătrate. Programul este construit pe prima, a treia și a cincea coloane.

Dacă lucrarea este efectuată de mai mulți studenți, fiecare dintre ele efectuează experiență la temperatura sa. Procesarea în comun a rezultatelor estimării grosimii scalei scalei în modul strict mixt () vă permite să estimați diferența în activarea difuziei și a reacției chimice. Într-adevăr, formula evidentă este adevărată aici:

(13.14)

Prelucrarea similară a coeficienților b. 2 vă permite să evaluați energia de activare a difuziei. Formula este adevărată aici:

(13.15)

Dacă măsurătorile au fost efectuate la două temperaturi, estimările sunt efectuate direct prin formule (13,4) și (13,15), dacă valorile temperaturii sunt mai mari de două, metoda celor mai mici pătrate trebuie aplicată pentru funcții. ln () – 1/T. și ln (b 2.) – 1/T. Valorile obținute conduc în tabelul final și sunt discutate în concluzii.

Procedura de procesare a rezultatelor muncii

2. Construiți pe o foaie separată un grafic m. -, dezvăluie vizual și elimină valorile populației.

3. Efectuați netezirea valorilor masei măsurate.

4. Calculați piețele de schimbare a masei

5. Găsiți coeficienții metodelor cele mai mici pătrate b. 0 , b. 1 , b. 2 ecuații, apropiindu-se de dependența de schimbare a masei în timp.

6. Calculați estimarea în masă la începutul măsurătorilor în conformitate cu ecuația apropiată

7. Pentru a analiza rezultatele aproximării utilizând sortarea și excluderea valorilor incorecte

8. Afișați rezultatele aproximării pe un program de dependență m. – .

9. Calculați caracteristicile sistemului și procesul: m. 0 , 0 , D. /K. .

Numărarea rezultatelor:

a. În celula "A1" - suprafața eșantionului, în celulele adiacente "B1" unități de măsură;

b. În celula "A2" - masa eșantionului original, în celula "B2" - unități de măsură;

c. În celula "A3" - temperatura experienței, în celula "B3" - unități de măsură;

d. În celula "A4" - grosimea stratului de scală în modul strict mixt, în celula "B4" - unități de măsură;

e. Pornind de la celula "A10" ar trebui să fie clar formulate concluzii pentru muncă.

În celulele A6-A7, trebuie să existe referințe la celule pe alte foi ale cărții de foi de calcul pe care se fac calcule pentru a obține rezultatul prezentat și nu valorile numerice în sine! Dacă această cerință nu este îndeplinită, programul de verificare oferă mesajul "Eroare de prezentare a informațiilor".

2. Graficul decorat corect m. - Obținut experimental (puncte) și polinomul polinom (linia), pe o foaie separată de foi de calcul, cu toate semnăturile și notația necesară.

Controlați întrebările

1. Care este structura scalei obținute pe glandă în timpul oxidării sale la temperaturi ridicate în atmosfera de aer?

2. De ce apariția fazei existente în scară duce la o creștere accentuată a ratei de oxidare a fierului?

3. Ce etape sunt procesul eterogen de oxidare a fierului?

4. Care este diferența dintre regimul de difuzie al oxidării fierului de la cinetică?

5. Care sunt ordinea și metodele de lucru?

6. Cum să identificați modul de proces de oxidare?

2.2 Studiul dependenței de temperatură a conductivității electrice a topiturii oxidului (numărul de lucru 14)

2.2.1 Informații generale despre natura conductivității electrice a zgurilor

Studiul dependenței conductivității electrice specifice de zgură din compoziția și temperatura lor este de mare importanță pentru metalurgia atât în \u200b\u200bteoretică, cât și aplicată. Valoarea conductivității electrice specifice poate avea un efect semnificativ asupra vitezei cele mai importante reacții dintre metalul și zgura în procesele de producție a oțelului, asupra performanței unităților metalurgice, în special în cuptoarele electrice și cu cuptoarele cu arc pentru a topi zgura sintetică, În cazul în care intensitatea izolației termice depinde de magnitudinea curentului electric. În plus, conductivitatea specifică, fiind o proprietate sensibilă din punct de vedere structural, oferă informații indirecte privind structura topiturilor, concentrației și forma de particule încărcate.

Conform ideii structurii de topire a oxidului, formulată, în special, Școala științifică de profesor O.A. ISIN, particulele neacoperite nu pot fi prezente în ele. În același timp, ionii din topitură diferă foarte mult în dimensiune și structură. Elementele principalilor oxizi sunt prezenți sub formă de ioni simpli, de exemplu, Na +, Ca2 +, Mg2 +, Fe 2+, O 2-. Dimpotrivă, elementele cu valență ridicată, care formează oxizi acide (acide), cum ar fi Si02, Ti02, B203, sub formă de ioni au un câmp electrostatic atât de mare, care nu poate fi în topitură la fel de simplă Ionii Si 4+, Ti 4+, B 3+. Ei mult mai aproape de anionii de oxigen care formează legături covalente cu ele și sunt prezente în topitură sub formă de anioni complexi, dintre care cei mai simpli sunt, de exemplu, Si0 4 4, Tio 4 4-, Bo 3 3-, Bo 4 5-. Anionii complexi au capacitatea de a complica structura lor, unirea în structuri două și tridimensionale. De exemplu, două tetrahedra de pui silicial (Si04 4-) poate fi conectată prin vârfuri prin formarea celei mai simple lanțuri liniare (Si 2O7 6-). În același timp, un ion de oxigen este eliberat:

SiO44- + SiO44- \u003d Si2O76- + O2-.

Aceste întrebări pot fi vizualizate mai detaliat, de exemplu, în literatura educațională.

Rezistență electrică R. Conductorii liniari convenționali pot fi determinați din raport.

unde este rezistența, L. - lungimea, S. - zona transversală a conductorului. Valoarea se numește conductivitatea specifică a substanței. Din formula (14.1) urmează

Dimensiunea conductivității electrice este exprimată în OM -1 M -1 \u003d cm / m (cm - Siemens). Conductivitatea electrică caracterizează conductivitatea electrică a volumului topiturii încheiate între doi electrozi paraleli având o suprafață de 1 m 2 și situată la o distanță de 1 m unul de celălalt.

Într-un caz mai general (câmp electric inhomogene), conductivitatea electrică specifică este definită ca coeficientul de proporționalitate între densitatea curentă i. În gradient de conductor și electric:

Apariția conductivității electrice este asociată cu transferul încărcăturilor în substanță sub acțiunea câmpului electric. În metalele în transferul de energie electrică, sunt implicate electronii zonei de conducere, a căror concentrație este practic independentă de temperatură. Cu creșterea temperaturii, există o scădere a conductivității electrice a metalelor, deoarece Concentrația electronilor "liberi" rămâne permanentă, iar efectul inhibitor asupra lor al mișcării termice a ionilor de lattice cristal crește.

În semiconductori, transportatorii de încărcare electrică sunt electroni fără cvasi în zona de conducere sau în zona de vacanță din zona de energie de valență (găuri electronice) care rezultă din tranzițiile electronice activate termic de la nivelele donatorului în zona de conductivitate semiconductoare. Cu creșterea temperaturii, probabilitatea unor astfel de tranziții activate crește, respectiv concentrația purtătorilor curenți electrici și crește conductivitatea electrică.

În electroliți, la care se topește oxidul, în transferul de energie electrică, sunt implicați, de regulă, ioni: Na +, CA2+, Mg2 +, Si04 4-, Bo2 - și alții. Fiecare dintre ioni ј Soiul își poate aduce contribuția la cantitatea totală de densitate curentă electrică în conformitate cu raportul cunoscut

unde este o conductivitate electrică parțială specifică; D ј. , C ј. , z ј. - coeficientul de difuzie, concentrația și caritatea ionului ј -Ho soiuri; F. - Faraday permanentă; T. - temperatura; R.

Evident, cantitatea de valori i ј. egală cu densitatea totală a curentului i. asociate cu mișcarea tuturor ionilor și conductivitatea electrică specifică a întregii topiri a cantității de conductori parțiali.

Mișcarea ionilor în electroliți este un proces de activare. Aceasta înseamnă că, sub acțiunea câmpului electric, nu toți ionii sunt mutați, dar numai cei mai activi ai acestora, care au un anumit exces de energie comparativ cu nivelul mediu. Această energie în exces, denumită energie de activare a conductivității electrice, este necesară pentru depășirea forțelor de interacțiune ale acestui ion cu o împrejurimi, precum și pentru formarea unei vacanțe (cavitate) în care trece. Numărul de particule active, în conformitate cu legea Boltzmann, crește

creșterea temperaturii în conformitate cu legea exponențială. prin urmare . Urmată

În conformitate cu (14.5), dependența de temperatură a conductivității electrice trebuie descrisă de cantitatea exponențială. Se știe, totuși, că, cu o creștere a dimensiunii particulelor, energia lor de activare este în creștere semnificativă. Prin urmare, în legătură (14,5), de regulă, acestea neglijează contribuția unor sedimente mari și pentru restul valorilor parțiale.

Ca rezultat, dependența de temperatură a conductivității electrice specifice a topiturilor oxidului ia următoarea formă:

(14.6)

care este de acord cu datele experimentale.

Valorile tipice pentru zgomotele metalurgice care conțin oxizi de SAO, Si02, MgO, Al2O3 sunt în intervalul de 0,1 - 1,0 cm · cm-1 lângă temperatura lichidelor, ceea ce este semnificativ mai mic decât conductivitatea electrică a Metale lichide (10 5 -10 7 cm · cm-1). Energia de activare a conductivității electrice aproape nu depinde de temperatura din zgârieturile principale, dar poate fi oarecum scăzută cu creșterea temperaturii în topiturile acide, datorită depolimerizării lor. În mod tipic, valoarea se află în intervalul de 40-200 kJ / mol, în funcție de compoziția topiturii.

Cu conținut ridicat (peste 10%) oxizi de fier (FEO, FE203) sau alți oxizi de tranziție (de exemplu, MNO, V2O3, CR2O3), caracterul conductivității electrice a zgârieturilor, T la. În plus față de ionic, există o proporție semnificativă de conductivitate electronică. Componenta electronică a conductivității în astfel de topituri se datorează mișcării electronilor sau a găurilor electronice de-a lungul mecanismului releului din cationul metalului de tranziție cu o valență mai mică la cation cu o valență mai mare r. -Evuboli oxigen este situat între aceste particule.

Mobilitate foarte mare de electroni în combinație de 2+ - O 2- - Me 3+, în ciuda concentrației lor relativ mici, crește brusc conductivitatea electrică specifică a zgurilor. Astfel încât valoarea maximă æ pentru o pură de fier să se topească Feo - Fe 2 O 3 poate fi

10 2 cm · cm-1, rămânând totuși mai puțin metale.

2.2.2 Descrierea metodelor de instalare și măsurare

Hârtia determină conductivitatea electrică specifică a tetratracției de sodiu topită Na2O3 2O3 în intervalul de temperatură de 700 - 800 ° C. Pentru a elimina complicațiile asociate cu prezența rezistenței la metal, metalul electroliți, studiul conductivității electrice trebuie să fie efectuat în astfel de condiții atunci când rezistența la limită este neglijabilă. Acest lucru poate fi realizat folosind în loc de un curent alternativ constant al unei frecvențe suficient de ridicate (≈ 10 kHz).

Circuitul circuitelor de instalare electrică este prezentat în figura 2.

Figura 2. Lanțuri electrice de instalare pentru măsurarea conductivității electrice a zgurilor:

ZG - Generator de frecvență de sunet; PC - computer personal cu plată solidă; Bar RR și Bar Dorw - celule electrochimice care conțin soluție apoasă de ksl sau zgură, respectiv; R este rezistența de referință a unei valori cunoscute.

AC de la generatorul de frecvență sonoră este alimentat într-o celulă care conține o zgură, iar rezistența de referință a unei valori cunoscute este inclusă secvențial cu aceasta. Folosind placa de sunet PC, se măsoară scăderea tensiunii din celulă și rezistența de referință. Deoarece curentul care curge prin R et și Bar, la fel

(14.7)

Programul de servicii de instalare a laboratorului calculează, afișează monitorul și scrie un raport al raportului ( r.) Valorile amplitudinii AC la ieșirea generatorului audio ( U. Zg) și pe celula de măsurare ( U. bar):

Știind-o, puteți defini rezistența celulelor

unde este o celulă permanentă.

Pentru a determina K. Barul din instalația experimentală Utilizați o celulă auxiliară similară parametrilor geometrici studiați. Ambele celule electrochimice sunt bărci corundum cu electroliți. Acestea sunt omise în două electrozii cilindrici din metalul aceleiași secțiuni transversale și lungimea situată la aceeași distanță una de cealaltă pentru a se asigura constanța relației (L / S) FEP.

Celula condusă conține Na2O-2B 2O3 topit și este interferat cu cuptorul de încălzire la o temperatură de 700 - 800 ° C. Celula auxiliară este la temperatura camerei și umplută cu soluție apoasă de KSL 0,1 H, conductivitatea electrică a cărei a cărei 0,0112 cm · cm -1. Cunoașterea conductivității electrice a soluției și determinarea (vezi Formula 14.9) Rezistența electrică

celula auxiliară (

2.2.3 Procedura de lucru

A. Lucrați folosind sistemul de măsurare în timp real

Înainte de începerea măsurătorilor, cuptorul trebuie încălzit la o temperatură de 850 ° C. Procedura de instalare este după cum urmează:

1. După executarea procedurii de inițializare, în conformitate cu indicarea pe ecranul monitorului, opriți cuptorul, puneți comutatorul "1 - Rezistența de referință" la poziția "1 - HI" și urmați instrucțiunile suplimentare.

2. După ce a indicat "comutatorul 2 - la poziția" Soluție ", este necesar să o efectuați până când" comutatorul 2 "indică poziția" topită "pentru a înregistra rapoartele de rezistență care apar la fiecare 5 secunde.

3. Efectuați a doua indicație și monitorizați modificarea temperaturii. Odată ce temperatura devine mai mică de 800 ° C urmați tastatura cu tastatura "XS" pentru a activa ieșirea grafului și a scrie rapoartele de temperatură și rezistență la fiecare 5 secunde.

4. După răcirea topiturii la o temperatură mai mică de 650 ° C, măsurătorile trebuie inițializate pentru a doua lucrare de performanță a elevului pe această unitate. Comutatorul "1 - Rezistența de referință" pentru a pune în poziția "2 - LO" și din acest punct de pe al doilea elev începe să înregistreze valorile de temperatură și rapoartele de rezistență la fiecare 5 secunde.

5. Când topirea se răcește la o temperatură de 500 ° C sau atinge valoarea raportului de rezistență aproape de 6, este necesar să se oprească măsurătorile, alimentând comanda "xe" de la tastatură. Din acest punct de vedere, al doilea student trebuie să traducă 2 comutatoare în poziția "soluția" și să scrie cele zece valori ale raportului de rezistență.

B. Lucrul cu datele înregistrate anterior în fișier

După activarea programului, pe ecran apare un mesaj cu privire la valoarea rezistenței de referință și mai multe valori ale raportului de rezistență sunt afișate secvențial ( r.) Celula de calibrare. După o medie, aceste date vă vor permite să găsiți o instalare permanentă.

În viitor, la fiecare câteva secunde de pe ecran apare valorile de temperatură și problema rezistenței pentru celula de măsurare. Aceste informații sunt afișate pe grafic.

Programul completează automat lucrările și transmite toate rezultatele pe PC-ul profesorului.

2.2.4 Prelucrarea și prezentarea rezultatelor măsurătorilor

Conform rezultatelor măsurătorilor, ar trebui să completați tabelul cu următoarea rubrică:

Tabelul 1. Dependența de temperatură a conductivității electrice a topitului Na2O · 2B 2O3

În tabel, primele două coloane sunt umplute după deschiderea fișierului de date, iar restul sunt calculate. Potrivit acestora, programul de dependență LN () - 10 / t ar trebui să fie construit și utilizând metoda celor mai mici pătrate (funcția Linest în OpenOffice.calc) determină valoarea energiei de activare. Graficul ar trebui adus prin aproximarea directă. De asemenea, trebuie să construiți un grafic al dependenței conductivității electrice la temperatură. Procedura de procesare a rezultatelor

1. Introduceți înregistrările rezultatelor măsurătorilor în fișierul de calcul tabelar.

2. Calculați valoarea medie a raportului de rezistență pentru celula de calibrare.

3. Calculați o instalare permanentă.

4. Construiți un program de decizie r. – t. Dezvăluiți vizual și eliminați valorile pop-up. Cu cantitatea lor mare de a aplica sortarea.

5. Calculați rezistența celulei de măsurare, conductivitatea electrică a oxidului se topește la temperaturi diferite, logaritmul conductivității electrice și temperatura absolută inversă

b. 0 , b. 1 ecuații aproximând dependența logaritmei conductivității electrice de la temperatura inversă și calculează energia de activare.

7. Construiți pe o foaie separată un grafic al logaritmului conductivității electrice de la temperatura inversă și aduceți dependența aproximatoare Numărarea rezultatelor:

1. În cartea foii de calcul, prezentată pentru verificare, următoarele informații ar trebui prezentate pe prima pagină cu numele "Rezultate":

a. În celula "A1" - temperatura de pornire, în celula "B1" - unități de măsură;

c. În celula "A3" - energia de activare a conductivității electrice, în celula "B3" - unități de măsură;

d. În celula "A4" - un factor pre-exponențial în formula dependenței de temperatură a conductivității electrice, în celula "B4" - unități de măsură;

e. Pornind de la celula "A5" ar trebui să fie clar formulate concluzii pentru muncă.

În celulele A1-A4, trebuie să existe referințe la celule pe alte foi ale cărții de foi de calcul, care sunt calculate pentru a obține rezultatul prezentat și nu valori numerice în sine! Dacă această cerință nu este îndeplinită, programul de verificare oferă mesajul "Eroare de prezentare a informațiilor".

2. Un grafic decorat corespunzător al logaritmului conductivității electrice de la temperatura inversă obținută prin date experimentale (puncte) și polinomul aproximativ (linia), pe o foaie separată de foi de calcul, cu toate semnăturile și notația necesară.

Controlați întrebările

1. Ce se numește conductivitate electrică specifică?

2. Ce particule determină conductivitatea electrică a zgurilor?

3. Care este natura dependenței de temperatură a conductivității electrice a metalelor și a oxidului se topește?

4. Ce depinde de celula permanentă și cum să o determine?

5. De ce ar trebui să folosesc curent alternativ pentru a determina?

6. Cum depinde energia de activare a energiei de temperatură?

7. Ce senzori și dispozitive sunt utilizate în instalația de laborator. Ce valori fizice permit registrul?

8. Care sunt graficele (în ce coordonate) ar trebui să fie prezentate de rezultatele muncii?

9. Ce valori fizico-chimice trebuie obținute după procesarea datelor primare?

10. Decideți ce măsurători se efectuează înainte de experiență, care valori sunt înregistrate în timpul experienței, care se referă la informațiile primare, care procesează acest lucru este expus și la ce informații sunt obținute.

2.3 Studiul kineticului zgurii metalice de desulfurizare pe modelul de simulare (numărul de lucru 15)

2.3.1 Informații generale despre kinetica zgurii metalice de desulfurizare

Sulf impurități în oțel, în cantități de peste 0,005% în greutate. %, reduc în mod semnificativ proprietățile sale mecanice, electrice, anti-coroziune și alte proprietăți, agravează sudabilitatea metalului, duce la aspectul roșu și de răceală. Prin urmare, procesul de desulfurație a oțelului, care curge în mod eficient cu o zgură, are o importanță deosebită pentru metalurgia de înaltă calitate.

Studiul modelelor cinetice ale reacției, detectarea mecanismului său și a regimului de debit este necesară pentru a controla eficient rata de desulfurație, deoarece În condiții reale ale unităților metalurgice, distribuția de echilibru a sulfului dintre metal și zgură nu este de obicei realizată.

Spre deosebire de cele mai multe alte impozite în oțel, tranziția de sulf din metal în zgură este un procedeu de restaurare și nu oxidativ 1. [s] + 2e \u003d (S 2-).

Aceasta înseamnă că pentru fluxul continuu al procesului catod, ceea ce a dus la acumularea de încărcări pozitive pe metal, poate fi necesară trecerea simultană a altor particule pentru a da electroni în faza metalică. Astfel de procese anide concomitente pot fi oxidarea anionilor de oxigen sau a fierului, carbonului, manganului, siliconului și a altor impurități metalice, în funcție de compoziția oțelului.

2. (O 2-) \u003d [O] + 2E,

3. \u003d (Fe 2+) + 2E,

4. [C] + (O 2-) \u003d CO + 2E, 5. \u003d (Mn 2+) + 2E.

În agregat, catodul și orice proces de anod vă permite să înregistrați ecuația stoichiometrică a reacției de desulfurație în formularul de mai jos, de exemplu:

1-2. (CAO) + [S] \u003d (CAS) + [O], H \u003d -240 KJ / MOL

1-3. + [S] + (CAO) \u003d (FEO) + (CAS). H \u003d -485 kj / mol

Sunt vizualizate expresii adecvate pentru constantele de echilibru

(15.1)

Evident, procesele alese ca exemplu și altele asemenea pe care le pot apărea simultan. Din relația (15.1) rezultă că gradul de desulfurizare a metalului la o temperatură constantă, adică. Valoarea constantă a constantă a echilibrului crește cu concentrația crescândă a ionului de oxigen liber (O 2-) în topirea oxidului. Într-adevăr, creșterea fabricii din numitor ar trebui să fie compensată de o pierdere a unei alte fabrici pentru a se potrivi constantei constantă a echilibrului. Trebuie remarcat faptul că conținutul de ioni liberi de oxigen crește atunci când se utilizează oxid de calciu bogat în mod internațional. Analizând relația (15.2), se poate concluziona că conținutul ionilor de fier (Fe 2+) în topitura de oxid ar trebui să fie minim, adică Slagurile trebuie să conțină o cantitate minimă de oxizi de fier. Prezența în metalul metalic (Mn, Si, Al, C) crește, de asemenea, caracterul complet al desulfurației oțelului datorită scăderii conținutului (Fe 2+) și [O].

Reacția 1-2 este însoțită de absorbția de căldură (ΔH\u003e 0), prin urmare, deoarece fluxul de procedeu, temperatura din unitatea metalurgică va scădea. Dimpotrivă, reacția 1-3 este însoțită de eliberarea de căldură (ΔH<0) и, если она имеет определяющее значение, температура в агрегате будет повышаться.

La descrierea cinetică a desulfurizării, ar trebui luate în considerare următoarele etape ale procesului:

Livrarea de particule de sulf din volumul de metal la margine cu o zgură, mai întâi datorită difuziei convective, dar direct lângă limita secției de zgură metalic - difuzie moleculară; Actul electrochimic de adăugare a electronilor la atomi de sulf și formarea de anioni S 2-; Fiind un act de adsorbție-chimică, îndepărtarea anionilor de sulf în volumul de zgură, datorită difuziei moleculare și apoi convective.

Etapele similare sunt, de asemenea, caracteristice stadiilor anodice, cu participarea Fe, Mn, Atoms sau anioni O 2-. Fiecare dintre etape contribuie la rezistența generală a procesului de desulfurizare. Forța motrice a fluxului de particule printr-o serie de aceste rezimțe este diferența dintre potențialul lor electrochimic în sistemul de metal non-echilibru - zgura sau diferența în diferența dintre potențialul de electrod efectiv și de echilibru la marginea partiției de fază, numit supratensiune .

Viteza procesului constând dintr-o serie de etape seriale este determinată de contribuția scenei cu cea mai mare rezistență - limită Etapă. În funcție de mecanismul etapei limitare, modul de reacție de difuzie sau cinetică indică. Dacă pașii cu un alt mecanism de debit au rezistență proporțională, atunci indicați modul de reacție mixt. Rezistența fiecărei etape depinde în mod semnificativ de natura și proprietățile sistemului, concentrația de reactivi, intensitatea amestecului fazelor, temperatura. Deci, de exemplu, viteza actului electrochimic de recuperare a sulfului este determinată de valoarea curentului de schimb

(15.3)

unde ÎN - funcție de temperatură, C. [S] și C. (S 2-) - concentrații de sulf în metal și zgură, coeficientul de transfer α.

Etapa de livrare a sulfului la limita de fază este determinată de curentul limită al difuziei acestor particule

unde D. [S] - coeficientul de difuzie de sulf, β este o constantă convectivă, determinată de intensitatea convecției în topitură, este proporțională cu rădăcina pătrată din viteza liniară a fluxurilor convective în lichid.

Datele experimentale existente indică faptul că, în condiții normale de convecție a topiturilor, act electrochimic al descărcării ionului de sulf se desfășoară relativ rapid, adică. Desulfurația este inhibată în principal prin difuzarea particulelor în metal sau zgură. Cu toate acestea, cu o creștere a concentrației de sulf în metal, dificultățile de difuzie scade și modul de proces se poate schimba în cinetică. Acest lucru contribuie, de asemenea, la aditivii de carbon din fier, deoarece Descărcarea ionilor de oxigen la marginea metalelor de carbon apare cu o frânare cinetică semnificativă.

Ar trebui să se țină cont de faptul că ideile electrochimice despre interacțiunea metalelor cu electroliți vă permit să clarificați mecanismul proceselor, pentru a înțelege evenimentele care apar în detalii. În același timp, ecuațiile simple ale cineticii oficiale își mențin pe deplin justiția. În special, pentru o analiză brută a rezultatelor experimentului obținut cu erori semnificative, ecuația pentru viteza de reacție de 1-3 poate fi înregistrată în cea mai simplă formă:

unde k. F I. k. R - Constantele ratei de reacție directe și inverse. Acest raport se efectuează dacă soluțiile de sulf în hardware și sulfura de calciu și yususul din zgură sunt admise pentru a fi diluate infinit și ordinele de reacție de reacție sunt aproape de una. Conținutul reactivilor rămași ai reacției în cauză este atât de mare încât tot timpul interacțiunii rămâne aproape constant și concentrațiile lor pot fi incluse în constanță k. F I. k. R.

Pe de altă parte, dacă procesul de desulfurizare este departe de starea de echilibru, atunci rata de reacție inversă poate fi neglijată. Apoi, rata de desulfurație ar trebui să fie proporțională cu concentrația de sulf în metal. Această variantă a descrierii datelor experimentale poate fi verificată prin explorarea comunicării ratei de desulfurizare a desulfurizării și a logaritmului concentrației de sulf în metal. Dacă această legătură este liniară, iar coeficientul unghiular de dependență trebuie să fie aproape de unul, atunci acesta este un argument în favoarea modului de difuzie a procesului.

2.3.2 Procesul de model matematic

Posibilitatea mai multor etape anodice este mult dificil de a face o descriere matematică a proceselor de desulfurizare a oțelului care conține multe impurități. În acest sens, s-au făcut câteva simplificări la model, în special, dificultățile cinetice au fost neglijate la

Pentru semi-reacțiile de tranziție a fierului și a oxigenului datorită limitei adoptate privind controlul difuziei, relația pare substanțial mai simplă:

(15.7)

În conformitate cu starea de electronică în absența curentului de la o sursă externă, conexiunea dintre curenții pe semi-resursele separate a electrodului este exprimată printr-un raport simplu:

Diferența dintre supratensiunile electrodului () este determinată de relațiile lucrărilor corespunzătoare de activități și constante de echilibru pentru reacții 1-2 și 1-3:

Derivatul concentrației de sulf în metalul metalic este determinat de curentul primei jumătăți de reacție a electrodului în conformitate cu ecuația:

(15.12)

Aici i. 1 , i. 2 - Densitatea curenților de procese de electrod, η 1, η 2 - polarizarea lor, i. P - Particulele de difuzie curente ј - Ca o varietate i. O - schimbul curent al etapei cinetice, C. [S] - concentrația de sulf în metal, coeficientul de transfer, p, K. P este activitatea activității și constanta de echilibru a reacției de desulfurație, S. - zona zgurii metalice de frontieră interfacială, V. Me - Volumul metalic, T. - temperatura, F. - Faraday permanentă R. - Constant de gaz universal.

În conformitate cu legile cineticii electrochimice, expresia (15,6) ia în considerare injectarea de difuzie a ionilor de fier în zgură, deoarece, judecând prin date experimentale, stadiul de ionizare a acestor particule nu este limitativ. Expresia (15,5) este injectarea de difuzie a particulelor de sulf în zgură și metal, precum și încetinirea ionizării de sulf pe marginea interfacială.

Combinarea expresiilor (15,6 - 15,12) pot fi obținute cu metode numerice pentru a obține dependența concentrației de sulf din metal din timp în condițiile selectate.

Următorii parametri sunt utilizați în model:

3)
Schimbul curent de ioni de sulf:

4) Constanta echilibrului de reacție de desulfurizare ( LA R):

5) Atitudinea zonei frontierei interfaciale la volumul de metal

7) Constanta convective (β):

Modelul vă permite să analizați influența factorilor enumerați asupra vitezei și caracterului complet al desulfursiilor, precum și evaluarea contribuției de difuzie și frânare cinetică în rezistența generală a procesului.

2.3.3 Ordinul de lucru

Imaginea generată de programul de simulare este reprezentată în fig. . În partea superioară a panoului, sunt date valorile numerice selective ale valorilor măsurate, graficul prezintă toate valorile obținute în timpul modelării proceselor. În notația componentelor se topește metalică și zgură, subiectele metalurgice au primit semne suplimentare. Parantezele pătrate indică apartenența componentei cu o topitură de metal și o zgură rotundă. Multiplicatorii pentru denumirile componentelor sunt utilizate numai pentru a construi un program, acestea nu ar trebui luate în considerare la interpretarea valorilor. În timpul funcționării modelului, este afișată numai valoarea uneia dintre valorile măsurate. După 6 secunde dispare și apare valoarea următoarei magnitudine. În această perioadă de timp, trebuie să aveți timp să înregistrați următoarea valoare. Pentru economisirea timpului, se recomandă ca numerele constante să nu fie înregistrate, de exemplu, unitatea de lider în valoarea temperaturii.

La cinci minute după începerea măsurătorilor până la ora din colțul din dreapta sus al panoului de instalare prin apăsarea simultană a tastelor și a [Nr.], unde nu. - numărul de instalare, intensă viteza de agitare a fazelor.

2.3.4 Prelucrarea și prezentarea rezultatelor măsurătorilor

Tabelul privind rezultatele măsurătorilor formate din programul de simulare trebuie completat cu următoarele coloane calculate:

Tabelul 1. Rezultatele procesării statistice a datelor experimentale

Tabelul din prima coloană ar trebui să calculeze timpul de la începutul procesului în câteva minute.

Prelucrarea ulterioară se efectuează după construirea grafică - În prima etapă de prelucrare, un grafic de dependență de temperatură ar trebui să fie construit din când în când și să evalueze gama de date atunci când tranziția de sulf însoțește în principal tranziția de fier. În acest domeniu, două zone sunt izolate cu aceleași rate de amestecare, iar metoda celor mai mici pătrate sunt coeficienții de aproximare a polinomilor formei:

care rezultă din ecuația (15,5) în condiții stipulate. Comparând valorile obținute ale coeficienților, fac concluzii despre modul de proces și gradul de aproximare a sistemului față de starea de echilibru. Rețineți că nu există nici un membru gratuit în ecuație (15.13).

Pentru a ilustra rezultatele experimentului, sunt construite grafice ale dependențelor concentrației de sulf la momentul și rata de desulfurizare din concentrația de sulfură de calciu în zgură.

Procedura de procesare a rezultatelor

2. Calculați viteza procesului de desulfurizare de-a lungul concentrației de sulf din metal, logaritmul vitezei și concentrației de sulf.

3. Pentru a construi pe foi separate de grafice de dependență de temperatură în unitate din când în când, masa timpului, rata de desulbilitate a timpului și logaritmul ratei de desulfurizare din logaritmul concentrației de sulf.

4. Metoda de pătrate mai mici este estimată separat pentru diferite rate de amestecare Caracteristicile cinetice ale procesului de desulfurație în conformitate cu ecuația () și procedura de reacție la concentrația de sulf.

Numărarea rezultatelor:

1. Graficele decorate corespunzător de dependența procesului de desulfurație și logaritmul acestei valori din când în când, pe o foaie separată de foi de calcul, cu toate semnăturile necesare.

2. Valorile caracteristicilor cinetice ale procesului de desulfurizare în toate exemplele de realizare ale procesului care indică dimensiunile (și erorile).

3. Concluzii pentru muncă.

Controlați întrebările

1. Ce condiții sunt necesare pentru desulfurizarea cea mai completă a zgurii metalice?

2. Care sunt procesele anodice care pot însoți îndepărtarea sulfului?

3. Din ce etape este procesul de tranziție a sulfului prin granița interfacială?

4. În ce cazuri este modul de desulfurare a difuziei sau cinetice?

5. Care este procedura de efectuare a muncii?

2.4 Studiu termografic al proceselor de disociere a carbonților naturali (numărul de muncă 16)

2.4.1 Modelele generale de carbonați de disociere

Termograma se numește dependența de temperatura eșantionului din timp. Metoda termografică de studiere a proceselor de descompunere termică a substanțelor a fost larg răspândită după ce caracteristicile caracteristice ale unor astfel de dependențe au fost descoperite: "Temperatura oprește" și "Site-urile de temperatură înclinate".

1.4

Figura 3. Ilustrația termogramei:

curba punctată - termograma unei eșanții de comparare ipotetică, în care nu se produce disocierea; Linia solidă este o eșantion real cu o disociere în două etape.

Acestea sunt secțiuni caracteristice de dependență, în care de ceva timp (), temperatura rămâne fie constantă (t \u003d const), fie crește cu o cantitate mică (t) la o viteză constantă (t /). Aplicarea diferențierii numerice sau grafice poate cu o precizie bună pentru a determina timpul și temperatura începutului și sfârșitul opririi temperaturii.

În lucrarea de laborator propusă, o astfel de dependență este obținută cu încălzirea continuă a materialului natural al calcitului, componenta principală este carbonatul de calciu. Rasa de munte, constând în principal din calcit, se numește calcar. Calcar în cantități mari este utilizat în metalurgie.

Ca urmare a arderii (procesarea termică) a calcarului prin reacția endotermică

CACO 3 \u003d CAO + CO 2

primirea de var (Cao) - componenta dorită a topiturii zgurii. Procesul este efectuat la temperaturi sub temperaturile și varul de topire și de calcar. Se știe că carbonații și oxizii formați din ele nu sunt solubili reciproc, prin urmare produsul de reacție este o nouă fază solidă și gaze. Expresia pentru echilibrul constantă, în cazul general, are forma:

Aici a. - Activitatea reactivilor solizi - presiunea parțială a produsului gazos al reacției. În metalurgie, cealaltă piatră este folosită pe scară largă, numită Dolomite. Se compune, în principal, dintr-un mineral cu același nume reprezentând sarea dublă a acidului CAMG Coal (CO 3) 2.

Calcitul, precum și orice minerală naturală, împreună cu componenta principală, conține o varietate de impurități, cantitatea și compoziția care depinde de domeniul fosiliului natural și, chiar, dintr-o anumită zonă de exploatare minieră. O varietate de compuși de impurități este atât de mare încât este necesar să le clasificați în funcție de unele semnificative în acest caz sau în acest caz. Pentru analiza termodinamică, o caracteristică esențială este capacitatea impurităților de a forma soluții cu reactivi. Presupunem că nu există impurități în minerale, care în intervalul a studiat intervalul (presiune și temperatură) intră în orice reacție chimică între ele sau componenta principală sau produsul decăderii sale. În practică, această condiție nu este pe deplin efectuată, deoarece în calcit, de exemplu, carbonatele altor metale pot fi prezente, dar din punct de vedere al analizei ulterioare, aceste reacții nu vor da informații noi, dar complică în mod nejustificat analiza .

Toate celelalte impurități pot fi împărțite în trei grupe:

1. Impuritățile care formează o soluție cu carbonat de calciu. Astfel de impurități sunt cu siguranță necesare pentru a ține seama de analiza termodinamică și, cel mai probabil, cu o analiză cinetică a procesului.

2. Impuritățile care dizolvă în produsul de reacție - oxidul. Decizia înregistrării impurităților de acest tip depinde de cât de repede dizolvarea acestora în produsul solid al reacției și asociat îndeaproape cu problema dispersiei includerii impurităților de acest tip. Dacă incluziunile sunt relativ ridicate, iar dizolvarea lor apare încet, acestea nu ar trebui luate în considerare în timpul analizei termodinamice.

3. Impuritățile care nu sunt solubile în carbonatul sursă și produsul decăderii sale. Aceste impurități nu ar trebui luate în considerare atunci când analiza termodinamică, ca și cum ar fi deloc. În unele cazuri, ele pot influența cinetica procesului.

În versiunea cea mai simplă (grosieră) a analizei, este permisă combinarea tuturor impurităților de același tip și le consideră o componentă generalizată. Pe această bază, subliniem trei componente: B1, B2 și B3. Trebuie discutată faza gazului termodinamic în cauză. În operațiunea de laborator, procesul de disociere se desfășoară într-o instalație deschisă care comunică cu atmosfera camerei. În acest caz, presiunea totală din sistemul termodinamic este în mod constant și este egală cu o atmosferă, iar în faza gazului există un produs gazos al gazului de reacție - dioxid de carbon (CO2) și componentele mediului aerian, simplificat - oxigen și azot. Acestea din urmă nu interacționează cu restul componentelor sistemului, prin urmare, în cazul în cauză, oxigenul și azotul nu se deosebesc și în viitor vor fi numiți componente gazoase neutre.

Structurile și platformele de temperatură au o explicație termodinamică. Cu o compoziție de fază bine cunoscută, este posibilă prezicerea temperaturii opririi cu metode termodinamice. Puteți rezolva problema inversă - la temperaturi cunoscute, determinați compoziția fazelor. Acesta este prevăzut în cadrul acestui studiu.

Stopurile și platformele complete de temperatură pot fi implementate numai atunci când efectuează anumite cerințe pentru cinetica procesului. Este normal să se aștepte ca acestea să fie cerințele formulărilor aproape de echilibru ale fazelor de la locul reacției și neglijează gradienții mici în straturi de difuzie. Respectarea acestor condiții este posibilă dacă viteza procesului este controlată de factori non-interni (rezistență la difuzie și rezistența reacției chimice în sine) și prin viteza de alimentare cu căldură externă la locul de reacție. În plus față de modurile principale de reacție eterogenă definită în chimia fizică: cinetică și difuzie, un astfel de mod de proces se numește termal.

Rețineți că regimul termic al procesului de disociere în fază solidă este posibil datorită originalității reacției, care necesită o cantitate mare de căldură și, în acest caz, nu există etape de alimentare a materiilor prime la reacție (întrucât o descompunere a substanței) și descompunerea reacției solide din partea de frontieră a fazelor (deoarece această mută de frontieră). Doar două etape asociate cu difuzie: îndepărtarea de CO2 prin faza de gaz (evident cu rezistență foarte scăzută) și difuzia de CO2 prin oxid, care este foarte facilitat prin crăparea oxidului de umplere a volumului ocupat anterior de oxidul fundamental de carbon.

Luați în considerare sistemul termodinamic la temperaturi sub oprirea temperaturii. În primul rând, presupunem că nu există impurități în carbonatul primului și al doilea tip. Posibilă prezență a unei impurități a celui de-al treilea tip de administrare, dar numai pentru a arăta că acest lucru nu se poate face. Să presupunem că suspensia calcitului de pulbere studiată este alcătuită din aceleași particule sferice cu o rază r. 0. Limita sistemului termodinamic va petrece la o anumită distanță de suprafața unuia dintre particulele de calcit, un mic comparativ cu raza sa și, astfel, pornim sistemul de un volum al fazei gazului.

În sistemul examinat există 5 substanțe: SAO, SASO3, B3, CO2, B și unele dintre ele sunt implicate în aceeași reacție. Aceste substanțe sunt distribuite în patru faze: Cao, Saso3, B3, faza gazoasă, fiecare caracterizată de valorile diferitelor proprietăți inerente și este separată de alte faze vizibile (cel puțin sub microscop) limita din secțiune. Faptul că faza B3 este prezentată, cel mai probabil, multitudinea de particule dispersate nu vor schimba analiza - toate particulele sunt aproape la fel de proprietăți și pot fi considerate o fază. Presiunea externă este în mod constant, prin urmare, doar o variabilă externă rămâne - temperatura. Astfel, toți termenii pentru calcularea numărului de grade de libertate ( din) Definit: din = (5 – 1) + 1 – 4 = 1.

Valoarea rezultată înseamnă că, atunci când temperatura se schimbă (un parametru), sistemul se va deplasa de la un stat de echilibru la altul, iar numărul și natura fazei nu se vor schimba. Parametrii de stare a sistemului vor fi modificați: Dioxidul de carbon de temperatură și echilibru și presiunea gazului neutru ( T. , P CO2. , R B.).

Strict, a spus, în mod corect, nu pentru niciun fel de temperaturi sub oprirea temperaturii, dar numai pentru intervalul când reacția inițial întâmplătoare în modul cinetic a trecut în regim termic și este posibil să discutați cu adevărat despre apropierea parametrilor sistemului la echilibru . La temperaturi mai scăzute, sistemul nu este în mod semnificativ echilibru, ci asupra caracterului dependenței de temperatura eșantionului la timp, aceste caracteristici nu sunt reflectate.

De la începutul experimentului - la temperatura camerei, sistemul se află într-o stare de echilibru, dar numai pentru că nu există substanțe care ar putea interacționa. Aceasta se referă la oxidul de calciu, care, în aceste condiții (presiunea parțială a dioxidului de carbon din atmosfera de aproximativ 310 -4-ATM, presiunea de echilibru - 10 -23 ATM) ar putea carbonarea. Conform ecuației izotermice pentru reacția înregistrată ținând cont de expresia constantă a echilibrului (16.1) în activitățile substanțelor condensate egale cu una:

schimbarea energiei Gibbs este pozitivă, ceea ce înseamnă că reacția trebuie să apară în direcția opusă, dar acest lucru nu este posibil, deoarece sistemul inițial nu are oxid de calciu.

Cu creșterea temperaturii, elasticitatea disocierii (presiunea de CO2 de echilibru față de carbonat este în creștere, după cum rezultă din ecuația ISOBARA:

deoarece efectul termic al reacției este mai mare decât zero.

Doar la o temperatură de aproximativ 520 cu reacția de disociere va fi posibilă termodinamic, dar va începe cu o întârziere semnificativă în timp (perioada de incubare) necesară pentru nuclearea fazei de oxid. Inițial, reacția va apărea în modul cinetic, dar, în detrimentul autocataliei, rezistența etapei cinetice va scădea rapid atât de mult încât reacția va trece la regimul termic. Din acest moment devine o analiză termodinamică echitabilă dată mai sus, iar temperatura eșantionului va începe să declanșeze de la temperatura eșantionului de comparație ipotetică, în care nu se produce disocierea (a se vedea figura 3).

Analiza termodinamică considerată va rămâne corectă în momentul în care elasticitatea de disociere ajunge la 1 atm. În același timp, dioxidul de carbon a fost eliberat continuu pe suprafața probei de 1 atm. El a pătruns aerul, iar porțiunile noi provin din eșantion pentru ao înlocui. Presiunea dioxidului de carbon va crește peste o atmosferă, deoarece gazul intră liber în atmosfera înconjurătoare.

Sistemul se schimbă fundamental, deoarece în faza gazoasă din jurul eșantionului Acum nu există aer și sistemul a devenit o componentă mai mică. Numărul de grade de libertate într-un astfel de sistem C \u003d (4 - 1) + 1 - 4 \u003d 0

se dovedește a fi zero și când este menținut echilibrul, nu se pot schimba parametrii de stat, inclusiv temperatura.

Notă acum că toate concluziile (calculul numărului de grade de libertate etc.) vor rămâne corecte, dacă nu se ia în considerare componenta B3, pe care o unitate crește numărul de substanțe și numărul de faze, care este compensat reciproc .

Există o oprire de temperatură atunci când toată căldura primită este consumată numai pe procesul de disociere. Sistemul funcționează ca un control foarte bun al temperaturii, atunci când o mică modificare aleatorie va duce la schimbarea opusă a vitezei de disociere, care returnează temperatura la valoarea anterioară. Controlul de înaltă calitate este explicat prin faptul că un astfel de sistem este practic neregulat.

Deoarece procesul de disociere este dezvoltat, partea frontală de reacție schimbă proba adânc în suprafața interacțiunii și grosimea produsului de reacție solidă crește, ceea ce face dificilă difuzarea dioxidului de carbon din reacția la suprafața probei. De la un moment dat, modul termic al procesului se transformă într-un amestecat și apoi în difuzie. Deja în modul mixt, sistemul va deveni substanțial neechilibru, iar concluziile obținute în timpul analizei termodinamice își vor pierde semnificația practică.

Datorită reducerii vitezei procesului de disociere, cantitatea necesară de căldură va scădea atât de mult încât o parte a fluxului de căldură primită va începe din nou să cheltuiască asupra încălzirii sistemului. Din acest punct de vedere, oprirea temperaturii va înceta, deși procesul de disociere va continua până la o descompunere completă a carbonatului.

Nu este dificil să ghiciți că, pentru cel mai simplu caz în cauză, valoarea temperaturii opririi poate fi găsită din ecuație

Calculul termodinamic conform acestei ecuații utilizând baza de date TDHT dă temperatura de 883 ° C pentru calcit pur și pentru puragonite pură - 834 ° C.

Acum complicați analiza. În disocierea calcitului care conține impuritățile din primul și al doilea tip, atunci când activitatea carbonatului și oxidului nu poate fi considerată egală cu cea, starea corespunzătoare va complica:

Dacă presupunem că conținutul de impurități este mic, iar soluțiile rezultate pot fi considerate ca fiind diluate infinit, atunci ultima ecuație poate fi scrisă ca:

unde este proporția molară a impurității corespunzătoare.

Dacă se obține o temperatură înclinată și ambele temperaturi ( T. 2 > T. 1) temperatura de mai sus pentru carbonatul de calciu pur - La R. (T. 1)\u003e 1 și La R. (T. 2)\u003e 1, este rezonabil să presupunem că nu există impurități de tip al doilea sau nu au timp să dizolve () și să evalueze concentrația de impurități de 1 tip la început

Și la sfârșitul opririi temperaturii

Un amestec de primul tip trebuie să se acumuleze la o soluție într-o soluție de SAS3 - B1, deoarece partea de reacție se mișcă. În același timp, factorul de colț al platformei este exprimat prin raport:

unde 1 este proporția componentei B1 returnând la faza inițială atunci când este în forma sa pură; V S. - volumul molar al calcitului; V C. - rata de disociere a carbonatului; - efectul termic al reacției de disociere la temperatura de oprire; R. 0 - Radiusul inițial al particulelor de calcit.

Atragerea datelor de referință, această formulă poate fi calculată v C. - Viteza

componenta Rhenium B1 în calcit.

2.4.2 Schema de instalare și tehnica de lucru

Lucrarea este studiată de disocierea carbonatului de calciu și dolomita de diferite fracțiuni.

Schema de instalare experimentală este prezentată în Figura 4.

Figura 4 - Schema de instalare pentru studierea termogramelor disocierii carbonului:

1 - Tub Corund, 2 - carbonat, 3 - termocuplu, 4-cuptor,

5 - Autotransformer, 6 - Calculator personal cu placa ADC

Într-o încălzită anterior la 1200 la cuptorul (4), a fost instalat un tub de corindune (1) cu un termocuplu (3) și un carbonat de calciu de testare (2). O termogramă de probă este observată pe ecranul monitorului calculatorului personal. După trecerea secțiunii izotermale, se repetă experiența cu o altă fracție de carbonat. În studiul dolomitei, încălzirea duce la detectarea a două opriri de temperatură.

Termogramele rezultate sunt în graficul "Temperatura". Pentru comoditatea de cartografiere, toate termogramele trebuie aduse pe o diagramă. Determină temperatura dezvoltării intensive a procesului, comparați-o cu o analiză termodinamică. Faceți concluzii cu privire la efectul temperaturii, natura carbonatului, gradul de dispersie a acestuia asupra caracterului termogramei.

2.4.3 Prelucrarea și prezentarea rezultatelor măsurătorilor

Conform rezultatelor lucrării, ar trebui să completați următorul tabel:

Tabelul 1. Rezultatele studiului procesului de disociere a carbonatului de calciu (Dolomite)

Primele două coloane sunt umplute cu valori la deschiderea fișierului de date, acesta din urmă trebuie calculat. Smoothing-ul se efectuează la cinci puncte, diferențierea numerică a datelor netezite se efectuează și cu o netedă suplimentară, de cinci puncte. Pe baza rezultatelor lucrării, ar trebui construite două diagrame separate de dependență: t. - și D. t. / D - t. .

Valoarea de oprire a temperaturii rezultată ( T S.) Ar trebui comparat cu o valoare caracteristică pentru calcitul pur. Dacă valoarea observată este mai mare, atunci este posibilă estimarea aproximativ a conținutului minim al primului tip impuritate prin ecuația (16.7), crezând că nu există impurități de tip al doilea. Dacă se observă relația inversă, atunci putem concluziona că influența de bază este impuritățile celui de-al doilea tip și estimați conținutul minim sub condiția că nu există impurități de primul tip. Din ecuația (16.6) rezultă că în ultimul caz

Valoarea constantă a echilibrului este de dorit să se calculeze utilizând baza de date TDHT conform metodei descrise în manual. În cazul extrem, puteți utiliza ecuația care aproxând dependența de modificarea energiei Gibbs în răspunsul de disociere a carbonatului de calciu cu temperatura:

G. 0 = B. 0 + B. unu · T. + B. 2 · T. 2 ,

luând valorile coeficienților egale: B. 0 \u003d 177820, J / MOL; B. 1 \u003d -162,61, J / (mol · k) B. 3 \u003d 0.00765, J · MOL -1 · K -2.

Notă . Dacă, în cursul "chimia fizică", elevii nu sunt familiarizați cu baza de date TDHT și nu au îndeplinit calculele corespunzătoare în clasele practice, atunci ar trebui să se utilizeze ecuația Schwartzman-Temkin și datele din cartea de referință.

Procedura de procesare a rezultatelor

1. Introduceți rezultatele înregistrărilor privind informațiile manuale în fișierul de calcul tabelar.

2. Efectuați netezirea valorilor temperaturii.

3. Construiți pe o foaie separată un grafic de dependență de temperatură la timp.

4. Diferențierea valorilor de temperatură în timp cu netezirea de la 5 puncte.

5. Construiți pe o foaie separată Un grafic al dependenței derivatului de temperatură în timp la temperatură, determinați caracteristicile platformelor.

Numărarea rezultatelor:

1. În cartea foii de calcul, prezentată pentru verificare, următoarele informații ar trebui prezentate pe prima pagină cu numele "Rezultate":

a. În celula "A1" - valoarea opririi temperaturii (media pentru locul înclinat), în celula "B1" - unități de măsură;

b. În celula "A2" - durata opririi temperaturii, în celula "B2" - unități de măsură;

c. În celula "A3" - panta site-ului, în celula "B3" - unități de măsură;

d. În celula "A4" - tipul de impuritate sau "0", dacă nu a fost detectată prezența impurităților;

e. În celula "A5" - o fracțiune molară de impurități;

f. Pornind de la celula "A7" ar trebui să formuleze în mod clar concluzii pentru muncă.

În celulele A1, A3 și A5, trebuie să existe referințe la celule pe alte foi ale cărții de foi de calcul pe care se fac calcule pentru a obține rezultatul prezentat și nu valorile numerice în sine! Dacă această cerință nu este îndeplinită, programul de verificare oferă mesajul "Eroare de prezentare a informațiilor".

2. Graficele decorate corespunzător de dependență de temperatură la timp, derivatul de temperatură în timp de la temperatura și derivatul de temperatură la timp pe foi separate de foi de calcul, cu toate semnăturile și notația necesară.

3. Valorile estimărilor temperaturilor stop și durata acestora.

4. Concluzii pentru muncă.

Controlați întrebările

1. Ce depinde de temperatura începutului disocierii carbonatului de aer?

2. De ce elasticitatea disocierii carbonților crește cu creșterea temperaturii?

3. Ce este egal cu numărul de grade de libertate al sistemului în care a stabilit echilibrul dintre substanțele CAO, CO 2, CASSO 3?

4. Cum va schimba caracterul termogramei, dacă produsul de disociere formează soluții solide cu substanța sursă?

5. Ce mod de reacție heterogenă de disociere a carbonatului este zona izotermică a termogramei?

6. Cum va schimba tipul de termograme în timpul disocierii carbonatului polidisperse?

7. Care este diferența dintre termogramele obținute la o presiune generală de 101,3 kPa și 50 kPa?

2.5 Studierea dependenței de temperatură a vâscozității topiturii oxidului (numărul de lucru 17)

2.5.1 Natura rezistenței vâscoase a oxidului se topește

Viscozitatea este una dintre cele mai importante caracteristici fizico-chimice ale zgurii. Are un efect semnificativ asupra mobilității difuziei de ioni și, prin urmare, asupra cineticii interacțiunii de metal cu zgură, viteza proceselor de căldură și de schimb în unitățile metalurgice. Studiul dependenței de temperatură a vâscozității oferă informații indirecte privind transformările structurale în oxidul se topește, modificări ale parametrilor anionilor complexi. Compoziția, ceea ce înseamnă, valoarea vâscozității depinde de scopul zgurii. De exemplu, pentru intensificarea etapelor de difuzie ale interacțiunii reducătoare redox a metalului și zgurii (desulfurație, deformforii etc.), compoziția zgurii este aleasă astfel încât vâscozitatea sa să fie mică. Dimpotrivă, pentru a preveni transferul de hidrogen sau azot în oțel prin zgura din faza de gaz, se adaugă o zgură cu vâscozitate crescută.

Una dintre caracteristicile cantitative ale vâscozității poate fi un coeficient dinamic de vâscozitate (η), care este definit ca coeficientul de proporționalitate în legea internă a fricului Newton

unde F. - forță de frecare internă între două straturi lichide adiacente, grad υ – Gradient de viteză S. - suprafața suprafeței contactului straturilor. Unitatea de măsurare a vâscozității dinamice în C: [η] \u003d N · C / m 2 \u003d PA · s.

Se știe că fluxul de fluid este o serie de haine de particule în următoarea poziție constantă. Procesul este activat. Pentru a efectua salturile, particula trebuie să aibă un stoc suficient de energie în comparație cu valoarea medie. Energia excesivă este necesară pentru ruperea legăturilor chimice ale particulei mobile și a educației în volumul topiturii vacante (cavitatea) în care trece. Cu o temperatură crescătoare, creșterea medie a energiei de particule și numărul lor mai mare poate participa la flux, ceea ce duce la o scădere a vâscozității. Numărul de astfel de particule "active" crește cu o temperatură în conformitate cu legea exponențială a distribuției Boltzmann. În consecință, dependența coeficientului de vâscozitate asupra temperaturii are o vedere exponențială.

unde η 0 este un coeficient, un pic dependent de temperatură, E. η - energia de activare a unui flux vâscos. Aceasta caracterizează rezerva minimă a energiei cinetice care se roagă pentru particulele active capabile să participe în timpul.

Structura topiturilor de oxid are un efect semnificativ asupra coeficientului de vâscozitate. Spre deosebire de mișcarea ionilor sub acțiunea unui câmp electric, cu un curs vâscos, toate particulele de mișcare a fluidului în direcția mișcării secvențial. Pasul cel mai accelerat este mișcarea particulelor mari care dau cea mai mare contribuție la valoarea lui η. Ca rezultat, energia de activare a unui flux vâscos, se dovedește a fi mai mult pentru conductivitatea electrică ( E. η > E.).

În zgura acidă care conțin oxizi Si, P, B, concentrația de anioni complexi mari sub formă de lanțuri, inele, tetrahedra și alte structuri spațiale (de exemplu,

Etc.). Prezența particulelor mari crește vâscozitatea topiturii, deoarece Mișcarea lor necesită costuri ridicate de energie comparativ cu micul.

Suplimentele oxizilor principali (Cao, MgO, MNO) conduc la o creștere a concentrației de cationi simpli (Ca 2+, Mg2 +, Mn 2+) în topitură. Anionii inserați aproximativ 2 contribuie la depolimerizarea topiturii, adică. Decizia de anioni complexi, de exemplu,

Ca urmare, vâscozitatea zgurii scade.

În funcție de temperatură și compoziție, vâscozitatea zgurii metalurgice poate varia în limite destul de largi (0,01 - 1 PA · C). Aceste valori ale ordinelor de mărime depășesc vâscozitatea metalelor lichide, care se datorează prezenței în zgurile de moduri relativ mari de flux.

Dependența exponențială redusă a lui η de la T. (17.2) Nu este rău să descrieți datele experimentale pentru zgârieturile principale care conțin mai puțin de 35 moli. % Si02. În astfel de topituri, energia de activare a fluxului vâscos E. η este constantă și are o cantitate mică (45 - 80 kJ / mol). Dacă temperatura scade, modificările η, ușor și numai atunci când se întărește, începe să crească intens.

În zgrile acide având o concentrație ridicată de componente de formare complexă, energia de activare poate scădea cu creșterea temperaturii: E. η = E. 0 / T. Ceea ce este cauzat de dezacordul unor anioni complexi atunci când este încălzit. Datele experimentale în acest caz sunt liniarizate în coordonatele " ln η - 1 / T. 2.

2.5.2 Descrierea instalării și a metodelor de măsurare a vâscozității

Pentru a măsura coeficientul de vâscozitate, se utilizează un viscometru rotativ (Figura 5). Dispozitivul și principiul funcționării acestui dispozitiv sunt după cum urmează. Cilindrica cilindrică cilindrică (1) este plasată (2), care imersează axul (4), suspendat pe un șir elastic (5). În timpul experienței, momentul de rotație din motorul electric (9) este transmis pe disc (7), de la acesta prin șirul axului.

Mărimea vâscozității topiturii de oxid este judecată de unghiul de răsucire a șirului, care este determinată pe scară (8). Când se rotește, axul este o rezistență vâscoasă a fluidului creează momentul împingător al forței care răsucește șirul până la momentul deformării elastice a șirului devine un moment egal al forțelor rezistenței vâscoase. În același timp, viteza de rotație a discului și a arborelui va fi aceeași. Corespunzător acestei stări, unghiul de răsucire a șirului (Δφ) poate fi măsurat prin compararea poziției săgeții (10) față de scala: inițial - înainte de a porni motorul electric și instalat - după pornire. Evident, unghiul de răsucire a șirului Δφ este mai mare, cu atât este mai mare vâscozitatea lichidului η. Dacă deformările șirului nu depășesc limita (fezabilitatea corespunzătoare a legii bicicletei), atunci valoarea Δφ este proporțională cu η și poate fi scrisă:

Coeficientul ecuației. k. Numele viscometrului constant depinde de dimensiunea creuzetului și a arborelui, precum și de proprietățile elastice ale șirului. Cu o scădere a diametrului șirului, sensibilitatea viscozimetrului crește.

Figura 5 - Schema de instalare pentru măsurarea vâscozității:

1 - Tigel, 2 - topitura de testare, capul cu 3 ax,

4 - ax, 5 - șir, 6 - Instalare superioară, 7 - disc,

8 la scară, 9 - motor electric, 10 - săgeată, 11 - cuptor, 12 - transformator,

13 - Dispozitiv de reglare a temperaturii, 14 - termocuplu.

Pentru a determina un viscoză constantă k. Un lichid cu viscozitate cunoscută este plasat în creuzet - o soluție de rosină în ulei de transformator. În acest caz, în experimentul la temperatura camerei, se determină Δφ0. Apoi, cunoașterea vâscozității (η0) a fluidului de referință la o anumită temperatură, calculați k. Conform formulei:

A găsit valoare k. Folosit pentru a calcula coeficientul de vâscozitate al topiturii oxidului.

2.5.3 Procedura de lucru

Pentru cunoștință cu proprietățile de vâscozitate ale zgurii metalurgice din această lucrare de laborator, se studiază topirea Na2O · 2B203. Măsurătorile sunt efectuate în intervalul de temperatură de 850-750 o C. După atingerea temperaturii inițiale (850 ° C), săgeata de viscozimetru este instalată pe o marcă zero. Apoi include un motor electric și fixează unghiul staționar de răsucire a șirului Δφ T . Oprirea viscozimetrului, repetați măsurarea Δφ t cu alte temperaturi. Experiența este oprită când unghiul de șir va începe să depășească 720 o.

2.5.4 Prelucrarea și prezentarea rezultatelor măsurătorilor

Conform rezultatelor măsurătorilor, se completează următorul tabel.

Tabelul 1. Dependența de temperatură a vâscozității

În tabel, primele două coloane sunt completate din rezultatele înregistrării manuale a testelor de temperatură pe ecranul monitorului și unghiul de filare a firului pe amploarea viscozimetei. Coloanele rămase sunt calculate.

Pentru a verifica fezabilitatea legii exponențiale a modificărilor coeficientului de vâscozitate cu o temperatură (17.2), construirea unui program în coordonatele "Ln (η) - 10 3 / T. " Energia de activare se găsește folosind linia (OpenOffice.calc) sau Linein () (Microsoftoffice.exel), folosindu-le la coloanele a cincea și a șasea a mesei.

În concluziile, datele obținute ale lui η și E η sunt comparate cu zgomotele metalurgice, discută natura dependenței de temperatură a vâscozității, legătura cu schimbările structurale în topitură.

Procedura de procesare a rezultatelor

1. Efectuați măsurători pe celula de calibrare și calculați instalarea permanentă

2. Introduceți rezultatele înregistrărilor de informații manuale în fișierul de calcul tabelar.

3. Calculați valorile de vâscozitate.

4. Construiți pe o foaie separată Un grafic al dependenței de vâscozitate de temperatură.

5. Calculați logaritmul de vâscozitate și temperatura absolută inversă pentru întregul set de rezultate de măsurare.

6. Găsiți coeficienții metodelor cele mai mici pătrate b. 0 , b. 1 ecuații, apropiindu-se de dependența logaritmei vâscozității de la temperatura inversă și calculează energia de activare.

7. Construiți pe o foaie separată Un grafic al logaritmului de vâscozitate dependență de temperatura inversă și aduceți o dependență aproximatoare Numărarea rezultatelor:

1. În cartea foii de calcul, prezentată pentru verificare, următoarele informații ar trebui prezentate pe prima pagină cu numele "Rezultate":

a. În celula "A1" - cupluse, în celula "B1" - unități de măsură;

b. În celula "A2" - temperatura finală, în celula "B2" - unități de măsură;

c. În celula "A3" - energia de activare a unui flux vâscos la temperaturi scăzute, în celula "B3" - unități de măsură;

d. În celula "A4" - un factor pre-exponențial în formula dependenței de temperatură a conductivității electrice la temperaturi scăzute, în celula "B4" - unități de măsură;

e. În celula "A5" - energia de activare a unui flux vâscos la temperaturi ridicate, în celula "B5" - unități de măsură;

f. În celula "A6" - un factor pre-exponențial în formula pentru dependența de temperatură a conductivității electrice la temperaturi ridicate, în celula "B6" - unități de măsură;

g. Pornind de la celula "A7" ar trebui să formuleze în mod clar concluzii pentru muncă.

În celulele A1-A6, trebuie să existe referințe la celule pe alte foi ale cărții de foi de calcul, pe care se fac calcule pentru a obține rezultatul prezentat și nu valorile numerice în sine! Dacă această cerință nu este îndeplinită, programul de verificare oferă mesajul "Eroare de prezentare a informațiilor".

2. Graficele decorate corespunzător de dependențe de vâscozitate față de temperatura și logaritmul vâscozității de la temperatura inversă obținută în conformitate cu datele experimentale (punctele) și polinomul (linia) aproximative, pe foi separate de foi de calcul, cu toate semnăturile necesare. Controlați întrebările

1. În ce formă sunt componentele topiturii de oxid, constând din Cao, Na2O, Si02, B203, Al 2 O 3?

2. Ce se numește coeficientul de vâscozitate?

3. Cum va schimba dependența de temperatură a vâscozității zgurii atunci când oxizii principali se adaugă la ea?

4. În ce unități sunt viscozitatea?

5. Cum determină visul constant?

6. Ce este determinat de energia de activare a unui flux vâscos?

7. Care este motivul pentru reducerea vâscozității cu creșterea temperaturii?

8. Cum se calculează energia de activare a unui flux vâscos?

2.6 Restaurarea manganului de la topitura de oxid din oțel

(Numărul muncii 18)

2.6.1 Legile generale ale interacțiunii electrochimice a metalelor și a zgurii

Procesele de interacțiune a metalului lichid cu zgura topită au o valoare tehnică mare și continuă în multe unități metalurgice. Performanța acestor agregate, precum și calitatea metalului finit este determinată în mare măsură de viteza și caracterul complet al tranziției anumitor elemente de la marginea fazelor.

Fluxul simultan al unui număr semnificativ de procese fizice și chimice în diferite faze, temperaturi ridicate, prezența fluxurilor hidrodinamice și termice, face dificilă studiul experimental al proceselor de interacțiune în fază în condiții industriale și de laborator. Astfel de sisteme complexe sunt investigate folosind modele care reflectă individul, dar aspectul cel mai esențial al obiectului în cauză. În această lucrare, modelul matematic al proceselor care apar pe marginea zgurii metalice vă permite să analizați modificarea concentrațiilor de volum ale componentelor și vitezei tranziției lor prin marginea interfacială, în funcție de timp.

Restaurarea manganului de la topitura de oxid are loc pe semi-resurse electrochimice:

(Mn 2+) + 2e \u003d

Procesele asociate trebuie să fie procese de oxidare. Evident, poate fi procesul de oxidare a fierului

\u003d (Fe2 +) + 2E

sau impurități în compoziția de oțel, de exemplu, siliciu. Deoarece ionul de siliciu cu patru încărcări nu poate fi într-o zgură. Acest proces este însoțit de formarea unui tetraedru silicial în conformitate cu jumătate de formare electrochimică:

4 (O 2-) \u003d (Si04 4-) + 4E

Fluxul independent de numai unul dintre semedurile de electrod prezentate este imposibil, deoarece Aceasta duce la acumularea de încărcări într-un strat electric dublu la marginea separării de fază care împiedică trecerea substanței.

Starea de echilibru pentru fiecare dintre ele se caracterizează prin potențialul electrodului de echilibru ()

unde este potențialul standard - activitatea formelor oxidate și reduse ale substanței, z. - numărul de electroni implicați în procesul de electrod, R. - Constant de gaz universal, F. - Faraday permanentă T. - temperatura.

Restaurarea manganului din zgură la metal este realizată ca rezultat al fluxului articulat al cel puțin două semi-resurse ale electrodului. Vitezele sunt stabilite astfel încât taxele de la marginea interfacială să nu aibă loc. În acest caz, potențialul de metal ia o valoare staționară în care viteza de generare și asimilarea electronilor este aceeași. Diferența dintre actual, adică Inestimarea, potențialul și valoarea sa de echilibru, se numește polarizare (supratensiune) a electrodului; Polarizarea caracterizează gradul de îndepărtare a sistemului de la echilibru și determină rata de tranziție a componentelor peste granița fazelor în conformitate cu legile cineticii electrochimice.

Din punctul de vedere al termodinamicii clasice din sistem într-o direcție sau alta, se aplică procesele de recuperare a manganului de la zgura dizolvată în glanda siliconului:

2 (MNO) + \u003d 2 + (SIO 2) H \u003d -590 KJ / MOL

și solvenți noi (oxidarea oxidului de fier de mangan în zgură

(MNO) + \u003d + (FEO) \u003d. H \u003d 128 kJ / mol

Din punctul de vedere al cineticii formale, rata primei reacții, care este determinată, de exemplu, prin schimbarea conținutului de siliciu din metal, departe de echilibru în modul cinetic, ar trebui să depindă de produsul concentrațiilor de oxid de mangan în zgură și siliciu în metal în unele grade. În modul de difuzie, rata de reacție depinde liniar de concentrația componentelor, a cărei difuzie este dificilă. Argumentele similare pot fi făcute în legătură cu a doua reacție.

Reacția constantă a echilibrului, exprimată prin activitate

este o temperatură numai a temperaturii.

Raportul dintre concentrațiile de echilibru ale manganului în zgură și metal

acestea sunt numite coeficientul de distribuție a manganului, care, spre deosebire de depinde de compoziția fazelor și servește ca o caracteristică cantitativă a distribuției acestui element între zgură și metal.

2.6.2 Modelul procesului

Modelul de simulare a examinat trei semetakes de electrod care pot curge între topitura de oxid de cao - Mnno - Si02-Al203 și fierul lichid care conține Mn și Si ca impurități. Se face presupunerea modului de difuzie a fluxului lor. Se ia în considerare difuzarea particulelor Fe 2+ într-o zgură, siliciu în metal, mangan în ambele faze. Sistemul general al ecuațiilor care descrie modelul are forma

unde υ ј - viteza semi-reacției electrodului, η J. - polarizarea, i J. - densitatea curentului limită de difuzie, D J. - coeficientul de difuzie, β - convertirea convectivă, C j. - Concentrare.

Programul modelului de simulare vă permite să rezolvați sistemul de ecuații (18.4) - (18.8), ceea ce face posibilă stabilirea modului în care concentrația de volum a componentelor și viteza de tranziție se schimbă cu timpul când metalul interacționează cu zgura . Rezultatele calculului sunt afișate. Informațiile obținute de pe ecranul monitorului includ o imagine grafică de schimbare a concentrațiilor componentelor principale, valorile lor curente, precum și valorile de temperatură și construcțiile de convecție (Figura 8).

Diagrama bloc a programului modelului de simulare a interacțiunii metalului și zgurii este prezentată în Figura 7. Programul funcționează într-un ciclu, care este reziliat numai după timpul de modelare specificat (aproximativ 10 minute).

Figura 7 - Diagrama bloc a programului modelului de simulare

2.6.3 Procedura de lucru

Imaginea generată de programul de simulare este reprezentată în Figura 8 (panoul din dreapta). În partea superioară a panoului, sunt date valorile numerice selective ale valorilor măsurate, graficul prezintă toate valorile obținute în timpul modelării proceselor. În notația componentelor se topește metalică și zgură, subiectele metalurgice au primit semne suplimentare. Parantezele pătrate indică apartenența componentei cu o topitură de metal și o zgură rotundă. Multiplicatorii pentru denumirile componentelor sunt utilizate numai pentru a construi un program, acestea nu ar trebui luate în considerare la interpretarea valorilor. În timpul funcționării modelului, este afișată numai valoarea uneia dintre valorile măsurate. După 6 secunde dispare și apare valoarea următoarei magnitudine. În această perioadă de timp, trebuie să aveți timp să înregistrați următoarea valoare. Pentru economisirea timpului, se recomandă ca numerele constante să nu fie înregistrate, de exemplu, unitatea de lider în valoarea temperaturii.

Figura 8. Imaginea ecranului monitorului atunci când efectuați numărul de lucru 18 în diferite stadii de procese.

Patru până la cinci minute după pornirea instalării, faceți un aditiv al oxidului de mangan cald anterior în zgură, care este implementat în timp ce apăsați tasta ALT și tastele numerice de pe tastatura principală cu numărul dvs. de instalare. Procedura de procesare:

1. Introduceți rezultatele înregistrărilor privind informațiile manuale în fișierul de calcul tabelar.

2. Calculați viteza proceselor de tranziție a elementelor prin limita interfacială și logaritmul acestor valori înainte și după adăugarea oxidului de mangan în zgură cu o masă de topitură de metal de 1400 kg.

3. Construiți pe foi separate de grafică de dependență de temperatură la timp, viteze de tranziție de mangan din când în când, logaritmul vitezei de tranziție a siliciului din logaritmul concentrațiilor de siliciu din metal.

4. cea mai mică metodă pătrată pentru a estima caracteristicile cinetice ale procesului de tranziție a siliconului.

Numărarea rezultatelor:

1. Grafice decorate corect enumerate în secțiunea anterioară pe o foaie separată de foi de calcul, cu toate semnăturile și notația necesară.

2. Valorile ordinii reacției de oxidare a siliciului înainte și după administrarea oxidului de mangan care indică erorile.

3. Concluzii pentru muncă.

Controlați întrebările

1. De ce necesitatea de a simula procesele de producție a oțelului?

2. Care este natura interacțiunii de metal cu zgură și ce se manifestă acest lucru?

3. Ce potențial se numește staționar?

4. Ce potențial se numește Echilibru?

5. Ce se numește polarizarea electrodului (supratensiune)?

6. Ce se numește coeficientul de distribuție de mangan între metal și zgură?

7. Ce depinde de constanta distribuției manganului dintre metal și zgură?

8. Ce factori afectează rata de tranziție a manganului din metal în zgură în modul de difuzie?

Bibliografie

1. Lynchevsky, B.V. Tehnica experimentală metalurgică [Text] / B.v. Lynchevsky. - M.: Metalurgie, 1992. - 240 s.

2. Arsentev, p.p. Metode fizico-chimice de cercetare a proceselor metalurgice [Text]: Tutorial pentru universități / P.P. ARSENTHEV, V.V. Yakovlev, MG Krasheninnikov, L.A. Pronin și alții - M.: Metalurgie, 1988. - 511 p.

3. Popel, S.I. Interacțiunea metalului topit cu gaz și zgură [Text]: Tutorial / S.I. Popel, Yu.P. Nikitin, L.A. Barmin și colab. - Sverdlovsk: Ed. Upi-i. CM. Kirov, 1975, - 184 p.

4. Popel, S.I. Teoria proceselor metalurgice [Text]: Tutorial / S.I. Popel, A.I. Sotnikov, V.N. Boronenkov. - M.: Metalurgie, 1986. - 463 p.

5. Lepinsky, B.m. Proprietățile de transport ale metalului și zgurii se topește [Text]: Referință / B.m. Lepinsky, A.A. Belousov / Sub. ed. Vatolina n.a. - M.: Metalurgie, 1995. - 649 p.

6. Belous, G.E. Organizarea experimentului metalurgic [Text]: Tutorial / G. BELA, V.V. Debovsky, O.V. Ceva. - M.: Chimie, 1982. - 228 p.

7. Panfilov, a.m. Calculul proprietăților termodinamice la temperaturi ridicate [Resurse electronice]: Manual educațional și metodologic pentru studenții facultăților metalurgice și fizicotehnice ale tuturor formelor de învățare / a.m. Panfilov, N.S. Semenova - Ekaterinburg: Ustu-upi, 2009. - 33 c.

8. Panfilov, a.m. Calcule termodinamice în foi de calcul Excel [Resurse electronice]: Instrucțiuni metodice pentru studenții facultăților metalurgice și fizico-tehnice ale tuturor formelor de învățare / a.m.panfilov, N.S. Semenova - Yekaterinburg: UGTA, 2009. - 31 s.

9. Scurtă carte de referință a valorilor fizico-chimice / sub. ed. A.A. Tallee și a.m. Ponomareva. L.: Chimie, 1983. - 232 p.

și solvenți noi (oxidarea oxidului de fier de mangan în zgură

(MNO) + \u003d + (FEO) \u003d. H \u003d 128 kJ / mol

Din punctul de vedere al cineticii formale, rata primei reacții, care este determinată, de exemplu, prin schimbarea conținutului de siliciu din metal, departe de echilibru în modul cinetic, ar trebui să depindă de produsul concentrațiilor de oxid de mangan în zgură și siliciu în metal în unele grade. În modul de difuzie, rata de reacție depinde liniar de concentrația componentelor, a cărei difuzie este dificilă. Argumentele similare pot fi făcute în legătură cu a doua reacție.

Reacția constantă a echilibrului, exprimată prin activitate

este o temperatură numai a temperaturii.

Raportul dintre concentrațiile de echilibru ale manganului în zgură și metal

acestea sunt numite coeficientul de distribuție a manganului, care, spre deosebire de depinde de compoziția fazelor și servește ca o caracteristică cantitativă a distribuției acestui element între zgură și metal.

2.6.2 Modelul procesului

Modelul de simulare a examinat trei semetakes de electrod care pot curge între topitura de oxid de cao - Mnno - Si02-Al203 și fierul lichid care conține Mn și Si ca impurități. Se face presupunerea modului de difuzie a fluxului lor. Se ia în considerare difuzarea particulelor Fe 2+ într-o zgură, siliciu în metal, mangan în ambele faze. Sistemul general al ecuațiilor care descrie modelul are forma

(18.4)

unde υ ј - viteza semi-reacției electrodului, η J. - polarizarea, i J. - densitatea curentului limită de difuzie, D J. - coeficientul de difuzie, β - convertirea convectivă, C j. - Concentrare.

Programul modelului de simulare vă permite să rezolvați sistemul de ecuații (18.4) - (18.8), ceea ce face posibilă stabilirea modului în care concentrația de volum a componentelor și viteza de tranziție se schimbă cu timpul când metalul interacționează cu zgura . Rezultatele calculului sunt afișate. Informațiile obținute de pe ecranul monitorului includ o imagine grafică de schimbare a concentrațiilor componentelor principale, valorile lor curente, precum și valorile de temperatură și construcțiile de convecție (Figura 8).

Diagrama bloc a programului modelului de simulare a interacțiunii metalului și zgurii este prezentată în Figura 7. Programul funcționează într-un ciclu, care este reziliat numai după timpul de modelare specificat (aproximativ 10 minute).

Figura 7 - Diagrama bloc a programului modelului de simulare

2.6.3 Procedura de lucru

Imaginea generată de programul de simulare este reprezentată în Figura 8 (panoul din dreapta). În partea superioară a panoului, sunt date valorile numerice selective ale valorilor măsurate, graficul prezintă toate valorile obținute în timpul modelării proceselor. În notația componentelor se topește metalică și zgură, subiectele metalurgice au primit semne suplimentare. Parantezele pătrate indică apartenența componentei cu o topitură de metal și o zgură rotundă. Multiplicatorii pentru denumirile componentelor sunt utilizate numai pentru a construi un program, acestea nu ar trebui luate în considerare la interpretarea valorilor. În timpul funcționării modelului, este afișată numai valoarea uneia dintre valorile măsurate. După 6 secunde dispare și apare valoarea următoarei magnitudine. În această perioadă de timp, trebuie să aveți timp să înregistrați următoarea valoare. Pentru economisirea timpului, se recomandă ca numerele constante să nu fie înregistrate, de exemplu, unitatea de lider în valoarea temperaturii.

Figura 8. Imaginea ecranului monitorului atunci când efectuați numărul de lucru 18 în diferite stadii de procese.

Patru până la cinci minute după pornirea instalării, faceți un aditiv al oxidului de mangan cald anterior în zgură, care este implementat în timp ce apăsați tasta ALT și tastele numerice de pe tastatura principală cu numărul dvs. de instalare. Procedura de procesare:

1. Introduceți rezultatele înregistrărilor privind informațiile manuale în fișierul de calcul tabelar.

2. Calculați viteza proceselor de tranziție a elementelor prin limita interfacială și logaritmul acestor valori înainte și după adăugarea oxidului de mangan în zgură cu o masă de topitură de metal de 1400 kg.

3. Construiți pe foi separate de grafică de dependență de temperatură la timp, viteze de tranziție de mangan din când în când, logaritmul vitezei de tranziție a siliciului din logaritmul concentrațiilor de siliciu din metal.

4. cea mai mică metodă pătrată pentru a estima caracteristicile cinetice ale procesului de tranziție a siliconului.

Numărarea rezultatelor:

1. Grafice decorate corect enumerate în secțiunea anterioară pe o foaie separată de foi de calcul, cu toate semnăturile și notația necesară.

2. Valorile ordinii reacției de oxidare a siliciului înainte și după administrarea oxidului de mangan care indică erorile.

3. Concluzii pentru muncă.

Controlați întrebările

1. De ce necesitatea de a simula procesele de producție a oțelului?

2. Care este natura interacțiunii de metal cu zgură și ce se manifestă acest lucru?

3. Ce potențial se numește staționar?

4. Ce potențial se numește Echilibru?

5. Ce se numește polarizarea electrodului (supratensiune)?

6. Ce se numește coeficientul de distribuție de mangan între metal și zgură?

7. Ce depinde de constanta distribuției manganului dintre metal și zgură?

8. Ce factori afectează rata de tranziție a manganului din metal în zgură în modul de difuzie?

Bibliografie

1. Lynchevsky, B.V. Tehnica experimentală metalurgică [Text] / B.v. Lynchevsky. - M.: Metalurgie, 1992. - 240 s.

2. Arsentev, p.p. Metode fizico-chimice de cercetare a proceselor metalurgice [Text]: Tutorial pentru universități / P.P. ARSENTHEV, V.V. Yakovlev, MG Krasheninnikov, L.A. Pronin și alții - M.: Metalurgie, 1988. - 511 p.

3. Popel, S.I. Interacțiunea metalului topit cu gaz și zgură [Text]: Tutorial / S.I. Popel, Yu.P. Nikitin, L.A. Barmin și colab. - Sverdlovsk: Ed. Upi-i. CM. Kirov, 1975, - 184 p.

4. Popel, S.I. Teoria proceselor metalurgice [Text]: Tutorial / S.I. Popel, A.I. Sotnikov, V.N. Boronenkov. - M.: Metalurgie, 1986. - 463 p.

5. Lepinsky, B.m. Proprietățile de transport ale metalului și zgurii se topește [Text]: Referință / B.m. Lepinsky, A.A. Belousov / Sub. ed. Vatolina n.a. - M.: Metalurgie, 1995. - 649 p.

6. Belous, G.E. Organizarea experimentului metalurgic [Text]: Tutorial / G. BELA, V.V. Debovsky, O.V. Ceva. - M.: Chimie, 1982. - 228 p.

7. Panfilov, a.m. Calculul proprietăților termodinamice la temperaturi ridicate [Resurse electronice]: Manual educațional și metodologic pentru studenții facultăților metalurgice și fizicotehnice ale tuturor formelor de învățare / a.m. Panfilov, N.S. Semenova - Ekaterinburg: Ustu-upi, 2009. - 33 c.

8. Panfilov, a.m. Calcule termodinamice în foi de calcul Excel [Resurse electronice]: Instrucțiuni metodice pentru studenții facultăților metalurgice și fizico-tehnice ale tuturor formelor de învățare / a.m.panfilov, N.S. Semenova - Yekaterinburg: UGTA, 2009. - 31 s.

9. Scurtă carte de referință a valorilor fizico-chimice / sub. ed. A.A. Tallee și a.m. Ponomareva. L.: Chimie, 1983. - 232 p.

Ministerul Educației și Științei din Federația Rusă

Agenția Federală pentru Educație

Universitatea de Stat de Sud Ural

Sucursală în Zlatoust.

Departamentul de "Metalurgie Generală"

669. 02/ . 09 (07)

D463.

Teoria proceselor metalurgice

Tutorial

Chelyabinsk.

Editura din Jurag.

Introducere

Procesele metalurgice sunt o combinație de fenomene fizice și transformări fizico-chimice (mișcarea de gaze, materiale lichide și solide, schimbul de căldură și de masă, tranzițiile de fază, oxidarea și restaurarea materialelor etc.) care apar în unități metalurgice (cuptor de aglomerare, oțel - cuptor de încălzire, convertor) la temperaturi ridicate. Subiectul studierii cursului "Teoria proceselor metalurgice" sunt reacții care apar în aceste unități metalurgice.

Cursul TMP ocupă o poziție specială între toate disciplinele metalurgice, de fapt, se aplică chimie fizică în raport cu analiza fenomenelor care apar în producția de fontă, oțel și feroaliaje.

Bazele teoretice ale proceselor metalurgice sunt considerate într-o anumită secvență: inițial, pe baza legilor termodinamicii, sunt analizate condițiile de echilibru al proceselor chimice, apoi cinetica și caracteristicile mecanismului proceselor. Aceste întrebări sunt principalele sarcini care decid atunci când studiază cursul TMP.

1. Compoziția și proprietățile gazului de temperatură ridicată Atmosfera

1.1. Thermodinamică atmosferică la gaz

Procesele pyrometalurgice de producție de topituri metalurgice (fontă, oțel, aliaj) apar cu participarea atmosferelor de gaz, care pot fi neutre, oxidative și reducătoare.

Compoziția, presiunea și temperatura fazei gazului depind de natura interacțiunii sale cu alte faze formate în timpul preparării metalelor și aliajelor. În același timp, atât intermediar, cât și compoziția completă a fazei de gaz sunt foarte asemănătoare:

produse de interacțiune completă a elementelor de oxigen - CO2, H2O (perechi), SO3;

produse incomplete de interacțiune cu oxigen, disocierea oxizilor și metalelor degazare - CO, SO2, H2, O2, N2, CH4; Gaze inerte - AR, KR.

Compoziția de echilibru a fazei de gaz poate fi calculată pe baza analizei termodinamice a reacțiilor chimice, dintre care cele mai importante sunt reacții de interacțiune cu oxigenul de hidrogen, monoxidul de carbon, metanul și arhidrida de sulf.

Aceste reacții reversibile sunt descrise de următoarele ecuații chimice (1 mol de O2):

2H2 + O2 \u003d 2H2O (perechi),	J;
2 o + O2 \u003d 2S02,	J;
2Sh4 + O2 \u003d 2 + 4H2O,	J;
1 / 2SH4 + O2 \u003d 1 / 2CO2 + H2O,	J;	(1.4)
2S04 + O2 \u003d 2S03,	J.

Analiza termodinamică a datelor de reacție reversibilă vă permite să stabiliți conținutul de echilibru și presiunea parțială a oxigenului molecular, precum și caracterizarea proprietăților redox ale fazei de gaz în reacțiile indicate.

Cu toate acestea, o caracteristică termodinamică mai importantă care determină direcția reacțiilor chimice curgătoare este de a schimba puterea Gibbs D GT, modificarea standard a căreia DG ° T, în funcție de temperatura pentru reacții (1.1) - (1,5) are aspectul , J:

D g ° (1,1) \u003d - + 108 t;

D g ° (1,2) \u003d - + 175 t;

D g ° (1,3) \u003d - + 370 t;

D g ° (1,4) \u003d - + 2 t;

D g ° (1,5) \u003d - + 196 T.

În fig. 1.1 A prezentat grafice ale acestor dependențe.

Smochin. 1.1. Energia standard Gibbs pentru reacțiile de ardere

Aceste dependențe sunt valabile la temperaturi de până la 2500 K și presiunea generală în sistemul p \u003d 1 atm., Adică la procesele de disociere H2O, O2, H2 pe atomi, ionizarea lor și formarea plasmatică.

Din analiza dependențelor și a graficelor reduse ale formei D G ° T \u003d F (T) din fig. 1.1 Rezultă că, cu o creștere a echilibrului de presiune a reacțiilor (1,1), (1,2) și (1,5), se schimbă în direcția înainte, iar cu o creștere a temperaturii completitudinii acestor reacții scade. Schimbarea presiunii nu afectează echilibrul de reacție (1.4), iar cursul direct al reacției (1,3) este încetinit cu o creștere a presiunii. Cu o creștere a temperaturii de reacție (1,3) și (1,4) se caracterizează printr-un flux complet complet.

Compoziția de echilibru a atmosferei formate și presiunea parțială a componentelor sale ale componentelor va determina și calcula proprietățile redox (ABS) ale fazei de gaz care afectează materialele sistemului heterogen capabil de oxidare sau restaurare.

Cea mai simplă caracteristică cantitativă a oricărui amestec de gaz este presiunea parțială de echilibru a oxigenului. Cu toate acestea, o estimare mai precisă a ovăzilor atmosferei gazului este potențialul său de oxigen P O, care este valoarea potențialului chimic al oxigenului molecular atunci când se numără din starea standard, în care Div_Adblock144 "\u003e

Valoarea P este depinde de temperatura și de compoziția fazei de gaz, care este exprimată prin raportul dintre presiunile parțiale ale reactivilor care afectează.

În unitățile metalurgice, atmosferele de gaz constau dintr-o varietate de componente care sunt implicate în mod constant în transformările fizico-chimice. Analiza termodinamică a unor astfel de sisteme se bazează pe aprobarea acestui echilibru chimic complex este atins ca urmare a unuiității simultane în sistemul întregului echilibru privat posibil.

Astfel, în timp ce curge simultan în faza de gaz a reacțiilor (1,1) - (1,5) la t \u003d const presiunea acestor componente, valorile corespunzătoare constantelor de echilibru ale Republicii Kârgâz (1.1) -KR (1.5) și Potențialul de oxigen al amestecului de gaze

pot fi calculate în funcție de datele din oricare dintre aceste echilibru, de exemplu, prin ecuație

În amestecul de gaze octimei în cauză, în plus față de reacțiile (1.1) - (1.5), sunt posibile și alte interacțiuni chimice între reactivi. Așa-numita reacție de gaze de apă este cea mai mare interes (gazul de apă se numește un amestec de patru gaze H2 - H2O - CO2):

H2 + CO2 \u003d H2O + CO, D G ° (1,5) \u003d - 33,5T J. (1.8)

Analiza acestei reacții este extrem de importantă în metalurgie pentru a estima echilibrul în atmosferele de gaz atunci când se utilizează gaze naturale sau o explozie umedă într-un cuptor de blană, alte unități metalurgice.

Pentru a determina compoziția de echilibru a sistemului de reacție (1,8), este necesar să fie specificat nu numai de valoarea constantă a echilibrului

(1.9)

și presiunea generală

(1.10)

dar, de asemenea, alți doi termeni care rezultă din analiza numărului de grade de libertate:

C \u003d P + 2 - F \u003d 3 + 2 - 1 \u003d 4.

În practică, compoziția inițială a sistemului sau presiunea parțială a vaporilor în amestecul inițial este cel mai adesea stabilită. În cazul nostru, în plus față de numărul de două variabile, puteți alege să nu schimbați numere de moli de carbon și hidrogen sau cantități non-variabile de presiune parțială a gazelor hidrogen și a gazelor cu conținut de carbon:

(1.11)

(1.12)

Soluția comună a ecuațiilor (1.9) - (1.12) vă permite să găsiți compoziția de echilibru a amestecului de gaz. Rezultatele calculelor pot fi reprezentate grafic, datele inițiale sunt relațiile:

(1.13)

Din grafic (figura 1..gif "lățime \u003d" 69 "înălțime \u003d" 28 "\u003e și invers. După calcularea valorii de echilibru a% CO /% CO2 (sau% H2 /% H2O), este posibilă Determinați potențialul de oxigen al sistemului de CO2. H2 - H2O și se aplică în figura 1.2 linii de valori permanente P O.

Smochin. 1.2. Raportul dintre%/% CO2 și% H2 /% H2O.

1.2. Procese de gaze omogene

Analiza termodinamică a reacțiilor care apar în atmosfere complexe de gaze permite doar să judece posibilitatea debitului de reacție în direcții directe sau inverse și să calculeze compoziția fazei de gaz. Cu toate acestea, este imposibil să se ia în considerare mecanismul proceselor de interacțiune și de a-și desfășura analiza cinetică.

Mecanismul de interacțiune al moleculelor saturate variate ar trebui să includă o pauză sau slăbirea relațiilor de valență. Acest lucru necesită costuri mari de energie, care nu pot fi compensate numai de energia mișcării termice a moleculelor. Ca date experimentale, toate reacțiile de combustie au un mecanism de lanț caracterizat prin participarea centrelor active (particule) - atomi și radicali cu valențe libere. Cele mai simple acte ale procesului de oxidare cu mai multe etape încep după formarea centrelor active și procedează ca reacții chimice între ele și molecule cu energie energetică mică. O caracteristică a acestor reacții este reproducerea centrelor active. Prin natura fluxului său, reacțiile în lanț sunt împărțite în ramificație neramificată, ramificată și cu degenerată.

În general, modelul din teoria reacțiilor în lanț este cea mai studiată reacție a arderii de hidrogen, care se caracterizează printr-un număr mic de produse intermediare și de acte elementare bine alocate. Sunt:

1) Reacția formării centrelor active în volumul amestecului și pe peretele vasului:

E1.14 \u003d 198,55 kJ / mol; (1.14)

E1.15 \u003d 180,7 kJ / mol; (1.15)

Furnizare + O2 \u003d N2; (1.16)

2) Reacția de continuare a circuitului:

https://pandia.ru/text/79/398/images/image020_45.gif "lățime \u003d" 172 "înălțime \u003d" 48 src \u003d "\u003e Е1.17 \u003d 41,9kj / mol; (1.17)

3) Reacții de ramificare a lanțului:

E1.18 \u003d 63,27 kJ / mol; (1.18)

E1.19 \u003d 25,14 kJ / mol; (1.19)

4) Reacția de rupere a circuitului (decontaminare) pe perete

; (1.20)

5) Reacția întrerupătoare a circuitului în volumul fazei de gaz (molecule neutre):

E (1.21) "0; D H1.20 \u003d - 197 KJ / MOL. (1.21)

Viteza fiecăreia dintre aceste reacții este determinată de presiunea parțială P și de ordinea reacției N și în general, poate fi reprezentată ca

V \u003d const × https://pandia.ru/text/79/398/images/image029_30.gif "lățime \u003d" 411 Înălțime \u003d 267 "Înălțime \u003d" 267 "\u003e

Smochin. 1.3 Condiții de amestec de gaze (H2 + O2)

2. Analiza proceselor de combustie a carbonului solid

A posibilelor interacțiuni de carbon cu oxidanții, luați în considerare cele mai importante.

1. Reacția combusiunii de carbon incomplete

2C + O2 \u003d 2S0, D G ° T (2.1) \u003d - - 180T J / MOL. (2.1)

2. Reacția completă de combustie

C + O2 \u003d CO2, D G ° T (2.2) \u003d - - 2,3t J / mol. (2.2)

3. Reacția de gazificare a carbonului prin abur H2O la

2C + 2N2O \u003d 2C + 2N2, D g ° T (2.3) \u003d - 288T J / MOL. (2.3)

4. Reacția de gazificare a carbonului Steam H2O la CO2

C + 2N2O \u003d CO2 + 2N2, D g ° T (2.4) \u003d - 110.6T J / MOL. (2.4)

5. Reacția de gazificare a carbonului

C + CO2 \u003d 2S0, D G ° T (2.5) \u003d - 177.7T J / MOL. (2.5)

Reacția (2,5) este cea mai mare interes, care este endotermic: D H ° \u003d 172,6 KJ.

Cu respect, care este stabilit prin reacția de gazeificare a carbonului, se poate evalua efectul carbonului solid asupra compoziției fazei de gaz a sistemului C-CO2 într-un interval de temperatură largă. Compoziția de echilibru din această atmosferă de gaz este prezentată în fig. 2.1.

Conform principiului mai mic, creșterea presiunii schimbă echilibrul reacției de gazificare a carbonului la stânga, adică la o temperatură constantă, amestecul de gaze de echilibru este îmbogățit cu dioxid de CO2. Când presiunea scade, concentrația de CO în faza de gaz crește.

Procesul eterogen al interacțiunii de carbon cu oxidatorul este alcătuit dintr-o serie de etape:

2) difuzie moleculară printr-un strat hidrodinamic cu o grosime a D, în cazul în care se păstrează fluxul laminar;

3) adsorbția oxidantului de pe suprafața carbonului;

4) interacțiunea chimică cu formarea produselor adsorbite (CO2 la temperaturi scăzute și cu înălțime);

5) desorbția produselor de reacție;

6) Produse de reacție de difuzie (moleculare și turbulente) la fluxul de gaz.

Smochin. 2.1. Compoziția atmosferei gazului (cu- CO2) în echilibru cu carbon solid

Limitarea în procesul de oxidare a carbonului este stadiul kinetic de adsorbție, care combină etapele 3, 4 și 5. Difuzia moleculară poate fi limitată.

Rata de difuzie pe suprafața unității poate fi calculată prin formula

(2.6)

În cazul în care D este coeficientul de difuzie, B este coeficientul de transfer de masă, CO și SPO - concentrația de oxidant în volumul fazei de gaz și respectiv pe suprafața carbonului.

Viteza interacțiunii chimice este determinată de concentrația reactivului adsorbit al SPOV:

(2.7)

În cazul în care K este constanta ratei de reacție, în funcție de temperatura energiei de activare a procesului, N este ordinea reacției (în acest caz n \u003d 1).

Dacă procesul de interacțiune cu faza de gaz apare în modul staționar, adică, fără a schimba viteza în timp, viteza acestui proces al VPCC este definită ca

Vprot \u003d v x. p \u003d vd. (2.8)

Înlocuirea relațiilor (2.8) (2.8) și (2.7), ca rezultat, obținem viteza observată a procesului de oxidare a carbonului:

(2.9)

În funcție de raportul dintre valorile K și B, sunt posibile următoarele moduri de oxidare:

- Kinetic la B \u003e\u003e K;

- difuzia la K \u003e\u003e B;

- difuzie-kinetic la k "b.

Analiza termodinamică a reacției (2,5) vă permite să identificați condițiile pentru degradarea monoxidului de carbon. Acest lucru este posibil în atmosferele de gaz cu o atitudine ridicată și cu o scădere a temperaturii. Valoare d g ° T pentru reacție

2CO \u003d CO2 + cu

se scade cu o scădere a temperaturii, dar cinetic, fără ca un catalizator să realizeze această reacție utilizată, de exemplu, în procesul de cimentare, este dificilă.

Pentru oxidarea comunicării "C - O" în moleculă, aveți nevoie de o suprafață solidă catalitică, cel mai puternic catalizator este fierul. În același timp, principalele etape ale procesului de decădere a CO cu formarea de carbon fine solidă vor fi următoarele:

1) adsorbția moleculei CO pe suprafața catalizatorului, ceea ce duce la ilicibilitatea comunicării "C - O";

2) Procesul de degradare atunci când molecula activă este afectată din faza gazoasă cu privire la adsorbită de reacție

CO + SPS \u003d CO2 + S.

3. Evaluarea rezistenței compușilor chimici

Procesele de disociere ale celor mai importante pentru compușii metalurgie - oxizi, nitruri, carbonați sunt foarte importante, deoarece acestea reprezintă o metodă directă de producere a metalelor. Aceste procese sunt foarte asemănătoare și, în funcție de temperatură, ele pot fi reprezentate de ecuațiile formularului:

AUTV \u003d ATV + Vgaz;

AUTV \u003d deja + vgaz;

Aug \u003d ATV + Vgaz;

Aug \u003d ALS + Vgaz.

Se numește amploarea presiunii parțiale de echilibru a produsului gazos al acestor reacții elasticitatea de disociere Conexiuni ab și caracterizează puterea acestei conexiuni. Reacțiile de disociere sunt endotermice, adică, cu o creștere a temperaturii, echilibrul este mutat spre produsele de reacție. Reducerea presiunii în timp ce menținerea compoziției fazei de gaz are un efect similar.

Conform regulii fazelor GIBBS, numărul de diplome de libertate pentru reacțiile de disociere este definit ca

C \u003d k + 2 - F \u003d 2 + 2 - 3 \u003d 1,

adică, pentru o caracteristică cantitativă, un singur parametru independent este suficient, din care depinde constanta de echilibru:

Kr \u003d pv \u003d | (t).

Smochin. 3.1. Dependența elasticității disocierii compusului AV la temperatură

În fig. 3.1 prezintă dependența RV la temperatura reacțiilor indicate.

3.1. Disocierea carbonatelor

În metalurgie feroasă, cel mai mare interes practic este analiza disocierii calciului de calciu, MgCo3 MgNEIUM, MNCO3 MNCO3, FECO3 (Siderite) și Dolomite CAMG (CO3) 2. Procesele de disociere a acestor compuși de același tip și procedează prin ecuație:

MECO 3 \u003d MEO + CO 2,

Amploarea este elasticitatea disocierii carbonatului și caracterizează măsura rezistenței chimice a compusului.

Cel mai interesant este răspunsul carbonatului de calciu, care face parte din materialele de încărcare ale producției de domeniu și oțel și este, de asemenea, utilizat pentru a obține SAO prin prăjirea calcarului.

Reacția de disociere a SASO3 este descrisă de ecuația de vizualizare

Sco 3 \u003d Cao TV + CO 2, \u003d J; (3.1)

D g ° T \u003d - 150 t; KP (3.1) \u003d

Dependența rezistenței disocierii carbonatului asupra temperaturii este prezentată în fig. 3.2.

Smochin. 3.2. Elasticitatea disocierii disocierii3.

Analiza acestei dependențe grafice utilizând o izotermă de reacție chimică arată că disocierea carbonatului este posibilă atunci când valoarea reală a echilibrului și, în același timp, d g ° T< 0. Температура, при которой возможен этот процесс, является температурой начала диссоциации ТНД.

Orice punct figurativ 1 este mai mare decât linia de echilibru din fig. 3.2 îndeplinește existența durabilă a carbonatului CASS3. Orice punct figurat 2 sub linia îndeplinește existența durabilă a oxidului Sao.

Procesul de disociere a veniturilor carbonatului la o rată ridicată la temperaturi deasupra temperaturii fierberii chimice a TKC, la care elasticitatea disocierii devine egală cu presiunea externă totală a fazei gazului.

3.2. Disocierea oxizilor de fier

Termodinamica proceselor de disociere a oxidului este similară cu procesul de disociere a carbonaților, caracteristicile sunt asociate numai cu prezența diferitelor grade de valență în unele metale - în special oxizi de fier.

În conformitate cu principiul Baikov, disocierea oxizilor de fier are loc în mod consecvent, de la cea mai mare la cea mai mică până la formarea metalului. Reacțiile de disociere sunt după cum urmează:

6FE2O3 \u003d 4FE3O4 + O2, D g ° T \u003d - 281,3 t j; (3.2)

2F3O4 \u003d 6feo + O2, D g ° T \u003d - 250,2 t j; (3.3)

2Feo \u003d Fe + O2, D g ° T \u003d - 130,7 t j; (3.4)

1 / 2FE 3O 4 \u003d 3 / 2FE + O 2, D G ° T \u003d - 160,2 T J. (3.5)

Aceste oxizi există în anumite intervale de temperatură. În fig. 3.3 prezintă grafice de dependențe d g ° T privind temperatura de reacție (1) - (4).

Smochin. 3.3. Gibbs standard Reacții de disociere a energiei Oxizi de fier

Conform valorilor calculate ale elasticității de disociere, au fost construite dependențele Prezentat în fig. 3.4.

Smochin. 3.4. Domenii de existență durabilă

fier și oxizii săi

Pe această diagramă, sunt indicate zonele existenței durabile a fierălui pur și oxizilor acestuia într-un interval de temperatură largă. Punctul O corespunde unui echilibru ironic cu parametrii t \u003d 575 ° C și "- 26 (patru faze sunt în echilibru - FE, Feo, Fe3O4 și O2). În restul liniilor, este implementat un echilibru improbabil. Orice punct între linii corespunde starea fixă \u200b\u200ba sistemului bivariantă, care permite determinarea condițiilor pentru existența durabilă a acestei faze condensate.

3.3. Mecanismul și kineticul proceselor de disociere

Caracteristicile distinctive ale proceselor de disociere care apar prin reacția tipului

AUTV ® ATV + VGAZ,

sunteți:

- prezența procesului de nucleare a noii faze solide;

- localizarea procesului de la granița "Vechiului" și "nou" secții de faze solide;

- Dependența vitezei procesului asupra gradului de transformare.

Caracteristicile unui astfel de proces utilizează gradul de transformarea:

unde mAb (P), Mab (ex) - Echilibrul și valoarea inițială a conexiunii AV.

Gradul de transformarea. Depinde de momentul procesului, care este confirmat de numeroase date experimentale (figura 3.5).

dimensiune font: 13.0pt; Spațierea literelor: -. 1pt "\u003e Fig. 3.5. Dependența izotermică a gradului de transformarea. din timp
și viteza de transformare a gradului de transformare

În același timp, se pot distinge trei etape:

I - Perioada de inducție caracteristică ratelor scăzute de viteză datorită dificultăților nucleării unei noi faze;

II - Autocataliză asociată cu accelerarea reacției de disociere;

III - perioada de finalizare a procesului, care este asociată cu o scădere a cantității vechiului fază și a suprafeței secțiunii.

Studiile experimentale ale proceselor de disociere indică fluxul unui astfel de proces în conformitate cu schema

AUTV ® ATV × Vgaz (ADS) ® Attan + Vgaz.

În acest caz, formarea unui nou embrion de fază în adâncurile vechiului ar trebui să fie însoțită de o scădere a energiei sistemului GIBBS calculată de ecuație

D g \u003d d gv + d gw,

unde D GV și D GW sunt componentele volumetrice și de suprafață ale schimbării globale a energiei Gibbs.

Valorile D GV și D GW sunt definite ca

D gv \u003d.

D gw \u003d s × s,

În cazul în care V și S sunt volumul și suprafața nucleului noii faze, R și M este densitatea și greutatea moleculară a noii faze, S este tensiunea de suprafață, M2 și M 1 - potențialul chimic al conexiunilor AV în faza nouă și veche.

Din analiza acestei relații, rezultă că este posibilă în mod spontan procesarea unei noi faze cu un anumit raport m 2 și m 1.

La T £ TND m 2 ³ m 1, și în acest caz apariția embrionului de orice dimensiune este imposibilă termodinamic.

Dacă t\u003e TNT, apoi m 2\u003e m 1, și componentele din formula DG au un semn diferit, deoarece cu creșterea R, primul termen crește în valoare absolută mai rapidă, apoi DG \u003d F (R) Un maxim, care determină amploarea embrionului critic, a cărei creștere este însoțită de o scădere a energiei sistemului. În anumite condiții, germenul noii faze devine stabil termodinamic. Gradul de supraîncălzire a compusului AUTV determină atât raza embrionului critic, cât și stabilitatea acestuia. Pentru a determina dimensiunea embrionului critic, este necesar să investigăm funcția d g \u003d f (r) la extremum, după care ajungem

Valoarea d \u003d m 1 - m 2 se numește sațietate chimică și este forța motrice a procesului de disociere.

În fig. 3.6 Afișează starea apariției și creșterii embrionului noii faze.

Din analiza dependențelor, rezultă că, cu alte lucruri fiind egale, cu atât mai multă supraîncălzire, cu atât mai mic germenul critic și mai ușor (mai rapid) este un proces de disociere a compușilor.

Smochin. 3.6. Creșterea creșterii noi faze

Astfel, creșterea nucleului noului mediu depinde de temperatura, timpul și mobilitatea particulelor care formează un nou mediu. Studiul mecanismului unei transformări particulare vă permite să determinați dependențele analitice, dar acestea sunt acceptabile, de regulă, numai pentru cazul analizat. În același timp, este necesar să se țină seama de dificultatea naturală de creștere asociată cu "suprapunerea" embrionului noii faze și limitarea procesului de orice etapă elementară.

Sistemele reale pot diferi semnificativ de modelele de disociere create, la crearea care ar trebui plătită următoarelor caracteristici: la momentul inițial al timpului, este posibilă o creștere mai lentă a embrionilor; Rata de suprafață de promovare a frontierei partiției de fază poate diferi de rata de penetrare în volum; Reactivitatea limitei variază în timp; Volumul produselor și reactivilor nu poate coincide; Cu reacții reversibile, este posibilă adsorbția produselor de reacție volatilă; Poate manifestarea frânării de difuzie; Caracteristicile cinetice, de regulă, depind de dimensiunea particulelor; Dificultăți posibile în transmiterea căldurii prin produsele de reacție.

Unele dintre caracteristicile enumerate ale proceselor de disociere pot fi limitarea legăturilor la care includ:

1) viteza transformării chimice (așa-numitul mod cinetic);

2) rata de difuzie a gazului prin stratul de acoperire (modul de difuzie);

3) modul mixt (comparabilitatea transformării chimice și ratele de difuzie);

4) Rata de transfer de căldură a reacției prin stratul de acoperire.

Fiecare dintre aceste etape poate fi exprimată analitic în raport cu procesul de disociere a unuia sau al unui alt compus, ținând cont de caracteristicile sale.

3.4. Oxidarea metalelor solide

Când mă plasați în atmosferă cuprinzând O2 sau alte gaze oxidative (CO2, H2O), suprafața sa este acoperită de oxizi, okalina.a cărui grosime crește cu timpul. La temperaturi ridicate, acest proces este coroziune la temperaturi ridicate - Se dezvoltă destul de repede și duce la pierderea acestuia atunci când este încălzită înainte de rulare, forjare.

În total, 18 ... 20 de milioane de tone sunt pierdute din cauza oxidării. Oxidarea mea - Procesul este spontan, dar depinde de o serie de factori.

Procesul de oxidare constă din următoarele etape:

1) difuzia exterioară a gazului oxidativ la suprafața oxidului;

2) difuzia internă în stratul de scară;

3) Act chimic (reacție) la frontierele secțiunii de fază.

Okalina (MOO) Grosimea Y \u200b\u200beste între două medii - între mine și gaz; Sub limitele sale, concentrația de O2 scade de la marginea secției de gaz / metropol la limita MEO / Me / Me, iar conținutul UI scade în direcția opusă. Datorită acestei situații, este posibilă difuzarea substanțelor din stratul de oxid, care este reprezentată în fig. 3.7.

Smochin. 3.7. Schema de oxidare a metalelor

Coeficientul de difuzie în scară solidă depinde de structura sa cristalină determinată de raportul fracțiilor molare de oxid (VMEO) și IM (VME).

Cu forme VME\u003e VMEO poros Stratul de oxid, gazul oxidativ pătrunde cu ușurință în ea. Următoarele proprietăți au următoarele

Menon.		Na2O.

Dacă VME.< VMeO, то оксид покрывает Ме сплошным плотным покровом, который создает значительное диффузионное сопротивление и окисление затрудняется. К данной группе относятся следующие Ме:

Menon.	Al2O3.		CU2O.	CR2O3.	Fe2O3.

În condițiile oxidării reale a metalului, difuzia exterioară a gazului se desfășoară relativ rapid, prin urmare procesul de oxidare a oricărui metal poate fi reprezentat ca două etape:

1) difuzie O2 (alt agent de oxidare) prin film de oxid;

2) Actul direct de interacțiune chimică la marginea partiției de fază.

Derivăm ecuația dependenței grosimii oxidului de oxid din timpul de oxidare t la t \u003d const.

Viteza observată a procesului

Vnb \u003d dy / dt.

Viteza difuziei interne este definită ca

unde "-" este un gradient de concentrații;

SPOV, SOB - concentrația oxidantului pe suprafața de reacție și în volumul de gaz;

Viteza reacției chimice este definită ca

pentru n \u003d 1, https://pandia.ru/text/79/398/images/image057_8.gif "width \u003d" 115 înălțime \u003d 52 "Înălțime \u003d" 52 "\u003e

Cu modul constant al vitezei legăturilor seriale către și viteza totală sunt egale între ele:

În același timp, spoturile înlocuiesc ecuația de difuzie:

y \u003d f (t) este o ecuație diferențială.

Transfer și împărtășim variabilele:

Condiții de pornire: t \u003d 0, y \u003d 0.

Dependența dorită a grosimii stratului de difuzie oxidată la timp:

(*)

Această funcție este parabolică.

La t \u003d 0 și y ® 0, y2<< y, поэтому величиной y2/2 пренебрегаем:

y \u003d kx c despre × t. (3.6)

Această dependență este liniară.

Asta implică:

1) grosimea stratului de scară, adică oxidarea vine la o viteză constantă;

2) Rata de oxidare este determinată de caracteristicile valorilor QC, adică reacția este în regiunea cinetică.

Aceasta se referă la metalele grupului I.

Pentru metalele celui de-al doilea grup D< R; при этом t – велико. В этом случае слагаемым пренебрегаем и получаем:

. (3.7)

1) Grosimea stratului de scală este proporțională, adică rata de oxidare este redusă în timp;

2) Procesul se desfășoară în regiunea de difuzie.

Grafic, acest lucru este prezentat în fig. 3.8.

Astfel, cu o scară densă, reacția de oxidare este mai întâi localizată regiunea Kinetică. Și stratul de oxid crește pe dependența liniară (în figura 3.8 - zona 1).

Cu o grosime semnificativă a stratului, dependența devine parabolică, iar procesul este limitat. difuzie internă (Zona 2). Între aceste cazuri extreme se află zona de tranziție - 3, unde Y și T sunt legați de o ecuație diferențială (*), care ia în considerare particularitățile transformării și difuziei chimice.

Smochin. 3.8. Dependența grosimii scalei din momentul procesului: 1 - regiune cinetică;

2 - Regiunea de difuzie; 3 - Zona de tranziție

4. Procese de recuperare a metalelor

4.1. Caracteristicile termodinamice ale proceselor de recuperare

Prepararea metalelor pure datorate disocierii oxizilor lor este puțin probabilă datorită valorilor foarte scăzute ale rezistenței disocierii compușilor.

Cel mai adecvat este procesul de obținere a metalelor din oxizi prin recuperare. Un astfel de procedeu este în esență redox (metalul oxidat este restabilit și agentul reducător este oxidat) și poate fi în general descris de reacție

Meo + b \u003d me + c, d g t (4.1), (4.1)

unde se poate folosi un agent reducător atât substanțe solide, cât și substanțe gazoase.

Reacția (4.1) este în esență suma reacțiilor de formare

B \u003d \u003d c, d g t (4.2); (4.2)

Me \u003d \u003d meo, d g t (4.3), (4.3)

care sunt exotermice.

Fluxul de reacție spontan (4.1) este posibil dacă D G T (4.2)< D G Т(4.3).

4.2. Restaurarea oxizilor de fier Solid și gazos

restabilește

Agentul de reducere universală al oxizilor de fier este carbonul solid; La restaurarea gazelor, CO și H2 sunt adesea folosite.

Termodinamica proceselor de reducere a oxizilor de fier cu agenți reducători solizi și gazoși în principiu este aceeași.

Atunci când se utilizează monoxid de carbon ar trebui să ia în considerare echilibrul în sistemul Femon-CO 2, care sunt descrise prin următoarele reacții:

(4.4)

EN-US "\u003e EN-US"\u003e Poziție: Absolută; Z-Index: 5; stânga: 0px; margine-stânga: 234px; margine-top: 12px; lățime: 11px; înălțime: 88px "\u003e (4.8)

Smochin. 4.1. Compoziția de echilibru a sistemului de fază gazoasăFemon - CO - CO 2

Diagrama nu are o zonă a existenței stabile a fazei FE 2O 3, deoarece, conform calculelor, această fază este în intervalul de temperatură cu un instabil deja sub conținutul de CO\u003e 0,01%.

Punctul O este un punct de echilibru irevaltat cu o fază gazoasă a trei faze solide.

Atunci când este utilizat ca agent reducător al hidrogenului sau al unui alt agent de reducere, curbele compoziției de echilibru vor fi calculate în același mod.

Atunci când este utilizat ca oxizi de fier redundant de fier, procesul poate fi descris prin reacții care îndeplinesc echilibrul în sistem.
FE 2O 3 - FE 3O 4 - FEO - FEO - CO - CO 2 care conține șapte componente.

Cu toate acestea, ținând seama de instabilitatea Fe 2o 3, este recomandabil să se analizeze următoarele echilibruuri chimice:

Fe3O4 + CO \u003d 3FEO + CO2;

FEO + CO \u003d FE + CO2;

2CO \u003d C + CO2.

În plus față de echilibrul privat, în conformitate cu regulile fazelor, este posibil un echilibru simultan de cinci faze - patru solide și gazoase (amestecuri de CO și CO2).

Curbele de echilibru ale acestor reacții sunt prezentate în fig. 4.2.

dimensiune font: 13.0pt "\u003e Fig. 4.1. Conținutul de monoxid de echilibru

carbon cu oxizi de reducere indirectă

fier și reacție de gazificare a carbonului solid

Caracteristicile cantitative ale echilibrului din sistemul având în vedere pot fi obținute prin decizia împreună a ecuațiilor care exprimă dependența constantelor din compoziția fazei gazului. Din soluționarea sistemului acestor ecuații, rezultă că, cu o creștere a presiunii la temperatura oxidului pentru începutul reducerii oxizilor de fier și cu o scădere a presiunii, dimpotrivă.

Astfel, echilibrul de fază din sistemul FE -O în prezența carbonului solid sunt determinate de temperatura și presiunea totală a fazei de gaz
(CO + CO2).

4.3. Mecanismul și kineticul proceselor de recuperare

Mecanismele pentru restabilirea oxizilor metalici cu gaze și agenți de reducere solidă sunt excelenți și au caracteristici proprii.

La restaurarea gazelor, acest proces efectuează cel puțin trei etape:

1) adsorbția recuperării pe suprafața de reacție;

2) Tranziția de oxigen din grila de oxid și compușii săi cu moleculele de agent reducătoare cu adsorbare cu formarea simultană a noii faze solide.

3) Desorbția produselor de recuperare gazoasă.

Această teorie a primit numele de adsorbție-autocatalitic, iar mecanismul în sine poate fi depus de sistem:

Meo (TV) + b (gaz) \u003d meo (TV) × în (anunțuri),

Meo (TV) × în (anunțuri) \u003d eu (TV) × în (anunțuri),

Eu (TV) × în (anunțuri) \u003d eu (TV) × (gaz)

MEO (TV) + B (Gaz) \u003d UI (TV) × (gaz).

Există, de asemenea, o diagramă bidirecțională constând dintr-o etapă de disociere a oxidului cu formarea oxigenului molecular și o etapă a unui compus cu un agent reducător în faza gazului.

Conform teoriei adsorbției-autocatalitice, procesul de recuperare este autocatalitic - formarea unui produs solid al reacției accelerează procesul de formare a acestuia. În același timp, adsorbția moleculelor de agent reducătoare de gaz se dezvoltă în moduri diferite, în funcție de structura, structura. Într-o anumită etapă de recuperare, se observă o caracteristică maximă a autocataliei, ceea ce corespunde regimului de recuperare cinetică.

În general, procesul cinetic de restaurare a gazelor de oxizi metalice este eterogen, constând din următoarele etape:

1) difuzia externă a agentului de reducere a fluxului de gaz la suprafața oxidului redus;

2) difuzarea internă a agentului reducător la proporția de reacție prin pororii și defectele stratului de zăbrele din produsul solid al agentului reducător;

3) Reacția chimică cu transformarea cristalochimică ulterioară a oxidului metalic în scădere, până la metal;

4) Îndepărtarea produselor de recuperare gazoasă în fluxul de gaz datorită difuziei interne și externe.

Oricare dintre aceste etape poate fi în principiu o limitare, adică determinarea vitezei procesului de recuperare. În funcție de rata de difuzie și de transformarea chimică, este posibilă o recuperare treptată sau zonală, care corespunde principiului secvenței.

Tipul de proces este observat la modul cinetic, zonal - cu difuzie. Cu rate comparabile de difuzie și reacții chimice, procesul de recuperare va curge într-un mod amestecat sau difuzie-kinetic, care este cel mai dificil.

Diferiți factori sunt influențați de rata de reducere a gazelor, următoarele sunt următoarele: dimensiunile de material de oxid, porozitatea minereului, viteza fluxului de gaz reducătoare de gaz, compoziția gazului, presiunea și temperatura.

Reacțiile reducerii directe a oxizilor metalici sunt mai complexe comparativ cu reducerea gazelor.

Restaurarea oxizilor de carbon solid poate fi evaluată prin reacție

MEO (TV) + C (TV) \u003d Me (TV) + CO2.

Cu toate acestea, această ecuație nu reflectă mecanismul real al procesului care curge în mai multe etape cu participare, ca produse intermediare, gaze.

Există mai multe soluție colatermică de scheme de recuperare a oxidului.

Schema în două etape este proiectată și reprezentată de ecuații

Meo + co \u003d me + CO2

C + SOG \u003d 2

Meo + c \u003d me + co.

Conform diagramei, interacțiunea oxidului de metal cu carbon solid este redusă la reducerea gazului de gaz. Acest lucru vă permite să aplicați o teorie ad-catalitică pentru a explica procesele de reducere directă, iar rolul carbonului solid este redus la reacția CO pentru reacția de gazeificare. În mod cinetic, conform acestei scheme, este posibil să se restabilească acele metale care sunt ușor restaurate de gaze (Fe, Ni, Cu, etc.). Limita inferioară de temperatură a interacțiunii conform acestei scheme este asociată cu o rată scăzută de reacție de gazeificare a carbonului sub temperaturi reduse, iar această etapă este adesea limitată. Prin urmare, decisiv pentru procesul de reducere directă a oxizilor metalici sunt factorii care afectează rata de reacție de gazeificare - temperatura, activitatea de carbon, prezența catalizatorilor.

Există o schemă disociativă conform căreia procesul de disociere a oxidului este posibil cu interacțiunea ulterioară a oxigenului cu carbon conform schemei

Eu \u003d me + 1 / 2o2

C + 1/2 \u003d cu

Meo + c \u003d me + co.

O astfel de schemă este acceptabilă pentru oxizi cu elasticitate ridicată de disociere (Mn O2, Pb O2, cu O, CO 3O4).

Oxidul - schema de sublimare a fost dezvoltată, în conformitate cu această ipoteză, reducerea unui număr de oxizi poate trece prin sublimarea oxidului cu condensare ulterioară (adsorbție) a vaporilor sale pe suprafața de carbon:

Meo (TV) \u003d meo (gaz)

MEO (gaz) + C (TV) \u003d MEO (ADS) · C (TV)

Meo (anunțuri) · C (TV) \u003d Me (TV) · Co (anunțuri)

ME (TV) · Co (ADS) \u003d Me (TV) + CO (gaz)

MEO (TV) + C (TV) \u003d Me (TV) + CO (gaz).

Această schemă este caracteristică a ambelor oxizi volatili (Mo O3, W O3, CR 2O3) și explică recuperarea acestora la 630 ... 870k, când interacțiunea conform altor scheme datorate vitezei scăzute ale reacției de gazificare a carbonului și disocierea termică Oxidul este imposibil, precum și pentru oxizi durabili (al 2O3, mg O, Zn O2), sublimarea cărora este însoțită de formarea vaporilor de oxid și oxizii gazoși inferiori (Al 2o, Si O).

Conform sistemului de contact de recuperare, interacțiunea are loc la punctul de contact al fazelor solide - oxid și carbon. După contactul direct, se formează un strat de separare al produsului, iar restaurarea vine cu difuzia reactivilor prin acest strat.

O serie de modele de recuperare carbothermal este explicată în cadrul cadrului de gaz: efectul vitezei CO, prezența carbonului în produsele de condensare în zonele îndepărtate din amestecul reactiv, efectul umflăturii peletelor de minereu, autocataliză.

Astfel, diferiți oxizi pot interacționa cu carbonul în diferite scheme, iar altele pot fi implementate simultan cu mecanismul principal. Proporția fiecărui mecanism în procesul de recuperare variază în funcție de condițiile - temperatura, presiunea, gradul de amestecare a reactivilor și gradul de recuperare, alți factori.

5 . Metalurgic metalurgic

5.1. caracteristici generale

Procesele metalurgice cu temperatură ridicată continuă cu participarea fazelor lichide: metal, oxid (zgură), sulfură (mată), sare. Interacțiunea dintre fazele lichide și cu participarea obligatorie a gazului depinde de structura (structura) și de proprietățile topite metalurgice.

În ceea ce privește natura și structura, toate fluidele sunt clasificate după cum urmează:

1) cu legături de hidrogen (apă, alcooli, acizi organici);

2) cu legături moleculare (benzen, parafină);

3) cu legături ionice (oxid și sulfură se topește, apos și alte soluții de săruri, alcalii, acizi);

4) cu conexiuni metalice (interacțiunea cationilor cu electroni liberi).

Oxidul și sulfura se topește participarea la procesele metalurgice sunt fluide multicomponente și au o structură complexă. În topiturile sărurilor aparținând lichidelor ionice, există o interacțiune interstițială puternică și o concentrație ridicată de particule într-o unitate de volum. Materialele industriale metalice sunt fluide multicomponente care conțin componente metalice și metalide.

Când obțineți o topitură de metal a unei compoziții date, încercați să reduceți pierderea elementelor de aliere cu o zgură și o fază gazoasă. Acest lucru este facilitat de cunoașterea regulațiilor redistribuirii elementelor între etapele de contact, capacitatea de a calcula activitatea termodinamică a componentelor în topiturile metalurgice.

Pentru a rezolva astfel de sarcini, este necesar să se cunoască structura (structura) topiturilor și natura forțelor care acționează între unitățile structurale ale topiturii. Pentru a estima viteza proceselor care curg în sistem, este necesar să se cunoască o serie de proprietăți fizico-chimice ale topitului.

Sub structura sau structura topiturii, descrierea cantitativă a localizării reciproce în spațiul componentelor particulelor lor este înțeleasă. Structura topiturii este interdepensă de la natura electorală a particulelor, amploarea forțelor de interacțiune dintre particule și cu proprietățile sale fizico-chimice, numite adesea proprietăți sensibile din punct de vedere structural.

5.2. Metalul se topește

Metalele lichide curate aparțin, de obicei, așa-numitelor lichide simple, care sunt gaze inerte lichefiate cu forțe de interacțiune VanderValian. În metale lichide, între partiția este efectuată de electroni colectivizați; Se explică prezența conductivității electrice, a conductivității termice, a vâscozității și a adsorbției împreună cu alte proprietăți metalelor.

La temperaturi apropiate de temperatura de cristalizare, structura metalelor lichide este aproape de structura corpurilor cristaline solide. Această similitudine constă în comparabilitate a naturii interacțiunii inter-particulare și a proprietăților termodinamice. Într-o stare lichidă, atomii (ioni) se află la distanțe apropiate, dar nu formează o structură regulată strict periodică, adică, o comandă completă, caracteristica corpurilor cristaline solide.

Introducere în metalul diferitelor elemente de impuritate (inclusiv aliajul) modifică structura electronică a topitului și, în funcție de natura impurității, forma existenței sale în topitură diferă de forma existenței solventului.

Astfel, astfel de elemente, cum ar fi mangan, crom, nichel, alte metale, puțin diferite de fier prin structură electronică, au o solubilitate nelimitată în glandă lichidă și solid ridicat. Ele formează soluții solide de substituție cu fier, ocupând o parte din nodurile din latticul cristalului.

Elementele cum ar fi carbonul, azotul și hidrogenul formează soluții de introducere, în timp ce se află în interstițiile grilajului de fier de cristal.

Siliconul și fosforul în glanda lichidă se dizolvă nelimitat, iar în solid - solubilitatea lor este limitată. În se topește fier, ele formează grupuri separate de atomi de fier cu siliciu și fosfor, cu o predominanță a unei legături covalente.

Impuritățile dizolvate în glandă lichidă (sau un solvent diferit) schimbă proprietățile metalului se topește și afectează natura proceselor de topire a oțelului. Astfel de proprietăți includ vâscozitate, proprietăți de suprafață, densitate, conductivitate electrică și conductivitate termică.

5.3. Proprietățile termodinamice ale metalelor se topeste.

Parametrii interacțiunii

Pentru topirea metalică, care sunt soluții inerent, caracterizate prin interacțiunea fizico-chimică complexă între particulele din care constau. Fiabilitatea descrierii termodinamice a sistemelor metalurgice este determinată de gradul de dezvoltare a unei teorii termodinamice. În același timp, în funcție de natura acestor sau alte ipoteze, teoriile statistice sunt împărțite în teorii stricte (de exemplu, cuantum-mecanic); construit pe experimentul numeric al teoriei; Teoriile modelului.

Acesta din urmă a primit destul de răspândit - aceasta este teoria soluțiilor perfecte, teoria soluțiilor diluate ideale, teoria soluțiilor regulate și altele. Unul dintre motivele administrării acestor teorii este absența unui model termodinamic comun de soluții.

La descrierea proprietăților termodinamice ale metalului se topește de la modelele utilizate, metoda parametrilor de interacțiune este cea mai des utilizată.

Această metodă este utilizată pentru a ține seama de influența tuturor componentelor soluției asupra activității componentei în cauză (de exemplu, o componentă A este un solvent, componente B, C și Impurități adăugate D.). Parametrii de interacțiune sunt determinați ca urmare a descompunerii într-o serie de energie redundantă Taylor Pentru o componentă în apropierea punctului corespunzător unui solvent curat:

https://pandia.ru/text/a79/398/images/image083_4.gif "Lățime \u003d" 39 "Înălțime \u003d" 25 "\u003e Pe fracțiunile molare ale elementelor de impuritate se numește parametri molari ai interacțiunii primei ordini, A doua - a doua comandă https: / //pandia.ru/text/79/398/images/image086_4.gif "lățime \u003d" 28 "înălțime \u003d" 28 "\u003e.

Luând în considerare această expresie (5.1) pentru soluții cu valori scăzute ale componentelor dizolvate (B, C, D, ...) pot fi scrise ca

Sau pentru i-component

. (5.2)

Pentru soluții multicomponente, soluție diluată de 1% este de obicei luată pentru starea standard a substanței. În acest caz, în loc de (5.2) Record

sau în general (5.3)

aici

5.4. Slavă se topește. Compoziție, structură, proprietăți termodinamice

Slagul metalurgic este o soluție multicomponenta (în principal oxid) care interacționează cu topirea metalică și faza gazului a unității metalurgice. Slagul poate include sulfuri, fluoruri, alte incluziuni nemetalice. În cursul topirii metalului, zgura efectuează funcții tehnologice esențiale (de exemplu, cum ar fi protecția metalică împotriva atmosferei unității; absorbția impurităților dăunătoare din metal; participarea la procese oxidative; punte de difuzie metalică).

Structura topiturii de zgură este determinată de natura unităților structurale și de distribuția acestora în spațiu. Studiu cuprinzător al proprietăților fizico-chimice de bază ale zgurii se topește - vâscozitatea, difuzia, adsorbția, efectuarea, inclusiv cu ajutorul studiilor de difracție cu raze X privind zgomotele solide și lichide, a arătat că topitura de zgură este formată din ioni și anioni.

Compoziția de zgură afectează în mod semnificativ proprietățile lor principale, printre care ar trebui să fie selectată criteritatea - raportul dintre concentrația de oxizi cu proprietăți de bază pronunțate și oxizi cu proprietăți acide. În plus, în funcție de compoziția zgurii sunt împărțite în bază (predomină oxizii principali - CAO, MGO, MNO, etc.) și acidul (Si02, Al 2o3, TiO2).

Compoziția zgurii și structura acestuia afectează proprietățile fizico-chimice: densitate, proprietăți de suprafață, vâscozitate, difuzie.

Densitatea și volumul voit sunt proprietăți sensibile din punct de vedere structural, aceste caracteristici sunt utilizate pentru a calcula proprietățile cinetice ale topiturilor ionice. Efectul compoziției este determinat de modificarea numărului de coordonare și se caracterizează printr-o modificare a volumului liber. Dependența de temperatură este asociată cu o schimbare a distanței interatomice datorită creșterii amplitudinii fluctuațiilor atomilor.

La analiza proprietăților suprafeței, se stabilește că pentru majoritatea sistemelor duble, tensiunea suprafeței variază liniar cu o schimbare a compoziției.

O altă caracteristică majoră a zgurii este vâscozitatea variază în intervalul de 0,1 ... 1.0 PA · C (datorită prezenței unităților structurale mari de tipul de complexe siliciene), care este mai mare comparativ cu metalul se topeste.

Viscozitatea dinamică η și ν kinematică sunt asociate cu relația η \u003d 1 / v.

Dependența vâscozității asupra temperaturii este exprimată prin ecuație

η \u003d AEC (Eη / RT)

unde Eη este energia de activare a vâscozității.

Proprietățile termodinamice ale topitelor de zgură sunt descrise utilizând diferite teorii - moleculare și ionice, care se bazează pe rezultatele studiilor privind compoziția mineralogică a zgurii cristalizate și sinteza datelor experimentale.

O variantă a teoriei moleculare a structurii zgurii lichide, dezvoltată de G. Schenki, este simplitate și se bazează pe aprobarea faptului că moleculele de oxizi liberi sunt considerați ca o singură structură de zgură (Sio, Si02, Feo ... ) și conexiunile lor.

Din colectorul compușilor oxidului, 5: 2feo · Si02, 3SAO · Fe 3o4, 2MNO · Si02, Caos · Si02, 4 Sao · P2O5 sunt selectați. Acești compuși descriu în mod satisfăcător o gamă largă de proprietăți de zgură, incluzând distribuția elementelor între metal și o zgură pe baza reacțiilor de echilibru a echilibrului compușilor diagnosticați.

Cu toate acestea, caracteristica principală și lipsa teoriei moleculare a zgurii se topește este lipsa contabilității structurii reale a zgurii. Cu toate acestea, materialul acumulat vă permite să evaluați anumite caracteristici termodinamice - de exemplu, activitatea componentelor AI.

Teoria soluțiilor de ioni perfecți (autor) se bazează pe aprobarea faptului că soluția de zgură se disociază complet pe ioni (cationi și anioni); Ionii unui semn sunt egali din punct de vedere energetic; Cei mai apropiați vecini ai fiecărui ion sunt ionii semnali opuși; Soluția este formată fără a schimba volumul; Cu mișcare termică, permutările sunt posibile între ionii unui semn. Activitatea componentelor unei astfel de topituri se calculează ca un produs al fracțiilor ionice de cationi și anioni.

De exemplu, activitatea CAS de sulfură de calciu va fi determinată de raport

În cazul în care HSA, acțiunile XS - ion de la cationia de calciu și anioni de sulf.

Teoria soluțiilor de ioni perfecte poate fi utilizată pentru a determina activitatea componentelor în zgârieturi de bază, totuși, o creștere a cotei SiO 2 și Al 2o 3 până la 20% oferă o discrepanță puternică între teorie și experiență, prin urmare, în practică calcule, această teorie nu este utilizată.

Cu toate acestea, principalele dispoziții statice ale acestui model sunt aplicabile în teoria soluțiilor ionice regulate dezvoltate și testate.

Particularitățile acestei teorii includ următoarele dispoziții: entropia soluției nu este considerată ideală și se calculează pe teoria soluțiilor perfecte de ioni; Soluția constă din cele mai simple ioni atomici (cationi - ioni de ioni CA2 +, Fe 2+, Al 3+ și anioni - ioni metaloid O2-, F - S 2-); Cei mai apropiați vecini ai ionilor sunt ionii semnului opus; Soluția este formată fără a schimba volumul, cu eliberarea sau absorbția căldurii.

În calculul potențialului chimic al componentelor soluției - ca în determinarea activității componentelor; În această teorie, este necesar să se țină seama de energia de amestecare a componentelor QIJ, care se bazează pe rezultatele studiilor experimentale ale soluțiilor din compușii care conțin cationi I și J. Pentru această teorie, este caracteristică că relația dintre compoziție și funcțiile termodinamice este stabilită mai strict și în mod rezonabil, prin urmare exactitatea și fiabilitatea calculelor sunt mai mari.

În teoria polimerizării se topește, se presupune că soluțiile de formare a ionilor sunt inegale energetice, sunt formate complexele polimerizate, în care energia de legare a complexelor cu alte unități structurale ale soluției.

Conform teoriei soluțiilor ca faze cu un sistem de electroni colectivi (principalele provizioane sunt proiectate), nu compuși chimici, dar elementele sistemului periodic nu sunt selectate ca componentă a soluției de zgură și compoziția soluției este exprimată în fracțiuni atomice. În același timp, electronii tuturor atomilor de soluție formează un singur sistem cuantum-mecanic. Activitatea compusului AM BN în soluție de zgură este definită ca

,

unde https://pandia.ru/text/79/398/images/image095_3.gif "lățime \u003d" 23 "Înălțime \u003d" 25 src \u003d "\u003e - Activitatea elementelor A și V.

Activitatea elementului de gradul I este determinată de fracția atomică a acestei componente și de energia interacțiunii cu componenta J. În același timp, energia interacțiunii de la III este definită ca

Eij \u003d 1/2 (χ1 / 2 - χ1 / 2) 2,

În cazul în care χi și χJ sunt parametrii atomici ai atomilor I și J, determinați de valorile entalpilor standard ale formării diferiților compuși.

6. Gaza în oțeluri. Procesele de formare a nitridilor

Pentru procesele metalurgice cu temperatură ridicată, interacțiunea unei topiri metalice cu faze de zgură și gaz este caracterizată. Completitudinea și viteza interacțiunii gazelor în principal cu metale lichide determină calitatea produselor metalice.

Dizolvarea gazelor ductoare (oxigen, hidrogen și azot) în metalul lichid de același tip, se supune legii A. Syverts (cunoscut sub numele de Legea unei rădăcini pătrate) și apare prin reacție

Echilibrul de reacție Constanta (6.1) are forma

, (6.2) unde

Concentrația de echilibru a gazului [g] în metal la \u003d 1 atm se numește solubilitate și este numeric egală cu constanta echilibrului de reacție (6.1) pentru sistemul cu două componente de gaz metalic.

La o temperatură de 1600 ° C, solubilitatea limitare a oxigenului în glanda lichidă este de 0,22%, pentru azot - 0,044%, pentru hidrogen - 0,0026%.

Procesele de gaze de dizolvare în majoritatea metalelor (fier, nichel etc.) sunt endotermice, prin urmare, cu creșterea temperaturii, creșterea solubilității gazelor. Excepția este solubilitatea azotului în -Fe, care scade cu o creștere a temperaturii în punctele de tranziție a fierului de la o modificare la alta (-FE -FE, -FETTPS://pandia.ru/text/ 79/398 / Imagini / image102_2.gif "Lățime \u003d" 13 "Înălțime \u003d" 20 src \u003d "\u003e - Fe) și la topire (-FE en-US" FE -ZH) Concentrațiile de echilibru ale gazelor din Soluția Schimbarea soluției sare ca.

Conform (6.2), solubilitatea gazelor are influență și presiune. Cu o creștere a presiunii, echilibrul de reacție (6.1) este mutat spre un număr mai mic de moli de gaz, adică dreapta. Fezabilitatea legii Syverts indică idealitatea soluției rezultate. În prezența altor componente dizolvate în metal, concentrațiile de echilibru ale gazelor devin diferite. Această influență poate fi luată în considerare utilizând parametrii interacțiunii componentei cu un gaz dizolvat.

În cazul în care<0, происходит снижение коэффициента активности газа в расплаве и повышение его растворимости. Например, элементами, повышающими растворимость водорода в железе, являются титан, ниобий, ванадий. Снижению растворимости водорода в железе способствуют такие элементы, как углерод, алюминий , кремний (для них >0).

Aproape în aceeași secvență afectează componentele specificate pe coeficientul activității azotului și solubilitatea acestuia.

O scădere puternică a solubilității hidrogenului și a azotului în cristalizarea fierului și aliajele sale este însoțită de o serie de fenomene nedorite. Hidrogenul în formă moleculară este izolat în locuri defecte (micropusteri) din metalul cristalizat. Cu o scădere a dimensiunilor acestor microdefecte, în timpul procesării plastice ulterioare, acesta creează o presiune ridicată, ca urmare a apariției tensiunii în metalul care duce la o scădere a plasticității, precum și o defalcare a continuității.

Efectul elementelor de aliere asupra solubilității azotului în topituri sau nichel pe bază de fier poate fi estimat utilizând instalarea experimentală.

În interacțiunea azotului cu topiturile, elementele care formează nitrido-dopate, formarea unei soluții de FE-R-N, echilibru cu o fază gazoasă și cu o creștere a conținutului R crește solubilitatea azotului.

Cu anumite conținuturi ale componentei R de la topitură, poate fi izolată un compus refractar - nitrură RN. Elemente Iva subgrupuri Ti, Zr, HF sunt cea mai mare afinitate pentru azot, care sunt utilizate în principal pentru legarea azotului în metal lichid.

Carburile dispersate care se disting de soluție provoacă o scădere puternică a plasticității metalului și crește duritatea sa.

Caracteristicile interacțiunii de azot cu topituri metalice reflectă diagrama stadiului ME-R-N, fragmentul secțiunii izotermale din care în zonele bogate în metal este prezentat în fig. 6.1.

Liniile care limitează zonele de stabilitate ale fazelor sunt descrise de ecuațiile corespunzătoare de termodinamică a echilibrului.

Așa cum se poate observa din diagramă, cu cantități mici de element de formare a nitritei, există o regiune în două faze de stabilitate a fazei lichide cu azot gazos. Coordonatele liniilor AB care separă această zonă (I) și zona stabilității fluidelor (II) pot fi determinate prin analizarea ecuației:

Sub ATM, activitatea de azot este egală cu constanta echilibrului de reacție (1). Concentrația de azot la punctul A este egală cu solubilitatea sa în sistemul binar Me-N.

Fig.6.1. Schema izotermică a diagramei de stat a sistemului ME-R-N

În fig. 6.1 Sunt prezentate următoarele zone de stabilitate fază:

I - W + N2,

II - F.

III - W + RN,

IV - F + RN + N2.

Intersecția dintre formarea nitritei (BD) și liniile (AB) corespunzătoare solubilității azotului în topitura FE-RN la font-format: simbol "\u003e - [R] al triunghiului de concentrație la un punct corespunzător conexiunii RN, Iar linia B este la un punct corespunzător azotului curat la ATM.

7. Perdele de topire a metalelor

În procedeul perioadei oxidative, topirea oțelului în unitatea de topire a oțelului care intră în oxigenul metalic (de la zgura de oxidare, se confruntă într-un tub de baie metalică) este consumată în principal pe oxidarea impurităților (C, S, P, Si) și unele componente aliere, dar o parte din ea rămâne în topitura metalică.

Solubilitatea oxigenului din glandă sub zgura de fier pur este estimată pe baza reacției

(Feo) \u003d +. (7.1)

.

Chipman a constatat că pentru reacție (7..gif "lățime \u003d" 176 înălțime \u003d 47 "înălțime \u003d" 47 "\u003e.

La T \u003d 1600 ° C (1873K), solubilitatea limită a oxigenului în glandă este de 0,21%.

Cu toate acestea, în condiții reale, zgomotele de topire din oțel în afară de FEO, conțin numeroase oxizi și alte incluziuni. Prin urmare, conținutul de oxigen din oțel lichid nu atinge limita de solubilitate și este la nivelul de 0,06 ... 0,08. În același timp, cu un conținut într-o topitură de metal, mai mult de 0,05 ... 0,06% cu conținutul de oxigen din metal este determinat prin dezvoltarea reacției de oxidare a carbonului

+ \u003d (CO). (7.2)

La atingerea topiturii metalului statului de echilibru la T \u003d 1873, raportul trebuie efectuat · \u003d 0,0025, dar în condiții reale de topire a oțelului în agregate industriale Reacția de oxidare a carbonului nu atinge echilibrul - în special datorită condițiilor de formare de bule de CO. În acest sens, în cursul topirii oțelului sub zgura oxidativă, conținutul de oxigen din metal este mai mare decât echilibrul și se apropie de un conținut de carbon mai mic de 0,15%. În fig. 7.1 prezintă dependența conținutului de oxigen din topirea metalului din conținutul de carbon.

Smochin. 7.1 Schimbarea conținutului de oxigen în topitura de fier-carbon: 1 - Curba de echilibru; 2 - Regiunea concentrațiilor reale de topire a oțelului

Concentrațiile reale ale oxigenului din oțel pentru toate tipurile de procese sunt așezate într-o singură zonă. Acest lucru indică faptul că atunci când\u003e 0,05 ... 0,06 Reacția de oxidare a carbonului are un efect decisiv asupra conținutului de oxigen din oțel. Pentru< 0,05…0,06 содержание кислорода в металле соответствует равновесному с углеродом и бывает ниже его. Следовательно, равновесное со шлаком содержание кислорода в Me достигает величин, соответствующих равновесию с углеродом или даже меньше их.

Reacția (7.2) este exotermă, deci atunci când este răcită și cristalizând topirea metalului, valoarea · la p \u003d const scade; Concentrațiile excesive de oxigen sunt și mai mari, ceea ce duce la formarea bulelor de gaz care reduc densitatea lingoului și izolarea incluziunilor oxizilor de fier și a soluțiilor sale cu sulfuri de-a lungul boabelor de boabe metalice cristalizate. Aceste oxisulfide dau lame metalice datorită temperaturilor scăzute de topire.

Lichidarea elementelor, în special a oxigenului, are, de asemenea, un efect puternic: în procesul de cristalizare, conținutul său în soluția inițială de la marginea cristalelor în creștere este semnificativ mai mare decât media în volumul de metal lichid, care determină oxidarea intensivă a carbonului .

În acest sens, una dintre principalele sarcini ale perioadei finare de topire este îndepărtarea excesului de oxigen din stadiul lichid, care este realizat prin deoxidarea topiturii metalului.

Sub deoxidare, este înțeleasă un complex de operațiuni de reducere a conținutului de oxigen în oțel lichid.

Principalele sarcini ale deoxidării sunt:

- reducerea conținutului de oxigen în fier lichid prin aditivi de elemente cu o mare afinitate la oxigen decât în \u200b\u200bfier, la un nivel care asigură producerea de metale dense;

- Crearea condițiilor pentru îndepărtarea mai completă a produselor de deoxidare din oțel lichid.

Dacă prima sarcină este considerată folosind legile termodinamicii chimice, al doilea este rezolvat utilizând aparatul Kinetics Chemical.

Abordarea termodinamică vă permite să identificați conexiunea dintre conținutul de oxigen din oțelul lichid și conținutul elementului - Deoxidizatorul R, determină gradul de efect de temperatură asupra naturii acestei conexiuni, precum și calcularea conținutului minim de oxigen din Se topește metalul când se potrivește cu R.

Cea mai obișnuită metodă de deoxidare este precipitarea sau metoda profundă conform căreia elementele sunt desfășurate cu o afinitate mai mare pentru oxigen (Si, Al, CA) decât fierul. Aceste elemente leagă oxigenul în incluziuni durabile nemetalice (de obicei oxizi), solubilitatea căreia în glandă este mai multe ordine de mărime mai mică decât solubilitatea Feo. Aceste incluziuni sunt izolate într-o fază separată ca o suspensie mică, care are o densitate mai mică comparativ cu oțelul, parțial apare în zgură și rămâne parțial în metalul cristalizat sub formă de incluziuni nemetalice, agravând calitatea sa.

Deoxidarea precipitantă (adâncă) poate fi descrisă de reacția de tip

. (7.3)

Sub rezerva constantă a echilibrului acestei reacții ia forma

(7.4)

unde AI este activitatea componentei i-a în topitură.

Pentru a calcula activitatea componentelor topite, soluție diluată de 1% este de obicei luată pentru starea standard.

Dixidarea difuziei este realizată la stabilirea echilibrului prin reacție

(FEO) \u003d + [O]

Metoda se bazează pe ideea dorinței de distribuție a echilibrului substanței între fazele lichide nelocuite - eu și zgurile. În același timp, raportul este efectuat

(7.5)

Atunci când se diminuează activitatea oxizilor de fier într-o zgură de oxigen difuze în metal până la limita separării fazei și sub formă de ioni de abur Fe 2+ și O 2 - intră în zgură.

Avantajul metodei este absența oricăror produse de reacție în metal după îndepărtarea oxigenului.

Această metodă este implementată într-un PAL cu o cantitate mică de zgură și un conținut scăzut de oxigen în faza gazoasă. În alte unități de topire a oțelului, deoxidarea difuziei de astăzi nu este utilizată datorită vitezei scăzute ale procesului.

Cel mai adesea, deoxidarea de difuzie este utilizată ca un procedeu concomitent atunci când procesează oțel lichid în găleata de zgură de var al aluminiei sintetice, cu un feo scăzut (mai puțin de 1%). Atunci când zdrobi metalul pe picături fine, suprafața de contact a zgurii metalice crește de mii de ori, prezența curenților convectivi accelerează procesul de deoxidare, ci și desulfurizarea oțelului.

O altă metodă de deoxidare este o deoxidare a vidului, care se bazează pe reacția de decarburizare din (7.2).

Reducerea presiunii Afișează echilibrul acestei reacții în direcția înainte. Avantajul acestei metode este absența produselor de deoxidare. Această metodă este implementată sub prelucrarea oțelului extra-rafinat.

Există o deoxidare cuprinzătoare bazată pe utilizarea deoxidizatoarelor complexe - aliaje de două sau mai multe componente (silicocalizări, silicomargana și altele). Avantajele utilizării unor astfel de deoxidizatoare sunt predeterminate printr-o îmbunătățire semnificativă a condițiilor termodinamice ale deoxidării și a condițiilor cinetice mai favorabile pentru nucleare, consolidare și eliminare a incluziunilor nemetalice.

Astfel, adăugarea de MN în Fe cu o deoxidare a siliciului său duce la o creștere a capacității deoxidante a acestora din urmă.

Efectul creșterii capacității deoxidante sub influența celei de-a doua componente este explicat printr-o scădere a activității termodinamice a oxidului format în produsele complexe de deoxidare, care diferă semnificativ de produsele cu deoxidare separată.

Sub capacitatea deoxidantă a elementului, concentrația de echilibru a oxigenului dizolvat în glandă (metal) corespunzătoare temperaturii acestui element este înțeleasă la această temperatură. Evident, cu atât este mai mică această concentrație cu un conținut de deoxidant dat, cu atât capacitatea de deoxidantă a elementului este mai mare.

M / n lg [r] - m / n lg fr - lg pentru. (7.9)

Echivalând partea dreaptă a ecuației (7.10) la zero și rezolvarea acestuia față de R, găsim concentrația de deoxidizator r corespunzător conținutului minim de oxigen din metal; În același timp, valorile coeficienților componentelor se găsesc în relațiile (7.7) și (7.8):

(7.11)

(7.12)

Înlocuirea valorii [R] din relația (7.12) la ecuația (7.9), determinăm concentrația minimă de oxigen din topitura metalică, un element de deoxidizare R:

(7.13)

În fig. 7.2 prezintă abilitățile deoxidante ale unor elemente în glandă lichidă la T \u003d 1600 ° C.

Conținutul de oxigen este complex dependent de. Pentru concentrațiile mici ale deoxidizatorului cu o creștere a R, conținutul de oxigen scade. Creșterea suplimentară duce la o creștere a concentrației de oxigen în metal. Cu toate acestea, cu o creștere a conținutului de oxigen cauzată de o scădere a coeficientului de activitate, activitatea de oxigen este redusă, care este confirmată de datele experimentale. Fracturi pe curbele dependențelor de conținut de oxigen în glandă lichidă din fig. 7.1 sunt o consecință a formării diferitelor produse de deoxidare atunci când se schimbă conținutul de dezoxidanți.

Nașterea produselor de deoxidare poate fi efectuată într-o fază omogenă (așa-numita nucleare spontană) sau pe suprafețele finite (suprafața pereților unității, zgura, incluziunile ponderate, filmele de oxid pe deoxidizatoare).

În toate cazurile, apariția unor noi faze se efectuează ca rezultat al fluctuațiilor - acumularea aleatorie a particulelor (atom, ioni) care diferă în compoziția conținutului mediu din metal. Aceste fluctuații, în funcție de amploarea lor și de condițiile externe, pot să dispară sau, depășind o anumită barieră energetică, se interpretează, interpretabile în incluziune.

Smochin. 7.2 Deadsectivitatea elementelor în glandă lichidă la T \u003d 1600 ° C

Acesta a fost confirmat experimental că în sistemul omogen, în formarea embrionilor noii faze, aceștia transferă inițial cei care au o afinitate crescută la oxigen și provocând cea mai mare tensiune de suprafață la marginea secțiunii metal-germene a noii faze. Cu creșterea ulterioară de incluziune, concentrația ingredientelor active implicate în procesul de formare a unei noi faze este redusă. Aceste componente ale topiturii, care contribuie la reducerea activității termodinamice a oxizilor, izolați în fluctuații, facilitează formarea de embrioni și contribuind la scăderea activității deoxidantului și oxigenului în metal, face dificilă separarea lor.

În cazul originii incluziunilor pe suprafețele gazelor, este esențial, în plus față de fazele omogene menționate mai sus, este efectul umerii suprafeței unei faze separabile. Unghiul mai puțin de umectare, cele mai mici fluctuații devin embrioni. Formarea embrionilor este facilitată de substanțe prefabricate, capilare active pe marginea partiției de fază.

În cazul unei deviații semnificative de la starea de echilibru, se determină formarea de embrion omogenă. La reducerea suprasaturației uneia sau a unei alte componente, rolul suprafețelor finite ca centre de nucleare crește. Efectul suprafețelor finite, în special la alocarea incluziunilor solide, în mod eficient, cu atât este mai apropiată corespondența orientără și dimensională a cristalelor unei incluziuni separate și a substratului existent.

Incluziile originare (dimensiunea inițială a ordinii 1 nM) sunt mărită ca rezultat al coagulării (compusului) particulelor într-o coliziune și separare a substanțelor din topirea metalului pe aceste particule datorită suprasaturației soluției. Rata de coagulare afectează frecvența și eficacitatea coliziunii particulelor, care se datorează mișcării browene, precum și datorită diferenței de viteze de mișcare, care este cauzată de dimensiunile și densitățile inegale ale particulelor și de prezența curenți convectivi

Curenții convectivi asigură livrarea produselor de deoxidare de la adâncimea metalului la suprafața secțiunii de zgură metalice. Mișcarea incluziunii în limita metalică cu o zgură este determinată de direcția și valoarea numărului rezultat de forțe: ejectarea (arhimede) f A, datorită diferenței de densități metalice și zgură și direcționate vertical; PAP capilară cauzată de un gradient de concentrație de substanțe capilare și active și vizează în direcția concentrației lor mai mari; inerțial - centrifugal FC, cauzat de curbura traiectoriei și direcționării în adâncurile metalului, deoarece densitatea de includere este mai mică decât densitatea de oțel și de inerția f și direcția care depinde de direcția mișcării particulelor : Pentru incluziunile pop-up gratuite, este îndreptată vertical în sus și pentru fluxurile portabile - coincide cu direcția de curgere.

În funcție de mărimea și forma incluziunilor, deoxidicile metalice și zgura, hidrodinamica fluxurilor, efectul fiecăruia dintre forțele specificate asupra vitezei abordării particulelor la suprafața zgurii este diferită. Incluziile mari sunt potrivite pentru frontieră predominant sub acțiunea forței de împingere, mai mici - sub acțiunea capilară, în special cu un gradient mare de concentrație de oxigen.

Cu o scădere a suprafeței pe care se aplică aceste forțe, creșterea presiunii și o descoperire a stratului metalic se realizează mai repede. Este mai ușor să depășiți o astfel de rezistență la incluziunile solide de formă neregulată, cu boabe ascuțite, mai complicate - cu apartament.

Astfel, cea mai completă oțelul este deoxidizată și includerea este îndepărtată din ea, cu atât este mai mare calitatea metalului finit.

8. Distribuția elementelor între metal și zgură

Distribuția elementelor impuritățile unui metal lichid sau a unui metal (element) între fazele metalului și zgurii depinde de afinitatea chimică a elementelor către oxigen, compoziția zgurii, interacțiunea elementelor între ele în metal și zgură , temperatura.

Influența compoziției chimice a zgurii este asociată cu proprietățile chimice ale oxidului formate în timpul oxidării elementului de impuritate.

Efectul temperaturii se manifestă în funcție de semnul efectului termic al reacției de oxidare a impurităților și de tranziție a oxidului într-o zgură, care este de obicei pozitivă (ΔH< 0).

Este posibilă caracterizarea distribuției elementelor datorate reacției chimice dintre metal și zgură, utilizând coeficientul de distribuție l i.

Acest indicator în anumite condiții poate fi o caracteristică cantitativă a distribuirii impurității datorită reacției oxidative cu o schimbare a stării electronice a acestei impurități atunci când se deplasează de la o fază la alta.

Este posibil să se exprime indicatorul de distribuție a echilibrului de la constanta de echilibru a reacției de oxidare a elementului, de exemplu, în interacțiunea de a contacta fazele metalice și de zgură se topește:

X [E] + y (feo) \u003d (ex o y) + y; (8.1)

. (8.2)

Luând în considerare (8.2) Coeficientul de distribuție al elementului [E] va fi exprimat ca:

. (8.3)

Analiza ecuației (8.3) vă permite să identificați condițiile de transfer de elemente dintr-o fază la alta: din metal în zgură sau invers. Mai jos sunt exemple de distribuție a unor elemente între metal și zgură.

Pentru siliciu, echilibrul reacției de distribuție interfacială se va exprima ca

2 (feo) \u003d (Si02) + 2; (8.4)

. (8.5)

Condițiile tranziției maxime de siliciu din metal la topire vor fi următoarele:

1) o scădere a temperaturii care vă permite să măriți valoarea KSI, deoarece pentru această reacție chimică ΔH< 0;

2) o creștere a activității (FEO) în zgură și oxidarea metalelor [% o];

3) scăderea coeficientului de activitate al particulelor care conțin SI în zgură;

4) o creștere a activității SI într-o topitură de metal.

Condițiile 2 și 3 sunt efectuate cu o anumită bază de zgură: o creștere a% CAO reduce coeficientul de activitate al particulelor care conțin SI datorită grupurilor lor cu ioni de ca 2+.

Siliconul are o afinitate ridicată pentru oxigen, pentru ea en-us "\u003e 2 [P] + 5 (FEO) + 4 (Cao) \u003d (4 (CAO) · (P20 5)) + 5; (8,6)

(8.7)

Activitatea particulelor care conțin fosfor într-o zgură scade cu o creștere a conținutului CAO, care este asociat cu formarea de grupări 4CAO · P 2o 5. Din analiza (8.6) și (8.7) rezultă că pentru o traducere mai completă a fosforului Din metal în zgură, este necesar să se crească en -us "\u003e FEO, precum și Cao. În același timp, cea mai mare influență a uneia dintre aceste valori se manifestă la valori ridicate ale altui.

Condițiile pentru tranziția maximă a fosforului din metal în zgură sunt:

1) o creștere a activității Feo (FE 2+ și O2-) ioni într-o zgură, care permite obținerea formei oxidate de fosfor (P205);

2) creșterea conținutului de CaO și al bazicității zgurii, care reduce activitatea particulelor din topitura de oxid care conține fosfor;

3) scăderea temperaturii: acest factor trebuie luat în considerare cu alte lucruri care sunt egale, deoarece creșterea temperaturii în procesele de oxidare moderne nu reduce posibilitatea de a îndepărta fosforul atunci când se obține mai multe zgiziuri dofosporizoare majore;

4) Prezența în topitura metalică a elementelor care au parametri de interacțiune pozitiv cu fosfor (carbon, siliciu, oxigen).

Lista bibliografică

1. Teoria proceselor metalurgice: un manual de instruire pentru universități / și colab. - M.: Metalurgie, 1989. - 392 p.

2. Popel, procese metalurgice: tutorial pentru universități / ,. - M.: Metalurgie, 1986. - 463 p.

3. Caderer, și calcule ale sistemelor și proceselor metalurgice: un tutorial pentru universități / ,. - M.: Misis, 2002. - 334 p.

4. Grigoryan, Bazele proceselor electrostalville: manual pentru universități / ,. - M.: Metalurgie, 1989. - 288 p.

5. CASSACKS, pe teoria proceselor metalurgice: un tutorial pentru universități. - M.: Metalurgie, 1988. - 288 p.

Introducere ................................................. .............. ... ............ ............ 3
1. Compoziția și proprietățile atmosferei de gaze cu temperatură înaltă

1.1. Termodinamica atmosferei gazului ............................................. ... 3.
1.2. Procese de gaze omogene ............................................... .... .. 7.
2. Analiza proceselor de combustie a carbonului solid ....................................... 9
3. Evaluarea rezistenței compușilor chimici ....................................... .. 11.
3.1. Disocierea carbonaților ............................................... ........................ .. 12.
3.2. Disocierea oxizilor de fier .............................................. ..... ... 13.
3.3. Mecanismul și kineticul proceselor de disociere .............................. .. 15
3.4. Oxidarea metalelor solide .............................................. ..... ... 18.
4. Procese de recuperare a metalelor

4.1. Caracteristicile termodinamice ale proceselor de recuperare ...... ... 21. 21
4.2. Restaurarea oxizilor de fier Solid și gazos

restauratori ................................................. ............................... .. 21.
4.3. Mecanismul și kineticul proceselor de recuperare ............................ 23
5. METALRGICAL MELTRS.

5.1. Caracteristică generală ................................................ ............ .. 26.
5.2. Metalul se topește. .................................................. .......... 27.
5.3. Proprietățile termodinamice ale metalelor se topeste. Parametri

interacțiune ................................................. ...................... 28.
5.4. Slavă se topește. Compoziție, clădire, proprietăți termodinamice ... 29
6. Gaza în oțeluri. Procesele de formare a nitridilor ............................ ......... 31
7. Perdele de topire a metalelor ............................................ .... 34.
8. Distribuția elementelor între metal și zgură .................. .. ...... 40
Lista bibliografică ................................................ ............... 43.

Pentru a restrânge rezultatele rezultatelor căutării, puteți specifica solicitarea, specificând câmpurile pentru care căutarea. Lista câmpurilor este prezentată mai sus. De exemplu:

Puteți căuta mai multe câmpuri în același timp:

Operatori logic

Operatorul implicit utilizează Și..
Operator Și. înseamnă că documentul trebuie să respecte toate elementele din grup:

dezvoltarea studiului

Operator Sau. Aceasta înseamnă că documentul trebuie să corespundă uneia dintre valorile din grup:

studiu Sau. Dezvoltare

Operator Nu. Exclude documentele care conțin acest articol:

studiu Nu. Dezvoltare

Tipul de căutare

Când scrieți o interogare, puteți specifica metoda pentru care va fi căutată fraza. Sunt suportate patru metode: căutarea morfologiei, fără morfologie, căutați prefixul, fraza de căutare.
În mod implicit, căutarea este făcută ținând cont de morfologie.
Pentru a căuta fără morfologie, în fața cuvintelor din frază, este suficient să punem un semn de dolar:

$ studiu $ dezvoltare

Pentru a căuta prefixul trebuie să puneți un asterisc după solicitare:

studiu *

Pentru a căuta expresia pe care trebuie să o introduceți în ghilimele duble:

" cercetare și dezvoltare "

Căutați sinonime

Pentru a include în rezultatele căutării, cuvintele trebuie să pună o lattice " # "Înainte de cuvânt sau înainte de a vă exprima în paranteze.
În aplicat la un cuvânt pentru că va fi găsit în trei sinonime.
În aplicarea la exprimare în paranteze, acesta va fi adăugat sinonim pentru fiecare cuvânt dacă a fost găsit.
Nu este combinată cu căutarea fără morfologie, căutați prefixul sau căutarea după o expresie.

# studiu

Gruparea

Pentru a grupa frazele de căutare, trebuie să utilizați paranteze. Acest lucru vă permite să gestionați logica de lapte a interogării.
De exemplu, trebuie să faceți o cerere: să găsiți documente de la care autorul lui Ivanov sau Petrov, iar titlul conține cuvinte de cercetare sau dezvoltare:

Căutarea aproximativă a cuvintelor

Pentru căutarea aproximativă, trebuie să puneți o tildă " ~ "La sfârșitul cuvântului de la expresie. De exemplu:

brom ~

Când căutați, cuvintele ca "brom", "rom", "bal" etc. vor fi găsite.
Puteți specifica suplimentar numărul maxim de posibile reluări: 0, 1 sau 2. De exemplu:

brom ~1

Implicit, sunt permise 2 modificări.

Criteriul intimității

Pentru a căuta după criteriul proximității, trebuie să puneți o tildă " ~ "La sfârșitul expresiei. De exemplu, pentru a găsi documente cu cuvintele de cercetare și dezvoltare în termen de 2 cuvinte, utilizați următoarea interogare:

" dezvoltarea studiului "~2

Relevanța expresiilor

Pentru a schimba relevanța expresiilor individuale în căutare, utilizați semnul " ^ "La sfârșitul expresiei, după care indică nivelul de relevanță a acestei expresii în raport cu restul.
Cu cât nivelul este mai mare, cu atât este mai relevantă această expresie.
De exemplu, în această expresie, cuvântul "studiu" este de patru ori relevant pentru cuvântul "Dezvoltare":

studiu ^4 Dezvoltare

În mod implicit, nivelul este 1. Valorile valide reprezintă un număr real pozitiv.

Căutați în interval

Pentru a specifica intervalul în care ar trebui să fie valoarea unui anumit câmp, valorile limită separate de operator trebuie specificate în paranteze La..
Se va face o sortare lexicografică.

O astfel de solicitare va reveni la rezultate cu autorul, de la Ivanov și se încheie cu Petrov, dar Ivanov și Petrov nu vor fi incluse în rezultat.
Pentru a permite valoarea la interval, utilizați paranteze pătrate. Pentru a exclude valoarea, utilizați paranteze curbate.

Kazahkov E.a. Calcule pe teoria proceselor metalurgice (document)

Goldshtein n.l. Scurt curs al teoriei proceselor metalurgice (document)

Dildin A.N., Sokolova E.V. Teoria proceselor metalurgice (document)

Krivandine V.A. Filimonov yu.p. Teoria proiectării și calculelor cuptoarelor metalurgice Volume1 (document)

Dudnikov i.a. Elementele de bază ale teoriei proceselor metalurgice (document)

Charalazov Ba, Farafontes M.F., Klelementev V.V. DVS: Teoria, modelarea și calcularea fluxurilor de lucru (document)

Lucanin V.N., Morozov K. α., Khachyan A.S. și alții. Teoria fluxurilor de lucru (document)

Glinkov G.m., Makovsky V.A. ACS TP în metalurgie neagră (document)

Guikhman i.i., Skorokhod A.V. Introducere în teoria proceselor aleatorii (document)

Konovalov A.V., Nerodny V.M., Kurkin A.S., Teoria proceselor de sudare. Manual pentru universități (document)

n1.doc.

FGOU VPO.

Universitatea Siberiană din Federal

Institutul de metale neferoase

Și știința materialelor

Teoria proceselor metalurgice

Prelegeri abstracte pentru specialitatea studenților

Inginer fizician

Krasnoyarsk 2008.

UDC 669.541.

BBK 24.5.

Referent
Aprobat ca un manual
I.I. KOPACH.
Cu 55 de ani. Teoria proceselor metalurgice:Studii. Manual pentru specialitatea "Inginer-fizician" / SFU. Krasnoyarsk, 2008. - 46 s.

ISBN 5-8150-0043-4.
Manualul descrie prevederile teoretice ale principalelor procese de producție metalurgică, cum ar fi: disocierea, procesele redox, metodele chimice și fizice de rafinare, scări de producție metalurgică și metalurgie de sulfură.
Siberian Federal Uniaversate, 2008

În e d e n și e

1. 
   Disocierea compușilor chimici
2. 
   Compoziția și proprietățile fazei de gaz la temperaturi ridicate.
3. 
   Procese de oxidare și notificare.
   1. 
      Recuperarea hidrogenului
   2. 
      Restaurarea carbonului solid
   3. 
      Recuperarea gazelor S.
   4. 
      Restaurarea metalelor

4. Metale de rafing

4.1. Metode de rafinare pirometalurgice

4.2. Metode rafinate fizice

1. 
   Ajustare
2. 
   Cristalizare
3. 
   Rafinarea vacuumului

5. Prelucrarea materialelor de sulfură.

1. 
   Separări de topire.
2. 
   Conversia Mattes.

6. Slaguri metalurgice.

1. 
   Structura zgurii se topește

În e d e n și e

Teoria proceselor metalurgice este o chimie fizică care descrie comportamentul sistemelor de reacție chimică la temperaturi ridicate, variind de la 800 la 2500 K și mai mult.

Progresul accelerat al omenirii a început după ce oamenii au învățat să folosească metale. Nivelul țării și este în prezent în mare parte determinat de nivelul de dezvoltare a industriilor metalurgice, chimice și miniere. În prezent, căile de dezvoltare extinse au fost practic epuizate și problema dezvoltării intensive a tuturor industriilor, inclusiv a metalurgiei, sa confruntat cu primul loc. Ultimele cauzate se caracterizează prin abordări noi calitative pentru toate procesele de producție, acesta este:

1. 
   energie - economie de resurse,
2. 
   prelucrarea profundă a materiilor prime și a deșeurilor provocate de om,
3. 
   folosind cele mai recente realizări ale științei în producție,
4. 
   utilizarea micro și nanotehnologiei,
5. 
   automatizarea și informatizarea proceselor de producție,
6. 
   să minimalizeze valoarea dăunătoare asupra mediului.

Cerințele enumerate (și altele) impun cereri mari la nivelul formării fundamentale și speciale a unui inginer modern.

Tutorialul propus pe teoria proceselor metalurgice este o încercare de a prezenta disciplina la primul, cel mai scăzut nivel de complexitate, adică. Fără dovezi matematice, cu fundamentarea minimă a dispozițiilor inițiale și a analizei rezultatelor rezultate. Manualul este alcătuit din 6 capitole care acoperă aproape întregul proces de obținere a metalelor din minereuri și concentrate.

În primul rând, permiteți un proces de topire a fierului de la minereu de fier sau concentrate de minereu de fier din anul școlar al substanțelor chimice. Există trei faze în cuptorul de explozie:

1. 
   faza gazului constând din gaze CO, CO 2, vapori de metale și oxizi,
2. 
   Faza zgurii constând din oxizi topită Cao, Si02, Al 2 O 3, Feo, MNO, etc.
3. 
   Faza metalică constând din fier lichid și dizolvată în impurități IT, cum ar fi carbonul, manganul, siliciul, fosforul, sulful etc.

Toate cele trei faze interacționează între ele chimic și fizic. Oxidul de fier este restabilit în faza zgurii și tranzitul în faza metalică. Oxigenul dizolvat în faza zgurii trece în faza metalică și oxidează impuritățile în el. Picăturile de oxizi plutesc în faza metalică, iar picăturile metalice sunt decontate în faza zgurii. Trecerea componentelor dintr-o fază la alta este asociată cu transferul acestora prin granițele partițiilor de fază, prin urmare inginerul  Metalurgul funcționează cu sisteme multicomponente, eterogene, de reacție chimică.

În prezent, metalurgia primește aproximativ 70 de metale, care de obicei sunt împărțite în colorate și negre. Acesta din urmă include 4 metal: fier, mangan, vanadiu și crom. Un grup de metale neferoase sunt mai numeroase, deci este împărțită în următoarele subgrupuri.

1. 
   Heavy: cupru, plumb, zinc, nichel, staniu, mercur, doar 18 elemente.
2. 
   Metale ușoare: aluminiu, magneziu, titan, siliciu, metale și metale de căpușe, doar 12 elemente.
3. 
   Noble: aur, argint, platină etc. Există doar 8 elemente, au primit numele lor datorită lipsei de afinitate pentru oxigen, prin urmare, în natură se află în starea liberă (neoxidată).
4. 
   Metale rare: refractare - 5 elemente, elemente rare-pământoase și radioactive - 16 elemente.

Conform metodei de producție, procesele de producție a metalelor sunt împărțite în trei grupe:

pyrometalurgical.

hidrometalurgic I.

procese electrometalurgice.

Primul dintre ele continuă la temperaturi de aproximativ 1000-2500 la aceleași componente sunt situate în stări topite și dizolvate.

Cea de-a doua curgere în acvatic, mai puțin frecvent în organice, solvenți, la temperaturi de 300 - 600 K. Multe procese hidrometalurgice apar și la presiuni crescute, adică. în autoclave.

Procesele electrometalurgice apar pe electrozi în ambele soluții apoase și se topeste la temperaturi diferite. De exemplu, electroliza aluminei în topiturile topitelor Cryolit-Alumina se scurge la 1230 k și electroliza platinei de la electrolitul apos - la 330 K.

Materiile prime pentru producerea multor metale sunt, în primul rând, minereurile oxidate, dintre care sunt obținute aluminiu, fier, crom, mangan, titan, cupru parțial, nichel, plumb. Dintre minereurile mai puțin frecvente de sulfură, astfel de metale sunt obținute ca metale de cupru, plumb, nichel, cobalt și nobil. Metalele de magneziu, calciu și alcaline sunt obținute din minereuri de clorură (din mări de apă și lacuri).

Producțiile metalurgice au un efect dăunător asupra mediului, și anume:

1. 
   emisiile de gaze de reacție, cum ar fi CO, S02, S03, CI, CS 2 și multe alte gaze,
2. 
   pulp și particule lichide de diferite majorități și compoziții,
3. 
   executarea volumelor mari de linii de apă poluante de apă industrială, inclusiv alimentarea cu apă potabilă.
4. 
   resetarea mare a energiei excesive, cu valoare scăzută, care poate fi utilizată pentru încălzirea serelor etc.

Acești factori au un impact negativ. În primul rând, angajații întreprinderilor, precum și orașele și așezările din apropiere. Prin urmare, una dintre cele mai importante sarcini ale inginerului este organizarea și planificarea producției astfel încât să minimizeze efectele dăunătoare asupra mediului. Problemele de mediu ar trebui să fie, în primul rând, nu numai în producția publică, ci și în auto-restricția personală a fiecărei persoane, sub forma unei abandonări complete sau parțiale a transportului personal, de la consumul excesiv de resurse energetice etc.

O evaluare aproximativă arată că o persoană care ajunge la transportul public consumă aproximativ un ordin de mărime mai puțin combustibil și oxigen, în comparație cu iubitorii de confort, care călătoresc singur într-o mașină cu un volum de lucru al motorului în mai multe litri. Viitorul omenirii, ca o comunitate de gândire, este situată pe calea activității conștiente de auto-angajare în consumul de bunuri, servicii și, în cele din urmă, resurse energetice.

 

Poate că va fi util să citiți:

• Controlul camerei în programul Trace Fashion;
• Inginer ACS TP: Responsabilitățile oficiale ale inginerului sistemului automatizat de gestionare a procesului automatizat de control automat în Deat Professional;
• Parteneri ISO TS 16949 Noua versiune;
• Curățarea nanotuburilor de carbon;
• Curățarea nanotuburilor de carbon;
• Tutorial: Teoria proceselor metalurgice;
• Caracteristicile impozitării serviciilor de telecomunicații (Fine N;
• Adevărat pe sarcini pe axa camioanelor;