Задание 12 Фазовое равновесие в металлургических расплавах

По фазовой диаграмме Pb – Fe – S (Приложение А, рисунок А.1) для фигуративной точки 4 определить составы равновесных фаз и выход свинцовой фазы на 4 тонны общего расплава. Определить графически и проверить аналитически минимальную добавку серы к 4 тоннам сплава, необходимую для гомогенизации системы.

По фазовой диаграмме Pb – Fe – S (Приложение А, рисунок А.1) составы равновесных фаз для фигуративной точки 4 определим составы равновесных фаз и выход свинцовой фазы на 1 тонну общего расплава.

Составы равновесных фаз для фигуративной точки 4 (Приложение А, рисунок А.1).

49 % Pb ; 35 % Fe ; 16 %S .

Состав свинцовой фазы определим по правилу коноды:

4 т – 8,5 см

х т - 5,5 см

х = 2,58 т

Выход свинцовой фазы на 4 тонны общего расплава равен 2,58 тонн.

Определим минимальную добавку серы к 4 тоннам сплава, необходимую для гомогенизации системы

( 4 + х ) ^. 0,22 = 4 ^. 0,16 + х

х = 0,19

Необходимо добавить 0,19 тонн серы к 4 тоннам расплава для гомогенизации системы.

Задание 8 Автогенность металлотермического восстановления

Определить термичность шихты при алюминотермическом восстановлении оксидов (таблица 8). Расчеты вести на два моля атомов кислорода в восстанавливаемом оксиде

Таблица 8 – Реакции алюминотермического восстановления

№ варианта	Реакция
4	Fe3O4 тв + Alж  Feтв + Al2O3 тв

Решение

Fe₃O_{4 тв} + Al_ж  Fe_тв + Al₂O_{3 тв}

1/2Fe₃O_{4 тв} +4/3 Al_ж  3/2Fe_тв + 2/3Al₂O_{3 тв}

Найдем стандартное значение теплового эффекта для уравнения реакции:

Н⁰₂₉₈ = = - 557,9 кДж/моль

Найдем сумму молекулярных масс исходных веществ

М = М(1/2 Fe₃O₄) + М (4/3 Al) = = 151,6 г

Термичность шихты при алюминотермическом восстановлении оксидов марганца

Дж/г

Процесс алюминотермического восстановления не будет идти автогенно, но так как ( q < 2300 Дж/г) .

Задание 1.6 Карботермическое восстановление

По диаграмме зависимость кривых равновесий восстановления Fe_mO_n углеродом от температуры и общего давления (рисунок А.2, Приложение А).

1) Определить для точки «4» состав равновесной смеси газов с указанием реакции, которая (которые) обеспечат равновесие в системе» ответ аргументировать.

2) Объяснить почему для реакций восстановления: Fe₃O₄  Fe; Fe₂O₃  Fe₃O₄; FeO  Fe с ростом температуры увеличивается содержание монооксида углерода в равновесной смеси СО – СО₂, а для реакции Fe₃O₄  FeO – уменьшается.

3) Объяснить почему уменьшение давления в системе (вакуумирование или увеличение объема системы) приводит к увеличению содержания СО в равновесной смеси СО – СО₂, для реакции Будуара – Белла; а уменьшение температуры определяет уменьшение СО в смеси СО – СО₂.

4) Определите графически положение безвариантного равновесия (состав и температуру) в системе Fe _тв – FeO _тв - Fe₃O_{4 тв} – СО _газ – СО_{2 газ}.

5) Каково влияние образования растворов в системе (FeO) + CO = [Fe] + CO₂ на содержание монооксида в равновесной смеси СО – СО₂.

Решение:

1) Точка 4 определяет равновесный состав газовой смеси, в которой в которой 80 % СО и 20 % СО₂.

2) По принципу Ле Шателье увеличение температуры равновесной системы путем ее нагрева приведет к смещению равновесия в сторону эндотермической реакции.

С + СО₂ = 2 СО

При избытке углерода равновесие не изменится

3) По принципу Ле -Шателье при уменьшении давления в системе (вакуумировании или увеличении объема системы) произойдет смещение равновесия в сторону большего числа газообразных компонентов, т.е. количество СО увеличивается, а при уменьшении температуры равновесие сместится в сторону экзотермической реакции, т.е больше образуется СО₂.

4) Положению безвариантного равновесия в системе Fe_ТВ - FeO_тв - Fe₃O_{4 тв} - СО_газ – СО_{2 газ} отвечает точка 9. По графику определяем состав газовой фазы: 40 % монооксида углерода и 60 % диоксида углерода. По графику определяем температуру Т = 843 К. таким образом, положению безвариантного равновесия в системе Fe_ТВ - FeO_тв - Fe₃O_{4 тв} - СО_газ – СО_{2 газ} соответствует температура 843 К с составом газовой фазы 40 % СО и 6

% СО₂ .

5) По принципу Ле Шателье уменьшение FeO в системе приведет к смещению реакции ( FeO) + СО <= [Fe] + CO₂ вправо, т.е. содержание СО в системе увеличится.