3.3. Основы реакцп I процеси сталеплавильного виробництва

3.3.1. Термодинамгка сталеплавильних процеав

Сталеплавнльний агрегат — доснть складна система. Параметри стану процесу — тиск, об'ем, концентращя, температура. Змша параметр1в стану характеризуемся змшою ентальпп АН, в1льно1 еиергп АС, ентро- П11 Д5, тиску Др тощо. У сталеплавильнш практищ зазвичай мають справу з процесами, що вщбуваються за вщносно сталого тиску. Тому до позначення теплового ефекту, констанги рхвноваги та шших додають шдекс р, наприклад ^), К_р. Якщо процес вщбуваеться за сталого об'е- му, використовують шдекс V, наприклад Оу, Ку.

За сталого тиску величина теплового ефекту х1м1чно1 реакцп чи- сельно дор1Внюе змш! ентальпи = —АН |, тобто шд час видшення деякоТ К1Лькост! теплоти ентальтя системи зменшуеться на таку саму величину. Характеристикою можлшюсп переб'иу (довольного) проце­су е величина змши выьно!' еиергп системи

ДО = АН- ТАБ.

Цю величину використовують для знаходження ступени Х1М1ЧН01 спор1дненост1 речовин, тобто здатност1 1х взаемод1яти м1ж собою.

Х1м1чна термодинам1ка вивчае питания фазово'Г р1вноваги у процеа 1>озпод1лу компоненпв М1Ж фазами. У металурги сталими фазами е метал, шлак, тверд1 шихтов1 матер1али, що розчиняються в метал1 й шлаку, футер1вка агрегату, газова атмосфера над сталеплавильною ванною або газ, що тимчасово перебувае в редких фазах. Якщо компонент розчи- ииеться у фазах, що контактують, то вш розподыяеться м1ж ними, зпдно ;и с во 1 ми термодинам!Чними властивостями у фазах.

97

Величина константи р1вноваги характеризуе як вщбуваеться ргакщя в той чи шший б!к. Шд час розрахунку величин констант р1Вно- иаги реакцш, що в1дбуваються у сталеплавильних агрегатах, потр1бно и|)аховувати, що на практищ здебшьшого мають справу з реакщями, яю

•I Осмони мет. вир-ва.

здшснюються в розчинах — метал, шлак. Зазвичай для реакцш у роз- чинах значения концентрацш компонент! п замшюють значениями в1дпо- В1дних активностей. Актившсть а_х компонента х знаходять залежно В1Д концентрацп 13 сшввЦшошення

^ах ~ Чх^х'

де у_х — коефщент активности; Ы_х — мольна концентрация компо­нента х, або а_х - /_Х[х] (тут [х] — масова концентращя, %, компонента х, {_х — КОефщ1€НТ аКТИВНОСтО.

Якщо компонент розчиняеться в металл, його символ наводять у квад- ратних дужках [С], [Мп], [5], якщо знаходигься в шлаку - у круглих (РеО), (МпО), а якщо у газовш атмосфер! — у ф1гурних дужках {0₂}, {N2} (якщо у рпшяшп компонент е шдексом до параметра, то дужки, коли це припустймо, не ставлять). Наприклад, Манган, як еле- мент, що розчиняеться в метал!, може переходити до шлаково! фази, в якш вш перебувае як оксид мангану, зпдно з р1внянням

[Мп] + (РеО) = (МпО) + [Ре]. (3.1)

Константа р1вноваги реакцп (3.1)

^а(МпО)^я[Ре]

^Мп-РеО

^а[Мп]^а(РеО)

^аб0 К _У(МаО)(МпО)У_[Ре][Ре]

^Мп"^Ре0"У1Мп]1Мп]у₍р_ео)(РеО)-

Якщо вм1ст компонента наближаеться до 100 % або фаза насичена цим компонентом, то актившсть його прир1внюеться до одинищ (йр_е = 1), тобто р1вняння (3.2) набере вигляду

к _ ^МпО

Мп-РеО - ~ ~ > ^йМп"РеО

або

УМпО (^Мп°) _(чч)

^Мп-^ре0"Умп[Мп]у_Рео(РеО)'

1нод! використовують показник розподшу компонента м1ж фазами, який записують як концентрацш, а не як активность. Для р1вняння (3.1)

К - ^(МП) або I - (^Мп°) [Мп](РеО) ° ^Мп " [Мп] '

^аб° I -М (3 4)

^мп - _[Мп] ■

Па вщмшу вщ константи р1вноваги (3.3), що залежить лише вщ тгмиератури, за яко!" вщбуваеться х1м1чна реакщя, показники в (3.4) имимоються як у раз1 змши температури, так 1 в раз1 змши х1м1чного складу реагуючих фаз, тобто не можуть вважатися константами.

Температурну залежшсть константи р1вноваги, наприклад для (3.1), ипиишемо так:

1§^Мп-РеО = 6440/Т-2,95. (3.5)