МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС»

ИНСТИТУТ  ЭКОТЕХНОЛОГИЙ И ИНЖИНИРИНГА

КАФЕДРА  ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ И ЗОЛОТА

НАПРАВЛЕНИЕ  22.04.02 «Металлургия»

курсовая научно-исследовательская работа

на тему:  методы исследований физико-химических свойства расплав цветной металлургии

Выполнил:

Студент  Кузербай А.К

Группа   ММЦ-15-1

Научный руководитель: _________ доц.,к .т.н. Комков А.А

Проверил ___________

М осква 2016

Содержание

Введение		3
1	Основные понятия термодинамики	4
2	Физические и химические свойства	6
2.1	Физические и химические свойства мед	7
3	Физико-химические свойства расплавов	10
3.1	Определение поверхностного натяжения	10
3.1.1	Методы измерения поверхностного натяжения	12
3.2	Определение проводимости расплавов материалов	14
3.2.1	Методы измерения проводимости расплавов металлов и сплавов	19
3.2.2	Методы измерения электрической проводимости расплавленных шлаков	20
3.2.3	Бесконтактные методы измерения электрической проводимости металлургических расплавов	23
3.3	Определение плотности расплавов	24
4	Структура и физико-химические свойства шлаков	31
5	Физико-химические способы получения порошков	32
5.1	Физико-химичекие основы процесса ванюкова	33
6	Анализ автогенных процессов в цветной металлургии	35
6.1	Технологический процесс ванюкова	35
7	Цветные металлы и их сплавы.	38
7.1	Свойства и применение цветных металлов.	38
7.2	Твёрдые сплавы.	39
7.3	Литые и порошкообразные твердые сплавы.	39
7.4	Металлокерамические твердые сплавы.	40
7.5	Легкие металлы и их сплавы	41
	Вывод
	Список литературы

Введение

Металлургия является отраслью тяжелой индустрии, занимающаяся получением и обработкой сплавов на железной, медной, никелевой, алюминиевой, магниевой, цинковой и другой основе. Металлургические процессы представляют собой сложную совокупность физических явлений и физико-химических процессов, протекающих обычно при высоких температурах.

Металлургические реакции протекают обычно в сложных гетерогенных системах. Для них характерны разнообразные межфазовые взаимодействия, превращения в отдельных фазах, возникновение новых и исчезновение исходных фаз. При изучении поведения этих систем, как и при любом физико-химическом исследовании, следует выяснить три основных вопроса.

Во-первых, необходимо, установить их строение, т.е. число фаз, их характер и молекулярную структуру каждой фазы и границ раздела. Во-вторых, нужно определить условия, при которых возможны относительные состояния равновесия системы в целом или отдельных ее частей. Наконец, в-третьих, следует выяснить скорость и путь, с которой и по которому система стремится к равновесию, т.е. исследовать кинетику процессов. Для решения этих вопросов применяют методы статистической термодинамики.

Основная цель заключается в приобретении знаний, умений и навыков в использовании методов физической химии для анализа превращений, происходящих в металлургических агрегатах.

1 Основные понятия термодинамики

В результате химических реакций происходят глубокие изменения физико-химических свойств взаимодействующих веществ при одновременном выделении и поглощении тепла. Необходимо знать законы, определяющие превращение энергии при химическом взаимодействии. Распространение термодинамического метода на изучении химических реакций привело к образованию особого раздела термодинамики − химической термодинамики. То есть с одной стороны химическая термодинамика − это раздел общей термодинамики, а с другой − химическая термодинамика оказывает существенное влияние на развитие всей термодинамики в целом.

В термодинамическом методе условно все объекты материального мира разбиваются на систему и окружающую среду (внешнюю среду).

Система - это тело или группа тел, которые являются предметом исследования. Все остальные тела материального мира − окружающая среда.

Система имеет точные пространственные границы, отделяющие ее от окружающей среды. Причем это могут быть реальные физические поверхности раздела или воображаемая математическая поверхность. Рассматриваемые в физической химии системы − макроскопические, так как только для систем, состоящих из большого количества молекул можно оперировать такими понятиями, как температура, давление, теплота.

В зависимости от признака, общего, характерного для ряда систем, все системы характерного можно подразделить на :

1. По количеству компонентов в системе:

на однокомпонентные (чистое вещество) и многокомпонентные (смесь, раствор).

2. По количеству фаз в системе:

на однофазные (или гомогенные, или однородные) и многофазные (или гетерогенные или неоднородные)

3. По наличие взаимодействия системы с окружающей средой на изолированные, открытые и закрытые.

Система полностью лишенная возможности взаимодействовать с окружающей средой называется изолированной. Вообще говоря, это - научная абстракция, так как в природе нет материалов или средств, обладающих абсолютной изолирующей способностью. Но это очень полезная абстракция, которая позволяет создать математическую модель многих процессов, протекающих в действительности.

Термодинамический анализ

Результатом физико-химических процессов и фазовых превращений в металлах и сплавах при разных видах обработки являются исходные материалы, полученные на разных стадиях металлургических и литейных процессов, промежуточные и выходные продукты, их структура и свойства. Направление, движущие силы и степень завершенности этих процессов определяются законами химической термодинамики.

Термодинамические расчеты необходимы при плавке, рафинировании и модифицировании, а также при внепечной обработке черных и цветных сплавов. В этих процессах важнейшими являются реакции восстановления, окисления, дегазации и десульфурации расплавов.

Мерой химического сродства элементов в реакциях является изменение стандартной энергии Гиббса G^.

Реакции окисления и восстановления металлов описываются уравнениями типа:

n[Э^A] + m[O] → (Э_n^AO_m), (1.1)

(Э_n^AО) + m [Э^Б] → n [Э^А] + m (Э^БО), (1.2)

где Э^А и Э^Б – элементы А и Б; О – кислород; n и m – число молей соответствующего элемента.

Направление этих реакций определяют по изменению энергии Гиббса G^, выход продуктов реакции определяют по величине константы равновесия K. Между ними существует зависимость:

G^ = - RT lnK, (1.3)

где R – газовая постоянная, кДж/(моль·К); T – температура, К.

Константу равновесия для определенной температуры можно рассчитать по уравнению:

lnK = - G^/(RT) = H^/(RT) + S^/R, (1.4)

где H^ и S^ - изменение энтальпии и энтропии.

Зависимость константы равновесия от температуры описывает уравнение:

lgK = A/T – B (1.5)

где А и В – постоянные для каждой реакции коэффициенты. Значения этих коэффициентов приведены в справочной и специальной литературе.

Зависимость изменения G^ от температуры для окислительно-восстановительных реакций различных металлов обычно представлена диаграммой. Для протекания реакции окисления G^ должно иметь отрицательное значение. Все металлы, расположенные в отрицательной области G^, самопроизвольно окисляются на воздухе, а металлы, расположенные выше не окисляются. Чем больше отрицательное значение G^, тем более устойчив оксид, и наоборот. Кривая изменения G^ от температуры для металла-восстановителя должна быть расположена на диаграмме ниже, чем для восстанавливаемого оксида. Так, кальций и магний могут быть восстановителями для Al₂O₃. Однако при температурах выше 1600 °С сродство у магния становится меньше, чем у алюминия /G^_Mg / /G^_Al /, магний не может быть восстановителем для Al₂O₃.

Углерод и СО не могут быть восстановителями при плавке литейных сплавов цветных металлов: магния и алюминия, но при определенных температурах могут восстанавливать в чугунах и сталях оксиды основных и легирующих элементов (Fe, Mn, Si, Cr, V, Ti и др.)