2.1.2 Экзотермическое тепло реакций

Статья включает тепло реакций окисления Q_экз.ок., тепло реакций восстановления Q_{экз.восст.}, тепло металлообразования Q_{экз.мет.} и тепло шлакообразования Q_экз.шл.. Тепло от окисления силиковосстановителей на колошнике, растворения кремния в сплаве, образования силикатов и шпинелидов в шлаке рассчитывают по количеству окислившегося элемента или образовавшегося соединения g_i и соответствующему тепловому эффекту:

Q_экз = Q_экз.ок + Q_{экз.восст} + Q_{экз.мет} + Q_экз.шл

1. Тепло реакций окисления Q_экз.ок выделяется при окислении кремния кислородом воздуха по реакции:

Si + О₂ = SiO₂ ΔH= -911,55 кДж/моль

Q_{экз. ок.} = (22,790 · 0,4942 · 0,06) · 911,55 / 0,028 = 22000 кДж

2. Тепло реакций восстановления Q_{экз.восст} выделяется при восстановлении хрома, железа и фосфора по реакциям:

1. 2Cr₂O₃ + 3Si= 4Cr + 3SiO₂ ΔН = -2734,65 + 2 · 1141,32 = -452,01 кДж/моль;

Q₁ = (17,364 + 2,866) · 452,01 / (4∙ 0,052) = 43964 кДж.

2. 2FeO + Si = 2Fe + SiO₂ ΔН = -911,55+ 2 · 265,44 = -380,67 кДж/моль;

Q₂ = 0,865 · 380,67 / (2 ∙ 0,056) = 2940 кДж.

3. 2Fe₂O₃ + 3Si = 4Fe + 3SiO₂ ΔН = 3·(-911,55) + 2 · 822,2 = -1090,25 кДж/моль;

Q₃ = 5,260 · 1090,25 / (4 ∙ 0,056) = 25602 кДж.

4. 2Р₂O₅ + 5Si = 4Р + 5 SiO₂ ΔН = -4557,75+2 · 1530,5 =-1496,75 кДж/моль;

Q₄ = 0,003 · 1496,75 / (4 ∙ 0,031) = 31 кДж.

Q_{экз.восст.} = 43964 + 2940 + 25602 + 31 = 72537 кДж.

3. Тепло металлообразования Q_{экз.мет.} складывается в основном из реакций образования в сплаве карбидов и силицидов (остальным пренебрегаем). Принимаем, что весь углерод в феррохроме связан только с хромом и присутствует в виде Cr₂₃C₆. Образование карбида хрома происходит по реакции

23Cr + 6C =Cr₂₃C₆ ΔH = - 411,480 кДж/моль.

Также принимаем, что весь кремний в феррохроме связан только с железом и присутствует в виде FeSi. Образование силицида железа происходит по реакции

Fe + Si = FeSi ΔH = - 80,38 кДж/моль.

При растворении 0,005 кг углерода в феррохроме выделится тепла

Q₁ = 0,005 · 411,480 / (6 · 0,012) = 29 кДж.

При растворении 0,225 кг кремния в феррохроме выделится тепла

Q₂ = 0,225 · 80,38 / 0,028 = 647 кДж.

Таким образом, Q_{экз.мет.} = 29 + 647 = 675 кДж.

4. Тепло шлакообразования Q_экз.шл складывается в основном из реакций образования в шлаке двухкальциевого силиката и шпинели (остальным пренебрегаем ). Принимаем, что весь оксид алюминия в шлаке связан только с оксидом магния и присутствует в шпинели MgO∙Al₂O₃. Образование шпинели из оксидов происходит по реакции

MgO + Al₂O₃ = MgO · Al₂O₃ ΔH =-2302,32+601,89+1676,81 = - 23,62 кДж/моль.

Также принимаем, что весь кремнезем связан с оксидом кальция и присутствует в шлаке в виде ларнита 2CaO·SiO₂. Образование ларнита происходит по реакции

2СаO + SiO₂ = 2СаO∙SiO₂ ΔH =-2308,98 + 2·635,6+ 911,55 = -126,23 кДж/моль.

При образовании шпинели из 4,666 кг оксида алюминия выделится тепла

Q₁ = 4,666· 23,62 / (0,102) = 1157 кДж.

29,411кг кремнезема связывается в ларнит, при этом выделится тепла

Q₂ = 29,411 · 126,23 / 0,060 = 61876 кДж.

Таким образом, при шлакообразовании выделится тепла

Q_экз.шл = 1157 + 61876 = 63032 кДж.

Q_экз. = 22000 + 72537 + 675 + 63032 = 158245 кДж.

Всего приход тепла составит 366234 + 158245 = 524478 кДж.