2

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

«МОСКОВСКИЙ ИНСТИТУТ СТАЛИ И СПЛАВОВ»

ИНСТИТУТ Металлургии, экологии и качества

КАФЕДРА «Металлургии стали и ферросплавов»

СПЕЦИАЛЬНОСТЬ «Металлургия черных металлов»

Домашнее задание № 3

по курсу

«Термодинамика и кинетика металлургических процессов»

Группа _____________________________

Студент _____________________________

Преподаватель проф. Павлов А.В.

Москва - 2009 г. Задача №1

Определить энергию активации и лимитирующую стадию растворения азота в жидкой стали, используя нижеприведенные данные по кинетике растворения азота в данной стали, при давлении азота и заданных температурах.

При анализе процесса принять, что в данном случае внешняя массоотдача не является лимитирующим звеном.

Исходные данные.

Таблица 1.1.

Марка стали	Т-ра, К	Содержание азота (%) во времени
		0	5	10	15	20	25
	1873	0.004	0.013	0.022	0.025	0.030	0.035
	1973	0.004	0.016	0.025	0.030	0.036	0.040

Теория.

Гетерогенный металлургический процесс может быть представлен в виде последовательных стадий главными из которых являются следующие:

1. Внешний массоперенос (внешнедиффузионный режим), который в свою очередь состоит из следующих стадий:

а) перенос в объеме.

б) перенос в газовом пограничном слое.

2. Химико-адсорбционный акт (кинетический режим)

а) адсорбция на поверхности.

б) акт химической реакции: диссоциация .

в) десорбция атомов азота в объем металла: .

3. Внутренний массоперенос в объеме металла (внутридиффузионный режим).

а) перенос через неперемешиваемый слой.

б) перенос в объеме металла.

Понятие лимитирующего звена.

Сложный процесс, состоящий из последовательных стадий, чаще всего имеет лимитирующее (определяющее) звено.

Лимитирующее звено – звено с минимальной возможной скоростью (максимальным сопротивлением).

При стационарном протекании процесса скорость всех этапов, в том числе и лимитирующего, одинакова.

Признаки определяющие химическое звено.

1. Влияние перемешивания. Если перемешивание фазы не влияет на скорость процесса в целом, говорят, что эта стадия не является лимитирующей.

2. Отсутствие градиента концентрации – дает указание на то, что процесс в этой фазе скорее всего протекает в кинетическом режиме (т. е. лимитирует процесс химического звена).

3. Вид кинетической кривой

4. Эффективная энергия активации.

если:

• , то говорят, что лимитирует внешний массоперенос;

• , то говорят, что лимитирует внутренняя диффузия

• , то говорят, что лимитирует смешанный режим;

• , то говорят, что лимитирует химическое звено.

5. Связь и .

- количество прореагировавшего вещества.

6. Добавки ПАВ. Если добавки ПАВ, снижают скорость процесса в целом, то говорят, что лимитирует химико-адсорбционный акт.

Добавки кислорода и серы должны тормозить скорость поглощения азота.

6. Порядок реакции.

где:

- эффективная константа скорости реакции;

- порядок реакции.

- если , то говорят, что скорее всего лимитируют процессы диффузии; - если или , то говорят, что скорее всего лимитирует химическое звено

или смешанный режим.

Решение.