热力学在冶金中的应用课件

冶金物理化学-热力学，第四章热力学在冶金中的应用，4.1最大反应温度(理论温度)计算4.2炼钢过程中元素氧化放热能力计算4.3选择性氧化-奥氏体不锈钢的碳消除铬4.4选择性还原-从红土矿中提取钴和镍，化学反应，溶液生成，晶体变形，熔化冶金反应焓变化计算实际上是冶金热化学的主要内容。4.1最大反应温度(理论温度)计算，冶金反应焓变化和标准自由能变化计算，高炉炼铁和电炉，闪速炉熔铜垫半自热熔炼，热源物理热和化学热；电炉炼钢需要将电力转换为热能，而转炉炼钢、铜垫吹炼、镍垫冶炼是主热源为化学热的自热熔炼。以氧气顶吹转炉炼钢为例，将1350 的铁水加热到1650 ，主要依赖于铁水Si、Mn、c等元素氧化反应的释放；从化学能转变为热能。控制氧气顶吹转炉的温度需要冶金热化学计算(热平衡计算)、温度部分高加冷却剂(废钢等)；温度低的话，为了控制冶炼工艺的目的，加入硅铁等增温剂。总之，金属萃取过程通常伴随着吸热或发热现象。因此，计算冶金反应焓变化不仅具有理论意义，而且具有实际意义。焓变化计算方法，物理热计算：纯物质焓变化计算，第一，使用热容量；二是应用相对焓。1 .使用静压热容量计算纯物质的焓变化：在成分固定的均质系统中，等压中的热容量称为定压热容量(Cp)，等压中的热容量称为定压热容量(Cv)，在加热过程中物质执行相变时，固体1mol纯物质在一定压力下从298K加热到温度t，液体变为气体大部分情况下，两热在298K提供纯物质的热化学常数，这是摩尔的标准相对焓(摩尔标准相对焓)，在大气压下加热到k时吸收。如果物质的量为n摩尔，相对焓在所研究的温度下为固体，存在固体相变，则相对焓在所研究的温度下为液体，则相对焓，如果在所研究的温度下该物质为气体，则相对焓，计算为4.1最大反应温度(理论温度)，如果反应物和产物的温度相同，则计算为使化学反应温度保持不变，过程中释放的热量按时发出的化学反应焓变化吸热反应要及时加热。化学反应在绝热条件下进行，或者反应快，因此如果过程中释放的热量不能及时出来，也可以视为绝热过程。在发热反应的情况下，产物吸收吸收吸收过程中产生的热量，使自己的温度高于反应温度。如果已知反应的焓变化和随温度变化的产物热容量的规律，就可以计算该系统的最终温度，这种温度称为最高反应温度(也称为理论最高反应温度)。绝热过程是理想的过程，实际上环境和能量交换的发生总是不可避免的。因此，反应所能达到的实际温度总是低于理论上的最高温度。计算发热反应的理论最高温度，实际计算非等温过程焓变化。一般假定反应以化学计量的比率发生，反应结束后，反应物不再在反应器中。可以认为，反应热全部用于加热产物，提高生物的温度。实际上，反应结束的时候总是留有未反应的反应物。因此，还确认了实际能达到的温度低于理论上的最大温度。例如：镁还原钛的总反应为TiCl 4(g)2mg(s)=ti(s)2 MGC L2(s)(1)反应为298K，静压下发生时；(2)反应物TiCl4和Mg分别预热到1000K，然后对接触作出反应。用测试算法计算第一节的数据表，计算最大反应温度。，解决(1)反应TiCl 4(g)2mg(s)=Ti(s)2 MgCl 2(s)298k计算反应时可达到的最高温度。这个反应都是通过加热产物Ti和MgCl2，将其温度提高到TK，利用理论热平衡方程，可以通过相对焓定义积分得到各纯物质的相对焓。钛的相对焓计算如下：(298 1155 k)，(1155 1933k)，(1933 3575k)，MGC L2的相对焓计算如下：(298 987k)，(984 1691 k)，(1691 2000k)，计算产物的相对焓之和。T=298到987K，t=987到115k，T=1155到1691K，T=1691到1933K，通过插值说明，=1691K，(，如果将产物加热到T=1600K，则产物加热到T=1700K，则产物的最大反应温度必须通过16001700K之间的内部插入法计算此温度。镁热还原TiCl4制备海绵钛的反应。如果不排出余热，反应能达到的最高理论温度接近MgCl2的沸点(1691K)，远远超过Mg的沸点。反应开始后排出余热是控制工艺的重要条件之一。在生产实践中，镁的热还原TiCl4工艺通常控制在900 ，防止镁的蒸发和高温下Ti和反应器生成Fe-Ti合金。氧转换器炼钢过程所需的热源：(1)转换器内，添加到1350 左右的高温金属中的物理热(2)主要是铁水中的每个元素c，Si，Mn，p炉渣、火器、衬里等加热会消耗一定的热量，但过程中产生的化学热量仍然过剩。因此，在氧气转炉炼钢过程中，添加冷却剂，消耗过多的热量。4.2炼钢过程中元素氧化热能力的计算，实例1-4铁水的总化学热计算，必须了解每个元素氧化热能力。转炉吹炼298K的氧气，溶于铁水Si，Mn的优先氧化，释放化学热，提高铁水的温度。当温度达到1400 时，大量溶解在热金属中的c开始氧化，c约90%氧化到CO，10%氧化到CO2。以CO氧化的c为例，计算一下wC将1%的铁水的碳降低到0.1%时炼钢池温度会提高多少？计算添加废钢的冷却效果。解决方案：计算非等温条件下的焓变化，(1) c氧化释放的热量计算，(2)氧化1% c计算，炼钢池温升，qstcp，STT (qsl qdr) CP，sl碳含量越低，防腐能力越强。奥氏体不锈钢的普通钢号为1Cr18Ni9(Ti)，即C0.12%，Cr17%19% 19%，ni8% 9.5%，Mn1%2%线号为0Cr18Ni9的不锈钢，C0.08%。超低碳高质量不锈钢，C0.02%。第一阶段-材料熔化法(1926-1940年代)的特点是使用工业纯铁、纯镍、低碳铬铁和低碳废料等低碳原料。根据钢的需要，事先配合好材料，然后在电炉上熔化，生产不锈钢。因此，这种方法只是电炉上的一个简单熔化过程。在熔化过程中电极向熔池渗碳，因此必须使用低碳原料。材料熔化方法不能使用不锈钢退回材料，这是两个主要问题：(1)。不锈钢生产时产生约30% 50%的返回物。使用这种返回材料时，由于电极在熔化过程中对熔池进行了约0.08%的渗碳，钢液的碳含量超出。(2)使用返回材料，不能用铁矿石氧化碳。当时，氧化氧法碳的技术还没有产生，氧化剂主要是铁矿石。但是，如果使用返回物质将铁矿石用作氧化剂，则只能制造铬的大量氧化，碳不会氧化，达不到用碳保存铬的目的。-嗯？-嗯？第二阶段-回到1939年美国发明的被称为不锈钢冶炼师革命的氧气法语法。该法的优点是，使用返回物质，并通过吹入氧气，达到去除碳的目的？-嗯？该方法在注射： (1)氧时，钢水Cr也氧化了一部分，约2% 2.5%，引起了一些浪费。(2)材料Cr不能同时安装。也就是说，如果生产1Cr18Ni9不锈钢，Cr一次只能配合12% 13%，而不能配合18%。-嗯？-嗯？这样停止博客的话，因为失去了2% 2.5%的氧气，熔体中只有10%左右的Cr。因此，氧化期间结束后，必须补充一定量的低碳铬铁，生产成本才会提高。第三阶段-高碳真空吹炼法，60年代被称为不锈钢冶炼历史新纪元的新方法的发展。该过程具有以下四个特点：(1)原材料没有限制，可以使用多种高碳材料；(2)材料Cr一次能足够吗？-嗯？(3)在进行真空或半真空吹炼、或真空或半真空处理之前，常压下的氧脱碳；(4)钢液中Cr的回收率达97% 98%，4.3选择性氧化-奥氏体不锈钢的碳消除铬，在炼钢温度下碳和铬同时与氧相遇，必须依次发生氧化作用。这是由元素氧的亲和力大小，亲和力较大的先氧化决定的。根据氧的亲和力大小决定氧化或还原顺序，这就是选择性氧化和还原理论的核心。如Elin极限所示，吹温必须高于氧化转换温度，钢C才会氧化，Cr不会氧化。也就是说，可以达到消除碳保护铬的目的。1473K、1)。标准氧化顺序，G0=0，t=1508 k (1235c)。(固态下)，1)。标准状态的氧化顺序，G0=0时t=1570k (1297c)。(溶于钢水)，2)。非标准状态下的氧化顺序，非标准状态下碳和铬的氧化顺序由等温方程确定。Cr9%中炉渣的铬氧化物为Cr3O4。因此，不锈钢冶炼的反应如下。在非标准状态下，碳和铬的反应取决于温度、c和Cr的含量和pCO。计算非标准状态下的氧化转换温度，吹炼温度必须高于氧化转换温度，才能实现钢水C氧化，Cr不氧化，即消除碳保护铬的目的。表C和Cr的氧化转换温度计算结果，氧或铁矿石氧化时钢液的上升冷却计算：a .通过氧氧化钢1%Cr提高钢液温度的计算，因此78gwCr在钢液1%的Fe，计算钢水上升和冷却所需的数据，即1%的氧氧化Cr时，钢水的温度可以提高到113 。b .将钢的温度提高到氧氧化1%C的计算，2C O2(g)=2CO(g)，即氧化1%C，则钢的温度可以提高118 。c .铁矿石氧化1%Cr的钢水温度的计算，如果铁矿石氧化1%Cr，则钢水的温度只能提高8 。d .铁矿石氧化的1%C提高钢液温度的计算，此反应是仅降低钢液温度的吸热反应。铁矿石氧化1%C后，钢水的温度可以降低到204 。(1)为什么在吹氧发明之前不能使用不锈钢返回？将铁矿石用作氧化时，为什么不能达到去除碳、保存铬的目的？回答问题，但使用返回剂将Cr调配到约12%时，如果wC从0.35%下降到0.1%，则吹温必须从1549提高到1728。如果将WC降低到0.05%，吹温度应达到1837 。降低WC需要在高温下进行，高温下获得的取决于钢水的氧化Cr。使用铁矿石作为氧化剂时，每氧化一%Cr只能使钢水的温度升高8 ，这种温度远不能抵消以氧化0.1%C将钢水的温度降低到20.4 。添加铁矿石只能批量氧化Cr，C不能去。因此，如果使用返回物质，用电极增加碳，用铁矿石氧化也不能去除增加的碳，因此在吹氧发明之前，不能使用返回物质。(2)为什么吹氧气的时候，不怕碳蔓延，可以使用返回物？(？如果熔池的wC从0.35%下降到0.05%，则熔池温度必须从1549上升到1837。为了满足碳消除铬，吹温必须大于氧化转化温度。这些牛升高了约290 ，主要在氧气法氧化钢液中Cr组成。每1%的氧化Cr可将钢的温度提高118 ，因此约2% 2.5%的氧化将钢的温度提高到约236 295。您可以将WC从0.35%降低到0.05%，使其氧化0.3%，或将钢的热量提高到约36 。使用退回料件并达到铬移除目的之前，必须损失2% 2.5%Cr，以满足wC减少至0.05%所需的290热。如果WC按请求下降，请添加部分低碳铬铁，以使wCr满足18%的导线要求。因此，返回氧气注入法演奏不锈钢时，必须“增加氧气温度”。(3)为什么在返还氧气法中Cr不能一次符合18%，只能符合12% 13%？如果WCr一次配合18%，则wC为0.35%时，开口温度必须高于1626。WC下降到0.1%时，吹温度必须高于1822 。如果WC继续下降到0.05%，则吹温必须高于1943 。高吹温衬里设备无法承受。因此，氧化转化温度过高是Cr一次不能充分匹配的主要原因。高碳真空吹炼Cr为什么一次能充分配合？一氧化碳分压小于标准压力101325Pa，可以降低氧化转化温度。越小，氧化转化温度越低。例如，如果PCO=10132Pa，则wCr=18%，wC=0.05%，氧化转换温度只有1601 ，此温度在生产过程中可以达到。如果查看示例12以粉碎超低碳不锈钢，例如WC=0.02%，则表明当PCO=5066Pa时，氧化转换温度为1631时，它仍然可行。因此，可以用真空或半真空拦阻一次使Cr配合。C含量越高，氧化转化温度越低。因此，开始分联的时候，首先可以在大气压力下产生氧脱碳。但是，如果wC下降到一定程度，就必须使用真空鼓风机。1)。温度越高，碳含量越低，碳消除铬保护效果越好。2)在不同温度下获得Cr和C的平衡曲线；如图所示，冶炼不锈钢时，碳越低，熔池温度越高，Cr要求越高，去除铬所需的温度越高。因此，在电炉中，通常先氧化一些Cr，放入渣中，去除c，然后还原渣中的Cr3O4部分进行还原。3)对于恒定平衡c和Cr，pCO越低，转换温度越低。也就是说，氧气吹温越低，用真空或半真空技术冶炼高碳金属就没有问题。红土矿以赤铁矿和遥控器为主命名，原产于古巴、希腊、阿尔巴尼亚等地的红土矿富含Ni、Co、Cr等重要合金元素，但不能进入高炉冶炼的原因可以从埃林汉图那里获得。将红土矿放入高炉冶炼时，所有