Использование метода термодинамики необратимых и неравновесных процессов для исследования механизма процесса десульфурации чугуна магнием
Приведены результаты расчета степени отклонения от равновесия реакций взаимодействия серы с парообразным и растворенным в чугуне магнием. Показано, что протекание процесса десульфурации чугуна более вероятно по механизму взаимодействия серы с растворенным в чугуне магнием....
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии |
|---|---|
| Дата: | 2004 |
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України
2004
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/21078 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Использование метода термодинамики необратимых и неравновесных процессов для исследования механизма процесса десульфурации чугуна магнием / А.С. Вергун, А.Г. Чернятевич, А.Ф. Шевченко, Д.В. Костенко // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научн. тр. — Дніпропетровськ.: ІЧМ НАН України, 2004. — Вип. 8. — С. 163-166. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859521863554695168 |
|---|---|
| author | Вергун, А.С. Чернятевич, А.Г. Шевченко, А.Ф. Костенко, Д.В. |
| author_facet | Вергун, А.С. Чернятевич, А.Г. Шевченко, А.Ф. Костенко, Д.В. |
| citation_txt | Использование метода термодинамики необратимых и неравновесных процессов для исследования механизма процесса десульфурации чугуна магнием / А.С. Вергун, А.Г. Чернятевич, А.Ф. Шевченко, Д.В. Костенко // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научн. тр. — Дніпропетровськ.: ІЧМ НАН України, 2004. — Вип. 8. — С. 163-166. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии |
| description | Приведены результаты расчета степени отклонения от равновесия реакций
взаимодействия серы с парообразным и растворенным в чугуне магнием.
Показано, что протекание процесса десульфурации чугуна более вероятно по
механизму взаимодействия серы с растворенным в чугуне магнием.
|
| first_indexed | 2025-11-25T21:04:33Z |
| format | Article |
| fulltext |
163
УДК 669.267.6
А.С. Вергун, А.Г. Чернятевич, А.Ф. Шевченко, Д.В. Костенко.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДА ТЕРМОДИНАМИКИ НЕОБРАТИМЫХ И
НЕРАВНОВЕСНЫХ ПРОЦЕССОВ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ МЕХАНИЗМА
ПРОЦЕССА ДЕСУЛЬФУРАЦИИ ЧУГУНА МАГНИЕМ
Приведены результаты расчета степени отклонения от равновесия реакций
взаимодействия серы с парообразным и растворенным в чугуне магнием.
Показано, что протекание процесса десульфурации чугуна более вероятно по
механизму взаимодействия серы с растворенным в чугуне магнием.
Процесс десульфурации чугуна магнием отличается от других
процессов десульфурации чугуна (известью, карбидом кальция, содой)
тем, что, в связи с более низкой (по сравнению с температурой
железоуглеродистого расплава) температурой испарения (11170С),
магний, вводимый в расплавленный металл, находится в нем, в основном,
в парообразном состоянии. По мере всплывания пузыря парообразного
магния в железоуглеродистом расплаве протекает комплекс процессов,
включающих взаимодействие магния с примесями металлического
расплава (в основном, серой и кислородом), а также растворение магния в
металлическом расплаве. При этом диаметр этого пузыря изменяется, с
одной стороны уменьшаясь в результате растворения магния в металле и
химического взаимодействия с примесями чугуна, а с другой стороны –
увеличиваясь в результате всплывания и снижения в нем давления,
обусловленного уменьшением глубины нахождения его в расплаве.
Процесс взаимодействия магния и серы в чугуне может протекать по
двум реакциям:
[ ] (MgS)S{Mg} =+ (1)
,09,185437220G 0
1 T⋅+−=Δ Дж/моль (2)
63922754
1 ,TgK −=l (3)
[ ] [ ] ( )MgSSMg =+ (4)
T;,ΔG ⋅+−= 471173007200
4
Дж/моль (5)
11615650
4 ,TgK −=l (6)
Сопоставление величин энергии Гиббса реакций (1) и (4),
рассчитанных из условий равновесия с использованием выражений (2) и
(5) (приведенных ранее Вороновой Н.А. [1]) свидетельствует о том, что
более предположительной является реакция взаимодействия серы и
магния по реакции (1). Однако, следует обратить внимание, что при этом
не учитывается то обстоятельство, что в реальных условиях
осуществление процесса взаимодействия растворенной в чугуне серы и
164
парообразного магния протекает в гетерогенной системе на границе
раздела «газ–жидкость». При этом важную роль играет факт наличия на
межфазной поверхности (месте протекания реакции) свободных мест для
абсорбции реагирующих веществ – поверхностно–активной серы и
магния. Приведенные в работе [2] результаты оценочных расчетов доли
абсорбционных мест на межфазной поверхности «газовый пузырь–
металлический расплав», занятых атомами кислорода, серы и магния при
различном их содержании в чугуне, свидетельствуют о том, что условия
абсорбции примесей существенно зависят от содержания в расплаве
реагирующих веществ.
Поскольку применение методов равновесной термодинамики при
исследовании металлургических процессов не учитывает особенностей
реальных условий протекания реакций при оценке доли влияния каждой
из реакций (1) и (4) на общий процесс десульфурации, использовали
подход [3], позволяющий оценить степень отклонения реакции от
равновесия.
Степень отклонения реакции от равновесия обычно рассчитывается
по выражению:
рgKVi
iAgП ΔG/R Т ll −= (7)
где Vi
iAП – фактическое состояние реакции ;
Кр – константа равновесия реакции;
Аi и Vi – активности и стехиометрические коэффициенты веществ.
Расчет отклонения от равновесия реакций (1) и (4) был выполнен с
использованием фактических экспериментальных данных, полученных в
промышленных условиях при обработке чугуна диспергированным
магнием, вводимым в чугун через фурму погружения в струе газа–
носителя. Условия получения экспериментальных данных были
следующие: масса обрабатываемого чугуна – 92 тонны, температура
чугуна – 13350С, глубина погружения фурмы – 2м. Обрабатываемый
чугун содержал: углерода – 4%; кремния – 0,7%; марганца – 0,15%;
фосфора – 0,06%; серы – 0,027%. На протяжении всей обработки из ковша
периодически отбирали пробы чугуна, результаты анализа которых
приведены в табл.1.
Расчет величины константы равновесия реакции (1) выполняли с
использованием зависимости 8:
63922754
1
,TpgK −=l . (8)
Расчет величины константы фактического состояния реакции (1) на
различных этапах обработки выполняли с использованием зависимости
(9):
165
⎟⎟
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎜
⎜
⎝
⎛
= ]S[αMgP
)MgS(α
gФgK ll
1
, (9)
для чего при помощи соотношения (10), с учетом параметров
взаимодействия рассчитали величину коэффициента активности серы на
различных этапах обработки.
[Mg].Mg
S[S]S
S[P]P
S[Mn]Mn
S[Si]Si
S[C]C
SSgf lllllll +++++= (10)
Таблица.1. Изменение содержания серы и магния в чугуне на различных этапах
обработки чугуна гранулированным магнием в ковше
Содержание в чугуне, % Этап обработки серы магния
исходное состояние 0,027 0,000
I 0,020 0,007
II 0,013 0,014
III 0,007 0,020
IV 0,006 0,021
V 0,005 0,022
VI 0,003 0,024
Отношение полученных расчетным путем величин константы
фактического состояния реакции и константы равновесия реакции 1 для
различных этапов обработки, характеризующее отклонение реакции от
равновесия, представлено в виде зависимости, на рис.1. Видно, что
отклонение реакции 1 от
равновесия незначительно, т.е.
эта реакция протекает слабо.
Рис.1.Зависимость величины ΔG/RT
реакций (1) и (4) от содержания серы
в чугуне.
Расчет величины константы равновесия реакции (4) выполняли с
использованием зависимости (11):
.,TpgK 11615650
4
−=l (11)
166
Расчет величины константы фактического состояния реакции
(4) на различных этапах обработки выполняли с использованием
зависимости (12):
.
MgαSα
MgSα
gф.gK
⎟
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎜
⎝
⎛
⋅= ll
4
(12)
Определение коэффициента активности магния в чугуне для
различных этапов обработки рассчитывали с использованием выражения
(13):
[S].S
Mg[Si]Si
Mg[C]C
MgMggf llll ++= (13)
Отношение полученных расчетным путем величин константы
фактического состояния и константы равновесия реакции 4 для различных
этапов обработки, характеризующее степень отклонения реакции от
равновесия, представленного в виде зависимости на рис.1. Анализ
представленных на рис.1 данных свидетельствует о том, что отклонение
от равновесия реакции взаимодействия растворенного магния и серы
более существенно, чем отклонение от равновесия реакции
взаимодействия парообразного магния и серы, следовательно, более
вероятным является протекание реакции между растворенным в чугуне
магнием и серой.
Реализации механизма по схеме (4) способствует существенное
растворение магния в чугуне. Расчеты величины растворимого в чугуне
магния по реакции (4) при условиях ковшевой обработки (глубине ввода
магния от 0,5 до 4,0м и температуре 14000С) показали, что значение [Мg]
возрастает со снижением температуры и ростом давления, величина [Мg]
может достигать 0,8–1,0% и выше, особенно в ограниченных локальных
зонах ввода при обеспечении соответствующих условий.
Изложенные положения составили основу эффективной технологии
десульфурации чугуна инжектированием диспергированного магния в
чугун через фурму погружения, согласно которой магний перед
взаимодействием с серой должен быть подготовлен к процессу путем
нагрева, плавления, и испарения его на максимальной глубине, где
имеются наиболее благоприятные условия для растворения магния в
железоуглеродистом расплаве.
1. Воронова Н.А. Десульфурация чугуна магнием.– М.: Металлургия,1980. 240 с.
2. Основные направления повышения эффективности десульфурации чугуна
магнием / С.П. Ефименко, А.М. Зборщик, В.Л. Пилюшенко // Сталь.– 1986.–
№4.– С.16–20.
3. Использование методов термодинамики необратимых и неравновесных
процессов для исследования металлургических процессов / Ю.Н.Яковлев,
Л.В. Камкина // Металл и литье Украины.– 1995. – №5.– С.9–13.
Статья рекомендована к печати д.т.н. Э.В.Приходько
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-21078 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | XXXX-0070 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-25T21:04:33Z |
| publishDate | 2004 |
| publisher | Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Вергун, А.С. Чернятевич, А.Г. Шевченко, А.Ф. Костенко, Д.В. 2011-06-14T21:18:33Z 2011-06-14T21:18:33Z 2004 Использование метода термодинамики необратимых и неравновесных процессов для исследования механизма процесса десульфурации чугуна магнием / А.С. Вергун, А.Г. Чернятевич, А.Ф. Шевченко, Д.В. Костенко // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научн. тр. — Дніпропетровськ.: ІЧМ НАН України, 2004. — Вип. 8. — С. 163-166. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. XXXX-0070 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/21078 669.267.6 Приведены результаты расчета степени отклонения от равновесия реакций взаимодействия серы с парообразным и растворенным в чугуне магнием. Показано, что протекание процесса десульфурации чугуна более вероятно по механизму взаимодействия серы с растворенным в чугуне магнием. ru Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии Внепечная обработка чугунка и стали Использование метода термодинамики необратимых и неравновесных процессов для исследования механизма процесса десульфурации чугуна магнием Article published earlier |
| spellingShingle | Использование метода термодинамики необратимых и неравновесных процессов для исследования механизма процесса десульфурации чугуна магнием Вергун, А.С. Чернятевич, А.Г. Шевченко, А.Ф. Костенко, Д.В. Внепечная обработка чугунка и стали |
| title | Использование метода термодинамики необратимых и неравновесных процессов для исследования механизма процесса десульфурации чугуна магнием |
| title_full | Использование метода термодинамики необратимых и неравновесных процессов для исследования механизма процесса десульфурации чугуна магнием |
| title_fullStr | Использование метода термодинамики необратимых и неравновесных процессов для исследования механизма процесса десульфурации чугуна магнием |
| title_full_unstemmed | Использование метода термодинамики необратимых и неравновесных процессов для исследования механизма процесса десульфурации чугуна магнием |
| title_short | Использование метода термодинамики необратимых и неравновесных процессов для исследования механизма процесса десульфурации чугуна магнием |
| title_sort | использование метода термодинамики необратимых и неравновесных процессов для исследования механизма процесса десульфурации чугуна магнием |
| topic | Внепечная обработка чугунка и стали |
| topic_facet | Внепечная обработка чугунка и стали |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/21078 |
| work_keys_str_mv | AT vergunas ispolʹzovaniemetodatermodinamikineobratimyhineravnovesnyhprocessovdlâissledovaniâmehanizmaprocessadesulʹfuraciičugunamagniem AT černâtevičag ispolʹzovaniemetodatermodinamikineobratimyhineravnovesnyhprocessovdlâissledovaniâmehanizmaprocessadesulʹfuraciičugunamagniem AT ševčenkoaf ispolʹzovaniemetodatermodinamikineobratimyhineravnovesnyhprocessovdlâissledovaniâmehanizmaprocessadesulʹfuraciičugunamagniem AT kostenkodv ispolʹzovaniemetodatermodinamikineobratimyhineravnovesnyhprocessovdlâissledovaniâmehanizmaprocessadesulʹfuraciičugunamagniem |