Сұйық шойынның температурасы қанша

Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 71 бет
Таңдаулыға:

Ф. 7. 03-18

Қазақстан Республикасы Білім және Ғылым Министрлігі

М. Әуезов атындағы Оңтүстік Қазақстан мемелекеттік университеті

«Металлургия» кафедрасы

Маханбетова Б. А.

Конверторлы өндіріс технологиясы

дәрістер жинағы

5В070900 - «Металлургия» мамандығының студенттеріне арналған

Шымкент, 2021 ж.

Кіріспе

Металдар мен қорытпалар өндіруді қарастыратын ғылым мен техника және өндіріс саласын металлургия деп атайды. Металлургия тарихи қара және түсті болып екіге бөлінсе, қара металлургия шойын металлургиясы, болат металлургиясы және т. б. бөлінеді.

Металлургияның, оның ішінде әсіресе болат металлургиясының, адамзат қоғамының дамуында маңызы өте зор. Өйткені болат өнеркәсіптің қай саласының болмасын негізгі конструкциялық материалы болып қала бермек.

Болат - көп компонентті негізі темір қорытпа. Химиялық құрамы бойынша екі үлкен топқа бөлінеді:

көміртекті болат;
қосындылы (қоспалы) болат.

Құрамында тұрақты элементтермен (Si, Mn, P, S, ) қатар көміртегісі 0, 025 2, 14%, негізі темір қорытпаны көміртекті болат деп атайды. Болатқа белгілі бір қасиет беру үшін қосынды (қоспалы) деп аталатын элементтерді (Al, Cr, Ni, W, V, Mo, Ti және т. б. ) арнайы қосу арқылы алынатын болатты қосындылы деп атайды.

Көміртегі - болаттың құрылымы мен қасиетін анықтайтын негізгі элементтің бірі. Кремний мен марганец пайдалы элементтер қатарына жатады, олардың мөлшері көміртекті болаттардағыдан асқанда қосынды элемент болып есептелінеді. Фосфор мен күкірт зиянды элементтер болатындықтан олардың мөлшері болат маркасына қарай шектеулі.

Болат өндірудің негізгі екі жолы бар:

1 Темір кенін тотықсыздандыру арқылы темір алу, яғни бір сатылы темір кені-болат сұлбасы бойынша. Қазіргі кездегі тәсілден темір кенін тура тотықсыздандыру арқылы кеуек темір алуды атауға болады.

2 Шойынды қайта балқыту үрдісі, яғни екі сатылы темір кені - шойын-болат сұлбасы бойынша: алдымен домна пешінде шойын алу, содан кейін шойыннан болат қорыту үрдістерінің бірімен болат өндіру.

Қазіргі кезде болат өндіру негізінен екі сатылы сұлба бойынша жүзеге асырылады. Болат өндірудің негізгі тәсілдерінен конвертерлік және электрлік пештерде болат қорытуды атаған жөн. Конвертерлік тәсілдің ішінде кеңірек тарағаны сұйық шойынды техникалық таза оттегімен үрлеу үрдістері.

Конвертер деп аталынған болат қорыту агрегатына шойынды құйып, оны ауа немесе оттегімен үрлеп, болат алу үрдісін болат қорытудың конвертерлік тәсілі деп атайды.

Болат қорытудың конвертерлік тәсіліне бессемерлік, томастық, LD(ЛД) үрдісі және т. б. жатады. Конвертерлік үрдістер бір-бірінен конвертер шегенінің түрі, шойынның химиялық құрамы, оны үрлеу тәсілі, үрлеме оттегісінің мөлшері және т. б. ерекшеленеді.

Болат қорыту агрегатының шегеніне қарай конвертерлік үрдіс қышқылды және негізді болып екіге бөлінеді. Қышқылды конвертердің шегені динас кірпішінен (SiO ₂ 95%-дан жоғары) қаланса, негізгі конвертердің шегені - негізді отқатөзімділерден (шайыр- доломитті, магнезитті және т. б. ) . Мысалы, бессемер конвертерінің шегені қышқылды динас кірпішінен қаланған, сондықтан үрдіс те қышқылды деп аталынады, ал томас конвертері - шайырдоломиттен, яғни үрдіс негізді.

Бессемерлік мен томастық үрдістер 19-ғасырдың екінші жартысында ашылған. Екі үрдістің конвертерлері конструкция жағынан бір-біріне ұқсас. Конвертер бір цилиндрлік және екі қиық конустық бөліктерден тұрады. Цилиндрлік орталық тұсқа алынбалы конвертер түбі жалғасқан. Конвертер үсті асимметриялы қиық конуспен біткен. Бессемер конвертеріне құйылған шойынды ауамен үрлеу үшін агрегат түбіне соплолы фурмалар орнатылған, ал томас конвертерінің түбіне соплолар жасалған. Конвертердің сыртқы қаптамасы қалың болат қаңылтырдан жасалған.

Сонымен конвертерге құйылған шойынды түптен ауамен үрлеу үрдісінде шойын элементтері тотығып, экзотермиялық реакциялардан балқыманың температурасы көтеріліп әрі шойын элементтерінің мөлшері төмендеп, болат алынады.

ЛД үрдісі 20-ғасырдың орта тұсында ашылған. ЛД үрдісінің конвертері алдыңғы конвертерлерге ұқсас. ЛД конвертерінің үстінгі конустық бөлігі симметриялы келген. Шегені -отқатөзімді негізді материал. Үрдістің үрлемесі - техникалық таза оттегі жылжымалы фурма арқылы жоғарыдан беріледі. Технологиялық операциялырды орындау үшін ЛД конвертері, бессемер мен томас конвертерлері сияқты горизанталь өс бойымен айналады.

Дәріс 1 Конвертерлік үрдістің отқа төзімді және шикіқұрамдық материалы. Отқа төзімді материал. Отқа төзімді бұйымды жасау технологиясы. Ферроқорытпа.

Жоспар

Отқатөзімді материал
Отқатөзімді бұйымның қасиеті.
Шикіқұрамдық материал

Болат қорытуға арналған агрегат конвертердің шегені негізді немесе қышқылды отқатөзімді кірпіштен қаланып, сыртынан қалың болат қаңылтырмен қапталған.

Үрдістің негізгі шикіқұрамдық материалы белгілі бір химиялық құрамды сұйық шойын. Балқыманы салқындату үшін негізінен скрап (болат қалдықтары) қолданылады. Сонымен қатар қожтүзгіш материал, тотықтырғыш және ферроқорытпалар пайдаланылады.

1. 1 Отқатөзімді материал

Минерал шикізаты негізінде жасалып, өзінің қасиетін сондайлық өзгеріссіз жоғары температурада сақтай алатын материалды отқатөзімді деп атайды.

Болат өндірісінде қолданылатын отқатөзімді материалдың негізгі міндеті: жоғары температуралы балқыма мен қож және газды ортада өзінің қасиетін сақтай отырып, ұзақ уақытқа жарамды әрі арзан болуы. Отқатөзімді материалдың сапасы болат қорыту агрегатының өнімділігіне, болаттың сапасы мен құнына әсер етеді.

Отқатөзімді бұйымның жіктелімі. Өндірісте қолданылатын отқатөзімді материал қалыпталған, яғни қалыптау арқылы белгілі бір пішін берілген (кірпіш, фасонды бұйым, блок) және қалыпталмаған (ұнтақ және т. б. ) болып бөлінеді.

Отқатөзімді бұйым химия-минералдық құрамы, отқатөзімділігі, кеуектілігі, қалыптау тәсілі, термиялық өңделуі, пішіні мен өлшемі бойынша жіктеледі.

Отқатөзімді бұйымның қасиеті . Отқатөзімді бұйымның қасиеті, оның химиялық құрамына, жасау тәсіліне және эксплуатациялық жағдайына байланысты. Бұйымның негізгі қасиеттері [1, 2] :

1) отқатөзімділік;

2) жоғары температурада жүктемеден деформациялануы;

3) термиялық төзімділік;

4) химиялық төзімділік;

5) кеуектілік;

6) газөтімділік;

жылуөтімділік;
жылусыйымдылық;
механикалық беріктік және т. б.

Бұйымның ұзақ уақыт пішінін жоғалтпай жоғары температура әсеріне қарсы тұру қасиетін отқатөзімділік деп атайды. Өндірістік агрегаттарда кірпіш және т. с. с. бұйымды экспуатациялық жағдайына және қасиетіне байланысты отқатөзімділігінен 100-600°С-дан төмен температурада пайдаланады.

Бұйымның жоғары температурада жүктемеден деформациялануы, оның жұмыстық қабілетінің жоғары шекті температурасын анықтайтын ең маңызды көрсеткіші болып есептеледі.

Конвертерлік болат қорыту үрдісі мерзімді болғандықтан, шеген температурасы болат қорыту барысында жоғарылап, балқыманы ағызып алған соң төмендеп, шегеннің термиялық төзімділігіне кері әсерін тигізеді. Сонымен қатар шегеннің жұмыстық ортамен (температура, металл, қож, газ) әрекетінен, оның тозуы орын алады. Конвертер шегенінің химиялық төзімділігіне кірпіштің құрамы мен кеуектілігі, жұмыстық ортаның құрамы, үрдіс температурасы, қождың тұтқырлығы мен жұғушылығы әсер етеді. Кірпіштің ұзақ жарамдылығына жылусыйымдылық, жылуөтімділік, газөтімділік, механикалық беріктік, кеуектілік және т. б. қасиеттері әсерін тигізеді.

Отқатөзімді бұйымды жасау технологиясы. Отқатөзімді материал мен бұйымдар табиғи және жасанды болып бөлінеді. Табиғи материалдарға кварцті құм, отқатөзімді балшық, асбест және т. б. жатады. Металлургия өндірісінде қолданылатын отқатөзімді материалдардың көпшілігі жасанды. Оларды жасаудың жалпы технологиялық сұлбасы мынадай:

1) шикізаттық материалдарды дайындау (қыздыру, ұсақтау, сұрыптау) ;

2) шикіқұрамды дайындау (араластыру, су қосу) ;

3) бұйымды қалыптау;

4) бұйымды кептіру;

бұйымды күйдіру.

1. 2 Шикіқұрамдық материал

Конвертерлік болат қорыту үрдісінің шикіқұрамдық материалын металдық, қосымша және тотықтырғыш деп бөледі [3-5] . Шикіқұрам материалының металдық бөлігіне шойын, скрап және ферроқорытпа жатса, қосымшаға - қожтүзгіш (әк, боксит, балқытқыш шпат және т. б. ) . Тотықтырғышқа ауа, техникалық таза оттегі, темір кені және т. б. жатады.

Шойын. Конвертерлік үрдістің түріне қарай шойын бессемерлік, томастық, мартендік (мартендік және оттегілі конвертерлік үрдіс үшін) (1. 1 кесте) және т. б. болып бөлінеді.

1. 1 - кесте - Конвертерлік шойынның құрамы

№

Шойын түрі

Шойын элементтері, %

№: 1

Шойын түрі: Бессемерлік

Шойын элементтері, %: 3, 8-4, 3

0, 7-1, 25

0, 5-0, 8

< 0, 06

№: 2

Шойын түрі: Томастық

Шойын элементтері, %: 3, 2-3, 6

0, 3-0, 6

0, 6-1, 3

1, 8-2, 2

< 0, 06

№: 3

Шойын түрі: Мартендік

Шойын элементтері, %: 3, 9-4, 3

0, 5-1, 0

0, 7-1, 7

0, 05-015

0, 03-0, 06

Үрдіс түріне қарай шойынның химиялық құрамы бір-бірінен өзгеше, яғни әрбір үрдіс шойын құрамына белгілі бір талаптар қояды. Мысалы, бессемерлік үрдіс қышқылды болғандықтан, шойын құрамындағы зиянды элеметенттер (S, P) шектеулі, ал үрдістің негізгі жылу көзі кремний болған соң, оның мөлшері 0, 8-1, 2 % болуы керек. Томас үрдісінің негізгі жылу көзі фосфор болғандықтан әрі жоғары фосфорлы шойыннан болат алу көзделгендіктен, бұл элементтің мөлшері өте жоғары (1, 8-2, 2%) .

ЛД үрдісі ашылғанда, онда мартен пешіне арналған шойын пайдаланылған болатын. Негізінде ЛД үрдісімен кез-келген шойыннан болат алуға болады. Әр елдің металлургиялық зауытының конвертерлік цехында қолданылып жүрген шойынның химиялық құрамының бір-бірінен айырмасы үлкен екені мына сандардан байқалады: 3, 7-4, 6% С; 0, 4-2, 6% Mn; 0, 3-2, 0% Si; 0, 03-0, 08 % S және 0, 3%-дан аз Р. Бірақ ЛД үрдісінің тұрақтылығын арттыру және техника-экономикалық көрсеткіштерін жақсарту үшін, шойын құрамындағы элементтер айырмасының аз болғаны жөн.

Шойын құрамындағы фосфор мөлшері, бір қождық үрдіспен болат қорыту көзделгенде 0, 3%-дан төмен болуы керек.

ЛД үрдісімен болат қорытуда күкіртсіздену толымсыздау жүретіндіктен, шойындағы күкірт мөлшері 0, 04-0, 05%-дан аспағаны жөн.

Сұйық шойынның температурасы 1250-1400°С аралығында. Шойын температурасының төмендігі қож түзілу үрдісін кешеуілдетеді.

Толымды циклмен жұмыс істейтін металлургиялық зауыттың болат қорыту цехында, шикіқұрамдық материал ретінде, шойынды сұйық күйде пайдаланады. Шойынды сұйық күйде қолдану болат қорыту уақытын қысқартып, конвертер өнімділігін арттырады.

Домна пешінен график бойынша ағызылып алынатын шойынның химиялық құрамы мен температурасы бірдей бола бермейді. Мұндай жағдайда миксер деп аталатын арнайы агрегат пайдаланылады.

Егер домна цехы болат қорыту цехын химиялық құрамы мен температурасы бірдей шойынмен қамтамасыз ете алмаса әрі болат қорыту цехына шойын қоры қажет болса, онда бір немесе екі миксермен (сыйымдылығы 1300, 2500 т) жабдықталған миксерлік бөлімше болады. Миксер бөлімшесі конвертер цехымен эстакада арқылы жалғасқан. Конвертерге сұйық шойын теміржол арқылы шойын тасуға арналған шөміштер арқылы жеткізіледі.

Егер домна пештері химиялық құрамы мен температурасы бірдейлеу шойын беретін болса, онда миксерлік бөлімшенің орнына шойын тасуға арналған миксерлік типті шөміштер (қозғалмалы миксер) қолданылады.

Скрап. ЛД үрдісінің балқымасын салқындату үшін негізінен болат қалдықтары (30%-ға дейін) қолданылады. Скраптағы зиянды және түсті элементтер мөлшері төмен болып, оның белгілі бір көлемдік мөлшері болуы керек. Мысалы, сыйымдылығы 100 тонналық және одан жоғары конвертерлер үшін илем болат қалдықтарының өлшемі 300х300х1000 мм-ден, ал пакеттелген болат сынықтарының өлшемі 700х1000х2000 мм-ден аспауы керек. Пакеттелген скраптың тығыздығы 2, 5 т/м ³ -ден кем болмауы керек.

Ферроқорытпа. Конвертерлік болат қорыту үрдісі-шикіқұрам элементтерін оттегімен тотықтыру үрдісі. Сондықтан балқыма еріген оттегінің жоғары мөлшерімен ерекшеленеді. Оттегі болаттың сапасын төмендететіндіктен, балқыманы ферроқорытпалармен (1. 2-кесте) оттегісіздендіреді. Қосындылы болат қорытылса т. б. ферроқорытпалар қосады.

Балқыманы оттегісіздендіру және қоспалау үшін конвертерге немесе шөмішке салынатын ферроқорытпалар ұсатылған күйде әрі зиянды элементтері төмен болуы қажет.

Ферроқорытпалар деп темірдің басқа элементтермен (Si, Mn, Cr, Ni, Ti, V және т. б. ) қорытпасын айтады. Оларды (ферромарганец, ферросилиций және т. б. ) ферроқорытпа зауытының кенді тотықсыздандыру пештерінде қорытып алады.

1. 2 - кесте - Ферроқорытпа құрамы

Атауы

Маркасы

Құрамы, %

Басқа

Көп емес

Атауы:

Ферро-

марганец

Маркасы: ФМн0, 5

Құрамы, %: ≥85

≤2, 0

≤0, 5

0, 30

0, 03

Атауы: ФМн 1, 0

Маркасы: ≥85

Құрамы, %: ≤2, 0

≤1, 0

0, 20

0, 03

Атауы: ФМн 75

Маркасы: ≥75

Құрамы, %: ≤2, 0

≤7, 0

0, 45

0, 03

Атауы:

Ферро-

силиций

Маркасы: ФС45

Құрамы, %: ≤0, 6

41-47

0, 05

0, 03

≤2, 0Al;

≤0, 5Cr

Атауы: ФС75

Маркасы: ≤0, 4

Құрамы, %: 74-80

0, 05

0, 03

≤2, 5Al

≤0, 4Cr

Атауы:

Силико-

марганец

Маркасы: СМн10

Құрамы, %: ≥60

10-13, 9

≤3, 5

0, 20

0, 03

Атауы:

Ферро-

хром

Маркасы: ФХ006

Құрамы, %: ≤1, 5

≤0, 06

0, 03

≥65 Cr

Атауы: ФХ025

Маркасы: ≤2, 0

Құрамы, %: ≤0, 25

0, 03

≥65 Cr

Атауы: ФХ200

Маркасы: ≤2, 0

Құрамы, %: ≤2, 0

0, 04

≥65 Cr

Атауы: ФХ800

Маркасы: 2, 0

Құрамы, %: ≤8, 0

0, 04

0, 06

≥65 Cr

Атауы:

Ферро-

титан

Маркасы: Ти2

Құрамы, %:

≤0, 2

0, 07

25-35Тi;

Атауы:

Силико-

кальций

Маркасы: СК25

Құрамы, %: Негізі

≤0, 5

0, 04

25-30 Са;

2Al

Қожтүзгіш материал. Негізді конвертерлік үрдістің қож түзуші материалы ретінде әк қолданылады. Әк сапасы қож түзу, балқыманың фосфорсыздану мен күкіртсіздену үрдісіне және негізгі техника - экономикалық көрсеткіштеріне әсер етеді.

Болат қорытуға айналмалы немесе қайнау қабатты пештерде жаңа ғана жұмсақ күйдірілген құрамында 90% -дан жоғары СаО, 3%-дан төмен SiO ₂ , 0, 05%-дан төмен S, 0, 02%-дан төмен Р, ірілігі 10-25 мм әк қолданылады. Қыздыру кезіндегі жоғалтымы 2, 5-4, 0% болғаны жөн.

Боксит пен балқытқыш шпатты қождың түзілуін жеделдету және оның тұтқырлығын жақсарту мақсатымен қолданады. Бокситтің Al ₂ O ₃ -ке бай, ал SiO ₂ -ге кедей (10-12%-дан аз) болғаны жөн. Балқытқыш шпат (75-95% СаF ₂ ) бокситке қарағанда әктің еруін тездетіп, қождың сұйық аққыштығын арттырады.

Тотықтырғыш. Конвертерлік болат қорыту тәсілі шойын элементтерін оттегімен тотықтыруға негізделгендіктен, тотықтырғыш ретінде ауа, техникалық таза оттегі ( 99, 5%), темір кені және т. б. қолданылады. Темір кені темір тотықтарына бай, кремнезем мөлшері 8-10% -дан көп емес, зиянды элементтер мөлшері төмен, ірілігі 40-50 мм болғаны қажет.

Темір кені, агломерат, окатыш және т. б. қож түзілу үрдісіне араласып әрі балқыманы салқындатады.

Бақылау сұрақтары

Отқатөзімді материал материал дегеніміз не?
Отқатөзімді бұйымның жіктелімі ?
Отқатөзімді бұйымның қасиеттерін атаңыз
Отқатөзімді бұйымның қасиеттеріне қарай жіктелуі
Конверторлық үрдістегі шикіқұрамдық материалдың жіктелуі
Шойын дегеніміз не?
Шойынның конверторлық үрдістегі жіктелуі
Шойынның химиялық құрамы
Сұйық шойынның температурасы қанша?
Скрап не үшін қолданылады?
Ферроқорытпа дегеніміз не?
Ферроқорытпаның жіктелуі және маркасы
Қожтүзгіш материалдарға нелер жатады
атаңыз

Дәріс 2 . Болат қорыту үрдісінің физика-химиялық негізі. Болат металлургиясында қолданылатын термодинамиканың негізгі қағидалары.

Жоспар

Болат қорыту үрдісінде физикалық химияның заңдарын қолдану
Болат металлургиясында қолданылатын термоди-намиканың негізгі қағидалары.

2. 1 Болат қорыту үрдісінде физикалық химияның заңдарын қолдану

Конвертерлік болат қорыту - күрделі үрдіс. Болат қорыту барысында үрлеме әсерінен шойын элементтері тотығып, қожтүзгіш материалдармен қож түзіп, шеген-металл қож газ жүйесінде физика - химиялық үрдістер орын алады. Сондықтан болат қорыту үрдісін басқаруда физикалық химияның заңдарына сүйенеді. Металл мен қождағы әр түрлі түрленістердің энергетикалық жағдайын, үрдіс мүмкіндігін, бағытын және тепе-теңдігін анықтауда термодинамиканың жалпы заңдарына, ал орын алып жатқан үрдістердің жылдамдығын анықтауда кинетиканың заңдарына сүйенеді [6, 7] .

Жылу тепе-теңдігін және жылудың энергияның басқа түрлеріне түрлену заңдарын зерттейтін ғылымды термодинамика деп атайды. Химиялық термодинамикада термодинамиканың жалпы заңдарын физика-химиялық үрдістерге қолдану қарастырылады [7] .

Болат металлургиясында қолданылатын термоди-намиканың негізгі қағидалары . Термодинамикада әр түрлі жүйелер зерттеледі. Зерттеу үшін қоршаған ортадан бөлініп алынған денелер тобын жүйе деп атайды. Конвертердің шегені, металы, қожы және газ атмосферасы жүйе мысалы бола алады. Жүйе гомогенді (бір фазалы) және гетерогенді (көп фазалы) болып бөлінеді. Жүйе гомогенді, егер оның барлық бөлігі құрамы және қасиеті бойынша бірдей болса. Қасиеттері әр түрлі жүйе бөліктері (фазалары) бір-бірімен бет аралық бөлінсе, онда жүйе - гетерогенді.

Жүйе күйін термодинамикалық параметрлер - температура, қысым, көлем, концентрация және т. б. сыйпаттайды. Жүйе күйі параметрлерінің өзгеруінен термодинамикалық үрдіс орын алады.

Күй параметрлерінің өзгеруіне байланысты жүйедегі өзгерістерді, яғни үрдісті сыйпаттайтын шамаларды үрдіс параметрлері деп атайды. Болат қорыту үрдісі негізінен изобаралық жағдайда (қысым тұрақты) өтетіндіктен, термодинамикалық есептеулерде изобара-изотермиялық потенциялының (∆G), энтальпияның (∆H), жылу эффектісінің (Q _p ) өзгеру мәндері қолданылады.

Негізгі термодинамикалық функциялардың ара қатынасын сұлба ретінде келтіруге болады (2. 1 - сурет) . Заттың жалпы энергия қорын ішкі энергия (U) деп атайды. Химиялық реакциялардың жүру нәтижесінде ішкі энергия не азайып, не көбейіп өзгереді (∆U) . Термодинамикалық есептеулерде ∆U мәнін білу жеткілікті.

Қысым тұрақты болғанда энтальпия мен ішкі энергия арасында қатынас мынандай [6, 7]

H=U+pV (2. 1)

Аз қысым түсетін қатты және сұйық үшін pV мәні өте аз, сондықтан энтальтия мен ішкі энергия өзара тең деуге болады.

Энтальтияның абсалюттік шамасының өзгеруі жылу эффектісіне тең. Егер реакция кезінде жылу шығарылса, онда жылу эффекті оң (+Q _p ) . Бұндай реакцияны экзотермиялық деп атайды. Жүйе энтальпиясының өзгеруі теріс (∆H<0) . Бөлініп шыққан жылу шамасына жүйенің энталпиясы кемиді, яғни Q _p = - ∆H.

Егер реакция кезінде жылу сіңірілсе, онда жылу эффекті теріс (- Q _p ) . Реакция эндотермиялық. Жүйе энтальпиясының өзгеруі оң (∆H>0) . Сонда - Q _p =∆H.

Термодинамиканың екінші заңы бойынша ішкі энергияның толықтай жұмысқа түрленуі мүмкін емес. Ішкі энергияның жұмысқа түрленбейтін бөлігін байланған энергия, ал энергияның жұмысқа түрленетін бөлігін бос энергия (F) деп атайды. Байланған энергия температура мен энтропияның көбейтіндісіне (TS) тең.

Көлем тұрақты болғанда жүйенің немесе заттың бос энергиясының өзгеруін төмендегі теңдеумен көрсетуге болады

∆F _v =∆U - T ∆S (2. 2)

(U-TS) функциясы изохора-изотермиялық потенциалын, изохора потенциалын немесе көлем тұрақты болғандағы бос энергияны сыйпаттайды.

Температурасы мен қысымы тұрақты келген жүйе үрдісінің жүру мүмкіндігінің бағытын көрсететін функцияны изобара-изотермиялық потенциал, изобаралық потенциал, термодинамикалық потенциал, қысым тұрақты болғандағы бос энергия немесе бос энергия деп атап, мына теңдеумен анықтайды

G = H - TS (2. 3)

немесе

∆G = ∆H - T∆S (2. 4)

Термодинамиканың екінші заңы бойынша изобара-изотермиялық жүйе үрдісі өздігінен жүре алады, егер жүйенің бос энергиясы кемитін болса. Егер ∆G<0 болса, онда үрдіс (реакция) тура бағытта жүре алады. Егер ∆G=0 болса, реакцияның тепе-теңдік күйіне жеткені. Егер ∆G>0 болса, реакция тек кері бағытта жүре алады.

Реакцияның қай бағытта қандай дәрежеде жүретінін тепе-теңдік константасы (К _р) көрсетеді. Бос энергия өзгеруі мен реакцияның тепе-теңдік константасының арасында мынандай қатынас бар [7]

G= RT ln K _p (2. 5)

мұндағы R - газ тұрақтысы.

Егер ∆G=∆H - T∆S десек, онда

R ln K _p = S - H/T (2. 6)

Соңғы теңдеуден (2. 6) ∆S мәні неғұрлым үлкен, ал ∆H мәні неғұрлым кіші болса, соғұрлым реакцияның толымды өтетіні көрінеді. Температура жоғарылаған сайын энтропиялық фактор артып, энтальпиялық фактор кемиді.

Теңдеуге (2. 5) газ тұрақтылығының мәнін қойып, натурал логарифмді ондыққа ауыстырсақ, қолдануға ыңғайлы мына формула алынады

∆G= - 19, 148T lg K _p (2. 7)

Бос энергия өзгеруінің таңбасы тепе-теңдіктің ығысу бағытын анықтаса, оның шамасы ығысу дәрежесін көрсетеді.

Болат қорыту реакциялары константасының мәнін эксперименттік және есептік жолмен анықтайды. Практикалық есептеулер үшін бос энергияның өзгеруін үрдістің (реакцияның) стандарттық жағдайында анықтау ыңғайлы болады. Стандарттық күйде әрбір компоненттің парциалдық қысымы 100 кПа, активтілігі бірге тең деп қабылданады. Стандарттық температураны 25°С-ға тең, яғни 298К деп алып, параметр шамаларын ∆G°, ∆H°, ∆S° деп белгілейді.

Теңдеуден (2. 7) lgK _p табамыз, сонда

lg K _p = - $\frac{\mathrm{\Delta}G^{0}}{19, 148T}$ (2. 8)

мұндағы $\mathrm{\Delta}G^{0}$ - реакцияға қатысушы стандартты күйдегі заттардың бос энергиясының өзгеруі.

Теңдеуге (2. 8) G = H T S қойсақ мына формула шығады

lg K _p = - $\frac{\mathrm{\Delta}H^{0}}{19, 148T} + \frac{\mathrm{\Delta}S^{0}}{19, 148}$ (2. 9)

Болат қорыту үрдісінің температураларында $\mathrm{\Delta}H^{0},$ $\mathrm{\Delta}S^{0}$ мәндері аз өзгеретіндіктен, есептеу үшін олардың 1600° С-дағы мәндерін алады. Сонда