Шлактың химиялық қасиеттері

Жұмыс түрі: Курстық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 31 бет
Таңдаулыға:

Өзг.
Бет
Құжат №
Қолы
Күні
Бет
3
КЖ. 5В070900.02.05.67.ТХ

Орындаған
Толеубаев Ж.С.

Жетекші

Сұлтамұрат Г
Тексерген
Н.контр.
Бекіт
Толеуова А.Р.

Мазмұны
Лит.
Беттер
37
РМК ҚМИУ Мет-15-3

Мазмұны
Кіріспе
4
1 Шлактың химиялық қасиеттері ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... .
5
2 Шлактың физикалық қасиеттері ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ...
9
3 Сұйық күйдің теориясы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
17
4 Суытқыштың мөлшерін алдын ала анықтаумен конвертерлік

балқытудың материалдық және жылулық балансын есептеу ... ... ... ...
20
4.1 Есеп бөлімінің бастапқы берілгендері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
20
4.2 Оттегілі конвертерлі балқытудың материалдық балансын есептеу...
23
4.2.1 Болат сынықтарының шығынын алдын ала есептеу ... ... ... ... ...
23
4.2.2 Қосымша шамалар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
23
4.2.3 Шихтадағы металлемес кірінділер қоспаларының салмағын ... ...
есептеу.
24
4.2.4 Шлактағы темір оксидтердің құрамын есептеу ... ... ... ... ... ... .
24
4.2.5 Марганец балансы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
24
4.2.6 Фосфор балансы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
25
4.2.7 Күкірт балансы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
25
4.2.8 Металл-шихтадағы қоспалардың саны(количество) ... ... ... ... ...
25
4.2.9 Металлошихтадаң қоспалар жойылады ... ... ... ... ... ... ... ... ...
26
4.2.10 Металлошихтадағы қоспалардың тотығуға (окисление) қажетті.. оттегі және нәтижесінде қалыптасадың оксидтердің массасы
26
4.2.11 Әктас шығыны ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
27
4.2.12 Қожға түсетін қоспаның массасын есептеу ... ... ... ... ... ... ...
27
4.2.13 Қождың құрамы мен массасын анықтау ... ... ... ... ... ... ... ...
27
4.2.14 Темір оксидтерінің тепе-теңдігі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
27
4.2.15 Жарылыс санын есептеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
28
4.2.16 Пайдаланылған газдардың массасы мен құрамын есептеу ... ... .
28
4.2.17 Металл шығуы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
29
4.2.18 Балқытудың материалдық балансы ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
29
4.3 Болаттың тотықсыздандырылуы ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ...
30
4.3.1 Тотықсыздандырғыш шығынын анықтау ... ... ... ... ... ... ... ..
30
4.3.2 Дайын болат массасының есебі ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ...
30
4.4 Оттегі-конвертерлі балқытудың жылу балансы ... ... ... ... ... ... .
31
4.4.1 Жылу кірісі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
31
4.4.2 Жылу шығыны ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
31
4.4.3 Оттегі конвертер балқымасының жылуылық балансы ... ... ... ...
33
Қорытынды ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
34
Қолданылған әдебиеттер тізімі ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... .

35

Кіріспе
Өзг.
Бет
Құжат №
Қолы
Күні
Бет
4
КЖ. 5В070900.02.05.67.ТХ

Орындаған
Толеубаев Ж.С
Жетекші

Сұлтамұрат Г
Тексерген

Н.контр.

Бекіт
Толеуова А.Р.

Кіріспе
Лит.
Беттер
37
РМК ҚМИУ Мет-15-3

Болатты сұйық күйде алу әдістері шыққан уақыттан бастап қазіргі өндіріс масштабында тарағанға дейін металлургтер шлакты болат балқытуға тиімді әсер көрсететін фаза ретінде қарастырып келеді. Мұндай әсердің негізін былай деп тұжырымдауға болады:
1. Металдан оған зиянды қоспаларды, сондай-ақ берілген болат маркасы үшін стандарттың қойған шегінен артық компоненттерді экстракциялау және сіңіру;
2. Болат балқыту процесінің технологиясына сәйкес оттегін белгілі бір интенсивтікпен металға жеткізу, демек металды тотықтырып рафинерлеудің белгілі бір жылдамдығын қаматамасыз ету, ал кейбір жағдайларда осы процестерді тоқтату, тіпті кері жүргізу (жеке элементтерді - Mn, Cz, Si - шлакпен тотықсыздандыру);
3. Қорғау функцияларын орындау және болат балқыту агрегатының атмосфарасынан сутегі мен азот сияқты газдардың ( сондай-ақ мартен процесі кезінде газ фазасындағы - ден ауысатын күкірттің) металға түсу жылдамдығының мүмкіншілігінше азайту;
4. Табандық болат балқыту агрегаттарында сұйық металды жандыру жылдамдығын шектеу және көпшілік жағдайда өте тиімсіз локальді асыра қыздыру ( оның қауіпін азайту);
5. Металдан қалқып шығушы бейметалдық кіргіштерде жақсы күту және оларды жылдам ассимилияциялау кезінде еріту.
Осы талаптардың барлығын қанағаттандыру жолы кластық керекті құрамы мен физикалық қасиеттерін анықтайды.

Өзг.
Бет
Құжат №
Қолы
Күні
Бет
5
КЖ. 5В070900.02.05.67.ТХ.

1 Шлактың химиялық қасиеттері
Шлактың құрам бөліктері болатын оксидтері химиялық қасиеттеріне сәйкес үш топқа бөлуге болады: 1) қышқылдық ); 2) негіздік ( ); 3) амфотерлі ().
Шлактардың минералогиялық құрамы жөніндегі пікір олар қатты күйде болғандағы зерттеулерге негізделген. Дегенмен шлак туралы қазіргі көзқарас ондағы қосылыстар балқымада әр түрлі дәрежеде диссоциацияланады деген тұрғыда өрнектеледі.
Болат балқыту процестері шлактарының әр түрлі варианттарының минералогиялық анализі шлактарда төменде көрсетілген қосылыстар ең жиі кездесетінің көрсетті:
а) силикаттар: (сұйық шлакта),
ә) фосфаттар: және т.б.;
б) алюминаттар: және т.б.;
в) фериттер: және т.б.
Бұлардан күрделіліеу құрамы бар қосылыстардың ішінде жиі кездесетіндері монтителлит (мұндағы R - Fe, Mn, Mg); мервинит ; силикокариотит ; когельшмидтит ; томасит ; стедит , сондай-ақ кальцийдің алюмоферриті типтес аралас құрамды әр түрлі шпинельдер. Хромды шлактарда ауыспалы құрамы бар хром шпинелі түзіледі. Жоғары магнезиалды шлактарда қатты күйде периклаз MgO кристалдарының кірмейді, ал жоғарынегізді шлактарда қатты кірмелер түрінде СаО болуы мүмкін.
Заттардың химиялық формулалары, мысалы FeO немесе , осы заттар балқытылған шлакта молекулалардан не иондардан тұратыны жөнінде ещтеңе айтпайтыны есте болуы керек. Бұл формулалар қаралып отырған шлактағы элементтердің тек салмақтық қатынасын ғана көрсетеді.
Шлактың химиялық қасиеттерінің ішінде болат балқыту процестерінің дамуына ең маңыздысы - шлактардың негізділік және тотықтырғыш қасиеттерң болады. Негіздік оксидтердің қышқылдық оксидтерден көптігін көрсететін негізділік (оның тек негіздік процестер үшін ғана мағынасы бар) шлактардың өте маңызды қасиетін сипаттайды: металдан фосфор мен күкіртті бөліп алып, өзіне сіңіру қабілеті. Шлактың негізділігін көрсетудің бірнеше жолы бар.
Олардың ішінде ең қарапайым түрі: кальций оксиді мен кремний оксидінің салмақтық концентрацияларының қатынасы.
Негізділікті белгілегенде не айқын негіздік қасиеті бар MgO оксидін, не айқын қышқылдық қасиеті бар оксидін (фосфордың концентрациясы жоғары болғанда) есепке алу керек деген ұсыныстар бар: не Дегенмен, негізділікті қатынасымен көрсету болат өндірісінің тәжірибесінде кең орын алады, сонымен қатар ол зерттеу жұмыстарын жүргізгенде де қанағаттанарлықтай мағынада болады. Шлактағы негізділік көрсеткішіне сәйкес бірнеше топқа бөлуге болады: төмен негізділік (егер 1.5), орта негіздік (егер =1,6-2,5) және жоғары негізді (егер 2.5).Егер шлактың құрамында қышқылдық оксидтердің мөлшері негіздік оксидтерден басым болса, онда ол қышқылдық шлак деп аталады. Қышқылдық шлактар ең алдымен қышқылдық оксидініен тұрады. Сонымен қоса онда аздаған FeO және MnO сияқты негіздік оксидтер бар. Қышқылдық шлактардың құрамы олардың қышқылдылық дәрежесімен (қышқылдылығымен) анықталады. Бұл көрсеткіш қатынасымен өрнектеледі.
Шлактың тотықтырғыш қасиеті осы шлакпен тепе-теңдікте тұрған металдағы оттегінің концентрациясымен, яғни шлактың металға оттегін беру қабілетімен сипатталады. Шлактың оттегін металға беруі темір иондарының өтуімен бір уақытта жүретін болғандықтан, шлактың тотықтырғыш қасиетін анықтайтын реакцияның теңдеуін былай жазуға болады:
.
Егер сұйық темір таза темірді шлакпен тепе-теңдікте, яғни және K=[0] болса, онда Тейлор мен Чимпанның зерттеулеріне сәйкес оттегінің металда ерігіштігі:
Lg[0]=-(6320T)+2.734.
Өзг.
Бет
Құжат №
Қолы
Күні
Бет
6
КЖ. 5В070900.02.05.67.ТХ

Осы оттегі көпшілік жағдайда ваннадағы қоспаларды, мысалы, көміртегін тотықтыруға керек, ал кейбір жағдайда, керісінше, оттегінің металға ауысуының қажеті жоқ, сондықтан ылғи да шлактың тотықтығыштығы өте мұқият бақылауда болады. Металл шлакпен әрекеттескен кезде басты тотықтырғыштың ролін темірдің шала тотығы FeO орнайды. Бұған белгілі дәрежеде үш валентті мтемірде қатысады. Әдетте шлактың тотықтырғыштың өлшемі ретінде ондағы FeO мөлшерін қосындысын, сондай-ақ темірдің, не оттегінің концентрациясы да қолданылады:
1. Оттегі бойынша есептелген шлактағы темір шала тотығының қосынды концентрациясы (масс.%):
;
2. Шлактағы темір оксидтерінің қосынды концентрациясы (масс.%):
;
3. Темір бойынша есептелген шлактағы темір шала тотығының қосынды концентрациясы (масс.%):
;
4. Шлактағы темір оксидтерінің құрамындағы оттегінің қосынды концентрациясы (масс.%):
;
5. Шлактағы темір оксидтерінің қраамындағы темірдің қосынды концентрациясы (масс.%):
.
Бірақ ең дұрыс нәтижелерді шлактың тотықтырғыш қасиетін темір шала тотығының активтігі арқылы бағалағанда аламыз (1-сурет). Активтік не есептеледі, не эксперимент арқылы анықталды. Темір шала тотығының FeO изоактивтік түзулері (5-сурет) (CaO+MgO)-SiO жағына параллель емес, яғни (FeO) мөлшері өзгермесе де тұрақты болмайды. Темірдің шала тотығының берілген бір мөлшері үшін оның изоактивтігі өзгеріп, өзінің максимуміне ортосиликаттың түзілуіне сәйкес келетін шлактың құрамында жетеді. Бұл кезде шлактың негізділігі

1 сурет - Негіздік шлактардағы темір оксидтерінің активтігі

(CaO+MgO)(SiO) 2-ге тең. Негізділік не өскенде, не кемігенде балқыма бөлшектерінің арасында байланыс энергиясының артуы нәтижесінде төмендейді. Негізділік жоғары болғанда бұл, сірә, кальций ферриті типтес, ал енгізділік төмен болғанда силикаттар типтес топтар түзілуінің нәтижесі болуы мүмкін. Тек құрамы және болатын қышқылдық шлактар үшін (FeO) изоактивтік түзулері (CaO+MgO)-SiO жағына параллель деп санауға болады, яғни FeO активтігі өзінің концентрациясына пропорционал. Сондықтан қышқылдық шлактағы - ны Өзг.
Бет
Құжат №
Қолы
Күні
Бет
7
КЖ. 5В070900.02.05.67.ТХ

сипаттағанда стандартты күй есебінде әдетте құрамында 1%FeO бар қышқылдық шлак қабылданады. Бұл шлак үшін =1. Сонда қышқылдық шлакта 2%FeO болса =2, ал 3%FeO болса =3 және т.с.с. Демек оттегінің металл мен шлак арасында таралу коэффициентін есептегенде орнына FeO концентрациясын қолданамыз. А.И.Крамаровтың зерттеулеріне сәйкес оттегінің металл мен осындай шлак арасындағы таралу коэффициенті:
Өзг.
Бет
Құжат №
Қолы
Күні
Бет
8
КЖ. 5В070900.02.05.67.ТХ

L= [O](FeO)= -(6400T)+0.756.Шлактың басқа компоненттерінің, мысал кремний мен кальций оксидінің активтігін бағалағанда стандарты күй ретінде әдетте таза кремний оксиді немесе олармен қаныққан шлактар қабылданады. Ерітінді заттардың біреуімен қаныққан болса, онда осы заттың ерітіндідегі активтігі бірге тең болуы мүмкін, мысалы, қышқылдық процестердің соңғы кезеңдерінде шлак кремнеземмен қанығады да SiO бөлшктері

2 сурет - Қышқылдық шлактағы SiO-нің активтігі

ерітіндіден бөліне бастайды (55-60% SiO болғанда шлак гетерогенді болады), бұл шлактағы шамасын бірге тең деп қабылдаймыз. Шлакта SiO концентрациясы төмендегенде шамасы да азаяды (2-сурет). Негіздік шлактарда кальций оксидімен шлакты қанықтыру күйі өте аз кездеседі.

Өзг.
Бет
Құжат №
Қолы
Күні
Бет
9
КЖ. 5В070900.02.05.67.ТХ

2 Шлактың физикалық қасиеттері
Шлактың физикалық қасеттерін олардың құрамы мен температурасы анықтайды.
Тұтқырлық. Болат балқыту шлактарының тұтқырлығы олардың реакциялық қабілетін және металл ваннасын зиянды қоспалардан рафинерлеу, сонымен қоса оны пештің атмосферасына қорғау мүмкіншілігі анықтайды. Шлактың тұтқырлығы мартен пешіндегі тотығу процестерінің жылдамдығын анықтайды және электрболаттарда газ мөлшерінің минимумін қамтамасыз етеді.
Бианарлы балқымалардың FeO- SiО, Mn-SiO және CaO- SiO тұтқырлығы барлық жағдайларда кремнезхемнің концентрациясы өскен сайын жоғарлайды. Негіздік шлактың тұтқырлығы CaO концентрациясы40-45% - ке дейін және одан да әрі өскенде үлкейеді. Негіздік шлактардың тұтқырлығы және MgO сияқты жоғары температурада балқитын оксидтердің мөлшеріне айтарлықтай тәуелді. Шлактың көріну тұтқырлығын шлакта ерімеген өлшемі мм заттардың болуы елеулі жоғарлатады, өйткені олар балқыманың ішкі үйкелісін едәуір өсіреді.
Негіздік шлакка , SiO, және СaF енгізгенде оның тұтқырлығы кемиді. Себебі бұл компоненттер шлакта CaO мен MgO - ның ерігіштігін арттырады жән олар шлактың көріну тұтқырлығын да азайтады. Әсіресе тұтқырлықты кемітудің күшті эффектісі шлакка балқығыш шлакты ( 90-95% СaF және 5%-ке дейін SiO) бергенде байқалады.
Қышқылдық шлактың тұтқырлығы негіздік шлактың тұтқырлыымен салыстырғанда едәуір артық және шамасы бүтін ретке дейін асып түсуі мүмкін. Тұтқырлық кремнеземнің шамасы ерігіштің шегінен асқан сайын елеулі өсіп отырады. Бұл кездерде кремнезем шлакта кристалдар жүзгіндері түрінде болады. Қышқылдық шлактың тұтқырлығы CaO мен темір оксидтерінің мөлшері өскен сайын төмендейді. Қышқылдық пештің ваннасына әк пен темір кенін отырғызу шлактың сұйық күйдегі қуанықылығы мен тотығу процестерінің интенсивтігін арттырады.
Тұтқырлықтың температураға сәйкес өзгеруі шлактың құрамына тәуелді.Болат балқыту процестерінің температураларында (1550-1650 ℃) негіздік шлактардың тұтқырлығы өте төмен болады (0,01-0,3 Па ∙с). Бірақ температураның төмендеуіне қарай, оның мәні күрт жоғарлайды (3 сурет).
Өзг.
Бет
Құжат №
Қолы
Күні
Бет
10
КЖ. 5В070900.02.05.67.ТХ

3 сурет - Тұтқырлықтың температураға тәуелділігі:1- негіздік шлактар 2-қышқылдық шлактар.

Қышқылдық шлак өзінің тұтқырлығын температураның өзгеруіне сәйкес жатық өзгертеді (ұзын шлактар),ал негіздік шлактардың сұйық күйден қатты күйге ауысуының температуралық аралығы өте қысқа (қысқа шлактар) болады.
Оксид балқымаларында аздың еруі де олардың тұтқырлығының өзгеруімен қоса жүреді. Г.С.Ершовтың зерттеген шлактарының тұтқырлығына газ фазасының (Ar,H2O,H2,N2,NH3 және Тамман пешінің атмосферасы) әсері бір типтес (инертті атмосферадағы шлактың тұтқырлығына қатысты): су буынан басқа газдар әр түрлі дәрежеде балқыманың тұтқырлығын жоғарылатады. Сутегі атмосферасындағы тұтқырлық аргон атмосферасындағы тұтқырлықтан айырмашылығы аз. Шлакта суды еріту тұтқырлықтың елеулі кемуіне әкеліп соғады.
Тұрақталған көзқарас бойынша оксид балқымаларының құрылымында біркелкілік болмайды және олар салыстырғанда үлкен полимерленген комплексті иондардан, біратомды катиондар мен оттегі аниондарынан тұрады. Жылжымалығы аз комплексті иондардың болуы, осы балқымалардың салыстырмалы жоғары тұтқырлығының себепшісі.Осыған байланыста құрамының өзгеруіне сәйкес силикаттар тұтқырлығының не төмендеуін , не жоғарылауын комплексті иондардың тиісінше кішіреюімен , не одан әрі полимерленуімен түсіндіру қабылданған.Балқыманың тұтқырлығына комплексті иондар аралықтарын толтыратын біратомды иондар қандай әсер көрететініне көп мағына берілмейді.Бірақ бұл көзқарас оксид балқымасына еріген газдардың тұтқырлыққа әсері жөніндегі эксперименттік мәліметтермен аса үйлеспейді: мысалы, судың буын шлакта еріткенде оның тұтқырлығының төмендеу эффектісі.Бұл эффект барлық зерттелген балқымаларда айқын байқалады.Сондықтан оксидтер балқымаларының құрылымдық моделін олардың тұтқырлығы ағыны негізінде біратомды иондар зонасында бөлшектердің бір-біріне қарасты ығысуының нәтижесінде туады деген түсінікпен толықтыру керек.Осыған сәйкес оксидтер балқымасы тұтқырлығының абсолюттік мәні бір жағынан , полианиондардың құрылымдық Өзг.
Бет
Құжат №
Қолы
Күні
Бет
11
КЖ. 5В070900.02.05.67.ТХ

формасы және өлшемімен , екінші жағынан , комплекстер аралығын толтыратын біратомды иондардың жылжымалығымен анықталады.Тығыздық.Шлактың тығыздығы оны құратын компоненттердің қасиеттеріне тәуелді . Егер бинарлы ерітіндіде қосақталған бөлшектердің әрекеттесу энергияларының айырмашылығы аз болса, онда құрамның өзгеруіне сәйкес сұйықтың меншікті көлемі түзу дерлік өзгерісте болады. Көлемнің аддитивтілігі идеал ерітінді белгілерінің бірі болады. Егер әр атты бөлшектердің өзара әрекеттесуі бір атты бөлшектердікінен күшті болса, онда түзу тәуелділіктен теріс ауытқу байқалады.Осындай изотермалардың мысалы 8-суретте келтірілген.Бұл ерітінділерде FeO-ны CaO-ға айырбастау меншікті көлемнің түзу сызықты емес, өсуіне әкеледі, ал қисықтың имектігі идеал күйдің теріс ауытқуын сипаттайды.Көрінген ауытқудың себебі Ca2+ катионының күш өрісі Fe2+ катионының күш өрісінен әлсіздеу болғаны. Сондықтан балқымада Ca2+ катионы болғанда кремний оттегі анионының электрон бөлтын Fe2+ катионының қатысуымен болған жағдайға қарағанда күштірек тартады.Осының нәтижесінде Ca-O-Si топтарындағы Me-O байланысы Fe-O-Si топтарымен салыстырғанда кемдеу созылған, сондықтан темір катионын кальций катионына алмастырғанда олардың идеал ерітінділерінің жағдайларымен салыстырғанда балқыманың қопсуы аздау болады.
Шлактың тығыздығына ауыр компоненттер FeO,Fe2O3 және MnO асқан әсер етеді.

4 сурет - FeO-ны CaO-ға алмастырудың CaO-FeO-SiO2 балқымасының тығыздығы мен меншікті көлеміне әсері

Шлактың тығыздығын жобалап анықтауға болады(1400℃ үшін):105d=0,45 (SiO2)+0,204 (FeO)+0,35(Fe2O3)+0,237 (MnO)+0,367(MgO)+ 0,480(P2O5)+ 0,402(Al2O3), мұндағы d-шлактың тығыздығы,кгм;(CaO),(SiO2) және т.б. компоненттердің мөлшері,%;CaF2 әсері Fe2O3 коэфициентімен,ал Cr2O3 әсері Fe2O3 коэффициентімен есепке алынған.
Өзг.
Бет
Құжат №
Қолы
Күні
Бет
12
КЖ. 5В070900.02.05.67.ТХ

5 сурет - Негіздік шлактар тығыздығының темір мен марганец оксидтерінің мөлшеріне тәуелділігі.

Басқа температуралар үшін :
dT=d1673K=0,07(1673-T) мұндағы T-шлактың температурасы, K; Есептелген және эксперименттік жолмен анықталған тығыздықтың айырмашылығы 7%-тен аспайды.
Беттік керіліс.Балқыту технологиясы үшін маңызды шлак қасиеттерінің бірі оның беттік керілісі.Ол газ фазасымен шекарада беттік керіліс (энергия), ал басқа конденсирленген фазамен (металмен ) шекарада фазааралық керіліс деп аталады. Беттік керіліс шлактың көбіктенуге бейімділігін анықтайды,металға жұғу мен бейметалдық кірмелерді сіңіру қабілетіне әсер етеді және металды пеш газдарымен тікелей әрекеттесуден сақтайды.
Сұйық оксидтердің көпшілігі үшін беттік керіліс балқу температурасы Тбал және балқу температурасындағы сұйық компоненттердің мольдік көлемі Vбал араларында тік сызықтық байланыста болады:
σ=2,0 ТбалVбал23
Осы теңдеумен анықталған беттік керілістің мәндері эксперименттік мәндерге өте жақын (6 сурет) .

6 сурет - Болат балқыту температурасындағы таза сұйық оксидтердің беттік керілісі мен ТбалVбал 23 арасындағы тәуелділік
Өзг.
Бет
Құжат №
Қолы
Күні
Бет
13
КЖ. 5В070900.02.05.67.ТХ

Оксидтер ерітінділерінде беттік қабат басым көпшілігінде O2- иондарымен толтырылған, өйткені бұл иондардың өлшемі ең үлкен, ал өрісі әлсіз.Шлактың беттік керілісі оның құрамына тәуелді (11-сурет).Бөлшектер арасында әрекеттесу қанша үлкен болса, соншама беттік керіліс те үлкен болады. Ерітінділерді SiO44-,PO43- не Fe2 О52 аниондардың болуы σ-ны төмендетеді.Күрделі аниондардың катиондармен байланысы әлсіреген, сондықтан олар жоғары қабаттарға ығысады. FeO-SiO2-MnO немесе FeO-SiO2-CaO ерітінділерінде FeO- ны Mn не CaO- ға айырбастау беттік керілістің өзгеруіне әкелмейді,ал SiO2 мөлшері өссе σ төмендейді.Бұлай болудың себебі :
7 сурет - FeO мен компоненттердің бинарлы қорытпасының беттік керілісінің (14300C кезінде) өзгеруі

беттік O2- иондарының көрші қабаттағы катиондармен әрекеттесуі, осы қабатта Si4+ катиондары пайда болғанда әлсірейді,өйткені бір валенттікке келетін Si-O әрекеттесу энергиясы басқа қосылыстармен салыстырғанда (Me-O)кем. CaO-Al2O3-SiO2 балқымасында Al2O3 мөлшерінің өскені беттік керілісті азайтады.Мұндай әсер тек балқымада CaO мөлшері жоғары болса ғана байқалады.Сұйық шлакка CaF2 қосса σ төмендейді.Фтор ионының валенттілігінен O2- ионының валенттігі екі есе үлкен және оксидтердегі әрекеттесу энергиясы фторидтағыдан артық болады, яғни фтор ионының балқымамен байланысы оттегі ионымен салыстырғанда кем (орта есеппен 45%-ке) болады. Сондықтан фтор иондары жоғарғы қабаттан оттегі иондарын ығыстырып беттік керілісті төмендетеді.
Сұйық шлактың беттік керілісіне температураның өсуі өте аз әсер етеді, өйткені бұл кезде екі қарама - қарсы фактор жүреді:1)беттік керілісті тһмендетуге әкелетін бөлшектер (иондар) қозғалысының кинетикалық энергиясы өседі ; 2)беттік активті керілісті жоғарлатады.
Болат балқыту процестері кезінде шлактың фазааралық керілісі металмен шекарада өте үлкен, ал оған адгезияның кішкентай мәні сәйкес болады.Адгезияның мәні екі түйіскен сұйықтың ілінісуіне қарсы жұмсалатын жұмыспен (Wa,мДжм2) сипатталады:
Wa=σм.г+σш.г+σм.ш
Өзг.
Бет
Құжат №
Қолы
Күні
Бет
14
КЖ. 5В070900.02.05.67.ТХ

Мұндағы σм.г және σш.г - тиісінше металл мен шлактың газбен түйіскен шекарадағы беттік керілісі; σм.ш- металдың шлакпен шекарасындағы базааралық керілісі. Металл мен шлак арасындағы адгезия жұмысы когезия жұмысынан (бәр фазаның ішіндегі бөлшектер ілінісуіне қарсы жұмыс ) кем болады (шлак үшін Wk=2σш.г). Осы жағдай металдың шлактан жақсы бөлінуін қамтамасыз етеді. Егер фазаның адгезиясы когезиядан басым болса, яғни WaWk , онда металл шлактан нашар бөлінеді және оксидтік кірмелермен ластанады.Диффузия. Балқыған шлактардағы элементтердің диффузия процесі (масса тасымалдау) болатты балқыту технологиясына және зиянды қоспалардан тазалау процесіне елеулі әсер етеді. Сұйық шлактағы диффузия жылдамдығы металл балқымаларындағы жылдамдықтан бір-екі дәреже төмен болады. Оттегі,кальций,күкірт,алюминий және кремнийдің радиоактивті изотоптарының CaO-SiO2-Al2O3 жүйесінің балқымасындағы диффузия коэффициенттерінің әр түрлі температурадағы мәндері 12-суретте көрсетілген.
Катионның радиусы қаншама кіші болса, соншама оның бір тепе-теңдік жағдайдан екіншісіне ауысуы оңай жүреді. Радиус өскенде қоршаушы аниондарды ығыстыру үшін керек энергия жоғарылайды және оның салдарынан катиондардың диффузиясы қиындайды.Катиондардың ауысу жылдамдығын тек өзінен итеру күштері ғана емес, сонымен қоса тарту күштері де тежейді. Катион заряды өскен сайын байланыс энергиясы өсіп, диффузия кемиді.
Ковалентті байланыстың энергиясы иондық байланысқа қарағанда әрекеттесуші бөлшектер арасындағы қашықтыққа сәйкес едәуір жылдам өзереді. Сондықтан коваленттік байланыстың үлесі өскен сайын диффузия азаяды. Мысалы, 47,0% CaO; 47% SiO2 және 6% Al2O3 балқымасында 1450℃ - та элементтердің диффузия коэффициенттерінің мәндері: DCa=1,3∙10-10DAl=4,0∙10-11DSi=1,2 ∙10-11 м2с.

8 сурет - Шлак балқымасындағы элементтердің диффузия коэффициенттері мен температура арасындағы тәуелділік
Өзг.
Бет
Құжат №
Қолы
Күні
Бет
15
КЖ. 5В070900.02.05.67.ТХ

Темір,магний,кальций катиондары балқымада болатын ваканцияларды, ал Si4+ және Al3+ катиондары O2- аниондарын айнала Fe2+, Mg2+ ,Ca2+ және т.б. катиондардың жылжуы нәтижесінде босаған орындарда орнаасады. В.И.Мусихин 1550℃ - та сұйық шлактағы бірқатар элементтердің қозғалу жылдамдығын электрохимиялық әдістермен өлшеп келесі болжам жасады: Fe,Mn,Ca,Ni және Cr жеке катиондар түрінде қозғалады, ал Si,Ti,V,Nb,B,Zr иондарының қозғалысы оттегі аниондарымен бірге жүреді.Электрөткізгіштік. Сұйық шлактың электрөткізіштігіне тек олардың құрылымын зерттеу үшін ғана көңіл бөлінбейді, оның электр болат балқыту пештеріндегі процестер үшін де маңызы зор. Сұйық шлактардың электр өткізгіштігіне себепші электрондардың не иондардың , немесе екеуінің де бірге өозғалысы болады. Иондық өткізгіштіктің электрондық өткізгіштіктен айырмашылығы ол балқымада болатын масса тасымалдау процесі мен электродтық реакцияның , яғни электролиздің дамуымен байланысты. Кейінгі жағдай ток бойынша шығымның мәліметтеріне сәйкес әр өткізгіштің иондық не электрондық үлесін анықтау мүмкіншілігін береді.
Болат балқыту процестерінің шлактарында иондық өткізіштік басым болады.Электрондық өткізгіштіктің елеулі үлесі тек шлакта FeO мөлшері жоғары болғанда ғана байқалады. Ток бойынша шығымы және тиісінше темір силикат балқымасының өткізгіштігінің сипаттамасы 13-суретте көрсетілген. Бұл тәуелділіктен шлактағы кремнеземнің мөлшерін өсіргенде (10%) ток бойынша шығым күрт жоғарлайды, иондық өткізіштік үлесінің өскені көрініп тұр.

9 сурет - FeO-SiO2 балқымасының электролизі кезіндегі ток бойынша шығын.
Шлактың өткізгіштіі шлактың құрамына сәйкес өзгереді, өйткені бұл кезде иондардың (катиондар мен аниондар) түрлері, яғни өткізгіштіктің сипаты өзгереді . Катиондардың жылжымалығы зарядтың кішіреюі және радиустың үлкеюімен, яғни электростатикалық өрістің азаюымен қоса жоғарлайды. Оттегі анионы барлық катиондармен полюстенеді және оның әр катионмен байланысының беріктігі әр түрлі. Сондықтан катиондардың да жылжымалығы әр түрлі. Мысалы, шлактағы FeO не MnO-ны жарым-жартылай CaO- ға алмастырғанда балқытылған силикаттардың электр өткізгіштігі азаятыны белгілі. Ол,сірә, Fe2+ және Mn2+ иондарына қарағанда ірілеу Ca2+ катионы Өзг.
Бет
Құжат №
Қолы
Күні
Бет
16
КЖ. 5В070900.02.05.67.ТХ

жылдамдығының аздап төмендеу болғанымен байланысы болар. CaO-Fe2O3-Al2O3-SiO2 балқымасында электрді Ca2+ , Fe3+ және Mg2+ катиондары тасымалдайды. Жүйеге CaF2-ні қоссақ электрөткізгіштікті өсіреміз, өйткені электр тасымалдаушылардың саны көбейеді.Температураның жоғарылауымен балқыманың электрөткізгіштігі өседі:
X=A∙exp - (ExRT),
мұндағы Ex - электр тасымалдау процесінің активтендіру энергиясы; А-әр электролитті сипаттайтын тұрақты шама.
Температураның жоғарлауына байланысты Ex шамасының кішіреюі құрылым топтарының ұсақталуына байланысты, Ex шамасы жуықтағанда диффузияның активтендіру энергиясымен ED тең, өйткені электр өткізгіштіктің де себепшісі кішкентай зарядты катиондар болады. Тұтқырлы ағынның активтендіру энергиясымен Eη салыстырғанда Eχ екі есе аз, себебі тұтқырлықтың мәнін анықтайтын күрделі аниондарды жылжытуға жұмсалатын энергия бірталай артық болады.Мысалы, CaO-SiO2(50% CaO) балқымасы үшін Eχ=83,6 кДжмоль, ал Eη=142,1 кДжмоль.

3 Сұйық күйдің теориясы

Бөлшектердің орналасу ретінің дәрежесіне, олардың әрекеттесу интенсивтігіне қарай және басқа да қасиеттері бойынша сұйық күй қатты зататр мен газдың аралығында орын алады. Бірақ сұйықтың құрылысы кем дәрежеде зерттелген, ал сұйық күй теориясы өз дамуында газ бен кристалдар теориясынан айтарлықтай артта қалып отыр. Өйткені газ бен кристалдар теориясы заттар күйінің шекті жағдайлары негізінде жасалған. Бұл шекті модельдер идеал газ бен идеал кристалл. Идеал газда молекулааралық күштердің әрекеттесуі жоқ, бір-бірінен алшақ орналасқан молекулалардың ретсіз қозғалысымен сипатталады. Идеал кристалда араларындағы күшті тартылыстың арқасында қай қашықтықта алсақ та бөлшектер периодты қайталанатын белгілі бір тәртіппен және тығыз орналасқан. Алыс тәртіп - барлық қатты кристалл денелердің айырмашылық белгісі.
Сұйықтар үшін жүйенің ерекшелігін түсіндіретін осындай қарапайым белгі жоқ. Сұйықтарда блшектердің әрекеттесуімен жылулық қозғалыс энергияларының шамасы бірдей болады. Осындайда, бір жағынан, бөлшектердің жетерліктей берік ұстасуын, ал басқа жағынан - олардың жылжымалылығын байқаймыз. Газдар сияқты олардың аққыштық қасиеті болады, сұйыұтар бөлшектеріне броундық қозғалыс тән. Қыздырғанда қай сұйық болсын буға айналады.
СұӨзг.
Бет
Құжат №
Қолы
Күні
Бет
17
КЖ. 5В070900.02.05.67.ТХ

йықтар өз қасиеттері мен құрылысы бойынша газдан гөрі қатты денелерге жақын, әсіресе кристалдану температурасына жақын температурада. Мұндайда сұйық пен қатты дененің энергиясы мен көлемі бір-біріне жақын болады. Қатты дене мен сұйық энатльпиялардың айырмашылығын сипаттайтын металдың балқу жылуы, сұйықтың булану жылуының ~10%- індей болады.Балқыған кезде қатты дененің көлемі ~3%-ке үлкейеді. Дененің жылу сыйымдылығы балқу кезінде іс жүзінде өзгермейді, яғни ол бөлшектердің жылулық қозғалысының бір қалыпта қалуын дәлелдейді: олар тепе-теңдіктің уақытша орнының маңайында шайқалыста болады. Дегенмен, қашық тәртібі бар кристалл денеге қарағанда сұйықтық негізгі сипаттамасы - жақын тәртіп болады. Сонымен, ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.