3. Шлаки (см файл л_б1_шлаки)

1. Основные физико-химические закономерности (СРС)

При производстве стали в конвертерах действуют физико-химические законы. Напомню основные понятия:

• Физическая химия – наука, изучающая строение вещества и его свойства в различных состояниях, химическую термодинамику, растворы, кинетику химических реакций и термохимию. Физическая химия и теория металлургических процессов позволяют понимать ход и закономерности металлургических процессов, осуществлять их анализ, правильно управлять металлургическими процессами и их дальнейшим усовершенствованием.

• Атом – составляющие молекулы; атомы не делятся во время химических реакций.

• Молекула – частица вещества, сохраняющая его химическое свойство.

• Химический элемент – совокупность атомов, обладающих одинаковыми химическими свойствами.

• Атомная масса элемента – относительная масса атома элемента.

• Валентность – свойство атома одного элемента образовывать химические связи с определенным количеством атомов другого элемента.

Физико-химические константы элементов, наиболее часто встречающихся при выплавке стали

Элемент	Символ	Атомная масса	Валент- ность	Плотность, г/см^3	Температура плавления, ^оС
Азот	N	14,0067	3,5	1,25	– 210,0
Алюминий	Al	26,9815	3	2,700	658,9
Ванадий	V	50,942	3,4,5	5,680	1710,0
Водород	H	1,0079	1	0,009	– 257,0
Вольфрам	W	183,85	6	19,30	3370,0
Железо	Fe	55,847	2,3	7,86	1530,0
Калий	K	39,102	1	0,860	62,2
Кальций	Ca	40,08	2	1,550	851,0
Кислород	О	15,994	2	1,43	– 218,8
Кремний	Si	28,086	4	2,400	1427,0
Магний	Mg	24,312	2	1,740	651,0
Марганец	Mn	54,9381	2,4,6,7	7,440	1242,0
Медь	Cu	63,54	2,1	8,945	1083,3
Молибден	Mo	95,94	6,3,4	10,200	2620,0
Натрий	Na	22,9898	1	0,970	97,7
Никель	Ni	58,71	2,3	8,900	1452,0
Сера	S	32,064	2,4,6	1,960	118,92
Титан	Ti	4,790	4,3	47,900	1813,0
Углерод	C	12,011	2,4	2,5	3500,0
Фосфор	P	30,9738	3,5	1,820	44,0
Фтор	F	18,9984	1	1,696	– 223,0
Хром	Cr	51,996	3,6,2	7,140	1800,0

Пользуясь данными таблицы, можно решать многие задачи, например, определить процентный состав вещества в его оксидах или соединениях.

Атомная масса элементов, образующих FeO: (Fe) = 56, (O) = 16.

Содержание железа в FeO составит (56 / (56+16)) * 100 = 78%, а кислорода (16/ (56+16))*100 = 22%.

• Концентрация – количество вещества, растворенного в единице объема газа, жидкости или твердого тела.

• Диффузия – взаимное проникновение газов, жидкостей или твердых тел друг в друга с обязательным выравниванием концентраций веществ.

• Диссоциация – разложение сложного химического вещества на его составляющие.

• Парциальное давление – давление, которое данный газ окажет, если он займет весь объем смеси, в которую он входит. Общее давление газовой смеси равно сумме парциальных давлений всех входящих в нее газов. Зная давление отдельных составляющих смеси, можно подсчитать общее ее давление.

• Конвекция — движение частиц под действием тепла.

• Параметры состояния – величины, определяющие состояние системы (объем, концентрация, давление, температура).

• Параметры процесса – величины, определяющие изменение состояния системы.

• Химическое сродство – способность химических веществ выборочно вступать во взаимодействие.

• Химическая реакция – соединение химических веществ с образованием веществ, обладающих новыми свойствами.

Все химические реакции проходят с выделением или поглощением тепла. Реакции, при которых происходит выделение тепла, называются экзотермическими, при поглощении тепла – эндотермическими.

Например, реакция горения углерода происходит с выделением большого количества тепла и является экзотермической. Реакция разложения известняка при его обжиге происходит с поглощением большого количества тепла и является эндотермической.

• Системой называется группа веществ (тел), которые находятся во взаимодействии. Металлическая ванна, шлак, отходящие конвертерные газы и подаваемый кислород представляют собой систему.

• Однородной (гомогенной) системой называется такая система, в которой нет поверхностей раздела частей системы и все составляющие обладают одинаковыми составами и свойствами.

• Неоднородной (гетерогенной) системой называется такая система, в которой различимы отдельные составляющие (фазы).

• Вещества, образующие систему, называются компонентами.

• Фаза – однородная (по составу и свойствам) часть системы, отделенная от остальных частей поверхностью раздела. В условиях конвертерного процесса металл, шлак и отходящие газы соответственно составляют металлическую, шлаковую и газовую фазы неоднородной системы.

• Раствор – однородная смесь двух или более веществ различного состава. Металлургический шлак представляет собой раствор различных оксидов и их соединений.

• Кислоты – химические соединения, вступающие в химические реакции с образованием солей.

• Основания – химические соединения, вступающие в химические реакции с образованием соединений, нейтрализующих кислоты, и являющиеся их противоположностью.

Тепло, выделяющееся или поглощающееся при химических реакциях называется тепловым эффектом реакции.

В таблице приведены основные химические реакции сталеплавильного передела и их тепловые эффекты.