Закон распределения применительно к металлургическим процессам может быть представлен следующим выражением

Если какое-нибудь вещество растворяется в двух несмешивающихся жидкостях, но контактирующих друг с другом, то оно может переходить из одной жидкости в другую. Отношение концентраций вещества в обоих растворах при определенной температуре является величиной постоянной, не зависящей от количеств каждого из растворителей и растворяющегося вещества.

Если в реакции реагирующие вещества и продукты реакции занимают одинаковые объемы, то изменение давления не вызывает сдвига равновесия. Увеличение концентрации одного из реагирующих веществ или продуктов реакции сдвигает равновесие в противоположную сторону.

При повышении температуры равновесие реакции, протекающей с поглощением тепла, сдвигается в сторону увеличения продуктов реакции. Понижение температуры сдвигает равновесие реакции в сторону увеличения реагирующих веществ. Сдвиг равновесия в обоих случаях будет происходить до тех пор, пока не установится новое равновесие при данной температуре.

Концентрации газообразных веществ могут заменяться соответствующими парциальными давлениями.

Скорость обратной реакции определяется

V ₂ = K ₂ C_CC_D,

где К ₂ — константа скорости обратной реакции;

С_С и С_D — концентрации продуктов реакции С и D.

Равновесие данной реакции наступает в том случае, когда V ₁ = V ₂ или

K ₁ C_AC_B = K ₂ C_CC_D

K ₁ / K ₂ = C_CC_D /(C_AC_B) = К,

где К — константа равновесия реакции, зависящая от природы исходных веществ и продуктов реакции, температуры и не зависящая от концентрации реагирующих веществ.

Если в реакциях участвуют несколько молекул веществ, то в общем виде константу равновесия реакции mA + nB ↔ pC + qD можно написать в следующем виде:

K_C = [ С ] ^р [ D ] ^q / [ А ] ^m [ В ] ⁿ.

В состоянии равновесия отношение произведения концентрации продуктов реакции к произведению концентраций исходных веществ есть величина постоянная при данной температуре. В этом заключается содержание закона действующих масс, справедливого для однородных систем.

ü Принцип смещения равновесия. Если система, находящаяся в равновесии, будет подвергнута внешнему воздействию, то в ней произойдут изменения, противодействующие этому воздействию, и система будет стремиться восстановить первоначальные условия. Внешними воздействиями могут быть изменения температуры, давления или концентрации реагирующих веществ и продуктов реакции.

При протекании реакции между газообразными веществами повышение давления при постоянной температуре способствует сдвигу равновесия в сторону уменьшения объема реагирующих веществ или продуктов реакции. Понижение давления способствует увеличению объема продуктов реакции или реагирующих веществ. Например, равновесная реакция 2СО + О₂ ↔ 2СО₂ при повышении давления сдвигается вправо (т.е. в сторону уменьшения объема), а при понижении давления — влево (т.е. в сторону увеличения объема).

ü Закон распределения. Для металлургических процессов закон, распределения имеет большое значение. Конвертерная ванна представляет собой гетерогенную систему, состоящую из жидкой металлической ванны (чугуна или стали) и шлаковой. Металлическая ванна и шлак могут содержать одни и те же элементы, например марганец, серу, фосфор, кислород и т.д.

L = (M) / [ M ],

где L — коэффициент распределения элемента или вещества;

(М) – концентрация соответствующего элемента или вещества в шлаке, %;

[М]– концентрация соответствующего элемента или вещества в металле, %.

Монооксид железа FеО растворяется в металле и шлаке. Отношение концентрации FеО в шлаке к концентрации FеО в металле при данной температуре является величиной постоянной, т.е.: (FеО) / [FеО] = const.

Из закона распределения следует, что если необходимо увеличить или уменьшить концентрацию какого-либо вещества в металле, следует увеличить или уменьшить содержание этого вещества в шлаке.

Химическое сродство. Способность веществ вступать между собой в химическое взаимодействие называется химическим сродством. Знание химического сродства одних веществ к другим необходимо, так как позволяет в каждом случае установить, какие реакции пойдут в первую очередь. В любой сталеплавильной ванне протекают реакции окисления железа и его примесей (С, Мn, Si, Р и т.д.) с образованием соответствующих оксидов (СО, МnО, SiO₂, Р₂О₅ и т.д.).

Химическое сродство элемента к кислороду характеризуется давлением диссоциации (разложения) его оксида. Давлением диссоциа­ции оксида какого-либо элемента называется давление кислорода в газовой фазе, находящегося в равновесии с рассматриваемым оксидом. Наиболее устойчивым является оксид, давление диссоциации которого наименьшее.

Практически все оксиды сталеплавильных процессов характеризуются малым давлением диссоциации. Например, из оксидов железа только Fе₂О₃ обладает давлением диссоциации при 1383°С, приближающимся к парциальному давлению кислорода в воздухе, 21 кПа. Монооксид железа FеО имеет очень малое давление диссоциации.

Все элементы, находящие применение в металлургии стали, можно разделить на имеющие большее, чем железо, химическое сродство к кислороду (Si, Мn, С, Ti, Аl, Са) и имеющие меньшее, чем железо, химическое сродство к кислороду (Ni, Мо, Сu, Со). Элементы, имеющие меньшее, чем железо, химическое сродство к кислороду, не окисляются по ходу сталеплавильного процесса и могут загружаться в завалку.

Чем больше химическое сродство, тем прочнее химическое соединение. По данным изменения свободной энергии химических реакций установлено, что из всех оксидов металлов наиболее прочным является СаО, из всех сульфидов − СаS, из всех карбонатов − СаСO₃ и из всех силикатов − (СаО)₂SiO₂.

Дата добавления: 2014-12-07