2010冶金物理化学期末辅导(1)(8)

2019-04-15 23:06

相区,否则,构筑错误。

规则2:

在二元系中,单相区与两相区邻接的界线延长线必须进入两相区,不能进入单相区。或者说,单相区两条边界线的交角小于180o。

复杂三元系二次体系副分规则

对构筑含有二元或三元化合物的复杂的三元系相图,一般是将这个三元系分为若干个简单的三元系。

含有一个化合物的三元系二次体系副分规则

1)若体系中只有一个二元化合物,副分规则规定,将这个二元化合物与其对面的顶点连接起来,形成两个三元系相图;

2)若体系中存在一个三元化合物,则将这个三元化合物与相图的三个顶点连起来,形成三个三元系相图。

含有两个以上化合物的三元系二次体系副分规则 (1)连线规则:

连接固相成分代表点的直线,彼此不能相交。

(2)四边形对角线不相容原理:

三元系中任意四个固相代表点构成的四边形,只有一条对角线上的两个固相可平衡共存。

其判定有两种方法。①实验法; ②计算法 切线规则

相分界线上任意一熔体,在结晶时析出的固相成分,由该点与相成分点(析出相浓度三角形之边)的连线之交点表示。

(1) 当交点位于浓度三角形边上,则这段分界线是低共熔线;

(2) 当交点位于浓度三角形边的延长线上,则该段分界线是转熔线。

阿尔克马德规则(罗策印规则)

在三元系中,若平衡共存的两个相成分点的连线(或其延长线)与划分这两个相的分界线(或延长线)相交,则交点是分界线的最高温度点。

零变点判断规则

零变点-复杂三元系中,三条相界线的交点,由于其自由度为零,称为零变点。零变点判断规则:

(1) (2)

若降温矢量的方向指向同一点,则此点为三元共晶点。

若降温矢量不全指向三条界线的交点,则此点为三元转熔点。

转熔点可分两类:

①第一类转熔点:一条相界线的降温矢量背离交点(单降点),反应为:

L?S1?S2?S3。

②第二类转熔点:二条相界线的降温矢量背离交点(双降点),反应为:L?S1?S2?S3。

SS1S1

S2 2

SS 3 3

4 冶金热力学应用

1)重点掌握两个不同条件下硫容量的概念

硫在渣中的溶解反应分为两种形式: 当PO2?10MPa时,反应为

12S2(g)?(O2??7)?12O2?(S2?)

)可得 Ks?(Xs2??PO2PS21)2Xs2??S2?aO2?

(%S)32?nB所以,Cs?(%s)(?5PO2PS2)1/2?32Ks?nBaO2??s

2?而当PO2?10MPa时,反应为

12S2(g)?32O2?(O2?)?(SO4)

2?可得

Ks?(113)XSO2??SO42?4P2S2P2O2XSO2?4aO2?

?(%S)32?nB32Ks(?nB)aO2?(%S)13CSO2??4?SO?

2?4P2S2P2O2由此得到两个参数:Cs称为熔渣的硫化物容量(Sulphide capacity);CSO2?称为硫酸

4盐容量(Sulphate capacity),它们分别表示熔渣在不同氧分压下溶解S的能力,统称硫容量。

2)重点掌握奥氏体不锈钢冶炼去碳保铬

氧化转化温度计算 对于反应

32[Cr]+2CO(g)= 2[C]+(Cr3O4) (4-1)

21 ?rG?= - 464816+307.40T J·mol-1 ?rG=?rG?+RT ln

aC?a3/2aCr21/2(Cr3O4)θ2

2?(pCO/p)2=?rG+RT ln

?

fC?w[C]%3/2fCr?w[Cr3/2]%?(pCO/p)θ2 (4-2)

因为渣中的(Cr3O4)处于饱和状态,所以其活度为1。fC和fCr分别按下式计算: lgfC=

eC?w[C]%?eC?w[Cr]%?eC?w[Ni]%CNiCCrNi

Cr lgfCr=eCr?w[Cr]%?eCr?w[C]%?eCr?w[Ni]%将有关ei数据代入上面两式求出fC和fCr,然后由式(4-2)得出?rG的表达式(4-3):

[C]和[Cr]的氧化转化温度计算结果 j 实 钢水成分 pCO ?rG/J?mol?1 氧化转化温度 θ例 w[Cr]% w[Ni]% w[C]% /Pa ?rG??464816?307.40T /℃ 1 12 9 0.35 101325 -464816+255.15T 1549 2 12 9 0.10 101325 -464816+232.24T 1728 3 12 9 0.05 101325 -464816+220.29T 1837 4 10 9 0.05 101325 -464816+224.05T 1802 5 18 9 0.35 101325 -464816+244.82T 1626 6 18 9 0.10 101325 -464816+221.92T 1821 7 18 9 0.05 101325 -464816+209.79T 1943 8 18 9 0.35 67550 -464816+251.47T 1575 9 18 9 0.05 50662 -464816+221.29T 1827 10 18 9 0.05 20265 -464816+236.63T 1691 11 18 9 0.05 10132 -464816+248.04T 1601 12 18 9 0.02 5066 -464816+244.07T 1631 13 18 9 1.00 101325 -464816+267.98T 1461 CCrNiCrCNi14 18 9 4.50 101325 -464816+323.53e= 0.14,e= -0.024, e= 0.012,e= -0.0003,eT 1164 = -0.12,e= 0.0002 CCCCrCrCr?rG=

??0.46w[C]%?0.0476w[Cr]%?0.0237w[Ni]%???464816?307.40T?19.14T?????2lgw[C]%?1.5lgw[Cr]%?2lg(pCO/p)??

(4-3)

可以看出,?rG与T, w[C], w[Cr], w[Ni] 以及pCO有关。代入相应的数值可得上表。 表中最后一项为不同钢水成分及不同CO分压时,反应(4-1)中[C]和[Cr]的氧化转化

温度,吹炼温度必须高于氧化转化温度,才能使钢水中的[C]氧化而[Cr]不氧化,达到去碳保铬的目的。

3)掌握冶炼不锈钢用氧气或铁矿石氧化时,钢水升降温的计算 (1)用氧气氧化1%[Cr]提高钢水温度的计算

对于反应

32[Cr]+O2(g)=

?

12Cr3O4(s)

?rG= -746426+223.51T J?mol-1

?

所以 ?rH= -746426 J 即,在含1%[Cr]的钢水中,为746426 J。

因为

3232mol的[Cr]被1mol的O2氧化生成

12mol Cr3O4时,产生的热

[Cr]=

32×52 = 78g

=138 mol

所以78g w[Cr] 为1%的钢水中含[Fe]为

78?9955.85吹入的氧气温度为室温,根据表4-2所给数据,可以求出钢水升高的温度?t。

计算钢水升降温所需数据

物质 Mi Cp / J?(K??mol) ?1 HT-H298 / kJ?mol?1 kg/mol 1800K 1800K

Cr3O4 220?10-3 131.80 —— Fe2O3 159.7?10-3 158.16 217.07 Cr 52?10-3 45.10 —— Fe 55.85?10-3 43.93 —— C 12?10-3 24.89 30.67 CO 28?10-3 35.94 ——

O2 32?10-3 37.24 51.71

?t=(746426-51710)÷(138×43.93+ ?t=113℃ 即吹氧氧化1%[Cr]时,可使钢水温度提高113℃。 (2) 用氧气氧化0.1%[C]提高钢水温度的计算

对于反应 2[C]+O2(g)= 2CO(g)

?rG?= -281165-84.18T J?mol-1 所以 ?rH?= -281165 J 24gw[C]为1%的钢水中含[Fe]为

24?9955.8512×131.8)

= 42.6 mol

所以 ?t=(281165-51760)÷(42.6×43.93+2×35.94) ?t=118℃

即氧化0.1%[C]时,可使钢水温度提高11.8℃。 (3) 用铁矿石氧化1%[Cr]提高钢水温度的计算


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