Развитие термодинамических моделей жидких металлических и оксидных растворов для анализа процессов производства легированной стали

• Автор: Алпатов, Александр Владимирович
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 151 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Аналитический обзор ли ературы

1.1 Термодинамические модели жидких металлических растворов

1.1.1 Связь между и избыточным химическим потенциалом компонента в

растворе ДСГ ц.

1.1.2 Связь между отклонениями от идеального поведения и избыточным химическим

официалом компонента i6

1.1.3 Модель регулярного раствора.

1.1.4 Модель псевдорегул я рного раствора.

1.1.5 Модель субрсгулярпого раствора

1.1.6 1 арамстрь взаимодействия.

1.2 Термодинамические модели жидких оксидных раез воров
1.2.1 Молекулярная теория шлака.
1.2.2 Теория ассоциированных жидкостей
1.2.3 Модель идеальных рас воров продукт ов взаимодейс вия
1.2.4 Модель 1V.
1.2.5 Модель совершенною ионного раствора модель М.И. Темкина.
1.2.6 Модель регулярного ионного раствора модель В.Л. Кожеурова.
1.2.6.1 Модель регулярного ионного раствора для кислых шлаков модель
В.А.Кожеурова
1.2.7 Модель реулярного раствора Широ БанЯ i i .
1.2.8 Модель субрсгулярпого ионного раствора модель Г.Г. Михайлова
1.2.9 Модель КТН КТН
1.2. Модифицированная квазихимическая модель ii ii
1.2. Модель II .
1.2. Электростатический вариант теории ионных растворов ЭСТИР.
1.2. Полимерная модель линейных и разветвленных цепей модель
1.2. Модель полимерного силикатного раствора В.Б. Претнара
1.2. Статистическая модель силикатных расплавов i
1.2. Модель центральных атомов
1.2. Термодинамическая модель шлака как фазы, имеющей коллекивную
электронную систему модель А.Г.Пономарсико.
1.2. Классификация моделей шлака.
1.3 Краткое описание технологии производства легированной стали па примере
X1 ПОТ на ОАО Металлургический завод Электросталь
ГЛАВА 2. Термодинамика жидких металлических раствороз
2.1 Модель пссвдосубрегулярного раствора для многокомпонентных систем
2.2 Определение параметров модели исевдосубрегуляриого раствора по экспериментальным данным.
2.3 Результаты расчета параметров модели исевдосубрегуляриого раствора для жидкой восьмикомпонентной системы РеСгКЧМпСОБ.
2.4 Связь между параметрами взаимодействия и энергией смешения в модели иесвдосубрегулярного раствора
2.5 Сравнение величин энергий смешения, полученных в работе, со значениями, рассчитанными по термодинамическим данным растворов кислорода в жидких металлах
2.6 Сравнение величин энергетических параметров, полученных в работе, со значениями, рассчитанными другими авторами.
2.7 Сравнение энергетических параметров модели исевдосубрегуляриого раствора со значениями параметров взаимодействия.
2.8 Сравнение с экспериментальными данными активности компонентов в бинарных
системах.
Г ЛАВА 3. Термодинамика жидких оксидных растворов
3.1 Модель регулярного ионного раствора В.А. Кожсурова для системы ГеОМпОСаОМуОБСЬРзОз
3.2 Способы оценки энергетических параметров модели РИР В.А. Кожсурова по бинарным диаграммам состояния оксидных систем
3.3 Оценка энергетических параметров модели РИР В.А. Кожсурова по бинарным оксидным диаграммам состояния
3.4 Сравнение полученных величин энергетических параметров модели 1РИР со значениями, предложенными автором модели В.А. Кожеуровым.
3.5 Использование полученных в работе энергетических параметров модели ПРИ для
расчета активности компонентов системы РеРМпОСаОМОБЮг.
ГЛАВА 4. Термодинамический анализ процессов производства легированной стали
4.1 Активность кислорода, равновесная с компонентами жидкой стали
4.2 Активность кислорода, определенная при помощи электрохимических измерений.
4.3 Диализ окислительного периода плавки легированной стали XНТ
4.4 Анализ внепечиой обработки легированной стали X ХН ОТ.
4.5 Анализ инепечной обработки легированных сталей марок X и ХГНМА
ВЫВОДЫ.
Список использованных источников


Первый способ непосредственно вытекает из определения химического потенциала ц, как парциальной мольной энергии Гиббса компонента 1
где ДС Гп,,п2,. Гадоп,п
. ГЗЛО6. Гп. Л
2
где АС Гп,,п2, Джмоль. Л.Л. Т,п2. Второй способ 2,3 связан с графическим представлением зависимости избыточной тпергией Гиббса смешения от мольной доли компонента л, в растворе и в общем случае имеет вид
шб
4
где до6 Га2,х3,. Кронекера Кгопесксгя БутЬо, бч 1 если I бц 0 если I Ф. Г лс5д3ь
йвДсг1х,
где ДСм Гл2. ЛПЭТ II Дк1см А,
И
А,
I
рД ь р. МГ АО хг 1 . I дху т . V 1 р. Однако, с практической точки зрения, оба способа имеют свои недостатки и преимуществ. Дифференцирование но мольной доле является более простым, чем по количеству молей компонента степенная зависимость от лг, и зависимость в виде дроби п,. Таким образом, с точки зрения практического применения, дифференцирование по количеству молей компонента более предпочтительно, чем дифференцирование по мольной доли. Отклонение реальных металлических растворов от идеального поведения описывается коэффициентами активности i компонентов раствора. Т температура, К. Модельные аналитические зависимости избыточной мольной энергии Гиббса смешения , позволяют рассчитывать избыточный химический потенциал компонента АСГрп и находить коэффициенты активности и активности компонентов в зависимости от температуры и состава раствора. Млк2с. Для нахождения коэффициентов активности компонентов раствора необходимо зиап значение энергетического параметра модели 2. АС5 ЛНСМ л. Ои и С2з энергии смешения соответствующих бинарных подсистем 1 3 и . И И
. ДО Дсм л,,0,2 л,2. Ь параметры модели. Джмоль и ДжмольК соответственно. Ь параметры модели, Джмоль. ГТ я, аг Т и Ь ГТ Ь, Ь2 Т. Гиббса раствора от соаава и температуры. Термин субрегул ярный раствор впервые ввел Харди в году 5. Харди полностью описал модель субрсгулярного раствора для бинарной системы. В литературе при переходе на многокомпонентные растворы ограничиваются описанием только выражений для избыточной мольной энергии Гиббса смешения, приведением уравнений 1 или 4 и обсуждением полученных результатов. В работах Храпко С. А. обсуждается переход от бинарных систем к многокомпонентным для модели субрегулмрного раствора. Однако автор, рассматривая уравнения модели, принимает квадратичную зависимость энергии смешения от мольной доли компопеша, что выводит его формулы за рамки модели субрсгулярного раствора. Строго говоря, использования Храпко понятия субрегулярный раствор является не совсем верным в рамках терминологии, введенной Харди и широко распространенной в современной литературе 6. Таким образом, уравнения для расчета избыточного химическою потенциала и коэффициента активности компонента для многокомпонентных систем в рамках модели субрегуляриого раствора в общем виде в литературе отсутствуют. Для разбавленных растворов когда мольная доля растворителя стремится к единице широкое распространение получило предложенном К. Вагнером разложение избыточной
парциальной мольной энергии Гиббса АО ДЯТ в ряд Тейлора 6. АСТ . Л перекрестный мольный параметр взаимодействия второю порядка. Необходимо отметить, что на практике часто ограничиваются только параметрами взаимодействия нулевого и первого порядков. Это приводит к достаточно простым выражениям для пу, в многокомпонентном растворе, однако строго привязывает уравнения и к узкому коиценграционному интервалу вблизи точки чистого растворителя х1. При сравнении всех вышеописанных моделей и подходов разложение парциальной мольной энергии Гиббса в ряд Тейлора становится видно, что для расчета коэффициентов активности компонентов необходимо предварительно знать численные значения параметров этих моделей С,, для субрегулярного раствора, пу и е, для модели параметров взаимодействия. При практически одинаковом количестве оценочных параметров модель субрегулярного раствора является более предпочтительной, чем модель параметров взаимодействия потому, что она применима на всем интервале концентраций компонентов раствора. Несмотря на это.