Розподіл навчальних годин дисципліни «Теорія металургійних процесів» за напрямом 010104 – професійна освіта icon

Розподіл навчальних годин дисципліни «Теорія металургійних процесів» за напрямом 010104 – професійна освіта




Скачати 320.41 Kb.
НазваРозподіл навчальних годин дисципліни «Теорія металургійних процесів» за напрямом 010104 – професійна освіта
Дата21.06.2012
Розмір320.41 Kb.
ТипДокументи

Розподіл навчальних годин дисципліни «Теорія металургійних процесів» за напрямом 6.010104 – професійна освіта





Усього

Семестри

IV

V

VI

Усього годин за навчальним планом

135

135

у тому числі:

Аудиторні заняття


24


24

з них:

- лекції


16


8


-


8

- лабораторні заняття

8

-

4

4

- практичні заняття

-

-

-

-

- семінари

-

-

-

-

Самостійна робота

111

111

Кількість індивідуальних завдань

2

1

1

-

Підсумковий контроль




уст.с

зал.

уст. сес.

екз.



ВСТУП


У сучасних умовах цілі металургії полягають в істотному поліпшенні якості металу, додання металу нових функціональних властивостей із зменшенням техногенного впливу на навколишнє середовище. Рішення цих питань можливо на основі термодинамічних і кінетичних досліджень закономірностей технологічних процесів, розуміння закономірностей і зв'язків між параметрами процесів. Дисципліна «Теорія металургійних процесів» - теоретична база дисциплін: металургія чавуну, сталі, феросплавів. Завдання дисципліни «Теорія металургійних процесів» навчитися застосовувати загальні закони хімії, фізики і фізичної хімії до конкретних умов одержання металів з руд і подальшого переділу металу. Вивчення теорії металургійних процесів для студентів напряму 6.010104 – професійна освіта включає лекції по розділах дисципліни, самостійну роботу над підручниками, виконання лабораторного практикуму й виконання індивідуальних завдань. Виконані індивідуальні завдання повинні бути надані для перевірки. Після вивчення дисципліни «Теорія металургійних процесів» студент, який навчається за напрямом 6.010104 – професійна освіта, здає залік та іспит.

Рекомендується перед початком вивчення дисципліни «Теорія металургійних процесів» повторити наступні розділи фізичної хімії:

  1. Перший, другий, третій початок термодинаміки;

  2. Закон Гесса і його застосування для обчислення теплових ефектів складних реакцій;

  3. Правило Лє-Шательє в застосуванні до хімічних реакцій;

  4. Вплив температури на тепловий ефект реакції, способи його розрахунку при різних температурах за термохімічними даними;

  5. Вчення про фізико-хімічну рівновагу: поняття про рівноважний фізико-хімічний стан системи й залежності константи рівноваги від температури; закон розподілу речовин у двох дотичних рідинах; термодинамічні дослідження рівноважних систем і способи розрахунку констант рівноваги;

  6. Правило фаз Гіббса.

  7. Хімічна кінетика: поняття про швидкості хімічної реакції для гетерогенних і гомогенних систем; вплив різних факторів на швидкість хімічних реакцій (температури, тиску, каталізаторів і т.д.).



^

РЕКОМЕНДОВАНА ЛІТЕРАТУРА


  1. Теорія металургійних процесів: Підручник / В. Б. Охотський, О. Л. Костьолов, В. К. Симонов та ін. – К.: ІЗМН, 1997. – 512 с.

  2. Теория металлургических процессов: Учебник для вузов / Д. И. Рыжонков, П. П. Арсентьев, В. В. Яковлев и др. – М.: Металлургия, 1989. – 392 с.

  3. Попель С. И., Сотников А. И., Бороненков В. Н. Теория металлургических процессов: Учебное пособие для вузов. – М.: Металлургия, 1986. – 463 с.

  4. Гольдштейн Н. Л. Краткий курс теории металлргических процессов. – Свердловск: Металлургиздат, 1961. – 334 с.

  5. Лещинская Е. И. Термодинамика и основы кинетики металлургических процессов: Учебное пособие. – Днепропетровск: ДМетИ, 1981. –108 с.

  6. Методические указания к лабораторному практикуму по дисциплине «Теория металлургических процессов» для студентов всех спеціальностей. Часть 1 / Сост.: О.Л. Костелов, Л.В. Камкина. – Днепропетровск: ГМетАУ, 1997. - 41 с.

  7. Методические указания к лабораторному практикуму по курсу «Теория металлургических процессов» для студентов всех специальностей. Часть 2.
    / Сост.: Р.В. Анкудинов, Л.В. Камкина, В.К. Симонов и др. – Днепропетровск: ГМетАУ, 1997. - 45 с.

  8. Методичні вказівки до виконання практичних робіт та індивідуальних завдань з дисципліни «Теорія металургійних процесів» для студентів напрямку 0904 - металургія / Укл.: О.Л. Костьолов, Л.В. Камкіна. – Дніпропетровськ : НМетАУ, 2003. – 41 с.

  9. Справочник по расчетам равновесий металлургических реакций / А.Н. Крестовников, Л.П. Владимиров, Б.С. Гуляницкий и др. - М.: Металлургиздат, 1963. – 416 с.

  10. Казачков Е. А. Расчеты по теории металлургических процессов. – М.: Металлургия, 1988. – 288 с.
^

ТЕМИ НАВЧАЛЬНОЇ ПРОГРАМИ

Тема 1. Теорія утворення й дисоціації складних хімічних сполук


Питання навчальної програми

Сутність процесів дисоціації карбонатів, оксидів, сульфідів, фізико-хімічні особливості цих процесів. Поняття пружності дисоціації. Критерії міцності сполук – пружність дисоціації сполук, зміна вільної енергії Гіббса - G0. Ряд хімічної спорідненості металів до кисню, його аналіз із погляду поводження їх в умовах металургійних агрегатів (відновлювальні й окислювальні плавки). Принцип ступінчастості перетворень у системі метал-кисень. Система залізо-кисень, діаграма стану цієї системи. Механізм й основи кінетики дисоціації карбонатів й оксидів. Послідовно сполучені ланки в складному гетерогенному процесі. Сутність і роль кожної ланки. Залежність швидкості процесу, що спостерігається, від швидкостей окремих її ланок.

Література: [1, С. 5-46; 2, С. 70-122; 3, С. 12-54; 4, С. 111-169; 5, С. 10-37].

Питання для самоперевірки

1. Які величини можуть служити мірою міцності карбонатів, оксидів?

2. Який фізичний вміст пружності дисоціації карбонатів, оксидів?

3. Як визначається величина пружності дисоціації і від яких факторів вона залежить?

4. Накреслить діаграму, що ілюструє залежність пружності дисоціації карбонату, оксиду від температури. Визначте напрямок реакції в кожній області, виявіть умови утворення й дисоціації хімічної сполуки.

5. Який зв'язок між величиною пружності дисоціації й міцністю сполуки, між величиною пружності дисоціації й величиною G0 реакції утворення хімічної сполуки?

6. Напишіть реакції дисоціації карбонатів кальцію, магнію і заліза.

7. Які особливості процесу дисоціації карбонату заліза, доломіту? Область їхнього застосування.

8. Які оксиди утворюються в системі Fe-O? Напишіть реакції утворення оксидів, охарактеризуйте кожен оксид. Користуючись графіком залежності пружності дисоціації оксидів від температури, порівняйте їх міцність. Розгляньте можливі реакції в кожній області графіка, стійкі фази.

9. Розгляньте діаграму стану системи залізо-кисень і дайте фазовий склад різних областей діаграми.

10. Як побудований ряд металів по спорідненості до кисню? На які питання можна одержати відповідь при аналізі ряду металів по спорідненості до кисню?

11. Як змінюється хімічна спорідненість вуглецю до кисню з підвищенням температури, чому вуглець є універсальним відновлювачем?

12. Користуючись графіком G0 = f(t) для реакцій окислювання елементів, що використовуються в металургії, наведіть ряд елементів по спорідненості до кисню.

13. Розгляньте поводження елемента залежно від спорідненості до кисню в умовах доменної плавки, в умовах сталеплавильного агрегату.

14. З яких ланок складається процес дисоціації - утворення карбонатів, оксидів? Які ланки лімітують швидкість процесу при низьких і високих температурах?

15. Як структура, щільність і міцність оксидної плівки впливають на швидкість процесу окислювання?
^

Тема 2. Основи теорії горіння палива


Питання навчальної програми

Загальна характеристика процесів горіння палива залежно від умов, що створюються в металургійних агрегатах. Термодинамічний аналіз реакцій горіння в системах С-О, Н-О, С-Н-О. Порівняння хімічного споріднення СО і Н2 до кисню, порівняльна термодинамічна відновлювальна здатність цих газів, окислювальна здатність СО2 і Н2О. Основи механізму горіння СО і Н2 і взаємодії кисню із твердим вуглецем.

Література: [1, C. 47-72; 2, С. 14-69; 4, С. 19-110; 5, С. 37-50].

Питання для самоперевірки

1. Розгляньте види палива й методи їхнього застосування в чорній металургії.

2. Наведіть якісний склад продуктів горіння в доменній печі й розгляньте їхній вплив на доменний процес.

3. Розгляньте основні реакції в системах C-O, Н-О та C-H-O. Визначте роль кожної реакції в умовах металургійних агрегатів.

4. Якими реакціями визначається рівноважний склад продуктів горіння, якщо процес відбувається: 1) в умовах надлишку вуглецю, 2) в умовах надлишку кисню?

5. Наведіть якісний склад продуктів горіння в мартенівській печі і їхній вплив на процес.

6. Розгляньте вплив температури на горіння вуглецю, горіння СО і Н2, реакції газифікації вуглецю.

7. Порівняйте відновлювальну здатність СО і Н2.

8. Викладіть сутність ланцюгового механізму реакцій горіння СО і водню.

9. Розгляньте механізм реакцій взаємодії вуглецю з киснем.


Після вивчення першої та другої тем студенти виконують перше індивідуальне завдання.

^

Тема 3. Основи теорії відновлювальної плавки


Питання навчальної програми

Основні технологічні функції металургійних шлаків, класифікація шлаків по їхньому складу. Фізико-хімічна сутність металургійного відновлення: умови плину реакції у бік відновлення, види металотермічного відновлення. Термодинамічний аналіз процесів непрямого й прямого відновлення оксидів металів з різною спорідненістю до кисню. Термодинамічний аналіз процесів відновлення оксидів заліза оксидом вуглецю й воднем, а також твердим вуглецем.

Література: [1, С. 73-145; 2, С. 123-148; 3, С. 55-192; 4, С. 170-249; 5, С. 50-53, 67-83].

Питання для самоперевірки

  1. Які основні складові шлаків?

  2. Розгляньте основні технологічні функції шлаків у металургійному агрегаті.

  3. Розгляньте класифікацію металургійних шлаків по вмісту СаО й SiО2, по вмісту FeО.

  4. Як впливає в'язкість металу й шлаку на швидкість їхньої взаємодії, повноту поділу.

  5. Як впливає зміна температури на в'язкість кислих й основних шлаків?

  6. Якими властивостями повинен володіти елемент, щоб бути відновлювачем іншого елемента?

  7. Розгляньте сутність металотермічного відновлення, види металотермії, області застосування.

  8. Розгляньте принцип ступінчастості утворення оксидів (принцип А.А.Байкова); дайте конкретні приклади такого процесу.

  9. Розгляньте особливості відновлення оксидів заліза при температурах вище й нижче 570 0С.

  10. Розгляньте реакції відновлення заліза з Fe2O3 оксидом вуглецю й воднем, наведіть діаграму, що ілюструє вплив температури на рівноважний склад газової фази всіх реакцій, проведіть аналіз перетворень в умовах кожної області діаграми.

  11. Які сучасні погляди на механізм відновлення оксидів заліза газами?

  12. Назвіть основні кінетичні типи процесів відновлення оксидів заліза газами.

  13. Розгляньте вплив різних факторів (температури, тиску газової фази, розміру й пористості рудного зразка) на швидкість відновлення.
^

Тема 4. Основи теорії окислювальної плавки


Питання навчальної програми

Різновиди сталеплавильних процесів, особливості кожного процесу й способи постачання системи киснем. Загальні закономірності окислювальних процесів і поводження різних елементів у сталеплавильній ванні. Сучасні погляди щодо форм існування кисню в металевій і шлаковій фазах. Способи визначення активності кисню в шлаці й металі. Залежність активності FeО у шлаці, що визначає активність кисню в металі, від основності й окислювальної здатності шлаків. Термодинаміка реакцій окислювання марганцю, кремнію, вуглецю. Розкислення сталі: способи розкислення, сутність кожного способу, його недоліки й переваги, розповсюджені розкислювачі. Термодинамічний аналіз реакцій десульфурації й дефосфорації металу, вплив температури, основності й окислювальної здатності шлаків на процес видалення сірки й фосфору з металу в шлак. Джерела водню й азоту, що потрапляють в метал, умови й методи дегазації сталі.

Література: [1, C. 351-394; 2, С. 244-327; 3, С. 301-405; 4, С. 254-327; 5, С. 83-102].

Питання для самоперевірки

1. Перелічіть сучасні сталеплавильні процеси і наведіть їх стислу характеристику.

2. Як впливає хімічна спорідненість елемента до кисню на його поводження в сталеплавильній ванні?

3. Розгляньте найбільш імовірні форми існування кисню в металевій і шлаковій фазах.

4. Наведіть реакції окислювання марганцю, кремнію, зробіть термодинамічний аналіз реакцій; виявіть вплив основності, окислювальної здатності шлаків, температури на коефіцієнт розподілу марганцю й кремнію.

5. Зробіть термодинамічний аналіз реакцій окислювання вуглецю в сталеплавильній ванні; виведіть рівняння залежності вмісту кисню від вмісту вуглецю; розгляньте значення реакції для процесу.

6. Розгляньте сучасні шляхи інтенсифікації сталеплавильних процесів.

7. У чому полягає сутність дифузійного способу розкислення сталі, етапи розкислення, переваги та недоліки.

8. Викладіть сутність осаджуючого розкислення сталі, наведіть реакції розкислення, переваги і недоліки способу.

9. Розгляньте рівняння Стокса: виявіть, які фактори впливають на швидкість спливання продуктів розкислення. Укажіть шляхи зниження забруднення сталі неметалічними включеннями при розкисленні.

10. Як впливає сірка й фосфор на властивості металу?

11. У чому полягає сутність процесу десульфурації металу?

12. Які фактори впливають на видалення сірки? Проаналізуйте їхній вплив на коефіцієнт розподілу сірки.

13. Проаналізуйте основні фактори, що впливають на коефіцієнт розподілу фосфору.

14. Розгляньте поводження сірки й фосфору в умовах доменної й сталеплавильної плавки.

15. Розгляньте джерела забруднення сталі газами (воднем й азотом) і шляхи дегазації металу.


Після вивчення третьої та четвертої тем студенти виконують друге індивідуальне завдання

^

ПРИКЛАДИ РІШЕННЯ ЗАДАЧ


    1. У піч для термічної обробки, нагріту до температури 960°С, подається газова суміш наступного складу, % (об'ємн.): 32 СО; 11 CO2; 9 H2; 48 N2. Який буде рівноважний склад газової суміші, коли вона нагріється до температури печі? Загальний тиск в печі дорівнює 105 Па.

При подачі в піч, нагріту до високої температури, газової суміші, що містить СО, CO2 і H2, між компонентами газової суміші відбуватиметься взаємодія, відповідна реакції водяного газу Н2О+ СО = Н2 + CO2, константа рівноваги для якої дорівнює . Температурна залежність константи рівноваги даної реакції має вигляд . Склад газової суміші змінюватиметься, поки не буде досягнутий стан рівноваги цієї реакції, що відповідає заданій температурі. Таким чином, задача зводиться до розрахунку величини константи рівноваги для t = 960°С і визначення рівноважного складу газової суміші.

Значення константи рівноваги реакції водяного газу для температури 960°С дорівнює: . Таким чином, співвідношення між компонентами газової суміші в умовах рівноваги при 960 °С: .

Реакція водяного газу не супроводжується зміною об'єму, тому таке ж співвідношення буде і між компонентами суміші, вираженими в об'ємних відсотках: .

Припустимо, що для досягнення рівноваги в системі потрібне перетворення т молі СО2 з початкової його кількості в суміші. Тоді відповідно до рівняння реакції кількість молів Н2 також зменшиться на m молей. Число молей H2O і СО, яке утворюється в результаті реакції, збільшиться відповідно на m молей кожного. Таким чином, рівноважні концентрації реагуючих речовин будуть наступними:

(%СО2) = (%СО2)ісх m,

(%Н2) = (%Н2)ісх m,

(%СО) = (%СО)ісх + m,

(%Н2О) = (%Н2О)ісх + m.

Одержані співвідношення дозволяють встановити рівноважний склад газової суміші при заданій температурі. Підставляючи ці значення у вираз для константи рівноваги, одержимо рівняння вигляду . Тоді для умов задачі: .

Після перетворень одержимо квадратне рівняння, звідки m = 2,52.

Таким чином, склад рівноважної газової суміші при 960 °С буде, %:

CО = 32 + 2,52 = 34,52

СО2 = 11-2,52 = 8,48

Н2 = 9 - 2,52 = 6,48

Н2О = 0+2,52 = 2,52

----------------------------------------------

52,00.

Кількість азоту у складі суміші не зміниться, тобто N2 = 48%.


    1. Чистий нікель нагрівають до температури 1000 0С в газовій фазі складу: %: 15 СО2, 5 СО і 80 N2. Чи газова фаза вказаного складу окислятиме чистий нікель при 1000 0C?

При температурі 1000 °С нікель і його оксид знаходяться в твердому стані, тоді реакція окислення Ni: 2Niт + О2 =2NiОт. У Додатку 1 знаходимо залежність стандартної зміни енергії Гіббса для цієї реакції з розрахунку на 1 моль О2 від температури: G =2∙(- 234503 +85,28Т).

Знаходимо значення пружності дисоціації NiO для температури 1000°С (1223 К): ;

або Па.

Таким чином, для нагріву нікелю без окислення при температурі 1000°С потрібно мати тиск кисню в газовій фазі Па.

Дана газова суміш CO2 – СО має при заданій температурі певний тиск кисню, який визначається відношенням СО/СО2 відповідно до реакції:

СО + О2 = СО2, константа рівноваги якої має вираз . З Додатка 1 залежність стандартної зміни енергії Гіббса для даної реакції на 1 моль О2 від температури: G=2∙(- 282695 + 87,585Т). Для заданої температури 1000 0С значення константи рівноваги або Kp=1,1∙1014.

З виразу для константи рівноваги цієї реакції знаходимо

або 7,7∙10-9 Па.

Оскільки тиск кисню в даній газовій фазі нижчий, ніж пружність дисоціації оксиду нікелю, можна зробити висновок за заданих умов нікель не окислюється.


    1. Визначити G0 реакції 2(MnО) + [Si] = [Mn]+(SiО2) і розрахувати константу рівноваги цієї реакції при температурі 1500 0С.

Величина G° пов'язана зі зміною ентальпії й ентропії рівнянням . Це рівняння справедливо для випадку, коли в інтервалі температур 298 - Т немає фазових перетворень. Якщо в розглянутому інтервалі температур речовини, що беруть участь у реакції, мають фазові перетворення, то необхідно вводити додаткові члени, що враховують зміни ентальпії й ентропії фазових перетворень. Залежність G° від температури для різних реакцій можна виразити формулою G° = М +N .T. Коефіцієнти М и N наведені в Додатку I. Величини М і N близькі до середніх значень теплових ефектів (H) і зміни ентропії (S) для відповідних реакцій: H  M, S  -N. Для розрахунку констант рівноваги реакцій використовується залежність виду G° = - RTlnKp, де R=8,3192 Дж/(моль.К), G°=-8,3192Т1пКр. При переході до десятинних логарифмів одержуємо G° = - 19,155Т1gКр.

Термодинамічні характеристики реакції 2(MnО) + [Si] = [Mn] + (SiО2) у стандартних умовах перебувають із урахуванням фазових перетворень і реакцій розчинення речовин у металі й у шлаці. Величина G° фазових перетворень перебуває за значенням : (Додаток 2). Залежність G° розчинення різних речовин у рідкому металі виражається формулою G° = М +N .T. Коефіцієнти М и N наведені у Додатку 3.

Р
-2
еакцію 2(MnO) + [Si] = 2[Mn] + (SiО2) необхідно розглядати як алгебраїчну суму наступних реакцій


+1
Дж/моль


+2
Дж/моль

Дж/моль


+2

-1
Дж/моль

Дж/моль


-1

-2
Дж/моль

Дж/моль


+1
Дж/моль

Шляхом алгебраїчного підсумовування одержимо

G0=-2G01+G02+2G03+2G04-G05-G06-2G07+G08=-113577+26,17T. Звідки G0=-67177,6 Дж/моль.

Знаючи залежність G° = - 19,155Т1gКр, константу рівноваги даної реакції можна розрахувати за виразом .

При T=1773 К, КP = 94,25.

Відповідь: G0=-67177,6 Дж/моль, КP = 94,25.


    1. Розрахувати мольну частку SiО2 у шлаці наступного складу (мас.,%): СаО = 8%, MgО =5%, FeО = 0,6%, SiО 2 = 30%, MnО = 53%, P2O5= 3,4%.

Для перерахування складу розчину, вираженого в масових відсотках кожного компонента, розраховуємо число молів всіх компонентів в 100 кг шлаку. Мольна частка i – того компонента в розчині: , де ni – число молів i-того компонента в розчині, - загальне число молів. Число молів кожного компонента знаходимо з виразу , де %i - масовий відсоток i-того компонента в розчині, Мi – атомна або молекулярна маса i-того компонента.




%i

Mi



СаО

8

56

0,143

MgО

5

40

0,125

FeО

0,6

72

0,008

SiО2

30

60

0,5

MnО

53

71

0,746

P2O5

3,4

142

0,024



1,546

Мольна частка SiО2 дорівнює = 0,5/1,546=0,323.

Відповідь: Мольна частка SiО 2 дорівнює 0,323.


    1. Розрахувати рівноважний склад газової фази при 1000 0С для реакції Fe3O4+H2 = 3Fe+H2O, якщо відома температурна залежність для константи рівноваги даної реакції lgKp =-3760/T + 3,850.

Константа рівноваги реакції при відсутності твердих розчинів між оксидами має вигляд КР =. Відомо, що %Н2О + %Н2 = 100, позначимо %Н2О = х, звідки %Н2 =100-х. Підставляючи ці значення у вираз КР, одержимо КР = , отже, х = . Знаючи, що lgKp =-3760/T + 3,850, lgKp =-3760/(1000+273) + 3,85 = 0,896, знаходимо Kp = 7,87.

Звідки % Н2О = 88,73, % Н2= 100-88,73 = 11,27.

Відповідь: % Н2О = 88,73, % Н2 = 11,27.

^

ПИТАННЯ ДО ІНДИВІДУАЛЬНИХ ЗАВДАНЬ


Індивідуальні завдання студента складається з п'яти питань, два з яких теоретичні, три - розрахункові задачі. Номера питань індивідуальних завдань розраховується студентом за номером залікової книжки:

Номер першого питання дорівнює останній цифрі номера залікової книжки студента (якщо остання цифра «0», потрібно брати десяте питання).

Номер другого питання дорівнює передостанній цифрі номера залікової книжки (якщо остання цифра «0», потрібно брати десяте питання).

Номер третього питання дорівнює останній цифрі номера залікової книжки (якщо передостання цифра «0», потрібно брати десяте питання).

Номер четвертого питання дорівнює передостанній цифрі номера залікової книжки (якщо остання цифра «0», потрібно брати десяте питання).

Номер п’ятого питання дорівнює останній цифрі залікової книжки студента (якщо остання цифра «0», потрібно брати десяте питання).

Наприклад, останні дві цифри залікової книжки 57, тоді перше питання 1.7, друге - 2.5, третє - 3.7; четверте - 4.5, п’яте - 5.7.

останні дві цифри залікової книжки 30, тоді перше питання 1.10,
друге - 2.3, третє - 3.10, четверте - 4.3, п'яте - 5.10.


Дані до першого індивідуального завдання


Завдання до першого питання

    1. Розглянути сутність процесу дисоціації карбонатів, навести величини, що є критерієм міцності карбонатів. Розрахувати значення цих величин для реакцій утворення карбонатів кальцію, магнію й заліза для температур 900, 1100,
      1300 0С. За результатами розрахунків зробити висновок про вплив температури на міцність карбонатів, порівняти міцність карбонатів.

    2. Які величини є мірою міцності оксиду? Який зв'язок між цими величинами й міцністю оксиду? Наведіть графік, що характеризує залежність пружності дисоціації оксиду від температури, розгляньте кожну область, виявіть умови утворення й дисоціації оксиду.

    3. Викласти сутність термографічного методу дослідження в застосуванні до вивчення процесів дисоціації хімічних сполук, зокрема, карбонатів.

    4. Зробити термодинамічний аналіз процесів утворення й дисоціації за допомогою зміни стандартної енергії Гіббса. Зробити висновок про порівняльну міцність оксидів нікелю, хрому заліза й марганцю.

    5. Розглянути термодинаміку дисоціації карбонатів кальцію, магнію, заліза й доломіту, зробити висновок про відносну міцність карбонатів, відзначити область їхнього застосування.

    6. Як побудований ряд елементів по спорідненості до кисню? Яке практичне значення мають ці залежності?

    7. Температура початку дисоціації хімічної сполуки, температура хімічного кипіння, методи визначення цих температур. Наведіть приклади.

    8. Розглянути систему Fe-O, написати реакції утворення оксидів, дати характеристику кожного оксиду, оцінити порівняльну міцність.

    9. Викласти сутність принципу Байкова про ступінчастість перетворень у системі Me-O (для прикладу розглянути перетворення в системі Mn-О).

    10. Навести діаграму стану системи залізо-кисень, розглянути всі області цієї діаграми.

Завдання до другого питання

    1. Розглянути термодинаміку основних реакцій системи С-О.

    2. Викласти термодинамічний аналіз гомогенних реакцій горіння (розглянути реакції горіння водню, чадного газу, а також реакцію водяного газу).

    3. Порівняти відновлювальну здатність СО і Н2, окислювальні властивості СО2 і Н2О.

    4. Кисневий потенціал і окислювально-відновні властивості газової фази.

    5. Розглянути основні положення теорії ланцюгових реакцій.

    6. Викласти термодинамічний аналіз реакції газифікації вуглецю вуглекислим газом.

    7. Розглянути кристалічну структуру графіту, адсорбцію кисню на його поверхні та утворення поверхневих з'єднань (для прикладу розглянути поверхневі з’єднання з киснем).

    8. Викласти термодинамічний аналіз гетерогенних реакцій горіння (розглянути реакції газифікації вуглецю газами СО2 та Н2О, а також реакції горіння вуглецю).

    9. Розглянути графік спорідненості металів до кисню, як вплине температура на відновлювальні властивості вуглецю. Визначити температуру, вище якої вуглець відновлює нікель, залізо, марганець, вольфрам і кремній.

    10. Викласти кінетичні закономірності горіння твердого вуглецю.


Завдання до третього питання

  1. Визначити рівноважний склад газової суміші при заданій температурі, якщо в піч для термічної обробки подається газова суміш заданого складу, при загальному тиску в печі 105 Па.




t, 0C

Початкова газова суміш, % об'єм.

СО

СО2

Н2

N2

3.1

1000

45

10

8

37

3.2

1200

35

13

9

43

3.3

1300

30

15

7

48

3.4

950

27

12

9

52

3.5

1050

30

10

10

50

3.6

1150

25

18

13

44

3.7

1250

33

14

11

42

3.8

1350

45

10

8

37

3.9

900

35

13

9

43

3.10

1180

30

15

7

48



Завдання до четвертого питання

4. Визначити, чи буде окислювати вказаний склад газової фази даний метал, який нагрівають до вказаної температури ?



Метал/Оксид металу

Температура, 0С

Склад газової фази, %

СО

СО2

N2

4.1

Ni/NiO

1300

20

5

75

4.2

Cu/CuO

1000

15

10

75

4.3

Mn/MnO

900

25

5

70

4.4

Mg/MgO

1650

55

5

40

4.5

Nb/NbO

1300

35

15

50

4.6

Zn/ZnO

1300

15

10

75

4.7

Ni/NiO

950

10

10

80

4.8

Cu/CuO

1200

25

5

70

4.9

Mn/MnO

750

15

5

80

4.10

Mg/MgO

1500

35

10

55



Завдання до п’ятого питання

    1. Розрахувати мольну частку СаО в шлаці наступного складу (мас.,%): СаО = 30%, MgО =5%, FeО = 15%, SiО2 = 35%, MnО = 13,5%, P2O5= 1,5%.

    2. Розрахувати мольну частку MgО у шлаці наступного складу (мас.,%): СаО = 30%, MgО =5%, FeО = 15%, SiО2 = 35%, MnО = 13,5%, P2O5= 1,5%.

    3. Розрахувати мольну частку SiО2 в шлаці наступного складу (мас.,%): СаО = 30%, MgО =5%, FeО = 15%, SiО2 = 35%, MnО = 13,5%, P2O5= 1,5%.

    4. Розрахувати мольну частку FeO в шлаці наступного складу (мас.,%): СаО = 30%, MgО =5%, FeО = 15%, SiО2 = 35%, MnО = 13,5%, P2O5= 1,5%.

    5. Розрахувати мольну частку P2O5 в шлаці наступного складу (мас.,%): СаО = 30%, MgО =5%, FeО = 15%, SiО2 = 35%, MnО = 13,5%, P2O5= 1,5%.

    6. Розрахувати мольну частку СаО в шлаці наступного складу (мас.,%): СаО = 35%, MgО =7%, FeО = 12%, SiО2 = 30%, MnО = 13%, P2O5= 3%.

    7. Розрахувати мольну частку FeО в шлаці наступного складу (мас.,%): СаО = 35%, MgО =7%, FeО = 12%, SiО2 = 30%, MnО = 13%, P2O5= 3%.

    8. Розрахувати мольну частку MnО в шлаці наступного складу (мас.,%): СаО = 35%, MgО =7%, FeО = 12%, SiО2 = 30%, MnО = 13%, P2O5= 3%.

    9. Розрахувати мольну частку SiО2 в шлаці наступного складу (мас.,%): СаО = 35%, MgО =7%, FeО = 12%, SiО2 = 30%, MnО = 13%, P2O5= 3%.

    10. Розрахувати мольну частку P2O5 в шлаці наступного складу (мас.,%): СаО = 35%, MgО =7%, FeО = 12%, SiО2 = 30%, MnО = 13%, P2O5= 3%.


Дані до другого індивідуального завдання


Завдання до першого питання

    1. Викласти основні технологічні функції металургійних шлаків, розглянути класифікацію шлаків по складу.

    2. Розглянути вплив хімічного складу шлаків і температури на в'язкість шлаків

    3. Зробити термодинамічний аналіз процесів відновлення оксидів заліза окисом вуглецю. Аналіз виконати за допомогою графіка впливу температури на рівновагу реакцій непрямого відновлення.

    4. Викласти сутність алюмотермічного відновлення, область застосування.

    5. Розглянути термодинаміку реакцій відновлення оксидів заліза твердим вуглецем.

    6. Зробити термодинамічний аналіз процесів відновлення оксидів заліза воднем. Аналіз виконати за допомогою графіка впливу температури на рівновагу реакцій відновлення.

    7. Викласти сутність металотермічного відновлення, область застосування.

    8. Зробити термодинамічний аналіз процесів непрямого відновлення оксидів металів з різною спорідненістю до кисню.

    9. Показати фізико-хімічну сутність металургійного відновлення: умови плину реакції убік відновлення, види металотермічного відновлення.

    10. Зробити термодинамічний аналіз процесів відновлення оксидів заліза оксидом вуглецю і воднем. За результатами аналізу пояснити розходження в закономірностях процесів відновлення воднем й оксидом вуглецю.


Завдання до другого питання

    1. Проаналізувати поводження домішок у сталеплавильній ванні залежно від їхньої спорідненості до кисню, показати вплив температури, основності шлаків на коефіцієнт розподілу домішок.

    2. Розглянути форму існування кисню в металевій і шлаковій фазах. Залежність концентрації кисню в металі від окислювальної здатності шлаків.

    3. Зробити термодинамічний аналіз реакцій окислення марганцю в сталеплавильній ванні.

    4. Зробити термодинамічний аналіз реакцій окислення кремнію в сталеплавильній ванні.

    5. Зробити термодинамічний аналіз реакції окислення вуглецю в сталеплавильній ванні.

    6. Викласти сутність осаджуючого розкислення сталі: реакції розкислення, міри, спрямовані на зменшення забруднення сталі неметалічними включеннями. Утворення й видалення неметалічних включень у сталі при осаджуючому розкисленні.

    7. Написати реакції десульфурації металу. Які фактори сприяють видаленню сірки з металу.

    8. Розглянути вплив різних факторів (температури, тиску, складу металу) на розчинність азоту в металі, міри боротьби з ним.

    9. Розглянути реакції дефосфорації металу, проаналізувати основні фактори, що впливають на коефіцієнт розподілу фосфору.

    10. Проаналізувати вплив температури, тиску газу, складу металу на розчинність водню в сталі. Міри боротьби з воднем.


Завдання до третього питання

3. Визначити G0 заданої реакції й розрахувати константу рівноваги цієї реакції при температурі 1600 0С.

3.1 2[Al] + 3[O] =(Al2O3)

3.2. [Cr] + [N] =CrN

3.3. 2(FeO) + [Si] =Feж + (SiO2)

3.4. [Al] + [N] =AlN

3.5. [Ti] + [N] =TiN

3.6. 3[Mn] + [C] =Mn3C

3.7. [Si] + 2[O] =(SiO2)

3.8. (FeO) + [C] =Feж + CO

3.9. [Mn] + [O] = (MnO)

3.10. [Ti] + 2[O] = (TiO2)


Завдання до четвертого питання

    1. Розрахувати рівноважний склад газової фази для реакції 3Fe2O3 + H2 = 2Fe3O4 + H2O при 900 0С, якщо lgKp =813/T + 3,894.

    2. Розрахувати рівноважний склад газової фази для реакції Fe3O4 + H2 = 3Fe + H2O при 1000 0С, якщо lgKp =-3760/T + 3,850.

    3. Розрахувати рівноважний склад газової фази для реакції 3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO 2 при 800 0С, якщо lgKp =2726/T + 2,144.

    4. Розрахувати рівноважний склад газової фази для реакції 3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO 2 при 1000 0С, якщо lgKp =2726/T + 2,144.

    5. Розрахувати рівноважний склад газової фази для реакції Fe3O4 + CO = 3Fe + CO2 при 900 0С, якщо lgKp =-1850/T + 2,100.

    6. Розрахувати рівноважний склад газової фази для реакції FeО + CO = Fe + CO2 при 1100 0С, якщо lgKp =688/T-0,9.

    7. Розрахувати рівноважний склад газової фази для реакції FeО + CO = Fe + CO2 при 800 0С, якщо lgKp =688/T-0,9.

    8. Розрахувати рівноважний склад газової фази для реакції Fe3O4 + CO = 3Fe + CO2 при 1200 0С, якщо lgKp =-1850/T + 2,100.

    9. Розрахувати рівноважний склад газової фази для реакції FeО + CO = Fe + CO2 при 950 0С, якщо lgKp =688/T-0,9.

    10. Розрахувати рівноважний склад газової фази для реакції 3Fe2O3 + H2 = 2Fe3O4 + H2O при 1200 0С, якщо lgKp =813/T + 3,894.


Завдання до п’ятого питання

Розрахувати активність вуглецю в розплавленій сталі зазначеного складу при температурі 1600 0С

мас.%

С

Si

Mn

Cr

Ni

Mo

V

0,01A

0,2

0,3

B

11

3

0,3

де А - остання цифра, В - передостання цифра в заліковій книжці студента.


Додаток 1




Продовження додатка 1



Продовження додатка 1



Продовження додатка 1



Продовження додатка 1




Додаток 2

Ентальпії і температури поліморфних перетворень (?Нпр), плавлення (?Нпл) і випаровування (?Нвип) деяких металів і оксидів




Додаток 3



Додаток 4

Параметри взаємодії першого порядку для розчинів С, Н, N, О і S в рідкому залізі при 1600 0С



ЗМІСТ

Розподіл навчальних годин дисципліни «Теорія металургійних процесів» за напрямом 6.010104 – професійна освіта 3

ВСТУП 3

^ РЕКОМЕНДОВАНА ЛІТЕРАТУРА 4

ТЕМИ НАВЧАЛЬНОЇ ПРОГРАМИ 5

Тема 1. Теорія утворення й дисоціації складних хімічних сполук 5

Тема 2. Основи теорії горіння палива 6

Тема 3. Основи теорії відновлювальної плавки 7

Тема 4. Основи теорії окислювальної плавки 8

ПРИКЛАДИ РІШЕННЯ ЗАДАЧ 10

ПИТАННЯ ДО ІНДИВІДУАЛЬНИХ ЗАВДАНЬ 14

27



Підписано до друку 19.04.2010. Формат 60x84 1/16. Папір друк. Друк плоский. Облік.-вид. арк. 1,70 Умов. друк. арк. 1,68. Тираж 50 пр. Замовлення №


Національна металургійна академія України

49600, Дніпропетровськ - 5, пр. Гагаріна, 4

__________________________________

Редакційно-видавничий відділ НМетАУ



Схожі:

Розподіл навчальних годин дисципліни «Теорія металургійних процесів» за напрямом 010104 – професійна освіта iconРозподіл навчальних годин дисципліни «Теорія металургійних процесів» за напрямом 010104 – професійна освіта
Виконані індивідуальні завдання повинні бути надані для перевірки. Після вивчення дисципліни «Теорія металургійних процесів» студент,...
Розподіл навчальних годин дисципліни «Теорія металургійних процесів» за напрямом 010104 – професійна освіта iconПрофесійна педагогіка для студентів напряму 010104 професійна освіта Дніпропетровськ нметау 2010
Робоча програма, методичні вказівки та індивідуальні завдання до вивчення дисципліни «Професійна педагогіка» для студентів напряму...
Розподіл навчальних годин дисципліни «Теорія металургійних процесів» за напрямом 010104 – професійна освіта iconМетодичні вказівки та індивідуальні завдання до вивчення дисципліни «Професійна педагогіка» для студентів напряму 010104 професійна освіта
Робоча програма, методичні вказівки та індивідуальні завдання до вивчення дисципліни «Професійна педагогіка» для студентів напряму...
Розподіл навчальних годин дисципліни «Теорія металургійних процесів» за напрямом 010104 – професійна освіта iconРозподіл навчальних годин дисципліни «Металургія чавуну та сталі»
Розподіл навчальних годин дисципліни «Металургія чавуну та сталі» за напрямом 050402 ливарне виробництво
Розподіл навчальних годин дисципліни «Теорія металургійних процесів» за напрямом 010104 – професійна освіта iconМетодичні вказівки та індивідуальні завдання до вивчення дисципліни «Методика професійного навчання» для студентів напряму 010104 професійна освіта
«Методика професійного навчання» для студентів напряму 010104 професійна освіта
Розподіл навчальних годин дисципліни «Теорія металургійних процесів» за напрямом 010104 – професійна освіта iconМетодичні вказівки та індивідуальні завдання до вивчення дисципліни «Професійна педагогіка» для студентів спеціальності 6,66 010104 «Професійна освіта» заочної форми навчання
move to 0-794309
Розподіл навчальних годин дисципліни «Теорія металургійних процесів» за напрямом 010104 – професійна освіта iconМіністерство освіти І науки україни державний вищий навчальний заклад «Криворізький національний університет»
«Професійна освіта. Монтаж та експлуатація електроустаткування підприємств і цивільних споруд», 01010401 «Професійна освіта. Обслуговування...
Розподіл навчальних годин дисципліни «Теорія металургійних процесів» за напрямом 010104 – професійна освіта iconОснови педагогічної майстерності та риторики для студентів напряму 010104 професійна освіта Дніпропетровськ нметау 2010
Робоча програма, методичні вказівки та індивідуальні завдання до вивчення дисципліни «Основи педагогічної майстерності та риторики»...
Розподіл навчальних годин дисципліни «Теорія металургійних процесів» за напрямом 010104 – професійна освіта iconМетодичні вказівки та індивідуальні завдання до вивчення дисципліни «Методика професійного навчання» для студентів спеціальності 6,66 010104 «Професійна освіта» заочної форми навчання
«Методика професійного навчання» для студентів спеціальності 6,66 010104 «Професійна освіта» заочної форми навчання
Розподіл навчальних годин дисципліни «Теорія металургійних процесів» за напрямом 010104 – професійна освіта iconРозподіл навчальних годин дисципліни «Технологія металургійного виробництва» за напрямом 050702- електромеханіка

Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©zavantag.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи