Ответы на экзаменационный билет № 10, одно из заданий которого требует указать способы получения стали

Билет 10

1.  2(PbO)+ [PbS]= 3[Pb] + SO₂↑

P_SO2 = 0,5 атм.

a_PbO = 0,3

a_Pb = 1

T = 1500 K

M_Pb = 207,2, M_S = 32,6г/моль

Определить остаточную концентрацию PbS в свинце.

Решение:

ΔG^o _PbO = -181000 + 68 × 1500 К = - 79000 Дж/моль

ΔG^o _PbS = -144200 + 72,1 × 1500 К = - 36050 Дж/моль

ΔG^o _SO2 = - 361320 + 72,6 × 1500 K = - 252420 Дж/моль

Вычислим изменение стандартной энергии Гиббса реакции  при температуре 1500К:

ΔG^o = ΔG^o _SO2 – (2ΔG^o _PbO + ΔG^o _PbS) = -252420 + 2×79000+36050 = -58370 Дж

ΔG^o = -RTlnK_p

ln K = -ΔG^o/RT = - (-58370)/8,31×1500 = 4,68

K = 107,77

Запишем выражение константы равновесия реакции:

K =

107,77 = 

a_PbS =  

a_PbS = X_PbS Þ X_PbS

m% PbS =

3.  Способы получения стали

Существуют два способа получения стали:

- бессемеровский

- томасовский

При получении стали в качестве исходного продукта используется чугун. И из него выжигается углерод за счет подачи воздуха. По времени конвертирования можно определить остаточное содержание углерода.

Бессемеровский способ:

при этом способе конвертер футеруют кислыми огнеупорными материалами, которые могут разъедаться основными шлаками. Поэтому таким способом перерабатывают кремнистые чугуны, дающие кислый шлак. В бессемеровском способе можно наблюдать 3 периода работы конвертера:

1)  окисление Si,Mn,Fe и образование кислого шлака.

2)  после выгорания Si и Mn происходит окисление С и сгорание примесей.

3)  в 3-ем периоде происходит полное выгорание Si,Mn,C и начинается сильное окисление Fe.

Затем в конвертер вводят раскислители, что уменьшает содержание О в Ме. И после раскисления сталь сливают.

Таким способом перерабатывают чугуны с высоким содержанием Si и низким содержанием S и Р.

При томасовском способе перерабатывают чугун с низким содержанием Si и высоким содержанием S и Р. В этом способе в конвертер загружают сначала известь, а затем заливают чугун. В конвертере образуется известковый шлак, необходимый для извлечения и связывания Р. В этом способе продувка чугуна чистым кислородом осуществляется не с днища (как в бессемеровском), а сверху. Это уменьшает угар и улучшает качество стали. Вводимый сверху кислород способствует сгоранию окиси С).

4.  Bi₁₂ZnO_19-x

Уравнение Аррениуса:

Ď = Ď_о ехр(-ΔЕ_D/RT)

ln Ď = ln Ď_o – ΔЕ_D/RT × (1/T)

y = a – bx

T,K	104/T, K-1	Ď´107 см2/с	ln Ď (см2/с)
950	10,5	8,30	18,23
1000	10	12,4	18,63
1050	9,52	13,7	18,73
1100	9,09	22,6	19,23
1150	8,70	30,5	19,53

tga = =0,51×10⁴

tga = ΔE_D/R

0,51×10⁴ = ΔE_D/8,31

ΔE_D = tga×R = 0,51×10⁴K×8,31 Дж/моль×К = 4,24×10⁴ Дж/моль

Ď_о = Ď ехр

Ď_о = 8,30×10⁷× ехр

Ď =

Между коэффициентом химической диффузии и коэффициентом самодиффузии существует различие, это различие довольно большое и достигает нескольких порядков, поэтому значения Ď_о  и Ď могут оказаться очень высокими.

Химическая диффузия – это диффузионный процесс в химическом поле, при котором градиент химического потенциала отличается от нуля.