Классификация ферросплавных процессов. Физико-химические основы получения ферросплавов. Производство силикокальция силикотермическим процессом. Производство углеродистого феррохрома, страница 6

G не зависит от пути процесса. При G>0 обратная реакция; G<0 прямая реакция.

Если S не значительна, то процесс может характеризоваться тепловым эффектом реакции. Это имеет место главным образом в конденсированных системах и отсутствует газообразная фаза. Для реакции с участием газовой фазы с восстановлением углерода, энтропионый член должен учитываться.

Цель термодинамики – это определение константы равновесии. Экспериментально константу определить очень сложно, поэтому для ферросплавных процессов константу равновесии вычисляют с помощью термодинамических функции.

Свободная энергия связана с константой равновесия следующим: G=RTlnC – RTlnK

Для облегчения пользования функции  обычно вводят понятие о стандартном состоянии вещества. Среднее 101,3 Па. C=1 и lnC=0. .

Константа равновесии может быть выражена через парциальное давление компонентов, молярные долы, весовые проценты и тд.

При расчетах необходимо учитывать, только те компоненты, которые находятся в газообразном виде или в растворе.

При ферросплавных процессах, металлургические системы представляют собой растворы металлов или оксидов, получение количественных характеристик термодинамических реальных процессов, связана с большими затруднениями, что связано тем что растворы не идеальны. Поэтому применение идеальных растворов теряет свою точность, за исключением сильно разбавленных растворов, где эти законны в основном соблюдаются.

С целью преодоления этих целей, введено понятие «активность» веществ, которая связана с концентрацией N коэффициентом активности y: a=y*N

Обычно активность растворенных веществ, меньше их реальных концентрации. Это объясняется тем что при растворении одного вещества в другом, однородные атомы, взаимодействуют слабее, чем разнородные.

Активность должна быть определенна экспериментальным путем.

Основная задача заключается в выборе восстановителя. Расчеты ведутся прежде всего по прочности оксида. По прочности оксида определяется изменение свободной энергии образования оксида, отнесенные к одному молю кислорода.

Восстановление оксида происходит с принципом Войкова, высшие оксиды восстанавливаются до низших, а затем до металлов. MnO₂→Mn₂O₃→Mn₃O₄→MnO→Mn

Сырые материалы и подготовка их к плавке

Для получения ферросплавов необходимы следующие шихтовые материалы: руды и концентраты, содержащие ведущий элемент, восстановители, железосодержащие элементы, флюсы и осадители (железные руды).

Руды и концентраты

Основу рудной части составляют богатые руды и концентраты богатого обогащения. Используют также и бедные руды, которые требуют сложной пирометаллургической либо химической подготовке к плавке.

Основные требования к рудам:

1)  Содержание ведущего элемента. Оно должно быть максимально высокое, от этого зависит качество получаемого сплава и технико-экономические показатели процесса.

2)  Низкое содержание вредных примесей: сера, фосфор, медь и другие

3)  Содержание этих элементов определяет не только качество получаемого сплава, но и технологическую схему передела.

4)  Для удаления серы руды и концентратов подвергают предварительному окислительному обжигу, а для удаления фосфора – пирометаллургическая переработка.

5)  Наличие пустой породы и её состав, для ошлакования пустой породы необходимо вводить дополнительно флюс, что увеличивает кратность шлака и повышает расход электроэнергии.

6)  Восстановимость руды – которая определяется минеральным составом руды, составом пустой породы, характером залегания минералов в пустой породе, пористостью и размером кусков.

7)  Оптимальный размер куска, он определяется способом производства ферросплава, размером и типом печи.

8)  Процессы в рудовосстановительных печах требуют использование более крупной руды, чем в рафинировочных.

9)  Пылеватые руды и мелкие концентраты нецелесообразно загружать в печь без принятия специальных мер, предупреждающих вынос пыли.

Восстановители углеродосодержащие материалы