Книжная полка Сохранить
Размер шрифта:
А
А
А
|  Шрифт:
Arial
Times
|  Интервал:
Стандартный
Средний
Большой
|  Цвет сайта:
Ц
Ц
Ц
Ц
Ц

Термодинамика и кинетика металлургических процессов: физико-химические расчеты распределения компонентов между металлом, шлаком и газом с использованием компьютерной программы «ГИББС - МИСиС»

Учебное пособие. № 2048
Покупка
Артикул: 408279.02.99
Доступ онлайн
2 000 ₽
В корзину
Учебное пособие содержит описание компьютерной программы «ГИББС -МИСиС». Представлены решения следующих физико-химических задач: термодинамика распределения элементов между металлом и шлаком, равновесие железоуглеродистых расплавов с окислительными шлаками, термодинамика обезуглероживания металла, термодинамика растворов азота в расплавах, растворимость газов в легированной стали, раскислительная способность шлака. Поясняется методика подхода к таким задачам. Соответствует программе курса «Термодинамика и кинетика металлургических процесов». Предназначено для бакалавров и магистров, обучающихся по направлению 150100 «Металлургия».
Термодинамика и кинетика металлургических процессов: физико-химические расчеты распределения компонентов между металлом, шлаком и газом с использованием компьютерной программы «ГИББС - МИСиС» : учебное пособие / Г. И. Котельников, А. В. Павлов, А. А. Толстолуцкий [и др.]. - Москва : Изд. Дом МИСиС, 2011. - 49 с. - ISBN 978-5-87623-417-9. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/1244636 (дата обращения: 13.12.2024). – Режим доступа: по подписке.
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ  
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ  
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС» 

 

 
 
 

 

 

 

 
 

 

№ 2048 

Кафедра металлургии стали и ферросплавов 

Термодинамика и кинетика 
металлургических процессов 

Физико-химические расчеты распределения 
компонентов между металлом, шлаком и газом 
с использованием компьютерной программы 
«ГИББС – МИСиС» 

Учебное пособие 

Допущено учебно-методическим объединением 
по образованию в области металлургии в качестве 
учебного пособия для студентов высших учебных заведений, 
обучающихся по направлению 150100 – Металлургия 

Москва 2011 

УДК 669.04 
 
Т35 

Работа выполнена в рамках Аналитической ведомственной целевой программы 
«Развитие научного потенциала высшей школы», проект № 2.1.2/6832. 

Р е ц е н з е н т  
канд. техн. наук, доц. П.И. Черноусов 

Авторы: Г.И. Котельников, А.В. Павлов, А.А. Толстолуцкий,  
К.Л. Косырев, А.Я. Стомахин, Д.А. Мовенко 

Термодинамика и кинетика металлургических процессов : фи- 
Т35 зико-химические расчеты распределения компонентов между 
металлом, шлаком и газом с использованием компьютерной 
программы «ГИББС – МИСиС» : учеб. пособие / Г.И. Котельников, А.В. Павлов, А.А. Толстолуцкий [и др.]. – М. : Изд. Дом 
МИСиС, 2011. – 49 с. 
ISBN 978-5-87623-417-9 

Учебное пособие содержит описание компьютерной программы «ГИББС – 
МИСиС». Представлены решения следующих физико-химических задач: термодинамика распределения элементов между металлом и шлаком; равновесие железоуглеродистых расплавов с окислительными шлаками; термодинамика обезуглероживания металла; термодинамика растворов азота в расплавах; растворимость газов в легированной стали; раскислительная способность шлака. Поясняется методика подхода к таким задачам. 
Соответствует программе курса «Термодинамика и кинетика металлургических процесов». 
Предназначено для бакалавров и магистров, обучающихся по направлению 150100 «Металлургия». 

УДК 669.04 

ISBN 978-5-87623-417-9 
© Коллектив авторов, 2011 

СОДЕРЖАНИЕ 

Введение 
4 
1  Описание компьютерной программы «ГИББС – МИСиС» 
5 
1.1  Модели расчета состояний в фазах 
6 
1.2  Активность компонентов в металлической фазе 
7 
1.3  Активность компонентов в шлаковой фазе 
8 
1.4  Уравнения системы металл – шлак – газ 
8 
1.5  Приведение системы уравнений к общему виду 
15 
1.6  Основные функции программного комплекса 
«ГИББС – МИСиС» 
23 
1.7  Методика использования программы «ГИББС – МИСиС» 24 
2  Решение физико-химических задач с помощью программы 
«ГИББС – МИСиС» 
27 
2.1  Расчет распределения элементов между металлом  
и шлаком с использованием теории регулярных ионных 
растворов (ТРИР) 
27 
2.2  Равновесие расплава Fe – C с окислительными шлаками 
30 
2.3  Термодинамика обезуглероживания металла с учетом 
одновременного образования СО и СО2 
32 
2.4  Определение растворимости азота в расплавах 
с помощью параметров взаимодействия 
37 
2.5  Вычисление растворимости азота в нержавеющей стали 
с помощью уравнения Чипмана – Корригана 
38 
2.6  Сравнение растворимости водорода и азота 
в легированной стали 
41 
2.7  Раскислительная способность шлака 
45 
Список использованных источников 
48 
 

ВВЕДЕНИЕ 

Выплавка стали является сложным процессом. Необходимо учитывать множество факторов, влияющих на проведение плавки. Человек не 
всегда в состоянии правильно предсказать ход процесса. Для этого нужен большой опыт работы. Во время быстрой плавки сталевар с трудом 
успевает справляться с управлением агрегатом. Времени на осмысление 
процесса и расчет необходимого количества ферросплавов, легирующих и шлакообразующих элементов остается очень мало. В решении 
этой задачи могут быть полезными различные системы расчетов [1–19]. 
Они позволяют автоматизировать большую часть рутинного процесса 
выплавки стали, снизить нагрузку на человека и нацелить его интеллект 
на осмысление и совершенствование технологии плавки. 
В настоящее время существует достаточно большое количество 
термодинамических моделей, описывающих металлургические расплавы и процессы. К ним относятся АСТРА (ТЕРРА), Outokumpu, 
ChemSage (FactSage), HSC, ОРАКУЛ. Они позволяют автоматизировать значительную часть термодинамических расчетов. Отрицательным моментом первых трех программ является избыточная общность 
и малая адаптируемость к реальным металлургическим системам. 
Последняя программа более предметно адаптирована, но ограничена 
в возможностях расчета. Программа удовлетворительно рассчитывает равновесие в системе металл – шлак, но с ее помощью невозможно 
рассчитать, к примеру, растворимость азота и водорода в металле 
или полный состав газовой фазы, равновесной с металлом. 
Для устранения недостатков названных моделей была разработана 
модель «ГИББС – МИСиС»*. Модель ориентирована на металлургические и, в частности, сталеплавильные процессы. С ее помощью можно 
произвести равновесные расчеты состава и массы металла, шлака и газовой фазы при заданных температуре и давлении. Модель обеспечивает: 
-  расчет активностей компонентов в металле и шлаке; 
-  учет внешнего давления в газовой фазе (избыточное или остаточное давление в вакуумном металлургическом агрегате). 
В модели приняты следующие допущения: 
- принимается, что металлургическая система состоит из трех фаз: 
металла, шлака и газовой фазы; 
- шлак представляет собой конденсированную фазу, в которой 
растворены различные химические соединения: оксиды, сульфиды, 
фториды, нитриды и др.; 
- температуры металла, шлака и газа приняты одинаковыми. 
––––––––– 
* Модель названа по имени американского физика Джозайи Уилларда Гиббса 
(1839–1903), одного из создателей термодинамики и статистической механики. 

1 ОПИСАНИЕ КОМПЬЮТЕРНОЙ ПРОГРАММЫ 
«ГИББС – МИСИС» 

Работу программы в различных режимах, устанавливаемых по 
выбору пользователя, обеспечивает система, представляющая собой 
совокупность различных по назначению взаимосвязанных частей. 
Взаимодействие основных блоков системы «ГИББС – МИСиС» 
представлено на рисунке 1.1. 

 

Рисунок 1.1 – Структура взаимодействия блоков системы 

Из рисунка 1.1 видно, что термодинамический блок обеспечивает 
расчет равновесного состава металла, шлака и газовой фазы. Основные 
условия ведения плавки (расчета) вводятся через управляющий блок. 

1.1 Модели расчета состояний в фазах 

Широкий диапазон областей применения методов термодинамики 
обусловливает разнообразие применяемых моделей, используемых 
для исследования равновесных состояний и процессов. Наиболее 
распространенной из них является идеальная модель, в основу которой положены допущения о том, что поведение газовой фазы описывается уравнением состояния идеального газа и все растворы являются идеальными. Однако в металлургии существуют задачи, для 
решения которых необходимо использовать более сложные модели. 

Управляющий 
блок

Термодинамический
 
блок

Состав 
металла,
шлака, газа

Константы
равновесия 

Коэффициенты
активности

Параметры
взаимодействия

Время

Электроэнергия

Материалы

............. 

Кислород

Доступ онлайн
2 000 ₽
В корзину