Файл: Строганов, А. И. Производство стали и ферросплавов учебник для металлургических техникумов.pdf

туры химическое соединение, как правило, вновь образуется из про­ дуктов его диссоциации.

В печной атмосфере практически любого металлургического агре­ гата, в том числе и электрической печи, в том или ином количестве

присутствует водяной пар, окись и двуокись углерода. Реакции диссоциации окислов углерода описываются уравнениями:

Величина AZr этих реакций приведена в табл. 9, а на диаграмме рис. 51 представлено графически изменение AZr в зависимости от температуры.

Как отмечалось раньше, чем меньше значение изменения изобарно­ изотермического потенциала той или иной реакции, тем прочнее образующиеся продукты реакции, тем более вероятно протекание

126

реакции в сторону образования этих продуктов. Поэтому следует ожидать, что образование СО по реакции (XI-1) с повышением тем­ пературы получит преимущественное развитее, т. е. с повышением температуры сродство кислорода к углероду для образования СО увеличивается.

Значение AZT для реакции (XI-4) диссоциации С 02 с образова­ нием С и 0 2 незначительно изменяется с возрастанием температуры. В то же время при температуре выше 700° С в присутствии твердого углерода и кислорода предпочтительно будет образовываться СО, а не С 02.

2.СТЕПЕНЬ ДИССОЦИАЦИИ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА

ИВОДЯНОГО ПАРА

Количественно процесс диссоциации характеризуется степенью диссоциации а, т. е. количеством продиссоциированных молекул исходных веществ, выраженном в процентах или в долях от перво­

0,1 МН/м2 (1 ат), то парциальное давление отдельных газов будет составлять:

Аналогичные рассужденид для реакции диссоциации водяного пара 2Н 20 = 2Н 2 + О при степени его диссоциации а Н2о позво­ ляют записать следующее выражение для константы равновесия этой реакции:

127

Прямое решение кубического уравнения громоздко. Поэтому обычно пользуются методом приближения. В частности, при не­ больших степенях диссоциации, когда (1 — а) 1 и (2 + а) ^ 2, получаем:

Из приближенных значений констант диссоциации водяного пара и углекислого газа получим

Отсюда видно, что степень диссоциации С 02 и Н 20 обратно про­ порциональна корню кубическому из общего давления газа и прямо пропорциональна константе равновесия реакций. Константа равно­ весия этих реакций возрастает с повышением температуры. Поэтому степень диссоциации водяного пара и углекислого газа также уве­ личивается с повышением температуры.

В табл. 10 приведены вычисленные значения степени диссоциа­ ции Н 20 и С 02 при разных температурах и давлении. Заметно дис­ социация этих газов происходит при температурах выше 2000 К.

В зоне дуг в электропечи температура достигает 3000—3500° С, т. е.

впечной атмосфере следует ожидать значительную диссоциацию водяного пара и углекислого газа.

Т А Б Л И Ц А 10

ДИССОЦИАЦИЯ со2 И н2о, %

углерод окисляется за счет С 02 с поглощением тепла. Этот процесс развивается при горении твердого углерода в слое и играет большую роль в шахтных печах, например в верхних горизонтах доменных печей. Обратный процесс описывает разложение окиси углерода с выделением сажистого углерода (реакция XI-2).

128

с учетом преимущественного протекания того или иного процесса

Двуокись углерода в присутствии твердого углерода в этой области неустойчива и должна переходить в окись углерода.

При газификации топлива и в восстановительных процессах с твер­ дым углеродом в той или иной степени принимают участие водяной

Значения изменения изобарно-изотермического потенциала этих реакций приведены в табл. 9.

В соответствие с принципом Ле-Шателье с повышением темпера­ туры обе реакции смещаются вправо, т. е. в сторону образования окислов углерода и водорода. Как показывают расчеты, при темпера­ туре 810° С сродство водяного пара к углероду оказывается та­ ким же, как и углекислого газа. В то же время в интервале темпера­ тур 400—1100° С обе рассматриваемые реакции обратимы, т. е. во­ дяной пар не реагирует до конца с углеродом. При высоких темпера­ турах (выше 1100° С) водяной пар практически исчезает преимуще­ ственно по реакции (XI-13). В то же время в области низких темпера­ тур (ниже 400° С) водяной пар практически не реагирует с углеродом.

4. УПРУГОСТЬ ДИССОЦИАЦИИ ОКИСЛОВ, КАРБОНАТОВ, СУЛЬФИДОВ

В металлургии находят широкое применение карбонаты (угле­ кислые соли) таких металлов, как кальция, магния, железа и т. д. При обжиге карбонатов они разлагаются на окисел металла и дву­ окись углерода:

Обе реакции по сути дела описывают процесс диссоциации в пер­ вом случае углекислых солей, во втором — окислов. Процесс диссо­ циации протекает и при переработке сульфидных руд:

Концентрация твердых веществ во всех реакциях равна единице. Поэтому константы приведенных реакций запишутся следующим образом:

Кр Рс02» К'р Ро2, К"р PS2-

Равновесное парциальное давление двуокиси углерода в первой реакции, кислорода во второй и серы в третьей называется соот­ ветственно упругостью диссоциации карбонатов, окислов и суль­ фидов.

Упругость диссоциации, так же как и изменение изобарно-изо­ термического потенциала, может служить мерой относительной проч­ ности соответствующих соединений. Поскольку величину упругости соответствующего газа, т. е. парциального давления углекислого газа, кислорода и паров серы, легче физически представить, чем величину AZ, то этот показатель сродства находит широкое приме­ нение при анализе металлургических процессов.

В табл. 11 приведены значения упругостей диссоциации неко­ торых окислов при температуре 1600° С. Исключительно низкие зна­ чения ро, окислов по сравнении с парциальным давлением кислорода

130