【正文】 8θm, )( ??????? TTTHHv iTi －生成物 ＋＝當 T=1691~1933K 當 ?T 1691K 時， 685190)( ,θm , 29 8θm , 16 91 ＝生成物ii HHv ?? 1m olJ ?? 由上述計算可以看出， 29 8 K 時 Mg （ s ）還原 T i Cl 4 （ g ），反應(yīng)放出的熱量（－ 51 k J ）大于加熱生成物 2M g Cl 2 ( l ) 和 Ti?? 到 1 691K 所吸收的熱量（ 372. 7 3k J ），但小于加熱生成物Ti?? 和 2M gCl 2 ( g) 到 1691K 氣化所需吸收的熱量（ 685. 1 9kJ ）。因此，最高反應(yīng)溫度介于M gCl 2 液態(tài)與氣 化溫度之間，即生成物的最終溫度為 169 1K 。 169 1)(169 1169 1ma x ?????T用內(nèi)插法說明 =1691K 14 （ 2） 計算當 TiCl4(g)和 Mg均預(yù)熱到 1000K，再使其接觸引發(fā)反應(yīng)，所能達到的最高反應(yīng)溫度 Mgθm, 2 9 8θm, 1 0 0 0TiClθm, 2 9 8θm, 1 0 0 0,θm, 2 9 8θm, 1 0 0 0 )(2)()(4 HHHHHHv ii －＋－＝反應(yīng)物??=13 1 .2 7 1mo lkJ ?? 2MgClθm, 2 9 8θm,Tiθm, 2 9 8θm,θm, 2 9 8θm, )(2)()( HHHHHHv TTiTi －＋－＝生成物??=+ =65 0 .9 3 1mo lkJ ?? 15 用試差法計算最高反應(yīng)溫度。 若生成物加熱至 T=1600K時，則 ＝－＋－2Mg Clθm , 29 8θm , 16 00Tiθm , 2 9 8θm , 16 0 0 )(2)( HHHH 35 3. 06 1m olkJ ?? ，此值小于 65 0. 93 1mo lkJ ?? 若生成物加熱至 T=1700K時，則 ＝－＋－2Mg Clθm , 29 8θm , 17 00Tiθm , 2 9 8θm , 17 0 0 )(2)( HHHH 68 6. 54 1m olkJ ?? ，此值大于 65 0. 93 1mo lkJ ?? 因此，生成物的最高反應(yīng)溫必定在 1600～ 1700K之間，用內(nèi)插法計算此溫度： T m a x = )16001 7 0 0( 5 5 －－?+ 1600 = 168 9 K 16 鎂熱還原 TiCl4制取海綿鈦的反應(yīng)，若不排出余熱，反應(yīng)所能達到的最高理論溫度已接近 MgCl2的沸點（ 1691K），遠超過了 Mg的沸點。 反應(yīng)開始后，排出余熱是控制工藝過程的重要條件之一。 在生產(chǎn)實踐中，鎂熱還原 TiCl4工藝通?？刂圃?900℃ 左右，防止了鎂的蒸發(fā)和高溫下 Ti與反應(yīng)器作用生成 FeTi合金。 17 氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼過程所需的熱量來源 : (1) 加入轉(zhuǎn)爐內(nèi) 1350℃ 左右的鐵水帶來的物理熱 (2) 主要是在吹煉過程中，鐵水中各元素［ C］、［ Si］、［ Mn］、［ P］、［ Fe］等氧化反應(yīng)放出的化學熱。 雖然爐渣、爐氣、爐襯等升溫消耗一定熱量，但過程產(chǎn)生的化學熱仍過剩。因此，在氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中要加入冷卻劑，借以消耗多余的熱量。 煉鋼過程中元素氧化發(fā)熱能力計算 18 例題 14 要計算鐵水的總化學熱，必須了解各元素氧化發(fā)熱能力。當轉(zhuǎn)爐開吹后，吹入 298K的氧，溶解在鐵水中［ Si］、［ Mn］優(yōu)先氧化，并釋放化學熱，使鐵水溫度升高。當爐溫達到 1400℃ 左右時，大量溶解在鐵水當中的［ C］開始氧化，約 90％的［ C］被氧化成 CO， 10％被氧化成 CO2?，F(xiàn) 以［ C］氧化成 CO為例，計算當鐵水中碳由 w[C]為 1％降至 ％將使煉鋼熔池溫度升高多少度 ?并計算添加廢鋼的冷卻效果。 19 解 : 該問題屬非等溫條件下焓變的計算 (1) 計算［ C］氧化放出的熱量 1673298 21 6 73COO21[ C] r?? ???? H 1H? 1673C 3H? 4H? 2H? 829θ298r298 2298 COO21C ???? ???? H4θ298r21r HHHHH ?????????20 由熱力學數(shù)據(jù)表查得：1H?＝－ 21 .3 4k J ；用表中 14 00 K 、 1800K 的數(shù)據(jù)，以線性內(nèi)插求出 ??2H— 27 .5 7k J ； ??3H 0 ； ??θ298rH － 1 10 . 4 6 kJ ；用線性內(nèi)插法求出 ?? 4H 45 .0 6k J 。將這些數(shù)據(jù)代入上式計算得 ?? Hr－ 1 14 .3 1k J 。 將 1 m o l ［ C ］氧化放熱量折合成 1kg ［ C ］的放熱量 39。H? 39。 ?????? H kJ 21 (2) 計算氧化 1％ C時，煉鋼熔池溫升值 碳氧化所產(chǎn)生的化學熱不僅使鋼水升溫，而且也使爐渣、爐襯同時升溫。通常，渣量（ Q sl ）約為鋼水量（ Q st ）的 15 ％，被熔池 加熱部分爐襯（ frQ ）約為鋼水量的 10 ％，并忽略其他的熱損失。 已知：鋼水比定壓熱容 c p , s t = 4 kg )kJ /( K ? ，渣與爐襯比定壓熱容 c p , s l , f r = 3 kg )kJ /( K ? ，熱平衡方程為 ?? 39。HQst?cp,st?T+( Qsl+ Qfr) cp,sl,fr?T 將有關(guān)數(shù)據(jù)代入上式 , 得 ?? T 84K , 即氧化 1 ％ C 可使煉鋼熔池的溫度升高 84 度。因此，碳氧化使 w [ C] 由 1% 降至 ％，可使熔池溫度升高 度。 22 (3) 計算冷卻劑的冷卻效應(yīng) 冷卻劑通常有廢鋼、礦石、氧化鐵皮等。冷卻效應(yīng)是指加入 1 kg 冷卻劑后，在熔池內(nèi)能吸收的熱量。下面計算加入 1kg 、 29 8K 的廢鋼升溫到煉鋼溫度 187 3K 所吸收的熱量（ H? ）。 巳知：廢鋼的比定壓熱容 c p , s cr ＝ 0 .69 9 kg )kJ /( K ? ；鋼水比定壓熱容 c p , s t ＝ 3 7 kg )kJ /( K ? ，廢鋼在 1 77 3K 熔化，其熔化焓 ?? Mf u s H 27 1. 96 kJ 。 吸收熱量 )()298( Mst,Mf u sMsc r, TTcHTcH pp ????????? H 1 3 8 6 .6 9 k J 23 選擇性氧化 — 奧氏體不銹鋼的去碳保鉻 奧氏體不銹鋼是一種重要的金屬材料，其特點是具有良好的抗晶間腐蝕能力。其含碳量越低，抗腐蝕能力越強。 奧氏體不銹鋼的一般鋼號為 1Cr18Ni9（ Ti），即，C≤%， Cr17%～ 19%， Ni8%～ %， Mn1%～ 2%，S≤%， P≤%。 鋼號為 0Cr18Ni9的不銹鋼， C≤%。 對于超低碳優(yōu)質(zhì)不銹鋼， C≤%。 24 第一個階段 — 配料熔化法（ 1926年～上一世紀 40年代） 方法特點 就是使用各種低碳原料，如工業(yè)純鐵、純鎳、低碳鉻鐵及低碳廢鋼等。按鋼號要求事先配好料，然后在電爐內(nèi)熔化生產(chǎn)不銹鋼。所以該法在電爐中只是個單純的熔化過程。 25 由于在熔化過程中，電極會向熔池滲碳，因此必須使用低碳原料。 配料熔化法存在如下兩個主要問題 : （ 1）不能使用不銹鋼返回料。不銹鋼生產(chǎn)中會產(chǎn)生大約30%～ 50%的返回料。 如果使用這些返回料，那么由于熔化過程中，電極會向熔池滲碳 %左右，因此將造成鋼水中含碳量超標。 （ 2）如果使用返回料，不能用鐵礦石氧化去碳。 在當時，吹氧氧化去碳技術(shù)還未產(chǎn)生，氧化劑主要是鐵礦石。然而，若想使用返回料，用鐵礦石作氧化劑，只會造成鉻的大量氧化，而碳并不氧化，從而達不到去碳保鉻的目的。 ?? 26 第二個階段 — 返回吹氧法（ 1939年） 該法在 1939年由美國發(fā)明，稱為不銹鋼冶煉史的一次革命。 該法的優(yōu)點 是可以使用返回料，并 通過吹氧的方法達到去碳的目的 ?? 27 該法同樣存在下面兩個問題 : （ 1）吹氧時，鋼水中的 [Cr]也要氧化一部分，大約 2%～ %，造成一定的浪費。 （ 2）配料時 Cr不能一次配足。 即，生產(chǎn) 1Cr18Ni9不銹鋼時，Cr不能一次配到 18%，而只能配到 12%～ 13%。 ?? 這樣停吹后，由于吹氧損失 2%～ %的 Cr，熔池中含 Cr只有10%左右。所以必須在氧化期末補加一定量的低碳鉻鐵，從而提高了生產(chǎn)成本。 28 第三個階段 — 高碳真空吹煉法 60年代發(fā)展起來的一種新方法，被稱為不銹鋼冶煉史上的新紀元。 該工藝具有如下四個特點： （ 1）原材料不受任何限制，