Основные реакции и процессы сталеплавильного производства

1. Термодинамика сталеплавильных процессов

Металлургия стали в настоящее время не является уже чисто прикладной наукой, "сборником технологических рецептов", каким она была несколько десятков лет назад. Сейчас не­возможно не только развитие и совершенствование сталепла­вильных процессов, но и получение качественной стали без использования данных современной науки, и прежде всего физической химии, физики, теплотехники, металлографии.

В ходе сталеплавильных процессов выделяется (или по­глощается) теплота, достигается (или нарушается) равнове­сие протекающих реакций, лучистая энергия факела или эле­ктрической дуги превращается в тепловую и происходят дру­гие энергетические процессы. Науку, изучающую законы теп­лового равновесия и превращения теплоты в другие виды

анергии, называют термодинамикой. Химическая термодинами­ка изучает равновесие химических реакций, их тепловые эф­фекты. Обычно сталеплавильный агрегат представляет собой довольно сложную систему. Для характеристики системы ис­пользуют величины, называемые параметрами состояния и па­раметрами процесса.

Параметры состояния- величины, служащие для характе­ристики состояния системы (давление, объем, температура, концентрация).

Параметры процесса — величины, характеризующие про­цесс, т.е. изменение системы, связанное с изменением па­раметров состояния. К их числу относятся энтальпия¹, эн­тропия², энергия Гельмгольца, энергия Гиббса.

В 1882 г. известный немецкий ученый Гельмгольц ввел понятия "свободной энергии" (энергия Гельмгольца) и "свя­занной энергии". Энергия Гельмгольца А определяется через внутреннюю энергию U (энергия движения молекул, внутри­молекулярного движения атомов, их взаимодействия, энергия движения электронов и т.п.), энтропию S и температуру Т равенством

А = U - TS.

Энергию Гельмгольца называют "свободной энергией при по­стоянном объеме"; также используют название "изохорно-изотермический потенциал" (сокращенно "изохорный потен­циал").

Сталеплавильные процессы обычно протекают при давлени­ях, близких к постоянным (т.е. являются изобари­ческими); для оценки этих процессов используют па­раметр G, предложенный американским ученым Гиббсом, опре­деляемый через энтальпию Н:

G = H-TS.

Энергия Гиббса связана с энергией Гельмгольца соотно­шением

G = A + pV,

где р— давление, V— объем.

----------------------