Giáo trình Lý thuyết các quá trình luyện kim - Chương 1

Lời nói đầu Lý thuyết các quá trình luyện kim phát triển học thuyết về nhiệt động học, động học của các quá trình, lý thuyết dung dịch, các hiện tượng bề mặt, lý thuyết cấu tạo chất. Các giả thuyết kinh điển về lý thuyết cân bằng, ảnh hưởng của nhiệt độ, nồng độ... đều được mô tả gắn liền với các phản ứng luyện kim cụ thể cuả sự cháy, sự khử cacbon, oxi, lưu huỳnh, phôtpho, của sự hoà tan các khí trong kim loại và gắn liền với các quá trình khử khí, khử tạp chất...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình Lý thuyết các quá trình luyện kim - Chương 1 GS.TSKH Bïi V¨n Mu (Chñ biªn)PGS.TS NguyÔn V¨n HiÒn. PGS.TS NguyÔn KÕ BÝnh. PGS.TS Tr¬ng Ngäc ThËn Lý thuyÕt c¸c qu¸ tr×nh luyÖn kim Hµ Néi, 9 - 2006 Nhµ xuÊt b¶n khoa häc kü thuËt Lêi nãi ®Çu Lý thuyÕt c¸c qu¸ tr×nh luyÖn kim ph¸t triÓn häc thuyÕt vÒ nhiÖt ®éng häc, ®énghäc cña c¸c qu¸ tr×nh, lý thuyÕt dung dÞch, c¸c hiÖn tîng bÒ mÆt, lý thuyÕt cÊu t¹ochÊt. C¸c gi¶ thuyÕt kinh ®iÓn vÒ lý thuyÕt c©n b»ng, ¶nh hëng cña nhiÖt ®é, nång®é... ®Òu ®îc m« t¶ g¾n liÒn víi c¸c ph¶n øng luyÖn kim cô thÓ cu¶ sù ch¸y, sù khöcacbon, oxi, lu huúnh, ph«tpho, cña sù hoµ tan c¸c khÝ trong kim lo¹i vµ g¾n liÒn víic¸c qu¸ tr×nh khö khÝ, khö t¹p chÊt phi kim. Gi¸o tr×nh nµy bao gåm ngoµi nh÷ng phÇn truyÒn thèng nh lý thuyÕt ch¸y, sùt¹o thµnh vµ ph©n ly c¸c hîp chÊt kim lo¹i, lý thuyÕt vÒ hoµn nguyªn vµ oxi ho¸, cßncã nh÷ng häc thuyÕt hiÖn ®¹i vÒ cÊu tróc c¸c chÊt nãng ch¶y cña xØ vµ kim lo¹i láng,t¬ng t¸c gi÷a chóng víi m«i trêng khÝ, sù kÕt tinh cña c¸c hîp kim láng, sù tinhluyÖn vµ nh÷ng øng dông lý thuyÕt vµo c¸c lÜnh vùc luyÖn kim ë nhiÖt ®é cao. Lý thuyÕt c¸c qu¸ tr×nh luyÖn kim lµ mét khoa häc c¬ së vÒ ho¶ luyÖn. NãchuÈn bÞ ®Ó ®éc gi¶ tiÕp tôc ®i s©u vµo c¸c gi¸o tr×nh chuyªn ngµnh cô thÓ nh c«ngnghÖ luyÖn gang, luyÖn thÐp, hîp kim, c¸c kim lo¹i mµu vµ c«ng nghÖ ®óc... QuyÓn s¸ch nµy gåm 8 ch¬ng: 1. Qu¸ tr×nh ch¸y nhiªn liÖu. 2. Qu¸ tr×nh ph©n ly oxit, cacbonat vµ sulfua kim lo¹i. 3. Hoµn nguyªn oxit kim lo¹i. 4. CÊu tróc, tÝnh chÊt cña xØ vµ kim lo¹i láng. 5. C¸c qóa tr×nh oxi ho¸, khö oxi trong luyÖn kim. 6. Tinh luyÖn thÐp ngoµi lß. 7.Ph¬ng ph¸p tinh luyÖn b»ng ®iÖn xØ. 8. NÊu luyÖn vµ tinh luyÖn b»ng ph¬ng ph¸p Plasma. §©y lµ gi¸o tr×nh quan träng ®Ó ®µo t¹o kü s luyÖn kim, kü s khoa häc vµc«ng nghÖ vËt liÖu vµ lµ tµi liÖu tham kh¶o cho häc viªn sau vµ trªn ®¹i häc, cho küs, c¸n bé nghiªn cøu khoa häc vµ c¸n bé qu¶n lý ngµnh luyÖn kim vµ c¸c ngµnhkh¸c cã liªn quan. QuyÓn s¸ch cña tËp thÓ c¸n bé gi¶ng d¹y ®Çu ngµnh Trêng ®¹i häc B¸chKhoa Hµ Néi biªn so¹n, do GS. TSKH Bïi V¨n Mu chñ biªn vµ ph©n c«ng biªn so¹nnh sau: GS.TSKH Bïi V¨n Mu : ch¬ng 4,6,7 vµ 8. PGS.TS NguyÔn V¨n HiÒn: ch¬ng 1 vµ 3. PGS.TS Tr¬ng Ngäc ThËn: ch¬ng 2. PGS.TS NguyÔn KÕ BÝnh : ch¬ng 5. MÆc dï c¸c t¸c gi¶ ®· cã nhiÒu cè g¾ng, song cuèn s¸ch khã tr¸nh khái ®îcthiÕu sãt. RÊt mong ®îc ®éc gi¶ gãp ý phª b×nh. Th gãp ý xin göi vÒ Nhµ xuÊt b¶nKhoa häc kü thuËt - 70 TrÇn Hng §¹o - Hµ Néi. Chóng t«i xin ch©n thµnh c¶m ¬n. C¸c t¸c gi¶. CHƯƠNG 1 QUÁ TRÌNH CHÁY NHIÊN LIỆU1. 1. Mở đầu Các quá trình luyện kim phần lớn đều tiến hành ở nhiệt độ cao trong các thiết bị luyện kimb ằng cách đốt nhiên liệu, tức là gây ra sự cháy. Tùy theo loại nhiên liệu (rắn, lỏng hay khí) vàp hương pháp đốt cháy mà ta được sản phẩm cháy có tính oxy hóa hay tính ho àn nguyên thích hợpvới yêu cầu công nghệ của quá trình luyện kim. Do đó sự cháy chẳng những đảm bảo cho lò luyện kim có nhiệt độ cao mà còn tạo ra sảnp hẩm cháy có tính chất cần thiết để tham gia tích cực vào các phản ứng luyện kim trong lò. Ví dụ: Quá trình hoàn nguyên oxít kim loại yêu cầu sản phẩm cháy phải có tính khử để thựchiện phản ứng : MeO + CO = Me + CO2 hay MeO + H2 = Me + H2O Nếu quá trình đó là oxy hóa các tạp chất trong kim loại lỏng thì yêu cầu sản phẩm cháy phảicó tính oxy hóa để thực hiện phản ứng : [X] + CO2 = (XO) + CO hay [X] + H2O = (XO) + H2 Nh ư vậy trong hỏa luyện, sự cháy của nhiên liệu chẳng những là nguồn cung cấp nhiệt màcòn tạo ra một trường cần thiết để tiến hành quá trình luyện kim. Vì vậy cường hóa quá trình cháylà một biện pháp chủ yếu để cường hóa quá trình luyện kim. Một trong những biện pháp đó là dùngkhí giàu oxy trong quá trình hỏa luyện. Những phản ứng cháy khí có ý nghĩa quan trọng đối với quá trình hỏa luyện là phản ứngcháy CO, H2. Những phản ứng cháy nhiên liệu rắn có ý nghĩa quan trọng đối với quá trình hỏaluyện là phản ứng cháy cacbon. Nhiên liệu dùng trong luyện kim cần đạt những yêu cầu sau đây: - Có hiệu ứng nhiệt lớn. - Giá thành rẻ. - Sản phẩm khi tạo thành do quá trình cháy không có hại đến sản phẩm phản ứng mà tíchcực tham gia vào quá trình luyện kim.1.2. NhiÖt ®éng häc cña ph¶n øng ch¸y khÝ1.2.1. Ch¸y oxit cacbon (CO) KhÝ oxit cacbon lµ thµnh phÇn chñ yÕu cña nhiªn liÖu khÝ. Trong luyÖn k im CO cã hai c«ngdông: §èt ch¸y ® ...