北京科技大学 冶金物理化学 第二章 作业答案汇编

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计算氧气转炉钢熔池(受热炉衬为钢水量的10%)中，每氧化0.1%的[Si]使钢水升温的效果。若氧化后SiO 2与CaO 成渣生成2CaO •SiO 2（渣量为钢水量的15%），需要加入多少石灰（石灰中有效灰占80%），才能保持碱度不变（0.81kg ）,即;增加的石

灰吸热多少?(答案：1092.2kJ)欲保持炉温不变，还须加入矿石多少kg?

已知：2229822;97.07kJ/mol r SiO CaO CaO SiO H +=•∆=- 钢的比定压热容p,0.84kJ /(K kg)st C =；炉渣和炉衬的比定压热容

p,, 1.23kJ /(K kg)

sl fr C =;矿石的固态平均比热容p,ore 1.046kJ /(K kg)C =;矿石熔化潜热

fus ore 209.20/H kJ kg ∆=; 2r [Si]2[O](SiO ) ; H -600kJ/mol +=∆≈

221r [Si]O (SiO ) ;H = 28314kJ/kgSi , H 792.792kJ/mol +=∆-∆≈-

解： 221

[Si]O (SiO ) ;H = 28314kJ/kgSi +=∆-

硅氧化所产生的化学热不仅使钢水升温，而且也使炉渣、炉衬同时升温。忽略其他的热损失。设有钢水质量m st ,根据

p,p,p,()st st sl sl fr fr Q c m c m c m t =++∆

11p,p,p,p,p,p,11

p,p,p,p,p,p,0.1%0.1%0.1% 10%15%(10%15%)

0.1%28314

= 0.84 1.2310%st st st sl sl fr fr st st sl sl fr fr st st st st sl st fr st st st sl fr m H Q

t c m c m c m c m c m c m m H m H c m c m c m m c c c ⨯⨯∆∆==

++++⨯⨯∆⨯⨯∆=

=

⨯+⨯⨯+⨯⨯⨯+⨯+⨯⨯+⨯+- 1.2315% = 24.67 K ⨯-，升温

硅的氧化反应是放热反应，所以钢水升温约24.67K 。

方案一：

过剩碱度：氧化后SiO 2与CaO 成渣生成2CaO •SiO 2,即渣中的（CaO ）减少，碱度减小，减少的量是与氧化后SiO 2结合CaO 的量。所以需要增加石灰，使得碱度不变。

工程碱度：氧化后的SiO 2使得(SiO 2)增多，（CaO ）不变，碱度减小，所以需要增加石灰。

2(CaO)

3(SiO )

w R w =

=

(CaO)(CaO)

2200

(CaO)

00(SiO

)

(SiO

)

3lim (CaO)0.1%

230.1%0.1%55

80%=

22565104284

=1000kg,5kg st CaO Si

st st e CaO st

Si st m w M w w M R w w m m w w M m M m -⨯-

⨯⨯+=

==

⨯⨯=÷⨯⨯⨯=⨯⨯⨯=⨯如果则新增石灰为。

方案二：[Si]氧化成（SiO 2）,增加的SiO 2量为

2

2

SiO SiO 0.1%m st Si

m M M ⨯=⨯,根据碱度

,要使碱度不变，CaO 需要增加3倍的生成SiO 2量。

则223CaO SiO SiO 0.1%

m =3m 80%380%8.03610st st Si

m M m M -⨯÷=⨯

⨯÷=⨯

2229822;97.07kJ/mol r SiO CaO CaO SiO H +=•∆=-

氧化热、成渣热、石灰吸热

2[Si]11(SiO )222p,p,p,=0.1%= 28.314/kg 0.1%0.1%

n =97.07/ 3.4667/kg 0.028/+28.3143.4667

=

0.84 1.2310% 1.23st st st st st Si st st sl sl fr fr

Q m H m H m kJ m m Q H H kJ mol m kJ M kg mol

Q Q t c m c m c m =∆⨯⨯∆⨯⨯=∆⨯∆=⨯=∆=

+++⨯+⨯氧化成渣成渣氧化

-，放热（-）-，放热--lime ,lim lim 3lime 27.69615%

0.90/(K )0.005(T 27.69298)7.185/,=1000kg,T=1873K =7185.

p e e st st st K K Q c m t kJ kg m K K m kJ kg m Q kJ ==∆=⨯⨯+-=-，升温

吸热当时，欲保持恒温

lime ore ,ore M fus p,st M ++m (c (T 298)H c (T 298))=0p Q Q Q +⨯⨯-+∆+⨯-氧化成渣

M T 为矿石的熔点。以Fe2O3为例，熔点M T =1838K=1465℃。设矿

石融化后后，刚好保持体系温度不变。则：则

lime

ore ,ore M fus p,ore M -3+m c (T 298)H c (T T )

28.314 3.46677.185

= 1.046(1873298)209.20

=9.53910p st

st

Q Q Q K m m +=-⨯-+∆+⨯---+-

⨯⨯-+⨯氧化成渣

当m st =1000kg,需加入矿石9.539kg.

2(CaO)

3(SiO )

w R w =

=