ИНТЕРАКТИВНЫЙ РАСЧЁТ АКТИВНОСТИ КОМПОНЕНТОВ ШЛАКА ПО ТЕОРИИ А.Г. ПОНОМАРЕНКО

В шлаковых расплавах активности и равновесные парциальные давления компонентов оксидной фазы могут меняться в широких пределах при практически неизменном составе фазы. В связи с этим необходимы были данные, характеризующие уровень окислительно-восстановительного потенциала. Электроны всех атомов, образующих фазу, составляют единую коллективизированную систему. Термодинамически эта система характеризуется парциальной свободной энергией электронов, уровнем Ферми, являющейся наиболее общей количественной мерой окислительно-восстановительного потенциала.

Основные положения теории:

1) Компонентами шлака являются электроны и ядра атомов.

2) Электроны всех атомов, образующих расплавленный шлак, составляют единую коллективную систему.

3) Парциальная энтропия смешения представлена в виде двух составляющих, учитывающих тепловое возбуждение ядер и электронов отдельно.

А. Г. Пономаренко показал, что полное выражение для химического потенциала i-того компонента оксидной фазы должно учитывать характеристики электронной системы фазы:

Член m_i(m) может быть представлен произведением валентности i-того элемента в оксидной фазе n_i и химического потенциала электронов:

Если газовая фаза находится в равновесии с оксидной, то уровень Ферми Удобно выразить через равновесное парциальное давление кислорода.

В условиях равновесия химический потенциал кислорода в шлаке равен химическому потенциалу кислорода в газе:

m_(O)=m_O;

m_O=m^°_O+RT lnp_O;

Отсюда получается:

Если фаза мало меняет свой состав в широком диапазоне давлений кислорода, то и далее получаем:

, где A= const; n_O= -2, или

Согласно А. Г. Пономаренко активность компонента шлака может быть представлена соотношением:

где с₍_i₎—атомная доля i-го элемента в шлаке;

y_i-атомный коэффициент активности;

где k-число сортов атомов; e_ij-энергия обмена, равная

, где c_i и c_j –атомные параметры элементов i и j, их значения были табулированы
А. Г. Пономаренко с целью наилучшего совпадения расчётов по этой теории с опытом.

Светлые ячейки таблицы – это поля ввода данных (состав шлака и температура);

Зелёные ячейки таблицы – это расчётные поля или поля, содержащие константы;

Красные ячейки таблицы – это расчётные значения активности компонентов.

В данной расчётной таблице:

CaO, SiO₂, FeO, MgO, MnO, P₂O₅, Al₂O₃, TiO₂, K₂O – компоненты оксидного шлака;

Ca, Si, Fe, Mg, Mn, P, Al, Ti, K, O – атомные компоненты шлака;

М_[_i_]- мольные массы компонентов, г/моль;

% i – состав шлака в % по массе;

m_[_i_] – число молей компонентов в 100 г шлака;

Т – температура шлака, К;

n_[_i_]– число г-атомов атомных компонентов в 100 г шлака;

С_[_i_]– атомная доля атомного компонента;

W_[_i_]– атомные параметры элементов (в тексте c_i и c_j), кДж/г-ат;

е(Са-…) – значения энергий обмена (в тексте e_ij), кДж/г-ат;

А(Са-…) – значения выражений ;

y_i-атомный коэффициент активности.

Сайт создан в системе uCoz