Activities of constituents in metallurgical slags on the basis of Margules equations

• Autorzy: Jowsa, J. , Derda, W.

Warianty tytułu

PL

Aktywności składników w żużlach metalurgicznych na podstawie zastosowanych równań Margulesa

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Complex thermodynamic calculations are contemporarily performed using specialist computer software. An integral part of such systems are databases with thermochemical data. The computer system TERMO, developed at the Chair of Extraction and Recycling of Metals of the Technical University of Czestochowa. comprises an extensive database containing thermochemical data for substances useful in metallurgy, including those for slag solutions. The database contains among other things, data and parameters for such models of the thermodynamic description of slags, as Gaye’s model and the regular solutions model. These models are used for the calculations of equilibrium states in heterogeneous systems. It has been found based on the experience gained that these models are characterized in certain cases by a little accurate description of the activities of constituents, which is particularly true for systems with highly diverse interactions in acid slags. Therefore, a proposal is put forward in this study to represent deviations from ideality (in binary and ternary slag solutions) using Mar gules polynomials, as against results obtained using the regular solutions model. The Margules model relies on using the expansion of the polynomial of constituent concentrations (up to a specific degree) for the description of the excess free enthalpy of solution, on the assumption that the expression for GE reaches the value of zero when the mole fractions of the constituents of that solution are equal to unity. The form of the Margules polynomial should constitute an optimum of the precision of description and the level of its complexity. For the description of the excess free enthalpy of the binary solution, a fourth-degree polynomial of the following form was employed: [wzory] For the performed calculations fitting the parameters W… a uniform reference state was adopted for the activities of particular solution constituents - in the form of a pure liquid constituent. The calculations concerned the following binary systems: CaO-SiO2. SiO2-MnO, CaO-FeO and FeO-SiO2, a result of which the parameters W…. and their temperature relationships were obtained. Moreover, relationships describing the excess free enthalpies of constituents in the ternary slag FeO-SiO2-CaO were determined. It has been found on the basis of the analysis carried out that IV-order polynomials can be used for the description of binary and multi-constituent slag solutions more successfully than regular solution models either in their classical formulation or as corrected by S. Ban-ya. The method of proceeding for obtaining the parameters of the model based on Margules polynomials, as presented in this article: will be a basis for the development of a new and alternative variant of thermochemical database for the computer system aiding the caculations of equilibrium states in heterogeneous systems.

PL

Współcześnie złożone obliczenia termodynamiczne przeprowadza się przy użyciu specjalistycznego oprogramowania komputerowego. Integralną częścią takich systemów są bazy danych termochemicznych. Opracowany w Katedrze Ekstrakcji i Recyrkulacji Metali Politechniki Częstochowskiej komputerowy system TERMO zawiera obszerną bazę danych termochemicznych substancji przydatnych w metalurgii, w tym dla roztworów żużlowych. Między innymi zawarte są w bazie dane i parametry dla takich modeli opisu termodynamicznego żużli, jak model Gaye’a i model roztworów regularnych. Modele te są używane do obliczeń stanów równowagi w układach heterofazowych. W wyniku zebranych doświadczeń stwierdzono, że te modele w niektórych przypadkach charakteryzują się mało dokładnym opisem aktywności składników, szczególnie dla układów o silnie zróżnicowanych oddziaływaniach w żużlach kwaśnych. Dlatego w niniejszym opracowaniu poddano propozycję odwzorowania (w roztworach żużlowych dwu i trójskładnikowych) odstępstw od idealności za pomocą wielomianów Margulesa, w porównaniu z wynikami uzyskiwanymi za pomocą modelu roztworów regularnych. Model Margulesa polega na wykorzystaniu do opisu nadmiarowej entalpii swobodnej roztworu rozwinięcia (do określonego stopnia) wielomianu stężeń składników przy założeniu, że wyrażenie dla GE osiąga wartość zero, gdy ułamki molowe składników tego roztworu równają się jedności. Postać wielomianu Margulesa powinna stanowić optimum precyzji opisu i stopnia jego złożoności. Dla opisu nadmiarowej entalpii swobodnej roztworu dwuskładnikowego zastosowano wielomian czwartego stopnia (four degree - four suffix) o następującej postaci [wzór]. Dla przeprowadzonych obliczeń dopasowujących parametry W… przyjęto jednolity stan odniesienia dla aktywności poszczególnych składników roztworu w postaci czystego ciekłego składnika. Obliczenia dotyczyły następujących układów podwójnych: CaO-SiO2, SiO2-MnO, CaO-FeO i FeO-SiO2, w wyniku których otrzymano parametry W… oraz ich zależności temperaturowe. Ponadto określono zależności opisu nadmiarowych entalpii swobodnych składników w żużlu trójskładnikowym FeO-SiO2-CaO. Na podstawie przeprowadzonej analizy okazało się, że wielomiany IV-rzędu mogą być z lepszym skutkiem stosowane do opisu roztworów dwu- i wieloskładnikowych żużli, niż modele roztworów regularnych w ujęciu klasycznym lub poprawionym przez S. Ban-ya.

Słowa kluczowe

PL

żużel metalurgiczny; równanie Margulesa

EN

metallurgical slag; Margules equation

• Czasopismo: Archives of Metallurgy
• Rocznik: 2001
• Tom: Vol. 46, iss. 2
• Strony: 169-180
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., rys., tab., wzory

Twórcy

autor

Jowsa, J.

• Wydz. Metalurgii i Inżynierii Materiałowej, Politechnika Częstochowska, 42-200 Częstochowa, al. Armii Krajowej 19

autor

Derda, W.

• Wydz. Metalurgii i Inżynierii Materiałowej, Politechnika Częstochowska, 42-200 Częstochowa, al. Armii Krajowej 19

Bibliografia

• [1] Slag Atlas, Ed. Verein Deutscher Eisenhüttenleute, (1st edition); Verlag Stahleisen GmbH, Düsseldorf (1981).
• [2] Slag Atlas, Ed. Verein Deutscher Eisenhüttenleute, (2nd edition): Verlag Stahleisen GmbH, Düsseldorf (1995).
• [3] W.G. Woskobojnikow, N. E. Dunajew, A.G. Michalewicz, T. I. Kuchtin, S.W. Sztengelmejer, Swojstwa zidkich domiennych szlakow. Metallurgija. Moskwa (1975).
• [4] B.M. Lepinskich, A.I. Manakow, Fiziczeskaja chimja oksidnych i oksiftoridnych rasplawow. Nauka, Moskwa (1977).
• [5] G.W. Toop, CS. Samis, Can. Met. Quart. 1, 129 (1962).
• [6] T. Yokokawa, K. Niwa, Trans. Jpn. Inst. Met. 10, 81 (1969).
• [7] A.D. Pelton, G. Eriksson, M. Blander, Proc. of 3rd Int. Conf. on Molten Slags and Fluxes. Glasgow, U.K. June, 66 (1988).
• [8] A.D. Pelton, M. Blander, Metall. Trans. 17B, 805 (1986).
• [9] C.R. Masson, I. B. Smith, S. G. White way, Canadian Journal of Chemistry 48, 1456 (1970).
• [10] C.R. Masson, Proc. of Svmp. on Chemical Metallurgy of Iron and Steel. London. U.K. 3 (1987).
• [11] H. Gave. J. Welfringer. Second International Symposium on Metallurgical Slags and Fluxes. Ed. H.A. Fine, D.R. Gaskell, Lake Tahoe, 1984, Publ. Metall. Soc. AIME, New York. p. 357 (1984).
• [12] M.L. Kapoor, M.G. Frohberg, Proc. Symp. on Chemical Metallurgy of Iron and Steel. Sheeffield. 17 (1971).
• [13] W. A. Kozeurow, Termodynamika metallurgiczeskich szlakow. GNTI - Mietallurgizdat. Swierdlowsk (1955).
• [14] J. Lurnsden, Thermodynamics of molten salts mixtures. Academic Press. London (1996).
• [15] S. Ban-ya, M. Hino, Tetsu to Hagane 73, 74 (1987).
• [16] S. Ban-ya, ISIJ International 33, 2 (1993).
• [17] J.B. Jnr. Thompson, D.R. Waldbaum, Geochim. Cosmochim. Acta 33, 671 (1969).
• [18] D.J. Andersen, D.H. Lindsley, Geochim. Cosmochim. Acta 45, 847 (1981).
• [19] P. Carter, T. Macfarlane, J.Iron Steel Inst. 185, 54 (1957).
• [20] M. Rey, Physical Chemistry of Process Metallurgy, London 247 (1948).
• [21] L. Yang, L.C. Mac Cabe, R. Miller, Physical Chemistry of Steelmaking. Ed. J.F. Elliot, New York, London (1958).
• [22] S. Ban-ya, A. Chiba, A. Hikosaka, Tetsu-to-Hagane 66, 1484 (1980).
• [23] H. Fujit a, Y. Iritani, S. Maruhashi, Tetsu-to-Hagane 54, 359 (1968).
• [24] B.K. Rao, D. R. Gaskell, Met. Trans. B 12B, 311 (1981).
• [25] M. Timucin, A. E. Morris, Metallurg. Trans. 1, 3193 (1970).