1a Questão (1.1)
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1a Verificação Outubro/2010
1a Questão (1.1)
L
L+Gr
L+
L
L+Gr
L+
1. Em uma tonelada de ferro puro, são adicionados, isotermicamente, a 1600oC, 3kg de grafita. 1.1 Marque com um X, no diagrama de equilibrio Fe-C ao lado, a posição aproximada do aço resultante e informe quantas fases existirão no sistema. Estime
ou calcule a atividade do carbono nesta solução.
%3,0100*1000
3100*
31000
3%
C
0,3%
X
O ponto X está no campo onde existe apenas LÍQUIDO.
008,03,0*12*100
85,55*57,03,0*
100
0
C
FeCc M
Ma
0,3%C pode ser aproximado por uma solução diluida. Pela Lei de Henry:
1a Verificação Outubro/2010
1a Questão (1.2)
L
L+Gr
L+
L
L+Gr
L+
1.2 Uma tonelada de ferro puro é mantida em um cadinho de grafita a 1600oC, até atingir o equilíbrio. Marque com um Y, no diagrama de equilibrio Fe-C ao lado, a posição aproximada do aço resultante. Estime ou calcule a atividade do carbono nesta solução.
Y
O ponto Y tem cerca de 5,5% de C. Não é uma solução diluida.Mas, nesta situação, o metal líquido está em equilibrio com a grafita.Logo:
0C
GrafitaC
LiquidoC
1
00
0
RTC
CLiquidoC
CLiquidoC
ea
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2a Questão (2.1)
2.Uma tonelada de ferro puro é equilibrada isotermicamente, a 1600oC, com um gás que tem uma pressão parcial de oxigênio de 36x10-10 atm. Ao fim do equilíbrio: 1.1 Quais fases estarão presentes no sistema?Qual será? Indique no diagrama de equilíbrio Fe-O, ao lado, e no diagrama da Lei de Sievert, com um
X o aço resultante.
O%17,0
A composição do metal se alterará como indicado na figura (até dissolver 0,17% O) Embora o óxido só se forme a cerca de 0,23% de O, neste gráfico, é preciso lembrar que o metal está em equilíbrio com o gás. 2 FASES (Ferro líquido com oxigênio dissolvido e gás).
5
10
106
1036
2
2
O
O
p
pX
X
O%17,0
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3a QuestãoEm uma tonelada de aço contendo 0,16% de oxigênio são adicionados, isotermicamente, a 1600oC, 3kg de carbono. Se o aço está a 1 atm, o que ocorrerá? Considere apenas os aspectos termodinâmicos.
Delta H Delta SJ J/K
1x C(gr) + 1/2O2 = CO -114400 -85,8-1x 1/2O2 = O -115750 -4,63-1x C(gr) = C 22594 -42,26
C + O CO -21244 -38,91
T 1873 Delta G' -94122,43
%C%O 0,002371Pco
002371,0048,0%)3,0(%)16,0( 0,16%
%O
%C16,0
002371,0 0,3%
Vai formar CO. Se quisermos saber o equilíbrio, é só resolver o sistema de equações:
12
16
%3,0
%16,0
002371,0%%
f
f
ff
C
O
OC
Cf (%) Of (%)0,18939 0,01252
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4a Questão
4. Uma fundição dispõe de um forno elétrico a arco para produzir aço. Neste forno é preciso realizar a desfosforação e a desulfuração. 4.1 Indique em qual ordem estas etapas deverão ser realizadas e se há alguma operação importante a ser realizada entre as duas, justificando. 4.2 Indique qual o consituinte mais importante da escória que realizará estas operações, justificando. 4.3 Ao chegar a fundição você observa que quando a desulfuração se inicia, o teor de fósforo, que estava satisfatório, se eleva. Quais ações você propõe para evitar o problema?
A desfosforação é mais eficaz e simples em meio oxidante, com escória básica.
Favorecem a desfosforação a alta oxidação, a temperatura relativamente mais baixa e escória básica.
A dessulfuração efetiva só é viável em condições redutoras (desoxidantes), com escória básica.
Como a corrida começa pela fusão e oxidação, é melhor realizar a de-P, desoxidar o aço e depois realizar a de-S.
Se mantivermos TODA a escória da de-P nesta etapa, haverá reversão de fósforo, que é o que está sendo observado.É preciso remover a escória, ao menos parcialmente, para limitar a desfosforação. Hoje em dia a de-S é normalmente feita em forno panela, de modo que a escória de de-P tem de “ficar no forno” e não vazar para a panela.
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5a Questão5. Em um conversor são adicionados 100t de gusa contendo 0,1%Si e 4%C. São soprados 4000 Nm3 de oxigênio que são totalmente aproveitados, isto é, ficam no sistema, de alguma forma ou reagem com algum dos constituintes do gusa. Assuma que TODO o silício é oxidado a sílica. 5.1 Calcule quanta sílica se forma e quanto oxigênio é gasto neste processo. Sabendo que o conversor opera com basicidade binária (%CaO/%SiO2) igual a 4 calcule quanta CaO é adicionada.
kgCaO
kgSiOkgOkgSi
SiOOSi
14,8573,214*4
3,2143,11432*28
100100
100
1,0*100000
603216*228
2
2
2
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5a Questão (cont.)
5.2 Assuma que, ao final da adição do oxigênio, se obtém equilíbrio a 1650oC entre o carbono e o oxigênio dissolvidos no aço e a pressao de 1 atm de CO. Obtenha uma equação para expressar a relação entre os teores de C e de O em solução no metal, nestas condições.
Delta H Delta SJ J/K
1x C(gr) + 1/2O2 = CO -114400 -85,8-1x 1/2O2 = O -115750 -4,63-1x C(gr) = C 22594 -42,26
C + O CO -21244 -38,91
T 1923 Delta G' -96067,93
%C%O 0,002457Pco
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5a Questão (cont.)
5.3 Assuma também que se estabelece o equilíbrio entre o oxigênio dissolvido no metal e o FeO na escória. Obtenha uma equação para expressar a relação entre a atividade de FeO na escória e o teor de oxigênio no aço.
Delta H Delta SJ J/K
1x Fe + 1/2O2 = FeO -225500 41,3-1x 1/2O2 = O -115750 -4,63
Fe + O FeO -109750 45,93
T 1923 Delta G' -21426,61
%O 0,261798a FeO
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5a Questão (cont.)
5.4 Por fim, assumindo que, na escória, escreva as equações de balanço de massa que permitiriam calcular quanto aço e com qual composição química será produzido.
100
%FeOaFeO
Balanço do oxigênio
kgOondeOOOOkgNm
NmO silicagasFeOacosilicasoprado 3,114)16*2(*
4,22
40003
3
Balanço do Carbono
acogasgusa CCkgC 4000100
4*100000
É preciso assumir a composição do Gás, por exemplo, 100% CO
16
12
gas
gas
O
C
Relação entre C e O do aço
002457,0%*% acoaco OC
Relação entre O do aço e FeO da escória
FeOaO FeOaco %100
262,0*262,0%
Balanço de Fe
açoFeOgusa FeFeFe )1,04100(100
100000
Peso de escória e % FeO
kgPkgP
onde
P
PFeOPPPP
SiOCaO
esc
FeOFeOSiOCaOesc
3,21414,857
%
2
2