Thermodynamic analysis of chemical reactions conditions of iron carbonization by CO gas during reduction from wustite
DOI:
https://doi.org/10.31498/2225-6733.49.1.2024.321243Keywords:
thermodynamic analysis, carbon monoxide, reduction, carburization, chemical reaction, wustite, Gibbs free energy, enthalpy, entropy, boundary temperatureAbstract
The article presents the results of a thermodynamic assessment of the possibility of chemical reactions of indirect reduction of iron from wustite and its carburization using the reducing gas CO. The purpose of this work is to obtain expressions for calculating the numerical values of the Gibbs free energy depending on the temperature for the specified chemical reactions and finding with their help the numerical values of the boundary (equilibrium) temperatures, allowing us to determine the range of numerical values of temperatures in which the chemical reactions of the process of carburization of reduced iron with carbon monoxide are thermodynamically possible. The results of the thermodynamic analysis performed using the expressions derived by the author for calculating the numerical values of the Gibbs free energy for chemical reactions of indirect reduction of iron from wustite and carburization of iron by CO gas made it possible to establish that the process of carburization of iron is thermodynamically possible by the chemical reaction of carburization of iron during its indirect reduction from wustite by CO gas, consisting of two separate stages described by chemical reactions of indirect reduction of iron from wustite and carburization of reduced iron by CO gas, only at numerical values of temperatures up to 662°C or in the range of negative temperature values. Taking into account the fact that the Bell-Boudoir chemical reaction can theoretically proceed at temperatures above 557°C or above 697°C, or above 699°C, or above 706°C, or above 748°C, or above 750°C (according to literature data), or above 709°C (according to the author), as well as high numerical values of temperatures of the working space of metallurgical reduction furnaces, it can be concluded that carburization of reduced iron by CO gas (along with the impossibility of reducing iron from wustite by CO gas above 765°C, which was established by the author of the work earlier) practically does not occur or the degree of carburization of iron is very small, which corresponds well with the data of some literary sources. A conclusion is made about the carburization of reduced iron due to solid carbon
References
Ефименко Г. Г., Гиммельфарб А. А., Левченко В.Е. Металлургия чугуна. Київ : Вища школа, 1974. 288 с.
Morita K., Sano N. Phase diagrams, phase transformations, and the prediction of metal properties. Fundamentals of Metallurgy: Woodhead Publishing Series in Metals and Surface Engineer-ing. 2005. Pp. 82-108. DOI: https://doi.org/10.1533/9781845690946.1.82.
Літовченко П. І, Іванова Л. П. Технологія конструкційних матеріалів: навч. посіб. Харків : НА НГУ, 2016. 306 с.
Поляков О. І., Гасик М. І. Електрометалургія феросплавів, спеціальних сталей і сплавів. Дніпропетровськ : Журфонд, 2009. 116 с.
Демченко М. Т., Харченко В. В. Системи технологій промисловості: стислий конспект лекцій. Донецьк : ДонДУУ, 2011. 91 с.
Study of iron carburization in CO-based gas mixtures. URL: https://etda.libraries.psu.edu/files/final_submissions/6980 (дата звернення: 27.10.2024 р.).
Смирнов В. О., Білецький В. С. Фізичні та хімічні основи виробництва. Донецьк : Східний видавничий дім, 2005. 148 с.
Мовчан В. П., Бережний М. М. Основи металургії. Дніпропетровськ : Пороги, 2001. 336 с.
Доменний процес / В. М. Ковшов та ін. Дніпропетровськ : Інститут Технології, 1998. 212 с.
Peacey J. G., Davenport W. G. The Iron Blast Furnace: Theory and Practice. Pergamon of Canada, Ontario, 1979. 266 p. DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-08-023218-8.50005-4.
Селегей А. М., Іващенко В. П., Безшкуренко О.Г. Аналіз сучасних теоретичних та техно-логічних методів і обладнання та перспектив розвитку завантаження доменних печей. Теорія і практика металургії. 2022. № 4(135). С. 30-45. DOI: https://doi.org/10.34185/tpm.4.2022.05.
Geerdes M., Toxopeus H., van der Vliet C. Modern Blast Furnace Ironmaking: An Introduction. Amsterdam: IOS Press, 2009. 164 p. DOI: https://doi.org/10.3233/978-1-60750-040-7-i.
Ковшов В. Н., Петренко В. А., Верещак В. И. Моделирование доменного процесса. Днепропетровск : Институт технологии, 1997. 109 с.
Пантейков С. П. О температурах протекания реакцій восстановления железа из гематита газом СО с позиций термодинамики. Trends of development modern science and practice: Abstracts of the IX-th International Scientific and Practical Conference, Stockholm, Sweden, 16-19 November 2021. Pp. 568-574.
Пантейков С. П. О влиянии степени химического сродства веществ к кислороду на возможность протекания реакций восстановления железа из гематита газом СО. Science foundations of modern science and practice: Abstracts of the the X-th International Scientific and Practical Conference, Athens, Greece, 23-26 November, 2021. Pp. 640-648.
Пантейков С. П. Определение температур протекания реакций восстановления железа из гематита газом СО и газификации твёрдого углерода по стандартным значениям энтальпии и энтропии. Modern aspects of science and practice: Abstracts of the XI-th International Scientific and Practical Conference, Melbourne, Аustralia, 30 November – 03 December 2021. Pp. 558-564.
Пантейков С. П. Определение температур протекания реакций восстановления железа из гематита газом СО и газификации твёрдого углерода по степени химического сродства веществ к кислороду. Perspectives of development of science and practice: Abstracts of the XIII-th International Scientific and Practical Conference, Prague, Czech Republic, 14-17 December 2021. Pp. 601-610.
Пантейков С. П. Розрахунок температур перебігу хімічних реакцій процесу ступінчастого відновлення заліза з гематиту газом СО і газифікації твердого вуглецю за існуючими формулами і за стандартними значеннями ентальпії та ентропії речовин. Збірник наукових праць Дніпровського державного технічного університету (Технічні науки). Кам’янське: ДДТУ, 2021. Том 2(39). С. 16-26. DOI: https://doi.org/10.31319/2519-2884.39.2021.2.
Пантейков С. П. Розрахунок температур перебігу хімічних реакцій процесу ступінчастого відновлення заліза з гематиту газом СО і газифікації твердого вуглецю за мірами хімічної спорідненості речовин до кисню. International Science Journal of Engineering & Agriculture. 2022. Vol. 1(2). Pp. 1-8. DOI: https://doi.org/10.46299/j.isjea.20220102.1.
Лобурець А. Т. Навчальний посібник «Хімічна термодинаміка» для студентів підготовки бакалавра спеціальності 144 «Теплоенергетика» всіх форм навчання. Полтава: ПНТУ ім. Ю. Кондратюка, 2016. 85 с.
Цветкова Л. Б. Фізична хімія: теорія і задачі: навч. посібник. Львів : Магнолія, 2008. 415 с.
Солдаткіна Л. М. Хімічна термодинаміка в схемах, таблицях, формулах, рисунках. Одеса: «Одеський національний університет», 2012. 101 с.
Лебідь В. І. Фізична хімія. Харків: Фоліо, 2005. 478 с.
Using Ellingham diagram, how to determine that in between C and CO which is better reducing agent? URL: https://socratic.org/questions/using-ellingham-diagram-how-to-determine-that-in-between-c-and-co-which-is-bette (дата звернення: 30.10.2024 р.).
Стовба Я. В., Перескока В. В., Камкина Л. В. Оценка возможности использования железо- и марганецсодержащих отходов для получения углеродистого ферромарганца. Сотрудничество для решения проблемы отходов : Материалы VI Международной конференции, г. Харьков, 8-9 апреля 2009 г. Харьков: НТУ «ХПИ», 2009. С. 72-73.
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
The journal «Reporter of the Priazovskyi State Technical University. Section: Technical sciences» is published under the CC BY license (Attribution License).
This license allows for the distribution, editing, modification, and use of the work as a basis for derivative works, even for commercial purposes, provided that proper attribution is given. It is the most flexible of all available licenses and is recommended for maximum dissemination and use of non-restricted materials.
Authors who publish in this journal agree to the following terms:
1. Authors retain the copyright of their work and grant the journal the right of first publication under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). This license allows others to freely distribute the published work, provided that proper attribution is given to the original authors and the first publication of the work in this journal is acknowledged.
2. Authors are allowed to enter into separate, additional agreements for non-exclusive distribution of the work in the same form as published in this journal (e.g., depositing it in an institutional repository or including it in a monograph), provided that a reference to the first publication in this journal is maintained.
