1a questão (1.1)

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 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


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


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


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.


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


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.


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


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.


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


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

1a questão (1.1)

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