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SEPARATA N° 02 TERMODINÁMICA Y CINÉTICADEL ACERO LÍQUID
APOYO CURSO DE SIDERURGIA II FECHA

TERMODINÁMICA Y CINÉTICA DEL ACERO LÍQUIDO
Para entender la química de la aceración primaria y secundaria es fundamental comprender la termodinámica y la cinética de la fabricación del acero.
Para poder producir aceros a la medida de lo que requiere el cliente es esencial saber cómo eliminar C, O2, S,H, N, y P e inclusiones.
La composición de las inclusiones presentes en el acero puede afectar la marcha del proceso de fabricación del acero y sus propiedades tener un fuerte impacto. Entonces, para optimizar las prácticas en el proceso industrial, es importante conocer herramientas termodinámicas que ayuden a comprender cuantitativamente los fenómenos involucrados.
Es posible encontrar modelosque permite determinar la composición de las inclusiones resultantes cuando el acero es desoxidado con Al, Si y Mn. A partir de la composición total del acero y la Tº del proceso. Así mismo calcular como se reparten los distintos elementos (Al, Si, Mn, O) entre el acero líquido y las inclusiones utilizando un algoritmo que minimiza la energía libre del sistema.
Para todos estos casos, resulta degran utilidad la aplicación de herramientas termodinámicas que permiten predecir la composición de las inclusiones resultantes en el acero.
TERMODINÁMICA DEL ACERO LÍQUIDO.
Para el análisis de los elementos que son impurezas comunes del acero líquido es conveniente utilizar un estado estándar, porque en la fabricación del acero hacemos uso de soluciones metálicas diluidas. a = % en peso adilución infinita. Para cualquier otra concentración la actividad se expresa así: Dónde: En una dilución infinita. No se desvía mucho de 1 a bajas concentraciones del elemento disuelto.
Experimentalmente, se determina como función de la composición, también .
EL OXÍGENO EN EL HIERRO.
Se estudia por medio del equilibrio heterogéneo O + H2 = H2O
O = Oxígeno disuelto
= Concentración en % enpeso.
= Coeficiente de actividad.
La relación experimental de gases la cual es Proporcional a la aO. Se muestra en la figura en función del contenido de Oxigeno. Para dos temperaturas distintas.
























Fig. 1. Porcentaje en peso de Oxígeno
En la fig. 1. Se observa que la actividad del Oxigeno se incrementa al aumentar el contenido de Oxigeno que para 1600ºC es alrededor de 0,23%.En este punto se forma el FeO líquido y la ao permanece constante dentro del campo bifásico Fe – FeO. También, se ve que el límite de solubilidad del Oxígeno en el hierro líquido se incrementa al aumentar la Tº.










































Fig. 2. Porcentaje en peso de Oxígeno
Coeficiente de actividad del Oxígeno en el acero fundido

En la figura 2. La expresión es función de lacomposición. Al disminuir el contenido de oxígeno, es decir, cuando el esta expresión se aproxima a Log K., que es igual a 0,56 a 1600ºC y a 0,67 a 1550ºC.
Para mediciones a otras Tº y si se aplica a las reacciones dadas es posible obtener lo siguiente:

H2O = O + H2
De otras mediciones para la reacción.
H2 + 1/2 O2(g) = H2O

Combinando las dos ecuaciones

H2 + 1/2 O2(g) = H2O
H2O = O+ H2

1/2 O2(g) = O

EL AZUFRE EN EL HIERRO
Se estudia por:
S + H2 = H2S
Combinando con la para la reacción.

H2 + ½ S2 = H2S
H2S = S + H2

½ S2 = S

EL CARBONO EN EL HIERRO
Se estudia por medio de:
C + CO2 = 2CO
Cuando se combina con la para la reacción
Se obtiene
= C
Además el coeficiente de actividad, Log fc = 0,22 (%C)
EL SILICIO EN EL HIERRO
Se estudia la reacciónmás compleja
Si + 2H2O = SiO2(S) + 2H2
Si las mediciones se efectúan en un crisol de sílice, la actividad del SiO2 = 1

Por tanto:
De aquí se deduce que para la reacción: Si (l) = Si
Y el
Se han realizado mediciones similares para la determinación de la energía de Gibbs y los coeficientes de actividad de otros metales disueltos en hierro líquido.

El N2 y H2 se disuelven en el hierro líquido...