PROSESSI- JA YMPÄRISTÖTEKNIIK KA
Ilmiömallinnus prosessimetallurgiassa, 201 5
Teema 1
Kotitehtävä 5
11.8.2015
MONIKOMPONENTTISYSTEEMIN TARKASTELU TASAPAINOPIIRROKSIA
HYÖDYNTÄEN
Yleistä
Tämän kotitehtävän tavoitteena on osoittaa taito tulkita kolmen komponentin
systeemille laadittua tasapainopiirrosta. Tehtävä liittyy maanantaina 12.10.
pidettyyn luentoon ja kotitehtävä on palautettava viimeistään tiistaina 20.10.
pidettävän luennon aluksi (klo 8).
Tehtävänanto
Vastaa seuraavalla sivulla esitetyn ternääriselle Al2O3-MgO-SiO2-systeemille
laaditun tasapainopiirroksen pohjalta seuraaviin kysymyksiin:
1. Etsi ja merkitse kuvaan vähintään yksi esimerkki seuraavista asioista: (1)
binäärinen eutektinen tasapaino, (2) ternäärinen eutektinen tasapaino, (3)
satulapiste, (4) kahden sulafaasin välinen liukoisuusaukko sekä (5) puhtaan
välifaasin koostumuspiste.
2. Fiktiivisen pyrometallurgisen prosessin kuonan koostumus on: 60 p-% SiO2,
20 p-% MgO ja 20 p-% Al2O3. Samassa prosessissa lämpötila vaihtelee välillä
1600-1700 C. Onko kuona prosessissa täysin sulaa? Jos vastasit kyllä, kuinka
paljon eri komponenttien (SiO2, MgO ja Al2O3) määriä kuonassa
(painoprosentteina) on mahdollista lisätä ilman, että kuona alkaa jähmettyä? Jos
vastasit ei, kuinka paljon ja mihin suuntaan kuonan koostumusta tulisi muokata,
jotta kuona olisi kokonaan sulaa?
3. Toisen aivan yhtä fiktiivisen pyrometallurgisen prosessin kuonan koostumus
on: 47 p-% SiO2, 23 p-% MgO ja 30 p-% Al2O3. Koostumus on valittu siten, että
kuona on täysin sulaa 1600 C:een prosessilämpötilassa (mikä on kuonan
likviduslämpötila?). Vuorausten keston parantamiseksi prosessilämpötilaa on
päätetty laskea 1400 C:een. Kuinka paljon ja mihin suuntaan kuonan
koostumusta on muutettava, jotta kuona olisi täysin sulaa myös tässä
lämpötilassa?
4. Piirrä kuvaajaan Alkemaden viivat. Seos, jossa on 30 p-% SiO2, 60 p-% Al2O3 ja
10 p-% MgO, on sulatettu täysin. Kerro kuvaajan pohjalta, mikä on ensimmäinen
sulasta jähmettyvä faasi, kun sulaa jäähdytetään ja mitkä ovat systeemissä
esiintyvät kiinteät faasit, kun viimeinenkin sulapisara on jähmettynyt?
TEKNILLINEN TIEDEKUNTA
Prosessimetallurgian tutkimusryhmä
Eetu-Pekka Heikkinen
PL 4300
90014 OULUN YLIOPISTO
Puh. 0294482559
www.oulu.fi/pyomet/477412s
Ternäärisen Al2O3-MgO-SiO2-systeemin tasapainopiirros: