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1 Workshop Aplicações da Termodinamica Computacional a Siderurgia 2012 Alguns exemplos com TCC.

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1 1 Workshop Aplicações da Termodinamica Computacional a Siderurgia 2012 Alguns exemplos com TCC

2 2 Workshop Aplicações da Termodinamica Computacional a Siderurgia 2012 Cálculo da Atividade Química do Carbono numa atmosfera de forno Uma mistura de gases contendo carbono entra em um forno. Qual a atividade química do carbono no referencial carbono grafítico? Empregar o banco de dados de susbstâncias. Considerar somente as fases gás e carbono grafítico Fase carbono grafítica é mantida DORMANT Entrar com as quantidades totais dos elementos presentes, não precisa entrar exatamente com os compostos porque a premissa fundamental é que o equilíbrio termodinâmico será alcançado Calcular o equilíbrio Definir o estado de referência como igual a carbono grafítico mostrar a atividade (SHOW ACR(C))

3 3 Workshop Aplicações da Termodinamica Computacional a Siderurgia 2012 Aplicações-Roberto R. de Avillez Diagrama de Predominância para Carbetos em Aços Objetivo: Determinar os carbetos formados para diferentes composições de Mo e Cr Dificuldade: aço com muitos elementos de liga: 0,28%C Solução: Fixar os principais elementos de liga e variar Mo e Cr set-axis-variable 1 w(cr) Fazer o gráfico empregando: Weight-fraction (w-f) Mole-fraction (m-f)

4 4 Workshop Aplicações da Termodinamica Computacional a Siderurgia 2012 Aplicações-Roberto R. de Avillez Diagrama Predominância-Carbetos Macro 1/2 s-l-f nome-do-arquivo go data sw tcfe3 d-e fe c cr mo rej p diamond get go pol s-c t=800 p=1e5 n=1 w(c)=0.28e-2 w(cr)=10e-3 w(mo)=5e-3 graphite e diamond não podem estar presentes c-st p graphite=dormand c-e l-e SCREEN VWCS

5 5 Workshop Aplicações da Termodinamica Computacional a Siderurgia 2012 Aplicações-Roberto R. de Avillez Diagrama Predominância-Carbetos Macro 2/2 s-a-v 1 w(cr) 0 15e E-04 s-a-v 2 w(mo) 0 10e-3 2.5E-04 adiciona pontos extras para início do cálculo add Map entra no sub-módulo de preparar gráficos post s-d-a x w-f mo s-d-a y w-f cr pl SCREEN set-interactive

6 6 Workshop Aplicações da Termodinamica Computacional a Siderurgia 2012 Adições no vazamento de uma panela de aço 100t de aço com 600ppm de O. Passam do forno: 1t de escória contendo 25%FeO e 10%MnO, 23% SiO2 Adições para atingir 1t de CaO, 140kg MgO, 200kg CaF2 Adição de 300kg de Si Usar set-initial-amount!

7 7 Workshop Aplicações da Termodinamica Computacional a Siderurgia 2012 A macro go d sw-d slag3 de-e fe o si ca mg mn f get go p-3 s-c t=1873 p=1e5 s-i-a b(fe)=100e6 b(o)=6E4 b(feo)=250E3 b(mno)=100E3 s-i-a b(sio2)=230E3 s-i-a b(cao)=1000E3 b(mgo)=140E3 b(caf2)=200E3 b(si)=300E3 c-e set-inter

8 8 Workshop Aplicações da Termodinamica Computacional a Siderurgia DICTRA: Módulos para Operação Básica System Database ExitDictra Post Ajuda em qualquer momento: comando HELP, ponto de interrogação após um comando, p. ex., help? comando INFORMATION

9 9 Workshop Aplicações da Termodinamica Computacional a Siderurgia Dictra/Thermo-Calc: System BACK CLOSE_FILE EXIT GOTO_MODULE HELP HP_CALCULATOR INFORMATION LIST_FREE_WORKSPACE MACRO_FILE_OPEN NEWS OPEN_FILE PATCH SET_COMMAND_UNITS SET_ERROR_MESSAGE_UNIT SET_INTERACTIVE_MODE SET_LOG_FILE SET_PLOT_ENVIRONMENT SET_TERMINAL STOP_ON_ERROR TRACE Módulo inicial. Permite a definição de arquivos de log, terminais e condições gerais de mensagens de erro.

10 10 Workshop Aplicações da Termodinamica Computacional a Siderurgia Dictra/Thermo-Calc: Módulos Composto por um conjunto de módulos `GOTO_MODULE SYSTEM_UTILITIES GIBBS_ENERGY_SYSTEM TABULATION_REACTION DICTRA POLY_3 BINARY_DIAGRAM_EASY DATABASE_RETRIEVAL FUNC_OPT_PLOT REACTOR_SIMULATOR_3 PARROT POTENTIAL_DIAGRAM SCHEIL_SIMULATION POURBAIX_DIAGRAM TERNARY_DIAGRAM

11 11 Workshop Aplicações da Termodinamica Computacional a Siderurgia Database: Banco de Dados Definir um banco de Dados, p.ex.: TCFE3 Switch-database Definir os elementos, p.ex.: Fe, C Define-elements Eliminar as fases que não podem estar presentes, deixar somente aquelas que efetivamente participam do equilíbrio, p.ex.: bcc, fcc, liquid, cementite. Reject, Restore Disponibilizar os dados do Banco de dados para o programa de cálculo. Get

12 12 Workshop Aplicações da Termodinamica Computacional a Siderurgia Elementos e Componentes Elementos: definidos pelo número atômico (tabela periódico e orbitais eletrônicos) Fração em massa, % em massa Fração atômica, % atômica C, Fe, Ni, S, Ar, He, H Componentes: substâncias com estequiometrias bem definidas que podem ser variadas de maneira independente. Fração em massa, % em massa Fração atômica, % atômica C, Fe, Ni, S, Ar, He, H, O, Na, Cl CO 2, H 2 O, FeO, Fe 2 O 3, H 2, S 2, NaCl, O 2, O 3

13 13 Workshop Aplicações da Termodinamica Computacional a Siderurgia Espécies Espécies: um agregado (aglomerado) atômico qualquer, iônico ou neutro. CO 2, CO, O, O 2, O 3, C... Espécies presentes na fase gasosa quando C e O são os únicos elementos H 2 O, H 3 O +1, OH Espécies presentes na água líquida No desenvolvimento de bancos de dados termodinâmicos, as espécies podem ser reais ou virtuais.

14 14 Workshop Aplicações da Termodinamica Computacional a Siderurgia Fases Fases: regiões com características físico-químicas similares. Gasosas É sempre uma solução Líquidas Metal líquido, óxidos líquidos, água, óleos Formam soluções miscíveis ou imiscíveis. Sólidas Dependem da estrutura cristalina e da organização dos átomos Sólido amorfo (líquido superresfriado) Formam soluções e compostos

15 15 Workshop Aplicações da Termodinamica Computacional a Siderurgia Dictra/Thermo-Calc: Database_retrieval AMEND_SELECTION APPEND_DATABASE BACK DATABASE_INFORMATION DEFINE_ELEMENTS DEFINE_SPECIES DEFINE_SYSTEM EXIT GET_DATA GOTO_MODULE HELP INFORMATION LIST_DATABASE LIST_SYSTEM NEW_DIRECTORY_FILE REJECT RESTORE SET_AUTO_APPEND_DATABASE SWITCH_DATABASE Módulo de definição do banco de dados, escolha dos elementos, das fases ou compostos, das espécies.

16 16 Workshop Aplicações da Termodinamica Computacional a Siderurgia Thermo-Calc: Comandos iniciais 1/2 sys>set-log-file (s-l-f) sys>goto-module (go) TDB_TCFE3>switch-database (s-d) TDB_SSOL>define-elements (d-e) TDB_SSOL>list-system (l-s) ELEMENTS, SPECIES, PHASES, CONSTITUENTS TDB_SSOL>reject (rej) TDB_SSOL>restore (res) TDB_SSOL>get-data (get) TDB_SSOL>goto-module poly-3 (go pol) (somente se for TC, caso contrário siga para próxima transparência)

17 17 Workshop Aplicações da Termodinamica Computacional a Siderurgia Dictra: Comandos iniciais 2/2 TDB_TCFE3>append-database MOB2 (app mob2) TDB_SSOL>define-elements (d-e) TDB_SSOL>list-system (l-s) ELEMENTS, SPECIES, PHASES, CONSTITUENTS TDB_SSOL>reject (rej) TDB_SSOL>restore (res) TDB_SSOL>get-data (get) TDB_SSOL>goto-module dictra (go dic)

18 18 Workshop Aplicações da Termodinamica Computacional a Siderurgia Thermo-Calc: System BACK CLOSE_FILE EXIT GOTO_MODULE HELP HP_CALCULATOR INFORMATION LIST_FREE_WORKSPACE MACRO_FILE_OPEN NEWS OPEN_FILE PATCH SET_COMMAND_UNITS SET_ERROR_MESSAGE_UNIT SET_INTERACTIVE_MODE SET_LOG_FILE SET_PLOT_ENVIRONMENT SET_TERMINAL STOP_ON_ERROR TRACE Módulo inicial. Permite a definição de arquivos de log, terminais e condições gerais de mensagens de erro.

19 19 Workshop Aplicações da Termodinamica Computacional a Siderurgia Thermo-Calc: Módulos Composto por um conjunto de módulos `GOTO_MODULE SYSTEM_UTILITIES GIBBS_ENERGY_SYSTEM TABULATION_REACTION POLY_3 BINARY_DIAGRAM_EASY DATABASE_RETRIEVAL FUNC_OPT_PLOT REACTOR_SIMULATOR_3 PARROT POTENTIAL_DIAGRAM SCHEIL_SIMULATION POURBAIX_DIAGRAM TERNARY_DIAGRAM

20 20 Workshop Aplicações da Termodinamica Computacional a Siderurgia Database: Banco de Dados Definir um banco de Dados, p.ex.: TCFE3 Switch-database Definir os elementos, p.ex.: Fe, C Define-elements Eliminar as fases que não podem estar presentes, deixar somente aquelas que efetivamente participam do equilíbrio, p.ex.: bcc, fcc, liquid, cementite. Reject, Restore Disponibilizar os dados do Banco de dados para o programa de cálculo. Get

21 21 Workshop Aplicações da Termodinamica Computacional a Siderurgia Thermo-Calc: Database_retrieval AMEND_SELECTION APPEND_DATABASE BACK DATABASE_INFORMATION DEFINE_ELEMENTS DEFINE_SPECIES DEFINE_SYSTEM EXIT GET_DATA GOTO_MODULE HELP INFORMATION LIST_DATABASE LIST_SYSTEM NEW_DIRECTORY_FILE REJECT RESTORE SET_AUTO_APPEND_DATABASE SWITCH_DATABASE Módulo de definição do banco de dados, escolha dos elementos, das fases ou compostos, das espécies.

22 22 Workshop Aplicações da Termodinamica Computacional a Siderurgia 2012 Dictra_Monitor A montagem de um programa de difusão segue um padrão muito bem definido. Se faltar alguma das etapas o programa pode não rodar, ou não convergir. SET-CONDITION global/boundary ENTER-REGION nome_da_região ENTER-GRID nome_da_região dimensão número_de_divisões (linear, geo, double) ENTER-PHASE active/inactive nome_da_região tipo_da_região fase … ENTER-COMPOSITION nome_da_região fase … ENTER-GEOMETRY SET-SIMULATION-TIME SET-SIMULATION-CONDITIONS SAVE SIMULATE POST

23 23 Workshop Aplicações da Termodinamica Computacional a Siderurgia 2012 Difusão contra um gradiente de concentração na liga Fe-Si-C Aço %Si 0.49 %C Açol %Si 0.45 %C Experimento clássico de L. S. Darken (1949). Dois aços com a mesma concentração de carbono e diferentes concentrações de silício Tratamento térmico mostrou que a difusão ocorreu contra o gradiente de concentração de carbono. Up hill diffusion provocada pela variação do potencial químico do carbono (atividade do carbono).

24 24 Workshop Aplicações da Termodinamica Computacional a Siderurgia 2012 Modelo DICTRA 5 cm FCC 3.8% Si 0.49% C FCC 0.05% Si 0.45% C - Uma única região. - Fase cúbica de face centrada (FCC). - Espaçamento mais fechado no centro da região. - Perfís de composição com a função HS. - Condições globais: T=1323K, constante. - Condições de contorno: Zero-flux (or closed system).

25 25 Workshop Aplicações da Termodinamica Computacional a Siderurgia 2012 Uphill diffusion Concentration-profile for Si Concentration-profile for C Activity-profile for C Off-diagonal term Can cause uphill diffusion

26 26 Workshop Aplicações da Termodinamica Computacional a Siderurgia 2012 Macro para o Experimento de Darken s-m-f nome_do_arquivo sw ssol def-sp fe si c rej ph * res ph fcc get append mob2 def-sp fe si c rej ph * res ph fcc get go dic s-cond global T ; * N enter-region aus enter-grid aus 50e-3 double enter-phase active aus matrix fcc#1 enter-composition aus fcc#1 FE w-p C func *HS(X-25E-3); SI func *HS(X-25E-3); set-simulation-time 1e10 save nome_do_arquivo simulate


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