重庆大学-冶金原理-第2章ppt汇总
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冶金原理ppt课件
2.2 熔渣的相平衡图
2.2 熔渣的相平衡图
2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图 一、CaO-SiO2二元系 二、Al2O3-SiO2二元系 三、CaO-Al2O3二元系 四、FeO-SiO2二元系 五、CaO-FeO与CaO-Fe2O3二元系
2.2.2 CaO-Al2O3-SiO2三元系相平衡图 2.2.3 CaO-FeO-SiO2三元系相平衡图
转熔线：1条（1475°C） 偏晶线：l条（1700°C） 固相分解线：2条（1250°C，1900°C） 晶型转变线：6条（1470°C，1420°C，
1210°C，870°C，725°C，575°C）
8
2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡
图
体系特点（续）
图222 ④
各种钙硅酸盐的熔化温度都很高
C2S比较稳定，熔化时只部分分解； CS在熔化时则几乎完全分解。
一般而言，可根据化合物组成点处液相线的形状（平滑
程度），近似推断熔融态内化合物的分解程度。
若化合物组成点处的液相线出现尖峭高峰形，则该化 合物非常稳定，甚至在熔融时也不分解；
若化合物组成点处的液相线比较平滑，则该化合物熔 融时会部分分解；
12
三2、.C2a.O1-Al2重O3 二要元的系 二元熔渣系相平衡 图 体系特点
3个一致熔融化合物将体系分解为4个独立的二元系
12CaO·7Al2O3（Cl2A7）或 5CaO·3 Al2O3（C5A3） CaO·Al2O3（CA） CaO·2Al2O3（CA2）
2个不一致熔融化合物
3CaO·Al2O3（C3A） CaO·6Al2O3（CA6）
FeO·SiO2（FS）仅存在于熔体中，不会在熔 度图中出现。
2.2 熔渣的相平衡图
2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图 一、CaO-SiO2二元系 二、Al2O3-SiO2二元系 三、CaO-Al2O3二元系 四、FeO-SiO2二元系 五、CaO-FeO与CaO-Fe2O3二元系
2.2.2 CaO-Al2O3-SiO2三元系相平衡图 2.2.3 CaO-FeO-SiO2三元系相平衡图
转熔线：1条（1475°C） 偏晶线：l条（1700°C） 固相分解线：2条（1250°C，1900°C） 晶型转变线：6条（1470°C，1420°C，
1210°C，870°C，725°C，575°C）
8
2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡
图
体系特点（续）
图222 ④
各种钙硅酸盐的熔化温度都很高
C2S比较稳定，熔化时只部分分解； CS在熔化时则几乎完全分解。
一般而言，可根据化合物组成点处液相线的形状（平滑
程度），近似推断熔融态内化合物的分解程度。
若化合物组成点处的液相线出现尖峭高峰形，则该化 合物非常稳定，甚至在熔融时也不分解；
若化合物组成点处的液相线比较平滑，则该化合物熔 融时会部分分解；
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三2、.C2a.O1-Al2重O3 二要元的系 二元熔渣系相平衡 图 体系特点
3个一致熔融化合物将体系分解为4个独立的二元系
12CaO·7Al2O3（Cl2A7）或 5CaO·3 Al2O3（C5A3） CaO·Al2O3（CA） CaO·2Al2O3（CA2）
2个不一致熔融化合物
3CaO·Al2O3（C3A） CaO·6Al2O3（CA6）
FeO·SiO2（FS）仅存在于熔体中，不会在熔 度图中出现。
冶金原理复习
的相对位置关系来确定该无变点的性质。
低共熔点 —— E 转 熔 点 —— P
熔体冷却过程分析小结
根据给定熔体M的百分组成，在浓度三角形中找到M点的 位置； 由M点所在的等温线，确定熔体开始结晶的温度； 由M点所在的初晶面，确定初晶组成； 按M点所在的子三角形确定熔体结晶终了的固相组成及冷 却过程的终点。 原始体系组成点、液相组成点和固相组成点三者始终在同 一条直线上，而且体系组成点必在固、液二组成点之间， 它们的质量关系遵守杠杆规则。 液相组成和固相组成的变化是沿两条不同的路径进行的。 结晶终了时，这两条路径首尾相连，合为一条折线。
电导率为电阻率（，单位· m）的倒数：
= 1/
电导率的单位：S· m1（西门子每米）
二、电导率与其他性质的关系 1、电导率与熔体组成的关系
2、电导率与温度的关系 金属熔体及熔锍——第一类导体 当温度升高时，它们的电导率下降。 温度升高，离子的运动加剧，阻碍了自由电 子的定向 运动。 熔盐和熔渣——第二类导体 当温度升高时，它们的电导率增大。 3、电导率与粘度的关系 对于一定组成的熔盐或熔渣，降低粘度有利于离子的运动，从 而使电导率增大。
第五章 冶金熔体的化学性质 与热力学性质
• 1、熔渣的碱度、熔渣的酸度 • 2、熔渣中氧化渣及还原渣
一、熔渣的碱度
钢铁冶金中，习惯上用碱度表示熔渣的酸碱性。 碱度 —— 熔渣中主要碱性氧化物含量与主要酸性氧化 物含量（质量）之比，用R（B、V）表示。 碱度有多种表达式。 可在氧化物的质量百分数前引入根据化学计量关系或 通过实际观测得到的系数。 各种碱度表达式中氧化物的量可用其摩尔数或摩尔分 数表示。 对于高炉渣，碱度大于 1 的渣是碱性渣，碱度小于 1 的 渣是酸性渣。 对于炼钢渣，碱性渣的碱度约为2~3.5。
冶金原理 (2)
⑥液-液相反应动力学模型
（双膜理论）
5
1. 冶金热力学基础
1.1 化学反应的吉布斯自由能变化（ ΔG ） 和平衡常数K 1.2 反应自由能变化ΔG0的计算 1.3 有关活度的概念和计算
以拉乌尔定律为基准或参考态，对组分i的浓度进行校正：
Pi Pi i Ni Pi ai ( R )
0 0
3-1
已知： esC 0.11, esSi 0.063, esMn 0.026, esP 0.029, ess 0.028, esCr 0.011
2. 化合物的形成-分解 及碳、氢燃烧反应
2.1 化合物形成-分解反应的热力学原理
2.2 碳酸盐的分解反应
2.3 氧化物的形成-分解反应 2.4 可燃气体的燃烧反应 2.5 固体碳的燃烧反应
1-14. 在1873K下，与纯氧化铁渣平衡的铁液含氧量为0.23％。试计算组成 1-14 为41.93％CaO、2.74％MgO、42.58％SiO、13.39%FeO的熔渣内FeO的 活度及活度系数，已知位于此渣下铁液的平衡氧含量为0.048％。
解:
(FeO)=[O]+[Fe]
• 熔渣中（FeO）的活度的标准态为纯物质
软熔区 炉身
矿软、煤气阻 力大 直接还原/渗 碳/气化
~800℃
滴落区
炉腰
炉腹
焦下降、夹杂 渣铁液滴 非铁还原/渗 碳/气化/脱硫
间 接 还 原 带
~1000℃
直 接 还 原 带
焦碳回旋区
焦碳回旋 燃烧反应
~2000℃
炉缸区
炉缸
渣铁分层 最终渣铁反应
~1500℃ ~1400℃
高炉炼铁【还原】
炼钢任务：四脱、二去、二调整： （1）高炉中过多还原元素：Si、Mn、C （2）有害产品性能的杂质： S、P、气体（N、H） （3）氧化过程中伴生物： 引入的O、伴生夹杂物
重庆大学金属凝固原理 课件 第2章 液态金属的结构和性质
SG LS LG cos
cos SG LS LG
式中，σSG为固—气界面张力； σLS为液—固界 面张力； σLG为液—气界面张力
θ<90°，此时液体能够润湿固体；θ =0°称绝对 润湿；θ>90°，此时液体不能润湿固体；θ =180°称 绝对不润湿。润湿角是可以测定的。
例如：水银与玻璃间及金属液与SiO2间，由于 两者难以结合，所以两相间的界面张力很大， 几乎不润湿。相反，同一金属（或合金）液固 之间，由于两者容易结合，界面张力与润湿角 就很小。
通过测定润湿角可比较不同液态金属表面 张力的大小。
2.影响表面张力的因素
（1）熔点 （2）温度 （3）溶质元素
（1）熔点
( X11
X
22
)1
2
Hm RT
1 ——纯溶剂的粘度；2——溶质的粘度；
X1、X2 分别为纯溶剂和溶质的在溶液中的mole分数， R为气体常数，Hm 为两组元的混合热。
若混合热Hm为负值，合金元素的增加会使合金 液的粘度上升（Hm为负值表明反应为放热反应） 若混合热Hm为正值，合金元素的增加会使合金 液的粘度下降（Hm为正值表明反应为吸热反应） 如：Fe-C合金中随C含量的增加，粘度下降。 Al-Si合金中随Si含量的增加，粘度下降。它们均 在共晶成分时粘度最低。 液态合金中形成的夹杂物，均使粘度上升。如钢 中的MnS、Al2O3、SiO2等。
表面张力等； • 热力学性质：蒸汽压、热膨胀与凝固收缩及其它
金属液体粘度较大， 而水几乎没有粘度。
§2-2 液态金属的结构
一、液体与固体、气体结构比较 二、目前研究液态金属结构的方法 三、实际金属的液态结构
cos SG LS LG
式中，σSG为固—气界面张力； σLS为液—固界 面张力； σLG为液—气界面张力
θ<90°，此时液体能够润湿固体；θ =0°称绝对 润湿；θ>90°，此时液体不能润湿固体；θ =180°称 绝对不润湿。润湿角是可以测定的。
例如：水银与玻璃间及金属液与SiO2间，由于 两者难以结合，所以两相间的界面张力很大， 几乎不润湿。相反，同一金属（或合金）液固 之间，由于两者容易结合，界面张力与润湿角 就很小。
通过测定润湿角可比较不同液态金属表面 张力的大小。
2.影响表面张力的因素
（1）熔点 （2）温度 （3）溶质元素
（1）熔点
( X11
X
22
)1
2
Hm RT
1 ——纯溶剂的粘度；2——溶质的粘度；
X1、X2 分别为纯溶剂和溶质的在溶液中的mole分数， R为气体常数，Hm 为两组元的混合热。
若混合热Hm为负值，合金元素的增加会使合金 液的粘度上升（Hm为负值表明反应为放热反应） 若混合热Hm为正值，合金元素的增加会使合金 液的粘度下降（Hm为正值表明反应为吸热反应） 如：Fe-C合金中随C含量的增加，粘度下降。 Al-Si合金中随Si含量的增加，粘度下降。它们均 在共晶成分时粘度最低。 液态合金中形成的夹杂物，均使粘度上升。如钢 中的MnS、Al2O3、SiO2等。
表面张力等； • 热力学性质：蒸汽压、热膨胀与凝固收缩及其它
金属液体粘度较大， 而水几乎没有粘度。
§2-2 液态金属的结构
一、液体与固体、气体结构比较 二、目前研究液态金属结构的方法 三、实际金属的液态结构
教你快速掌握冶金原理
n 求1173 k该反应的ΔG01173值和PCO2值。
n解
CaO+CO2=CaCO3
n ΔG01173=-170924.8+144.4×1173.15=-1543.6J
n 1173K时CaCO3的离解压为：
n ΔG01173.15=-RTlnKp=RTlnPCO2
n PCO2=0.8537atm=86500Pa
0 60.08
12
-
教你快速掌握冶金原理
三、求给定温度时的ΔG0
n 当求出反应的ΔG0-T二项式后，欲求该反应 在某温度下的ΔG0值就非常简便，只需将该 温度值代入ΔG0-T关系式即可得计算结果。
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教你快速掌握冶金原理
n 例题 已知CaCO3生成反应的ΔG0-T二项式为 n ΔG0=-170924.8+144.4 T,J
n
f=(3-1)-3+2=1
n 即在相平衡保持不变的情况下，压力和温度这两个
影响平衡的因素中只有一个可独立改变，另一个为 依变数：
n
pB=φ(T)
n 即离解压仅取决于温度，或者说，，ΔG0、Kp亦仅
取决于温度：
n
ΔG0=φ(T)
Kp=φ(T)
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教你快速掌握冶金原理
第一节 概 述
n 由离解——生成反应的ΔG0、Kp、PB与温度 的关系：
n
∆S2980＝（Σ∆S2980）生成物－（Σ∆S2980）反应物
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教你快速掌握冶金原理
进行计算，得离解－生成反应的∆Cp、∆H2980、 ∆S2980，将这些数据及关系式代入式中进行积分， 即可得出ΔG0—T关系式。上述结果是在无相变条 件下导出的，如有相变发生，则：
冶金原理第2章
2.1钢铁冶金主要二元渣系相图
2 Al2O3-SiO2系相图
一个稳定化合物：莫来石3Al2O3.2SiO2(A3S2)， 可溶解微量的Al2O3形成的固溶体。
2.1钢铁冶金主要二元渣系相图 3 CaO-Al2O3系相图
三个同份熔化化合物： C12A7、CA、CA2; 两个异份熔化化合物： C3A、CA6。
a)
b)
穿过D初晶区的液相组成变化的途径，是物系点与D点连线在其内的
延长线。 凡位于A初晶区内DP连线右上侧的物系点，在结晶过程中都会出现
这种穿相区现象。
2.4
有两个二元异份熔化化合物的三元系相图
初晶面 A、B、C、D1、D2 线 P’ P：包晶线 L+C→D1 P’’P：包晶线 L+C→D2 其余均为共晶线 点 P：包晶点 L+C=D1+D2 P1：包晶点L+C=D1+D2 P2：包晶点L+D1=A+D2 E1、E2、E均为共晶点
2 冶金相图-基础知识 *CaO--石灰：碱性氧化物，是调节炉渣碱度（酸碱性）的重要物
质。能破坏炉渣中的网状氧化物。
*CaCO3.MgCO3--白云石：同上
*SiO2、P2O5:酸性氧化物，形成网状结构氧化物，影响黏度。
*Al2O3:中性氧化物，是夹杂的成分之一，是引起水口结瘤的根源。 *FeO、Fe2O3:衡量炉渣的氧化-还原性 *CaF2:调节熔点和黏度具有显著意义，加入可以使熔点降低，被 称为助熔剂
D 具有一个不稳定二元化合物的相图
面、线、点分析
面：A、B、C、D四个组元的初晶面 线：五条相界线 e1E：二元共晶线 L→B+C e2P：二元共晶线 L→A+C e3E：二元共晶线 L→B+D P’P：二元包晶线（转熔线） L+A→D PE：二元共晶线 L→C+D 点：三元共晶点E，LE=B+C+D 三元包晶点（转熔点）P： LP+A=C+D
冶金原理课件yy0101
12
五、熔渣的其它作用
作为金属液滴或锍的液滴汇集、长大和沉降的介质 冶炼中生成的金属液滴或锍的液滴最初是分散在熔渣中的，这些分 散的微小液滴的汇集、长大和沉降都是在熔渣中进行的。 在竖炉（如鼓风炉）冶炼过程中，炉渣的化学组成直接决定了炉缸 的最高温度。 对于低熔点渣型，燃料消耗量的增加，只能加大炉料的熔化量而不 能进一步提高炉子的最高温度。 在许多金属硫化矿物的烧结焙烧过程中，熔渣是一种粘合剂。 烧结时，熔化温度较低的炉渣将细粒炉料粘结起来，冷却后形成了 具有一定强度的烧结块或烧结球团。 在金属和合金的精炼时，熔渣覆盖在金属熔体表面，可以防止金属 熔体被氧化性气体氧化，减小有害气体（如H2、N2）在金属熔体中 的溶解。是粗金属精炼过程的产物。 ✓ 主要作用——捕集粗金属中杂质元素的氧
化产物，使之与主金属分离。 ✓ 例如，在冶炼生铁或废钢时，原料中杂质
元素的氧化产物与加入的造渣熔剂融合成 CaO和FeO含量较高的炉渣，从而除去钢 液中的硫、磷等有害杂质，同时吸收钢液 中的非金属夹杂物。
10
精炼
▪ 熔盐电解法广泛应用于铝、镁、钠、锂等轻金属和稀土
金属的电解提取或精炼 ◇ 这些金属都属于负电性金属，不能从水溶液中电解沉
积出来 ◇ 例如，铝的熔盐电解是工业铝生产的唯一方法
▪ 其它的碱金属、碱土金属，钛、铌、钽等高熔点金属以
及某些重金属（如铅）的熔盐电解法生产
▪ 利用熔盐电解法制取合金或化合物
被熔融金属或熔渣侵蚀和冲刷下来的炉衬材料 如碱性炉渣炼钢时，MgO主要来自镁砂炉衬
8
四、熔渣的主要作用与分类
—— 不同的熔渣所起的作用是不一样的 —— 根据熔渣在冶炼过程中的作用，可将其分成四类： 1、冶炼渣（熔炼渣） ✓ 是在以矿石或精矿为原料、以粗金属或熔锍为冶炼产物的熔炼过程中 生成的 ✓ 主要作用——汇集炉料（矿石或精矿、燃料、熔剂等）中的全部脉石 成分、灰分以及大部分杂质，从而使其与熔融的主要冶炼产物（金属 、熔锍等）分离。 ✓ 例如，高炉炼铁中，铁矿石中的大量脉石成分与燃料（焦炭）中的灰 份以及添加的熔剂（石灰石、白云石、硅石等）反应，形成炉渣，从 而与金属铁分离。 造锍熔炼中，铜、镍的硫化物与炉料中铁的的硫化物熔融在一起，形 成熔锍；铁的氧化物则与造渣熔剂SiO2及其他脉石成分形成熔渣。
五、熔渣的其它作用
作为金属液滴或锍的液滴汇集、长大和沉降的介质 冶炼中生成的金属液滴或锍的液滴最初是分散在熔渣中的，这些分 散的微小液滴的汇集、长大和沉降都是在熔渣中进行的。 在竖炉（如鼓风炉）冶炼过程中，炉渣的化学组成直接决定了炉缸 的最高温度。 对于低熔点渣型，燃料消耗量的增加，只能加大炉料的熔化量而不 能进一步提高炉子的最高温度。 在许多金属硫化矿物的烧结焙烧过程中，熔渣是一种粘合剂。 烧结时，熔化温度较低的炉渣将细粒炉料粘结起来，冷却后形成了 具有一定强度的烧结块或烧结球团。 在金属和合金的精炼时，熔渣覆盖在金属熔体表面，可以防止金属 熔体被氧化性气体氧化，减小有害气体（如H2、N2）在金属熔体中 的溶解。是粗金属精炼过程的产物。 ✓ 主要作用——捕集粗金属中杂质元素的氧
化产物，使之与主金属分离。 ✓ 例如，在冶炼生铁或废钢时，原料中杂质
元素的氧化产物与加入的造渣熔剂融合成 CaO和FeO含量较高的炉渣，从而除去钢 液中的硫、磷等有害杂质，同时吸收钢液 中的非金属夹杂物。
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精炼
▪ 熔盐电解法广泛应用于铝、镁、钠、锂等轻金属和稀土
金属的电解提取或精炼 ◇ 这些金属都属于负电性金属，不能从水溶液中电解沉
积出来 ◇ 例如，铝的熔盐电解是工业铝生产的唯一方法
▪ 其它的碱金属、碱土金属，钛、铌、钽等高熔点金属以
及某些重金属（如铅）的熔盐电解法生产
▪ 利用熔盐电解法制取合金或化合物
被熔融金属或熔渣侵蚀和冲刷下来的炉衬材料 如碱性炉渣炼钢时，MgO主要来自镁砂炉衬
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四、熔渣的主要作用与分类
—— 不同的熔渣所起的作用是不一样的 —— 根据熔渣在冶炼过程中的作用，可将其分成四类： 1、冶炼渣（熔炼渣） ✓ 是在以矿石或精矿为原料、以粗金属或熔锍为冶炼产物的熔炼过程中 生成的 ✓ 主要作用——汇集炉料（矿石或精矿、燃料、熔剂等）中的全部脉石 成分、灰分以及大部分杂质，从而使其与熔融的主要冶炼产物（金属 、熔锍等）分离。 ✓ 例如，高炉炼铁中，铁矿石中的大量脉石成分与燃料（焦炭）中的灰 份以及添加的熔剂（石灰石、白云石、硅石等）反应，形成炉渣，从 而与金属铁分离。 造锍熔炼中，铜、镍的硫化物与炉料中铁的的硫化物熔融在一起，形 成熔锍；铁的氧化物则与造渣熔剂SiO2及其他脉石成分形成熔渣。
冶金原理
吸附化学反应的速率
气体在相界面上的吸附分为两种： ●化学吸附：有化学键形成，吸附活化能在80KJ以上。 ●物理吸附：仅有范德华力作用，吸附活化能20KJ在以下。
朗格谬尔吸附等温式
A
θ
A
(g )
+
σ
=
A σ
1 − θ
A
=
σ
A σ + A σ
=
σ σ
+ A σ
K
A
=
θ
P A ⋅ (1 − θ
A
θA
A
)
稳定态原理
在与环境交换能量及物质的敞开体系内，组分的质量在某 时间的变化是由于内部的化学反应及参加反应的物质经过 体系—环境界面转移促成的。当维持引入的物质的量与其 消耗的量达到相等时，就可建立过程的稳定状态，而使过 程在稳定态中进行。 过程处于稳定态时各环节速率相等， 反应速率不随时间而变化。
小结
好不容易来到了第三章——金属熔 体
• • • • 一， 熔铁及其合金的结构模型： 1.自由体积模型 2.空位模型 3.群聚团模型
• 二， 铁液中组分活度的相互作用系数 • 相互作用系数——瓦各纳法 • 三， 相互作用系数的特性及其转换关系 • 1）同类相互作用系数 • 2）异类相互作用系数 • （具体见教材106页）
理想气体的吉布斯能变化
• 对于 mol的理想气体，吉布斯能变化的基本式为： 对于1 的理想气体， 的理想气体 吉布斯能变化的基本式为： • dG=VdP-SdT RT 恒温下： 恒温下：dT=0 dG=vdP V = P 理想气体状态方程： 理想气体状态方程：
RT dG = dP = RTdln P P
◎当不同的因素发生变化时，对此扩散及反应的速率有不同程度地增大 或减弱的作用，相应地能使过程的控制环节发生改变。 ◎如果由实验研究化学反应的机理时，必须在实验中创造条件，使整个 过程位于动力学范围内。
冶金原理复习PPT学习教案
对于高炉渣，碱度大于1的渣是碱性渣，碱度小于1的 渣是酸性渣。 对于炼钢渣，碱性渣的碱度约为2~3.5。
第24页/共73页
5.1 熔渣的碱度与酸度
二、熔渣的酸度
有色冶金中，习惯上用酸度（硅酸度）表示熔渣 的酸碱性。
酸度 —— 熔渣中结合成酸性氧化物的氧的质量 与结合成碱性氧化物的氧的质量之比，一般用 r 表示：
r
mO (酸性氧化物) mO (碱性氧化物)
一般说来，酸度小于或等于1的渣属于碱性渣。
第25页/共73页
5.2 熔渣的氧化性
5.2 熔渣的氧化性
一、氧化渣与还原渣
熔渣可分为两种：氧化渣和还原渣。 氧化渣——能向金属液输送氧、使金属液被氧饱和或 使金属液中的杂质氧化的渣。 还原渣——能从金属液中吸收氧、即发生金属液脱氧 过程的渣。
（b）根据式7-6得： T开 = -27354/(lg0.21-11.34) = 2275 K
（c）根据式7-7得：
T沸 A' /(B') 27354（/ 11.34） 2412(K)
第33页/共73页
7.3.1 氧化物的分解
三 、 氧 化 物 生成–分 解体系 的热力 学平衡 图
对于反应:2Me(s,l) + O2 = 2MeO(s,l) 假设：(1) Me和MeO均以凝聚相存在，且不相互溶解 ；
➢
确定界线的性质 根 据 切 线 规 则可 以判断 某一界 线是低 共熔线 还是转 熔线。
结 合 连 线 规 则找出 该界线 上的温 度最高 点；
在 该 界 线 上 按照温 度下降 的方向 标上单 箭头或 双箭头 。
➢
判断无变点的性质 根 据 无 变 点与 其相对 应的子 三角形 的相对 位置关 系来确 定该无 变点的 性质。
第24页/共73页
5.1 熔渣的碱度与酸度
二、熔渣的酸度
有色冶金中，习惯上用酸度（硅酸度）表示熔渣 的酸碱性。
酸度 —— 熔渣中结合成酸性氧化物的氧的质量 与结合成碱性氧化物的氧的质量之比，一般用 r 表示：
r
mO (酸性氧化物) mO (碱性氧化物)
一般说来，酸度小于或等于1的渣属于碱性渣。
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5.2 熔渣的氧化性
5.2 熔渣的氧化性
一、氧化渣与还原渣
熔渣可分为两种：氧化渣和还原渣。 氧化渣——能向金属液输送氧、使金属液被氧饱和或 使金属液中的杂质氧化的渣。 还原渣——能从金属液中吸收氧、即发生金属液脱氧 过程的渣。
（b）根据式7-6得： T开 = -27354/(lg0.21-11.34) = 2275 K
（c）根据式7-7得：
T沸 A' /(B') 27354（/ 11.34） 2412(K)
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7.3.1 氧化物的分解
三 、 氧 化 物 生成–分 解体系 的热力 学平衡 图
对于反应:2Me(s,l) + O2 = 2MeO(s,l) 假设：(1) Me和MeO均以凝聚相存在，且不相互溶解 ；
➢
确定界线的性质 根 据 切 线 规 则可 以判断 某一界 线是低 共熔线 还是转 熔线。
结 合 连 线 规 则找出 该界线 上的温 度最高 点；
在 该 界 线 上 按照温 度下降 的方向 标上单 箭头或 双箭头 。
➢
判断无变点的性质 根 据 无 变 点与 其相对 应的子 三角形 的相对 位置关 系来确 定该无 变点的 性质。
《冶金原理》幻灯片PPT
向气相扩散。
真中中碳的氧化反响将形成了不溶于钢液的CO气泡，在真 空中，降低P CO，可使在大气压力下已经到达平衡的脱碳 反响再度进展。碳氧积：w[C]*w[O]=m pCO也可在到达更低 的值。
1〕真空脱碳 钢液的碳量临界量以下的脱碳速度降低较大，所以，在传
氢和氮在钢液中的浓度很小，它们形成气泡的析出压力远小 于其所受的外压，所以这些溶解气体，就不能依靠形成 气泡 的形式排出，而是通过向钢液的外表吸附，转变成气体分子， 再向气相中排出：[H]=H吸，2H吸=H2。
真空钢液脱气有以下环节：
1〕钢液中溶解气体原子向钢液-气相界面扩散。
2〕气体原子在界面上吸附，结合成气体分子，再从界面 脱附。
钢液真空处理时，钢液和真空炉及容器的耐火材料 接触时，其中的氧化物能被碳复原。
例如：
MgO(s)+[C]=Mg(g)+CO
SiO2(s)+2[C]=[Si]+2CO
Al2O3(s)+3[C]=2[Al]+3CO
反响条件是△rGm<0 , P’CO>真空压力。而真空度 的提高，促进气相产物CO或Mg(g)的排走，耐火材 料受到的损坏更大。因此，在真空熔炼或处理中， 应选用不容易被碳复原或其他复原后溶解于钢液的 元素，对刚性能无害的氧化物耐火材料。
统的初炼炉内是难于冶炼超低碳的钢种的。为补救，可将碳 的质量分数为0.1%~0.45%的钢液，倒入盛钢桶内进展真空 处理〔600到700pa),并从盛钢桶底部吹入氩气进展搅拌，这 称为VOD法。 2〕真空脱氧 在钢液的含碳量比规格碳量稍高时完毕精炼，在真空室内， 钢液中过剩的碳可与氧发生碳-氧反响，而使钢液中的氧变 成CO排除。这时碳在真空下变成脱氧剂。它的脱氧能力随 真空度的提高而提高。
真中中碳的氧化反响将形成了不溶于钢液的CO气泡，在真 空中，降低P CO，可使在大气压力下已经到达平衡的脱碳 反响再度进展。碳氧积：w[C]*w[O]=m pCO也可在到达更低 的值。
1〕真空脱碳 钢液的碳量临界量以下的脱碳速度降低较大，所以，在传
氢和氮在钢液中的浓度很小，它们形成气泡的析出压力远小 于其所受的外压，所以这些溶解气体，就不能依靠形成 气泡 的形式排出，而是通过向钢液的外表吸附，转变成气体分子， 再向气相中排出：[H]=H吸，2H吸=H2。
真空钢液脱气有以下环节：
1〕钢液中溶解气体原子向钢液-气相界面扩散。
2〕气体原子在界面上吸附，结合成气体分子，再从界面 脱附。
钢液真空处理时，钢液和真空炉及容器的耐火材料 接触时，其中的氧化物能被碳复原。
例如：
MgO(s)+[C]=Mg(g)+CO
SiO2(s)+2[C]=[Si]+2CO
Al2O3(s)+3[C]=2[Al]+3CO
反响条件是△rGm<0 , P’CO>真空压力。而真空度 的提高，促进气相产物CO或Mg(g)的排走，耐火材 料受到的损坏更大。因此，在真空熔炼或处理中， 应选用不容易被碳复原或其他复原后溶解于钢液的 元素，对刚性能无害的氧化物耐火材料。
统的初炼炉内是难于冶炼超低碳的钢种的。为补救，可将碳 的质量分数为0.1%~0.45%的钢液，倒入盛钢桶内进展真空 处理〔600到700pa),并从盛钢桶底部吹入氩气进展搅拌，这 称为VOD法。 2〕真空脱氧 在钢液的含碳量比规格碳量稍高时完毕精炼，在真空室内， 钢液中过剩的碳可与氧发生碳-氧反响，而使钢液中的氧变 成CO排除。这时碳在真空下变成脱氧剂。它的脱氧能力随 真空度的提高而提高。
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取体系内，同样萃取条件下，两种物质分配比的比值。
、B能分离
萃取的难易程度相当
越大，二元素分离效果越好
萃取机理：通过键上的氧原子与金属盐中的金属离子生成配价键而形中性磷型萃取剂的萃取能力顺序：
、强酸（碱）性树脂和弱酸（碱）性树脂在进行离子交换时，对溶液的酸碱性有什么要
当两离子的峰位差值(VB－VA)愈大，离子分离得愈好。
当峰宽减小时，二离子也分离得愈好，同时我们还可以从淋洗曲线求得动态条件下的分配比及分离系数的值。
它的电位为
阳极中的铁会电化学溶解进入溶液，
不会在阴极被还原成金属铁。
3+，Fe3+离子可在阴极被电化学还原成
如此反复，使电流效率下降。
此外，还可能进行如下反应：
使三价铁还原为二价铁，故使阴极电流效率ηTk下降，因此，要求电解液。
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Aa c
b B
k
c Ee
c
d D
vA 0
k k
c
e E
cDd
cAa cBb
＝K 平
vA
k
c
a A
cBb
kcEe cDd
/ k
k
c
ca b
AB
cEe cDd
/
K
例题：
23
1
1.6 多相化学反应的速率式
v k A c V
24
2 扩散传质、对流传质的速率
扩散：是体系中物质自动迁移、浓度变均匀的过程。 自扩散（本征扩散）：纯物质体系中的扩散是同位素的浓度不同，发生熵变。 互扩散或化学扩散：当溶液中有浓度梯度存在时，发生的扩散。
3
0
4
1
1.1 化学反应速率的表示方法
aA bB dD eE
●用反应物或生成物浓度随时间的变化表示。
rA
dnA dt
rC
dnC dt
●转化速率或反应的进度（ξ或J）定义
J 1 dnA 1 dnB 1 dnD a dt b dt d dt
5
1
●（基于浓度的）反应速率
v J 1 1 dnA V V a dt V是常数时
25
2.1 分子扩散及扩散系数
2.1.1 Fick第一定律－稳态扩散的规律
●稳态扩散的特点
扩散方向上浓度梯度为常数
dc const dx
任何垂直于扩散方向的扩散通量为常数 J const
任何一点的浓度不随时间变化
dc
d
0
● Fick第一定律表达式 C
J D dc dx
C C/ x=常数
26
16
1
1.4 反应级数的确定方法
17
1
1.4 反应级数的确定方法
●半衰期法：
考察是否为一级反应
1 2
2n1 1 n 1 kc0n1
c0
c0
1
( 1 )1 2
2n1 1 n 1 k(c0 )1n1
c0
c0
2
( 1 )2 2
2n1 1 n 1 k(c0 )2n1
( 1 )1
2
( 1 )2
H2 + I2
（1）I2 + M0 （2）H2 + I·+I· （3）M0+ I·+I·
2 HI
I·+I·+ M0 HI+ HI I2+ M0
9
1 化学反应的速率
10
1
11
1
1.2.4 化学反应的级数
●基元反应：级数等于反应物的化学计量数之和。
aA bB cC dD AB AB C
ABC D
n 1
(c0 (c0
)2 )1
n
1
ln
( 1
2
)1
/ ln
(c0 )1
( 1 )2 (c0 )2
18
2
2
1 ●利用反应速率的微分式求反应级数。
r dc kcn
d
ln r ln k nln c ln r ln c
19
●反应速率常数式
ln k = Ea + A ln k 1
RT
➢ 宏观动力学：在微观动力学基础上，考虑了传热传质等 过程的总的化学反应速率及机理。
2
0
●宏观动力学研究的反应类型
➢均相反应：气相反应；液相反应。 ➢多相反应：反应在两相界面上进行。
●多相反应发生在体系的相界面上，反应三个环节
(1)反应物对流扩散到反应界面上； (2)在反应界面上进行化学反应； (3)反应产物离开反应界面向相内扩散。
r
dcA
d
kcA
kcB
cA cB c cB c cA
r
dcA
d
kcA
k (c cA)
(k k )cA kc
(k
k )cA
k k k
c
r 0
c A平
k k k
c
r
dcA
d
(k
k )(cA
cA平）
k（ 1
k k
)(cA
cA平）
22
aA bB dD eE
vA
k
c
t
x
2.1.2 Fick第二定律－非稳态扩散的速度方程 ●非稳态扩散的特点 扩散方向上浓度梯度不为常数 dc const
dx
任何垂直于扩散方向的扩散通量不为常数 J const
d
1 c n1
1 c n1
0
n 1k
1 2
2n1 1 n 1 kc0n1
13
1 平衡常数与化学反应速率常数的关系
aA bB cC dD
r正 k正CAaCBb
r逆
k
逆CCc
C
d D
r正 r逆
k正 k逆
CCc CDd C Aa C Bb
K
14
1
1.4 反应级数的确定方法
15
1
1.4 反应级数的确定方法
1
1.3 三种级数反应的速率方程
反应 类型
微分式
积分式
k c00
k
c c0 k
一级 反应
r dc kc
d
ln c ln c0 k
二级 反应
r dc kc2
d
1 1 k
c c0
半衰期
1
2
c0 2k
1
2
ln 2 k
1
2
1 k c0
n级 反应
r dc kcn
第二章 冶金动力学基础
0 前言 1 化学反应的速率 2 分子扩散及对流传质 3 吸附化学反应的速率 4 反应过程动力学方程的建立 5 新相形成的动力学
1
0 前言
●热力学及动力学研究的内容
➢反应的可能性及限度：热力学 ➢反应的速率和机理：动力学
●动力学的分类
➢ 微观动力学：只研究化学反应的机理及速率，从分子、 离子角度。
n ab 1级 1个分子的反应
2级 2个分子的反应 3级 3个分子的反应
●非基元反应：反应只表示总的结果。
a 若反应由若干基元反应组成，其中有一个基元
反应的速率特别慢，则总反应速率等于最慢基
元反应的速率。
b 若几个反应均较慢，总反应速率由这几个较慢
反应共同确定，反应级数可能是分数、小数或
整数。
12
T
✓Ea很大的反应，升高温度，k值增加得很显著；
✓Ea值小的反应，升高温度，k值增加得不显著
20
●活化能的物理意义
✓活化能表示活化分子超出反 应分子平均能量的能量。 E正 E E E逆 E E
✓恒容条件下 U E正 E逆
✓恒压条件下 H E正 E逆
21
1
1.5 可逆反应的速率式 A B
是一种原子在其他种作为基体的原子中的相对扩散。
对流传质或紊流湍动传质：在流动体系中出现的扩散。 是由分子扩散和流体的分子集团的整体运动(即对流运动)， 使其内的物质发生迁移。
扩散通量或物质流或称传质速率：单位时间内，通过单位截面积的物质的 量(mol)称为该物质的，单位mol/(m2.s)，
扩散流：单位时间通过某截面积的物质的量，单位mol/s。
1 dnA dnA /V dCA
V dt dt
dt
v 1 dcA 1 dcB 1 dcE
a dt b dt
e dt
6
化学反应速率的测试方法
1
7
1
8
1 化学反应的速率
1.2 基元反应及质量作用定律
反应物分子在碰撞过程中一步能生成生成物的 反应，是反应的最基本类型。