【精品课件】上海大学钢铁冶金专业研究生课程
钢铁冶金原理课件
钢铁冶金行业的可持续发展需要技术 创新、政策引导和市场机制等多方面 的努力，推动行业向低碳化、智能化 和循环经济方向发展。
钢铁冶金行业是高能耗、高排放的行 业之一，对环境产生一定的影响，因 此需要采取措施降低能耗和减少排放 ，实现可持续发展。
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全球铁矿分布
主要集中在澳大利亚、中国、巴西等国家。
中国铁矿分布
鞍山、马鞍山、攀枝花等地区。
铁矿的采矿技术
露天开采：剥离表土 层，开采矿石。
采矿技术发展趋势： 智能化、绿色化。
地下开采：挖掘巷道 ，进行矿石开采。
铁矿的选矿原理
选矿目的
将铁矿石中的铁含量提高到60%以上。
选矿原理
根据铁矿石与脉石的物理性质差异进行分离。
。
直接还原技术
通过在低于熔点的温度下将铁矿石 还原成直接还原铁，再通过电弧炉 熔炼成钢，可减少能源消耗和环境 污染。
氢冶金技术
利用氢气作为还原剂，替代传统的 碳作为还原剂，减少温室气体排放 ，是未来钢铁工业的发展方向。
钢铁冶金的未来发展方向
1 2 3
低碳化
随着全球对环境保护的重视，钢铁冶金行业将向 低碳化方向发展，降低碳排放，提高能源利用效 率。
钢的连铸技术
总结词
连铸技术是将液态钢转变为固态钢的过程，涉及结晶、凝固和收缩等物理变化 。
详细描述
连铸过程中，液态钢流入结晶器，在冷却水的作用下逐渐结晶凝固。随着钢坯 的连续拉出，凝固过程继续进行，直至形成完整的钢坯。控制结晶速度、冷却 强度和拉坯速度是连铸技术的关键要素。
钢的轧制原理
总结词
轧制是通过一对旋转轧辊对金属施加压力，使其发生塑性变形的过程。
熔融与凝固
钢铁冶金学教程ppt课件
炼铁原料
01
铁矿石、焦炭、石灰石
辅助材料
02
锰矿、硅石、萤石等
原料质量要求
03
铁矿石品位、焦炭强度、石灰石活性等
高炉炼铁工艺
高炉本体结构
炉缸、炉腹、炉腰、炉身 、炉喉
高炉冶炼过程
装料、送风、燃烧、还原 、出铁、出渣
高炉操作制度
装料制度、送风制度、热 制度、造渣制度
炼铁设备结构及工作原理
炼铁设备组成
钢铁冶金学教程ppt课件
目录
• 钢铁冶金学概述 • 炼铁工艺及设备 • 炼钢工艺及设备 • 连铸工艺及设备 • 轧制工艺及设备 • 钢铁冶金产品质量控制
01
钢铁冶金学概述
冶金学定义与分类
冶金学定义
研究从矿石中提取金属及其合金 的科学。
冶金学分类
根据研究对象的不同，冶金学可 分为黑色冶金学和有色冶金学两 大类。
1 2
轧机主机
包括机架、轧辊、轴承座、压下装置等部分，是 轧机的核心部分。通过电机驱动轧辊旋转，对金 属坯料进行压力加工。
辅助设备
包括加热炉、除鳞机、矫直机、冷却装置等，为 轧制过程提供必要的辅助条件和支持。
3
控制系统
采用先进的自动化控制系统，对轧机主机和辅助 设备进行实时监控和调整，确保生产过程的稳定 和产品的质量。
钢铁冶金学发展历程
01
02
03
古代钢铁冶金
从公元前1000多年开始， 人们就已经开始使用铁器 ，并逐渐掌握了铁的冶炼 技术。
近代钢铁冶金
18世纪工业革命后，钢铁 工业得到了迅速发展，出 现了许多新的冶炼方法和 工艺。
现代钢铁冶金
20世纪以来，随着科学技 术的不断进步，钢铁冶金 技术也在不断发展和完善 。
钢铁冶金概论全套课件
17
1.6 钢铁资源与能耗
1）我国主要自然资源现状 • 我国的四类基本资源中，耕地、淡水人均 占有量只分别相当于世界平均水平的 1/3 和 1/4 ，森林和草地只分别相当于世界平 均水平的1/7和1/3； • 能源资源中，煤炭、石油和天然气的人均 探明储量分别只有世界平均水平的 1/2 、 1/10和1/20。 • 矿产资源人均占有量只有世界平均水平的 58%，排世界第53位;
12
1.5 钢铁产品及副产品
1)钢铁冶炼产品
（1）生铁：
炼钢生铁[Si]≤1.25%
铁与C、Si、Mn、P、S组成的合金，主要由高炉生产
铸造生铁 1.25%≤[Si]≤4.25%
13
冶炼设备：转炉钢、电炉钢 脱氧程度：沸腾钢、镇静钢、半镇静钢 碳素钢：低、中、高碳 合金钢：低、中、高合金
按冶炼方法分：
18
在13种主要金属原料的地区分布前五位排名上，我 国除锡（占 14.8% ）和钼（占 6.0% ）外，其余都榜上 无名。
19
2）我国主要自然资源使用现状
我国是资源和能源利用率较低的 国家之一。我国最终产品量仅占原料 投入量的20%——30%，60%以上的原料 变成了废弃物，资源回收率比世界平 均水平低20%。
1980
2002
1980
2000
23
5）我国能源消耗增长率
近三十年，我国GDP年平均增 长率为9.5%，而相应的能源消耗 增长率仅为4.2%,不到GDP年平均 增长率的一半（44%）。
24
6）钢铁工业能源消耗比例
钢铁工业是能源和资源密集 型产业 , 例如能源消耗约占世界 总能耗的10%。我国钢铁工业在上 世纪七十年代时占全国总能耗的 13%—14% ，从八十年代起有所降 低，但也在10%以上。
《钢冶金学》课程资料(重大冶金考研专业课重要参考资料)
《钢冶金学》课程重庆大学2005年3月目录1现代炼钢技术的发展概况及趋势 (1)1.1现代炼钢技术的发展历史沿革 (1)1.2炼钢的基本任务 (3)1.3现代炼钢技术的发展趋势 (3)2现代转炉炼钢理论及新技术 (5)2.1炼钢的基本原理 (5)2.1.1铁液中元素的氧化 (5)2.1.1.1元素的氧化次序 (5)2.1.1.2元素的氧化方式 (5)2.1.2硅的氧化 (5)2.1.2.1氧化方式 (5)2.1.2.2氧化的热力学条件 (5)2.1.2.3硅的氧化对炼钢的影响 (6)2.1.3锰的氧化与还原 (6)2.1.4脱碳 (7)2.1.5脱磷 (8)2.1.6脱硫 (10)2.1.7脱氧 (12)2.1.8钢中气体与非金属夹杂物 (14)2.1.8.1钢中气体 (14)2.1.8.2钢中的非金属夹杂物 (15)2.2氧气顶吹转炉炼钢 (17)2.2.1特点 (17)2.2.2转炉炼钢用原材料 (17)2.2.3顶吹氧气转炉炼钢过程的成分变化 (19)2.2.4氧气射流与熔池的物理作用 (19)2.2.5氧气射流与熔池的化学作用 (19)2.2.6顶吹氧气转炉炼钢的冶金特点 (19)2.3氧气顶底复合吹炼转炉炼钢 (19)2.3.1顶底复吹转炉炼钢设备 (19)2.3.2顶底复吹过程概述 (22)2.3.3顶底复吹转炉炼钢工艺 (23)2.4转炉溅渣护炉技术 (30)2.4.1转炉溅渣护炉技术概况 (30)2.4.2转炉溅渣护炉溅渣层在高温下的流动特性 (31)2.4.3溅渣材料中加入煤的试验 (32)2.4.4转炉溅渣护炉改渣剂研究 (32)2.4.5宝钢转炉溅渣护炉技术 (33)2.4.6攀钢特殊铁水条件对转炉溅渣护炉的影响 (34)2.4.8炉渣物理性质及留渣量 (35)2.4.9镁碳砖中的碳含量 (35)3现代电炉炼钢理论及新技术 (37)3.1现代电炉炼钢技术的发展趋势及工艺变革 (37)3.2超高功率电弧炉炼钢 (38)3.2.1超高功率电炉的发展及特征 (38)3.2.2超高功率电炉设备 (40)3.3电弧炉偏心炉底出钢技术 (42)3.4直流电弧炉技术 (43)3.5近年来国际上电弧炉炼钢烟气利用的方法 (44)4纯净钢及炉外处理技术 (46)4.1炉外精炼的理论和技术基础 (46)4.1.1概述 (46)4.1.2真空理论 (47)4.1.2.1真空脱氧 (48)4.1.2.2真空下钢液的脱气 (52)4.1.2.3真空下元素的挥发和有害元素的去除 (56)4.1.2.4真空下合金元素与耐火材料的相互作用 (59)4.1.2.5吹氩精炼的真空效果 (62)4.1.3真空的技术基础 (62)4.1.4合成渣洗 (62)4.2炉外精炼的主要方法 (63)4.2.1钢包的真空精炼与脱气 (63)4.2.1.1RH真空循环脱气法 (63)4.2.1.2DH真空提升脱气法 (64)4.2.1.3钢包(LD)脱气法 (64)4.2.1.4钢水真空滴流处理法 (65)4.2.1.5真空电弧脱气精炼法(VD法) (65)4.2.1.6真空电弧脱气精炼法(VAD法) (65)4.2.1.7真空弧热精炼法(ASEA-SKF法) (65)4.2.2钢包精炼及吹氩法 (65)4.2.2.1带保护罩加合成渣吹氩(SAB、CAB法) (65)4.2.2.2封闭式吹氩成分微调法(CAS法) (65)4.2.2.3带电弧加热的钢包吹氩法(LF法) (65)4.2.3不锈钢的炉外精炼法 (65)4.2.3.1真空吹氧脱碳法(VOD法) (65)4.2.3.2氩氧精炼法(AOD法) (65)4.2.3.3CLU法 (65)4.2.4钢包喷粉法 (65)4.2.5喂丝法 (66)4.2.6其它炉外精炼方法 (66)4.3炉外精炼的仿真 (66)4.3.1钢包喂丝过程的物理数学模拟 (66)5现代连铸的发展状况及主要技术趋势 (67)5.1连铸的发展、特点及优越性 (67)5.2高效连铸技术 (67)5.3近终型连铸技术 (67)5.4连铸热送及连铸连轧技术 (67)6钢冶金的过程仿真技术 (68)6.1转炉氧气顶吹、底吹流场的数值模拟 (68)6.2电弧炉传输过程的数值模拟 (68)6.3钢包炉传输过程的数值模拟 (68)6.4连铸中间包及结晶器的流动、传热数值模拟 (68)6.5连铸二冷区传热、应力的数值模拟 (68)6.6钢包喂丝工艺的数值模拟 (68)1现代炼钢技术的发展概况及趋势1.1现代炼钢技术的发展历史沿革(1) 人类最初使用的是陨铁。
《钢铁冶金》课件
钢铁冶金技术发展
钢铁冶金技术的历史
钢铁冶金技术始于古代，经历了手工冶炼、高炉冶炼、平炉冶炼等阶段，逐渐发展成为现代 化的自动化制造过程。
钢铁冶金技术的现状和趋势
现代钢铁冶金技术包括冶炼工艺优化、节能减排、自动化控制等方面，未来的发展趋势是提 高生产效率和环境友好性。
钢铁冶金的应用
钢铁冶金的应用领域
炼铁
1
炼铁流程
炼铁的基本流程包括原料准备、炉料制备、高炉冶炼和铁水处理等环节。
2
炼铁原理
炼铁过程中，通过高温和还原剂的作用将铁矿石中的氧化铁还原为金属铁，并脱除杂质。
钢铁制备
炼钢流程
炼钢的主要流程包括炉料准备、炼钢炉冶炼、钢水 调质和连铸成形。
炼钢原理
炼钢过程中，通过控制温度、氧化还原反应和冷却 速度等因素，调整钢中的碳含量和杂质含量。
《钢铁冶金》PPBiblioteka 课件钢铁冶金是指通过冶炼和制备过程将铁矿石转化为钢铁的科学与技术领域。 本课件将深入介绍钢铁冶金的流程、原理、技术发展和应用。
钢铁冶金介绍
1 钢铁冶金概念
钢铁冶金是将铁矿石经过特定的冶炼和制备过程转化为钢铁材料的过程。
2 钢铁冶金的重要性
钢铁是现代社会的基础材料，广泛应用于建筑、交通、机械等各个领域，对经济发展至 关重要。
钢铁广泛应用于建筑、桥梁、汽车、机械等各个领 域，为现代社会的发展提供了强大的支撑。
钢铁冶金的未来发展方向
未来的钢铁冶金将注重绿色制造、高强度材料、节 能降耗等方面的技术创新。
结论
1 钢铁冶金对经济的重要性
钢铁冶金是现代工业化社会的基石，对国家经济发展有着不可替代的重要作用。
2 钢铁冶金的未来前景
随着科技的不断进步和需求的不断增长，钢铁冶金将继续发展，应用领域将进一步扩大。
【精品课件】上海大学钢铁冶金专业研究生课程
形进行表示。
C
[I]. 浓度性质 垂线性质： PE PF PG CD 平行线性质： PH PI PJ AB
xA=PH/AB=PE/CD
H
E FP I
xB=PI/AB=PF/CD xC=PJ/AB=PG/CD
A
GDJ
B
2020年3月28日7时26分
上海大学——钢铁冶金专业研究生课程 吴永全
E
EF线上的组元C的含量固定
A
F
D
B
2020年3月28日7时26分
上海大学——钢铁冶金专业研究生课程 吴永全
冶金热力学—— 三元相图——三元相图基础
相律分析： F＝C－P＋1＝3－P＋1＝4－P
如果是单相，自由度为3，独立变量为温度和两个组分的含量。
这样需要用三维空间的相图表示。更为方便的是采用等边三角
一条直线确定，这条直线与液相
线的交点L3就是对应平衡液相的 成分点，与固相线的交点S3就是 对应固相的成分点，这条直线就
是所谓的共轭线。
xL
XS3 L3S3
xS
XL3 L3S3
图1 三元系相图的两个等温截面中的共轭线 a: TB>T>TA; b: TA>T>TC
上海大学——钢铁冶金专业研究生课程 吴永全
冶金热力学—— 三元相图
1
三元相图基础
2
完全互溶型三元相图
3
共晶型三元相图
4
包晶型三元相图
5
生成化合物的三元相图
6
三元相图小节
2020年3月28日7时26分
上海大学——钢铁冶金专业研究生课程 吴永全
冶金热力学—— 三元相图——三元相图基础
相律分析： F＝C－P＋1＝3－P＋1＝4－P
钢铁冶金专业培训课程(ppt 40页)行业)共39页文档
15、机会是不守纪律的。——雨果
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
钢铁冶金专业培训课程(ppt 40页)行业）
11、战争满足了，或曾经满足过人的 好斗的 本能， 但它同 时还满 足了人 对掠夺 ，破坏 以及残 酷的纪 律和专 制力的 欲望。 ——查·埃利奥 特 12、不应把纪律仅仅看成教育的手段 。纪律 是教育 过程的 结果， 首先是 学生集 体表现 在一切 生活领 域—— 生产、 日常生 活、学 校、文 化等领 域中努 力的结 果。— —马卡 连柯(名 言网)
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的量自己知道。——苏联
钢铁冶金概论课件
氮化反应
总结词
钢铁冶金中氮化反应是指将氮与铁结合生成氮化铁的过程。
详细描述
氮化反应在钢铁冶金中主要用于提高钢铁材料的强度和耐磨性。氮化处理过程中，氮原子会渗入钢铁表面形成氮 化铁层，从而提高钢铁的硬度和耐腐蚀性。
硫化反应
总结词
钢铁冶金中硫化反应是指将硫与铁结合生成硫化铁的过程。
详细描述
硫化反应在钢铁冶金中主要用于改善钢铁材料的切削加工性能。硫化处理过程中，硫化铁的形成会降 低钢铁的切削阻力，提高切削效率。此外，硫化铁还可以提高钢铁的抗腐蚀性能。
现代钢铁冶金采用先进的生产技术和设备，实现了高效 、低能耗、环保的生产。主要技术包括高炉大型化、转 炉和电炉炼钢、连铸连轧等。
钢铁冶金的重要性
钢铁是重要的基础材料
保障国家安全
钢铁是世界上最重要的基础材料之一 ，广泛应用于建筑、机械、汽车、船 舶、铁路等领域。
钢铁是国防和军事工业的重要原材料 ，对于保障国家安全具有重要意义。
循环经济与废弃物资 源化
钢铁冶金企业需要遵循循环经济的原 则，实现废弃物的资源化利用。例如 ，将废钢、废铁等再生资源回收利用 ，减少对原生资源的依赖；同时，还 需要将生产过程中产生的废弃物进行 资源化利用，如将高炉渣用于生产水 泥、将煤渣用于生产新型墙体材料等 。
资源节约与降耗
钢铁冶金企业需要采取一系列措施实 现资源节约和降耗，如采用先进的生 产工艺和技术、加强能源管理和节能 减排等。例如，采用连铸连轧工艺代 替传统的轧制工艺，可以大幅度提高 能源利用效率和降低能耗。
VS
相图
相图是描述物质在不同温度和压力条件下 各相之间关系的图表，在钢铁冶金中，相 图是指导生产的重要工具。
热处理
热处理
钢铁冶金PPT大纲
电弧炉炼钢注重节能降耗，通过余热回收、废气利用、优化电气控制等手段，降低能源消耗和生产成本。
节能化
电弧炉炼钢在环保方面取得显著进展，通过采用低氮燃烧、除尘除硫等技术，减少废气排放，降低环境污染。
环保化
1
2
3
针对钢水成分和温度波动等问题，优化精炼工艺参数和操作制度，提高精炼效果和钢水质量稳定性。
设备配置合理
在布局规划时，应充分考虑节能环保要求，采用先进的节能技术和环保设备，降低能耗和排放。
节能环保
连轧生产线布局应符合安全生产要求，确保设备安全、人员安全和消防安全。
安全生产
包括高效连铸技术、连轧节能技术、余热回收技术等。例如，采用高效连铸技术可减少钢水过热度，提高铸坯质量；连轧节能技术可通过优化轧制工艺、降低轧制力等措施实现节能；余热回收技术则可回收利用高温烟气、冷却水等余热资源。
02
CHAPTER
原料与预处理
主要成分为铁的氧化物，是钢铁生产的主要原料。
由煤炭经过高温干馏得到，是钢铁冶炼中的还原剂和热源。
用于造渣，与铁矿石中的杂质结合生成炉渣。
如萤石、硅石等，用于调整炉渣成分和性质。
铁矿石
焦炭
石灰石
其他辅助原料
将大块原料破碎成合适粒度，并进行筛分，以满足冶炼要求。
破碎与筛分
现状
全球钢铁产量持续增长，中国成为全球最大的钢铁生产国和消费国；行业集中度不断提高，大型企业占据主导地位；环保和能源利用效率成为行业发展的重要指标。
趋势
绿色低碳发展成为行业主流，推动钢铁冶金行业向环保、节能、高效方向发展；智能制造和数字化转型加速推进，提高生产智能化水平和效率；个性化、定制化产品需求增长，推动钢铁冶金行业向高品质、高附加值方向发展。
钢铁冶金行业讲义课件x
钢铁冶金行业讲义课件x一、教学内容本讲义课件以钢铁冶金行业为主题，主要介绍钢铁冶炼的基本原理、工艺流程及发展趋势。
内容包括：1. 钢铁冶炼的基本原理：主要包括还原法、直接还原法和间接还原法。
2. 钢铁冶炼的工艺流程：包括矿石的选择与处理、炼铁、炼钢和轧制等环节。
3. 钢铁行业的发展趋势：从产量、技术、环保等方面进行分析。
二、教学目标1. 使学生了解钢铁冶炼的基本原理，掌握钢铁冶炼的工艺流程。
2. 培养学生关注国家产业结构调整和发展趋势，提高学生的社会责任感和使命感。
3. 增强学生对钢铁行业的认识，为今后从事相关工作打下基础。
三、教学难点与重点1. 教学难点：钢铁冶炼过程中各种反应机理的理解。
2. 教学重点：钢铁冶炼的工艺流程及发展趋势。
四、教具与学具准备1. 教具：课件、黑板、粉笔。
2. 学具：笔记本、课本、练习题。
五、教学过程1. 引入：通过展示我国钢铁产业的现状，引发学生对钢铁行业的关注。
2. 讲解：详细介绍钢铁冶炼的基本原理、工艺流程及发展趋势。
3. 互动：学生提问，教师解答。
4. 举例：分析实际案例，加深学生对钢铁冶炼过程的理解。
5. 练习：随堂练习，巩固所学知识。
六、板书设计1. 钢铁冶炼的基本原理。
2. 钢铁冶炼的工艺流程。
3. 钢铁行业的发展趋势。
七、作业设计1. 作业题目：请简述钢铁冶炼的基本原理及其应用。
答案：钢铁冶炼的基本原理包括还原法、直接还原法和间接还原法。
其中，还原法是指用还原剂将矿石中的铁氧化物还原为铁金属；直接还原法是指用焦炭直接还原铁矿石；间接还原法是指先将铁矿石还原为铁水，再将铁水炼制成钢。
这些原理在钢铁冶炼工艺中得到广泛应用。
2. 作业题目：请分析我国钢铁行业的发展趋势。
答案：我国钢铁行业的发展趋势表现为产量持续增长、技术水平不断提高、环保意识逐渐加强。
在产量方面，我国已成为全球最大的钢铁生产国，且仍有增长空间；在技术方面，钢铁企业不断引进和研发先进技术，提高生产效率和产品质量；在环保方面，政府和企业日益重视环境保护，加大环保投入，努力实现绿色冶炼。
钢铁冶金PPT课件
鼓风与燃烧
还原与熔化
出铁与出渣
包括铁矿石、焦炭、石 灰石等，需进行破碎、 筛分、混合等预处理。
通过炉顶装料设备将原 料装入高炉内。
向高炉内鼓入热风，与 焦炭反应产生高温还原 性气体。
在高温还原性气体作用 下，铁矿石中的铁氧化 物被还原成金属铁，同 时石灰石分解产生的氧 化钙与矿石中的二氧化 硅结合生成炉渣。
未来钢铁冶金将实现更高程度的自动化和智能化，减少人工干预 ，提高生产效率和安全性。
绿色环保与可持续发展
自动化与智能化技术将助力钢铁冶金实现绿色、环保、可持续发展 ，降低能耗和排放。
跨界融合与创新发展
钢铁冶金将与互联网、物联网、人工智能等产业深度融合，推动产 业创新升级。
08
总结与展望
本次课程重点内容回顾
3
国际节能环保趋势
国际钢铁冶金行业在节能环保方面的最新动态和 趋势。
钢铁冶金行业节能环保技术应用案例
节能技术应用
如高炉煤气余压发电、转 炉煤气回收、蓄热式燃烧 等节能技术应用案例。
环保技术应用
如烟气脱硫、脱硝、除尘 等环保技术应用案例。
循环经济实践
如废水处理回用、废渣资 源化利用等循环经济实践 案例。
07
自动化与智能化发展趋势
自动化技术在钢铁冶金中应用现状
自动化控制系统
广泛应用于高炉、转炉、连铸等 生产流程，实现精确控制和优化
。
传感器与执行器
用于实时监测和调整生产过程中 的温度、压力、流量等参数。
工业机器人
在钢铁冶金中承担搬运、码垛、 上下料等重复性、高强度或危险
作业。
智能化技术在钢铁冶金中应用前景
维护保养
定期对高炉本体及附属设备进 行检修、维护，确保设备正常
【钢铁精品文档】上海大学钢铁冶金专业研究生课程
X nBXB Xm xBXB
B
B
实XB为际任混一合广物延量的对应偏摩尔量，比
如V、U、H、S、A、G等。
X
XB
nB
T, p,nC nB
X fT ,p ,n B ,n C ,n D ,...... X m fT ,p ,x B ,x C ,x D ,......
冶金热力学—— 组元与活度—— 理想溶液
V 0 H 0
溶解后的溶液的吉布斯自由能变为：
SRG ni lnn xiG i in iG Gi0 R RT T n nii l ln nx xii
ii
i
i i
SmG m Rxx i liG nix,m i x iG Gi0 ,m m R R T Txx iillnn xx ii
吉布斯－杜亥姆(Gibbs-Duhem)方程
nBdXB 0
xBdXB 0
B
B
这个方程表明了在温度、压力恒定下，
混合物的组成发生变化时，各组分偏摩
尔量变化的相互依赖关系。
对于二元系：
xBdXBxCdXC
对于化学势：
xBdB 0
B
冶金热力学—— 组元与活度
1
理想溶液
2
活度的定义
3
活度的测量
4
pi*
pi为浓度xi时实际溶液的蒸气压， pi’为浓度xi时 符合拉乌尔定律的理想溶液的蒸气压， pi*为纯 组元i的蒸气压， γi为活度系数。
当i为纯物质时，xi=1，pi=pi*，ai=1。所以对溶 剂来说，以ai=1的状态为标准态，即
lim ai x xi 1 i
lim
xi 1
i
1
在纯物质状态下， γi=1，ai=xi=1。
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z
成分已知为x、y、z，则此三角形xyz称为“结线三
角形”。设这个结线三角形内任一点P体系都能分
y’
x’
解成x、y和z三个相，则这三个相的相对量可以通
过重心规则来计算。
x
P
z’
y
A
B
冶金热力学—— 三元相图——三元相图基础
相律分析： F＝C－P＋1＝3－P＋1＝4－P
如果是单相，自由度为3，独立变量为温度和两个组分的含量。
下,可分解成具有浓度为L3的液相和浓度 为S3的固相。L3、X和S3三者同在一条直 线上，符合直线法则。
低于TΑ但高于C组元的熔
点TC的一个等温截面。
研究生课程——冶金热力学
冶金热力学 Metallurgical Thermodynamics
冶金热力学—— 二元相图
6). 铁碳相图
分析从A、B、C三条线体系 中相的变化及各相的量？
AB
C
冶金热力学—— 授课内容
授课内容
统计热力学基础 物理化学基础 冶金热力学
氧化组 冶 相 二 三
计
化学元 金 平 元 元
E
EF线上的组元C的含量固定
A
F
D
B
冶金热力学—— 三元相图——三元相图基础
相律分析： F＝C－P＋1＝3－P＋1＝4－P
如果是单相，自由度为3，独立变量为温度和两个组分的含量。
这样需要用三维空间的相图表示。更为方便的是采用等边三角
形进行表示。
C
[I]. 浓度性质 H
垂线性质： P E P F P G C D
是所谓的共轭线。
xL
XS3 L3S3
xS
X L3 L3S3
图1 三元系相图的两个等温截面中的共轭线 a: TB>T>TA; b: TA>T>TC
冶金热力学—— 三元相图
1
三元相图基础
2
完全互溶型三元相图
3
共晶型三元相图
4
包晶型三元相图
5
生成化合物的三元相图
6
三元相图小节
冶金热力学—— 三元相图——完全互溶型三元相图
形进行表示。
C
对于任意点p，过该点做平行于AC、BC的线 并交AB线于a和b，则有：
bB
A a
ab
xAA B , xBA B , xCA B
P
Aa
b
B
BC
A
冶金热力学—— 三元相图——三元相图基础
相律分析： F＝C－P＋1＝3－P＋1＝4－P
如果是单相，自由度为3，独立变量为温度和两个到浓度三角形底
面上,如图2所示。
由等温截面可以知道不同浓度的合金在
分别取一定温度T1、T2… 一定温度下的平衡相。在两相区内两个
时液相面及固相面的等温 线可得一系列的等温截面。
平衡相的浓度可连成一直线，称为连结 线。如图3a中,浓度为X的合金在此温度
图3a表示低于B组元熔点TB 而高于组元A的熔点TΑ的 一个等温截面，图3b表示
这样需要用三维空间的相图表示。更为方便的是采用等边三角
形进行表示。
C
[II]. 三元系杠杆原则——直线规则
在浓度三角形ABC中，设a、b代表两个三元系，他们
可能是单相或多相的混合体，如果令a、b混合成一个
b
三元体系c，问c的位置应在哪里？其中，A、B、C的
c
量分别为Wa、Wb、Wc。必然存在如下杠杆关系：
这样需要用三维空间的相图表示。更为方便的是采用等边三角
形进行表示。
C
[II]. 三元系杠杆原则——重心规则
方法一：
z
W xPx, W yPy, W z Pz W P xx W P yy W P zz
y’
x’
方法二：
x
P
W x P x , W P x x
W x P x, W P x x
W y x z, W x y z
三元相图的等温投影图（等温截面与相界的交线）
Solid line: 液相线 Broken line: 固相线
冶金热力学—— 三元相图——三元相图基础
三元相图的共轭线
对于点X，因为处于两相区，平 衡状态下的两相的成分需要通过
一条直线确定，这条直线与液相
线的交点L3就是对应平衡液相的 成分点，与固相线的交点S3就是 对应固相的成分点，这条直线就
如果是单相，自由度为3，独立变量为温度和两个组分的含量。
这样需要用三维空间的相图表示。更为方便的是采用等边三角
形进行表示。
C
三个顶点代表三个纯组元：A、B、C
三条边代表三个二元系：A-B、B-C、C-A
三角形内部面积中的点代表由A、B和C三
组元组成的体系成分，其和为100%
CD线上的组元A和B的比例相同
W z x y W x y z
A
z’
y B
冶金热力学—— 三元相图——三元相图基础
三元相图的水平截面（等温截面）
冶金热力学—— 三元相图——三元相图基础
三元相图的垂直截面（等含量截面）
冶金热力学—— 三元相图——三元相图基础
三元相图的相界投影图（相界面之间的交线） B
e3
O
A
e2
e1
C
冶金热力学—— 三元相图——三元相图基础
E
平行线性质： P H P I P J A B
FP
xA=PH/AB=PE/CD
I
xB=PI/AB=PF/CD xC=PJ/AB=PG/CD
A
GDJ
B
冶金热力学—— 三元相图——三元相图基础
相律分析： F＝C－P＋1＝3－P＋1＝4－P
如果是单相，自由度为3，独立变量为温度和两个组分的含量。
这样需要用三维空间的相图表示。更为方便的是采用等边三角
a
W a bc W b ac
A
B
冶金热力学—— 三元相图——三元相图基础
相律分析： F＝C－P＋1＝3－P＋1＝4－P
如果是单相，自由度为3，独立变量为温度和两个组分的含量。
这样需要用三维空间的相图表示。更为方便的是采用等边三角
形进行表示。
C
[II]. 三元系杠杆原则——重心规则
在浓度三角形ABC中，如果处于平衡的三个相的
算
还反与 熔 衡 相 相
物
原应活 体 及 图 图
理
反自度 活 相
化
应由
度律
学
能
简
、
介
焓
、
熵
冶金热力学—— 三元相图
1
三元相图基础
2
完全互溶型三元相图
3
共晶型三元相图
4
包晶型三元相图
5
生成化合物的三元相图
6
三元相图小节
冶金热力学—— 三元相图——三元相图基础
相律分析： F＝C－P＋1＝3－P＋1＝4－P
冶金热力学—— 三元相图——完全互溶型三元相图
三组元在液相和固相都完
全互溶的三元系相图如图1 所示。
二元系相图中具有液相线
和固相线，在三元系相图
中则具有液相面和固相面。
这类三元系相图中的液相
面和固相面由各二元系的
液相线和固相线在空间伸 展组成。
将液相面上等温线和固相
图1 三组元在液态 和固态都完全互溶 的三元系相图