北科大《冶金物理化学》期末总辅导(郭汉杰编写-非常有价值-精编版)分解
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规则；含有两个以上化合物的三元系二次体系副分规则（连线规则、四 边形对角线不相容原理）； ☉切线规则 ； ☉阿尔克马德规则（罗策印规则）； ☉零变点判断规则
4 冶金热力学ຫໍສະໝຸດ Baidu用
4.1 硫容量 4.2 不锈钢冶炼
5 冶金动力学基础
化学反应动力学
●动力学方程的写法； ●三个级别的基元反应（☉微分、☉积分式及其曲线、☉半衰
冶金热力学举例：奥氏体不锈钢的去碳保铬
奥氏体不锈钢是一种重要的金属材料，其特点是具有良好的 抗晶间腐蚀能力。其含碳量越低，抗腐蚀能力越强。 奥氏体不锈钢的一般钢号为1Cr18Ni9（Ti），即，C≤0.12%， Cr17%～19%，Ni8%～9.5%，Mn1%～2%，S≤0.02%， P≤0.035%。 钢号为0Cr18Ni9的不锈钢，C≤0.08%。 对于超低碳优质不锈钢，C≤0.02%。
3 热力学状态图-相图
●相律 ●二元系相图总结 ●三元系相图 ☉浓度三角形及其性质（5个） （垂线、平行线定理、等含量规则、定比例规则、直线规则、重心规则） ☉具有一个稳定二元化和物 ☉具有一个不稳定二元化合物。 ●相图基本规则
☉相区邻接规则及其三个推论； ☉相界线构筑规则（两个）； ☉复杂三元系二次体系副分规则（ 含有一个化合物的三元系二次体系副分
教材：
张家芸主编
冶金物理化学
主要参考书目：
郭汉杰编著，冶金物理化学教程（第二版），冶金工业出版社， 2006
如何学习冶金物理化学
课前预习，上课记好课堂笔记； 在理解基本原理的前提下完成课后作业； 抓住“重点”和“难点”，反复演练相关推导； 真正理解一些关键问题的含义，如“标准态”和“平衡
态” ，并搞清它们之间的关系。
期；☉k的量纲）； ●复合反应（☉平行；☉可逆一级；☉串联）
多相反应基本理论
●菲克的两个定律（☉单相，☉三个特解）； ●边界层的理论（多相反应理论；数学模型、图、kd与Re及
Sc的关系）； ●动力学三个基本模型（☉双膜理论、溶质渗透理论、表面
更新理论；☉模型的叙述及三个传质系数）
6.冶金动力学模型
课程内容
1 冶金热力学基础 2 冶金熔体 3 热力学状态图 4 冶金热力学应用 5 冶金过程动力学基础 6 冶金反应动力学模型
1 冶金热力学基础
●体系的自由能 ☉纯物质i的自由能 ☉溶液中i的自由能 ☉气相中i的自由能 ☉固相中i的自由能 ●等温方程式； ●等压方程式； ●化学反应的标准自由能计算 ☉微、积分法（对结果进行最小二乘处理，使其变为二项式） ☉用已知的自由能（标准生成、溶解自由能函数）
●气固反应（未反应核模型）
☉反应机理 ☉外扩散 ☉内扩散 ☉界面化学 ☉联合控速及一般情况
●气液相反应模型
☉单相中生成气泡的不可能性；
☉复相中生成气泡的条件、大小、上浮时间； ☉C-O反应的模型（低碳、高碳）
●液液反应模型
☉机理； ☉如何简化机理； ☉最大速率法确定限制环节； ☉计算反应？%所需要的时间
Cr不能一次配到18%，而只能配到12%～13%。 ??
这样停吹后，由于吹氧损失2%～2.5%的Cr，熔池中含Cr只有 10%左右。所以必须在氧化期末补加一定量的低碳铬铁，从而 提高了生产成本。
第三个阶段—高碳真空吹炼法
60年代发展起来的一种新方法，被称为不锈钢冶炼史上的新 纪元。 该工艺具有如下四个特点：
从埃林汉图可知，吹炼 温度必须高于氧化转化 温度，才能使钢水中的 [C]氧化而[Cr]不氧化， 也就是可以达到去碳保 铬的目的。
1473K
标态下的氧化顺序
的氧化还原反应） ●熔渣理论模型（☉分子、☉离子理论）
3 热力学状态图-氧势图
●研究对象 2yxMO2 的2yMxOy
GabT
●斜率（ ）S公理：凝聚态的标准熵远小于气态的
●曲线的类型（5类），斜率分别为：
☉>0；☉=0（1条）；☉<0（1条）；☉在T点改变（金属 变大、非金属变小）
●曲线的位置（氧化还原）
（1）不能使用不锈钢返回料。不锈钢生产中会产生大约 30%～50%的返回料。
如果使用这些返回料，那么由于熔化过程中，电极会向熔池渗 碳0.08%左右，因此将造成钢水中含碳量超标。
（2）如果使用返回料，不能用铁矿石氧化去碳。
在当时，吹氧氧化去碳技术还未产生，氧化剂主要是铁矿 石。然而，若想使用返回料，用铁矿石作氧化剂，只会造 成铬的大量氧化，而碳并不氧化，从而达不到去碳保铬的
目的。??
第二个阶段—返回吹氧法（1939年）
该法在1939年由美国发明，称为不锈钢冶炼史的一次 革命。该法的优点是可以使用返回料，并通过吹氧的
方法达到去碳的目的??
该法同样存在下面两个问题:
（1）吹氧时，钢水中的[Cr]也要氧化一部分，大约2%～2.5%， 造成一定的浪费。
（2）配料时Cr不能一次配足。即，生产1Cr18Ni9不锈钢时，
（1）原材料不受任何限制，各种高碳材料均可以使用；
（2）配料时Cr可以一次配足??
（3）采用真空或半真空吹炼，或者先在常压下吹氧脱碳到 一定程度后，再进行真空或半真空处理； （4）钢液中[Cr]的回收率高，可达97%～98%
选择性氧化—奥氏体不锈钢的去碳保铬热力学
在炼钢温度下碳和铬同时与氧相遇，氧化作用必 有先后。这决定于元素同氧的亲和力的大小，亲 和力大的先氧化。按照同氧亲和力大小决定氧化 或还原顺序，这就是选择性氧化和还原理论核心。
2 冶金熔体-铁溶液
●两个基本定律 ☉拉乌尔、☉亨利 ●活度及其三个标准态 ☉活度的定义； ☉活度及活度系数的关系（11个） ●瓦格纳方程 ●规则溶液 ☉混合自由能与超额自由能； ☉定义 ☉性质（超额函数; α函数）
2 冶金熔体-熔渣
●熔渣的基本性质： ☉碱度（一般、过剩碱、光学碱度） ☉氧化还原性（氧化铁折合成亚铁-2、氧化亚铁
第一个阶段—配料熔化法（1926年～上一世纪40年代）
方法特点就是使用各种低碳原料，如工业纯铁、纯镍、低 碳铬铁及低碳废钢等。按钢号要求事先配好料，然后在电 炉内熔化生产不锈钢。所以该法在电炉中只是个单纯的熔 化过程。
由于在熔化过程中，电极会向熔池渗碳，因此必须使用低碳 原料。配料熔化法存在如下两个主要问题:
4 冶金热力学ຫໍສະໝຸດ Baidu用
4.1 硫容量 4.2 不锈钢冶炼
5 冶金动力学基础
化学反应动力学
●动力学方程的写法； ●三个级别的基元反应（☉微分、☉积分式及其曲线、☉半衰
冶金热力学举例：奥氏体不锈钢的去碳保铬
奥氏体不锈钢是一种重要的金属材料，其特点是具有良好的 抗晶间腐蚀能力。其含碳量越低，抗腐蚀能力越强。 奥氏体不锈钢的一般钢号为1Cr18Ni9（Ti），即，C≤0.12%， Cr17%～19%，Ni8%～9.5%，Mn1%～2%，S≤0.02%， P≤0.035%。 钢号为0Cr18Ni9的不锈钢，C≤0.08%。 对于超低碳优质不锈钢，C≤0.02%。
3 热力学状态图-相图
●相律 ●二元系相图总结 ●三元系相图 ☉浓度三角形及其性质（5个） （垂线、平行线定理、等含量规则、定比例规则、直线规则、重心规则） ☉具有一个稳定二元化和物 ☉具有一个不稳定二元化合物。 ●相图基本规则
☉相区邻接规则及其三个推论； ☉相界线构筑规则（两个）； ☉复杂三元系二次体系副分规则（ 含有一个化合物的三元系二次体系副分
教材：
张家芸主编
冶金物理化学
主要参考书目：
郭汉杰编著，冶金物理化学教程（第二版），冶金工业出版社， 2006
如何学习冶金物理化学
课前预习，上课记好课堂笔记； 在理解基本原理的前提下完成课后作业； 抓住“重点”和“难点”，反复演练相关推导； 真正理解一些关键问题的含义，如“标准态”和“平衡
态” ，并搞清它们之间的关系。
期；☉k的量纲）； ●复合反应（☉平行；☉可逆一级；☉串联）
多相反应基本理论
●菲克的两个定律（☉单相，☉三个特解）； ●边界层的理论（多相反应理论；数学模型、图、kd与Re及
Sc的关系）； ●动力学三个基本模型（☉双膜理论、溶质渗透理论、表面
更新理论；☉模型的叙述及三个传质系数）
6.冶金动力学模型
课程内容
1 冶金热力学基础 2 冶金熔体 3 热力学状态图 4 冶金热力学应用 5 冶金过程动力学基础 6 冶金反应动力学模型
1 冶金热力学基础
●体系的自由能 ☉纯物质i的自由能 ☉溶液中i的自由能 ☉气相中i的自由能 ☉固相中i的自由能 ●等温方程式； ●等压方程式； ●化学反应的标准自由能计算 ☉微、积分法（对结果进行最小二乘处理，使其变为二项式） ☉用已知的自由能（标准生成、溶解自由能函数）
●气固反应（未反应核模型）
☉反应机理 ☉外扩散 ☉内扩散 ☉界面化学 ☉联合控速及一般情况
●气液相反应模型
☉单相中生成气泡的不可能性；
☉复相中生成气泡的条件、大小、上浮时间； ☉C-O反应的模型（低碳、高碳）
●液液反应模型
☉机理； ☉如何简化机理； ☉最大速率法确定限制环节； ☉计算反应？%所需要的时间
Cr不能一次配到18%，而只能配到12%～13%。 ??
这样停吹后，由于吹氧损失2%～2.5%的Cr，熔池中含Cr只有 10%左右。所以必须在氧化期末补加一定量的低碳铬铁，从而 提高了生产成本。
第三个阶段—高碳真空吹炼法
60年代发展起来的一种新方法，被称为不锈钢冶炼史上的新 纪元。 该工艺具有如下四个特点：
从埃林汉图可知，吹炼 温度必须高于氧化转化 温度，才能使钢水中的 [C]氧化而[Cr]不氧化， 也就是可以达到去碳保 铬的目的。
1473K
标态下的氧化顺序
的氧化还原反应） ●熔渣理论模型（☉分子、☉离子理论）
3 热力学状态图-氧势图
●研究对象 2yxMO2 的2yMxOy
GabT
●斜率（ ）S公理：凝聚态的标准熵远小于气态的
●曲线的类型（5类），斜率分别为：
☉>0；☉=0（1条）；☉<0（1条）；☉在T点改变（金属 变大、非金属变小）
●曲线的位置（氧化还原）
（1）不能使用不锈钢返回料。不锈钢生产中会产生大约 30%～50%的返回料。
如果使用这些返回料，那么由于熔化过程中，电极会向熔池渗 碳0.08%左右，因此将造成钢水中含碳量超标。
（2）如果使用返回料，不能用铁矿石氧化去碳。
在当时，吹氧氧化去碳技术还未产生，氧化剂主要是铁矿 石。然而，若想使用返回料，用铁矿石作氧化剂，只会造 成铬的大量氧化，而碳并不氧化，从而达不到去碳保铬的
目的。??
第二个阶段—返回吹氧法（1939年）
该法在1939年由美国发明，称为不锈钢冶炼史的一次 革命。该法的优点是可以使用返回料，并通过吹氧的
方法达到去碳的目的??
该法同样存在下面两个问题:
（1）吹氧时，钢水中的[Cr]也要氧化一部分，大约2%～2.5%， 造成一定的浪费。
（2）配料时Cr不能一次配足。即，生产1Cr18Ni9不锈钢时，
（1）原材料不受任何限制，各种高碳材料均可以使用；
（2）配料时Cr可以一次配足??
（3）采用真空或半真空吹炼，或者先在常压下吹氧脱碳到 一定程度后，再进行真空或半真空处理； （4）钢液中[Cr]的回收率高，可达97%～98%
选择性氧化—奥氏体不锈钢的去碳保铬热力学
在炼钢温度下碳和铬同时与氧相遇，氧化作用必 有先后。这决定于元素同氧的亲和力的大小，亲 和力大的先氧化。按照同氧亲和力大小决定氧化 或还原顺序，这就是选择性氧化和还原理论核心。
2 冶金熔体-铁溶液
●两个基本定律 ☉拉乌尔、☉亨利 ●活度及其三个标准态 ☉活度的定义； ☉活度及活度系数的关系（11个） ●瓦格纳方程 ●规则溶液 ☉混合自由能与超额自由能； ☉定义 ☉性质（超额函数; α函数）
2 冶金熔体-熔渣
●熔渣的基本性质： ☉碱度（一般、过剩碱、光学碱度） ☉氧化还原性（氧化铁折合成亚铁-2、氧化亚铁
第一个阶段—配料熔化法（1926年～上一世纪40年代）
方法特点就是使用各种低碳原料，如工业纯铁、纯镍、低 碳铬铁及低碳废钢等。按钢号要求事先配好料，然后在电 炉内熔化生产不锈钢。所以该法在电炉中只是个单纯的熔 化过程。
由于在熔化过程中，电极会向熔池渗碳，因此必须使用低碳 原料。配料熔化法存在如下两个主要问题: