材料工程基础讲稿24
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《材料工程基础》课件
03
无机非金属材料工程
无机非金属材料的性质
硬度
无机非金属材料的硬度通常较高，具有较好的耐 磨性和耐久性。
电绝缘性
部分无机非金属材料具有较好的电绝缘性能，常 用于电子、电气等领域。
ABCD
化学稳定性
无机非金属材料具有良好的耐腐蚀性和化学稳定 性，能够在恶劣环境下保持稳定。
热稳定性
无机非金属材料具有良好的热稳定性和隔热性能 ，能够在高温环境下保持性能稳定。
展。
04
复合化与多功能化
通过材料复合和多功能化设计， 实现材料的多重性能和功能，满
足复杂的应用需求。
材料工程的未来展望
新材料的不断涌现
随着科技的不断进步，将会有更多新 型材料不断涌现，为各领域的发展提 供更多选择和可能性。
绿色环保成为主流
随着人们对环境保护意识的不断提高 ，未来的材料工程将更加注重绿色环 保材料的研发和应用，减少对环境的 负面影响。
包括反应釜、搅拌器、管 道等。
01 03
缩聚反应
包括酯化缩聚、醚化缩聚 、缩聚反应等。
02
高分子合成方法
包括乳液聚合、悬浮聚合 、本体聚合等。
有机高分子材料的加工
加工工艺
包括压延、挤出、注射、吹塑等。
加工设备
包括混炼机、压延机、注塑机等。
加工条件
包括温度、压力、时间等。
加工助剂
包括增塑剂、润滑剂、抗氧剂等。
02
金属材料工程
金属材料的性质
金属材料的物理性质
金属材料的力学性质
包括密度、热膨胀系数、热导率等， 这些性质决定了金属材料在不同环境 下的性能表现。
包括硬度、强度、韧性、疲劳强度等 ，这些性质决定了金属材料在不同受 力条件下的行为。
材料工程基础讲稿-2011-铸锭部分
成分的不均匀性。
17
作业
1、什么叫溶质再分布？ 2、为什么在非平衡凝固条件下，单相合金凝固 铸件中会出现共晶体？
(9h)
18
5.2 成分过冷
5.2.1 成分过冷的形成及其过冷度 溶质再分布的结果，使溶质在固/液 界面前沿发生偏析。k＜1的合金，界面 前沿熔体中的溶质富集；k＞1的合金， 界面前沿熔体中的溶质贫化。
由此可见： 液相（固相）成分由实际条件而定， 液相成分确定后，与其匹配的固相成分、 凝固温度依然依然可以从相图上确定。
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GL 愈大、R（冷却速度）愈小，愈不易出 现成分过冷。反之，GL小、R大或者C0、mL、 |1-k|、(TL—TS)、δ、DL小，则易出现成分过冷。 （相关内容参见参考书籍）
通过控制GL/R控制成分过冷、最终控制铸 件的形态。 GL/R小，则— GL/R大，则—
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5.2.3 成分过冷对晶体生长方式的影响
随着成分过冷由弱到强，单相合金的固/液 界面生长方式依次成为平面状、胞状、胞状-树 枝状四种形式，得到的晶体相应为平面状晶、 胞状晶、胞状枝晶以及柱状枝晶和自由枝晶。 晶体形貌还与晶体学因素有关。在此，主 要介绍成分过冷与生长方式的关系，这对于控 制结晶过程有着重要的意义。 一些微量元素细化晶粒的作用，往往与它 们引起成分过冷（从扩散、K、成分等方面影 响）有关。
3
实际生产条件下，铸锭的凝固都是 非平衡凝固，故这里讨论的都是非平衡 凝固时的溶质再分布。
4
非平衡凝固： 固相内溶质成分不能通过扩散均匀化。 液相内溶质成分可以不同程度的均匀 化。 平衡凝固时是怎样的？ （成分、温度、相变严格遵照相图， 是理想和缓慢过程的结果，固相和液相 成分随温度均匀、统一变化。）
材料工程基础讲
3
可持续材料
在制造、应用和废弃过程中对能源、环境和资源的影响较小。
非晶材料
大多是无序的固体，如玻璃、陶瓷等。
材料测试方法和标准
力学性能测试 热学性能测试 电性能测试 化学性能测试
承受外力的能力和变形程度 材料在特定条件下的热传导、热膨胀等性能 材料的导电性和介电性等性能 对材料进行化学性质和化学行为的测试
材料工程的应用领域
1 航空航天
2 汽车工业
超级材料用于航空器和航天器零部件的制造。
材料工程基础讲
您好！欢迎来到材料工程基础讲。 我是XXX。本次讲座将深度挖掘材料工程 的各个方面，希望您能够收获满满。
材料工程的定义
材料工程是从事材料的研究、设计、制备和应用的一门交叉学科。它的目标 是研究、开发、应用新材料，提高材料的性能和品质。
材料工程的发展历程
古代材料应用
古代兵器、陶器、石器、织物等材料应用丰富多彩。
现代材料工程的兴起
20世纪初，先后在欧美开设材料科学专业并得到了迅猛发展。
现代材料工程的发展
材料工程的范围逐渐扩大，从单一材料的设计制备，到材料组合的纳米级封装和加工。
材料的分类和特性
天然材料
由天然生物或矿物形成的材料。
人Байду номын сангаас材料
通过人为手段制造的材料，如塑料、复合材料。
金属材料
主要由金属元素制成，如铁、铝、铜等。
高性能和轻量化材料的应用，提高汽车性能 和经济性。
3 电子工业
4 环保清洁能源
半导体、集成电路、电池等高新材料的应用。
新型纳米材料在太阳光电池、燃料电池、光 传感器等应用。
材料工程的前景展望
1
智能材料
工程材料与材料成型基础讲稿
工程材料与材料成型基础讲稿第一篇：工程材料与材料成型基础讲稿工程材料与材料成型基础讲稿机械制造工艺过程铸锻焊机械加工装配金属材料→ 毛坯→ 零件→ 机器热处理热处理本课程分为两部分：1、工程材料（40学时）2、热加工工艺基础（铸造、锻压和焊接——30学时）工程材料绪论材料是一切事物的物质基础，一种新技术的实现，往往需要新材料的支持。
材料、能源、信息、生物工程是现代文明的四大支柱一、工程材料的分类按组成特点分：金属材料，有机高分子材料，无机非金属材料，复合材料；按使用性能分：结构材料，功能材料；按使用领域分：信息材料，能源材料，建筑材料，机械工程材料，生物材料。
二、材料技术的发展趋势第一，从均质材料向复合材料发展。
第二，由结构材料为方往向功能材料、多功能材料并重的方向发展。
第三，材料结构的尺度向越来越小的方向发展。
第四，由被动性材料向具有主动性的智能材料方向发展。
第五，通过仿生途径来发展新材料。
三、金属材料在近代工业中的地位金属材料在工农业生产中占极其重要的地位（90%以上）。
在日常生活中得到广泛应用。
其原因： 1．来源广泛；2．优良的使用性能和工艺性能；3．通过热处理可使金属的性能显著提高。
四、本课程的任务1、熟悉成分、组织、性能之间的基本规律；2、合理选用常用工程材料；3、确定热处理方法及其工序位置；4、了解新材料、新技术、新工艺。
五、材料应用举例（螺纹钢、标准件、刀具、摩托车发动机零件、冷冲压件等）第一章金属的力学性能工程材料的性能可分为：1.使用性能——力学性能，物理性能，化学性能（在正常工作条件下，材料应具备的性能）2.工艺性能——铸造性，锻造性，焊接性，切削加工性，热处理性（材料在加工制造中表现出的制造难易程度）常用的力学性能有：强度，塑性，硬度，冲击韧度，疲劳极限，弹性，刚度第一节强度与塑性一、静拉伸试验应力-应变曲线（ζ-ε曲线）ζ= F/A0(MPa)ε=△L/ L0（%）A0——试样原始截面积(mm2)L0——试样标距长度从ζ-ε曲线中可以得到两个重要的力学性能指标：强度，塑性。
工程材料课程讲稿
授课题目〔教学章、节或主题〕：第一章金属材料的性能授课方式〔请打√〕理论课 讨论课□实验课□习题课□其他□课时安排2学时教学要求〔分掌握、熟悉、了解三个层次〕：通过本章学习，使学生掌握金属材料的主要力学性能〔强度、刚度、弹性、塑性、硬度、冲击韧性、断裂韧度及疲劳强度〕；了解金属材料的物理性能、化学性能和工艺性能，为以后各章中研究结构与性能关系打下良好的根底。
教学重点、难点及关键知识点：重点：金属材料的主要力学性能〔强度、刚度、弹性、塑性、硬度、冲击韧性、断裂韧度及疲劳强度〕难点：各力学性能的含义及试验的方法。
方法及手段以启发式讲授为主教学根本内容〔教学过程〕改良设想第一节金属材料的力学性能力学性能:是指材料在受力作用下所表现出的性能。
常用的指标有:刚度、强度、硬度、塑性、韧性和疲劳强度等。
一、强度金属材料抵抗塑性变形或断裂的能力，材料的强度用拉伸试验测定。
(拉伸加载速率较低，俗称静拉伸试验，sMPadtd/10~1/=σ)〔a〕原始试样〔b〕拉伸后试样图1-1 圆柱形拉伸试样➢ 拉伸试验机带有自动记录或绘图装置，记录或绘制试件所受的载荷P 和伸长量Δl 之间的关系曲线。
图1-2 低碳钢的拉伸曲线应力――载荷除以试件的原始截面积即得应力σ，0/A p =σ应变――伸长量除以原始标距长度即得应变ε，0/l l ∆=ε金属材料的强度指标根据其变形特点分以下几个：1．弹性模量〔E 〕弹性模量是指金属材料在弹性状态下的应力与应变的比值。
即 εσ=E 〔工程上将材料抵抗弹性变形的能力称为刚度〕 2. 弹性极限〔σe 〕表示材料保持弹性变形，不产生永久变形的最大应力，是弹性零件的设计依据。
即 0A P e e =σ 〔MPa 〕 e P --弹性极限载荷(N)，0A --试样原始横截面积(mm 2)3. 屈服点〔屈服强度σs 〕表示金属开始发生明显塑性变形的最低应力值。
即0A P s s =σ 〔MPa 〕2. 断面收缩率〔ψ〕断面收缩率是指试样拉断后, 缩颈处截面积的最大缩减量与原始横断面积的百分比，即 %10000⨯-=A A A K ψ K A —试样断裂处的最小横断面积，0A —试样原始横断面积。
材料工程基础讲稿
2.4 喷水带(spray zone) 喷水带由结晶器后支撑引导铸坯的辊道和冷却喷嘴组 成，目的是冷却。出结晶器后的铸坯表面层是凝固着的， 但中心部还处于熔融状态，因此，钢水的静压产生向外的 膨胀力。使用多组辊子在下压的同时，向下方拉铸坯，从 辊子的中间喷射高速水，急冷铸坯使其凝固。辊子所给出 的压下力和送坯速度以及合适的冷却，对铸坯的内部组织 和质量具有重大的影响。 2.5 夹送辊(pinch roll) 夹送辊是给出引拉铸坯驱动力的辊子。在夹送辊的出 口，铸坯必须完全凝固。这一段自动地控制着引拉速度和 喷水带的冷却水量。 2.6 矫正辊(reformation roll) 在立弯型连铸机上把铸坯完全矫直。
B
铁水中碳和氧的关系
吹炼末期铁水中碳和氧的关系： 与搅拌少的平炉法比较，有激烈搅拌的LD转炉更接近于 平衡值。因此，可以减少Mn-Fe等脱氧剂的使用量。
Ｃ
LＤ转炉的脱碳速度
铁水中碳和脱碳速度 -d[C]/dt可以认为分成３部分， 呈台形。 第1部分:由于铁水温度低， 硅和锰被优先氧化，脱碳 速度慢，随着时间延长而增大， 可用下式表示: -d[C]/dt=klt
2.3 结晶器(mould)
用铜或者铜合金制造，外侧用水冷。为了防止钢水和结 晶器内面的熔合，要上下微微地振动，并且添加连铸保护 渣作为润滑剂。 连铸保护渣：CaO-SiO2-Al2O3合成渣为基本系，为控制 熔点和粘度添加了碱性物质和CaF2，并且为调整熔化速度 添加了炭粉，熔点是1270~1470K,粘度为0.52.OPa·s(1673K),CaO/SiO2≈0.6~1.2。添加保护渣的目 的是： (1)结晶器和铸坯间的润滑； (2)防止结晶器内钢水表面的氧化； (3)捕捉浮起的夹杂物； (4)结晶器内钢水表面的保温等等。
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3.气体元素:
N：钢中过饱和N在常温放置过程中会发生时
效脆化。加Ti、V、Al等元素可消除时效 倾向。 O：钢中的氧化物易成为疲劳裂纹源。 H：原子态的过饱和氢时将降低韧性, 引起氢 脆。当氢在缺陷处以 钢中白点 分子态析出时，会产 生很高内压，形成微 裂纹，其内壁为白色， 称白点或发裂。
二)钢锭的组织及其宏观缺陷
镇静钢
半镇静钢
沸腾钢
1.镇静钢 ( killed steel )
钢液在浇注前用锰铁、硅铁和铅 进行了充分脱氧 ,Wo = 0.01%左右, 成 分较均匀、组织较致密。主要用于机 械性能要求较高的零件。
2.沸腾钢 ( boiling steel )
钢液在浇注仅前进行轻度假脱氧, Wo = 0.03%～0.07%,成分偏析较严重、 组织不致密。机械性能不均匀, 冲击韧 性差, 常用于要求不高的零件。
2.按钢的质量分类:
* 碳素钢: Wp = (0.035% ～ 0.045%) Ws = (0.035% ～ 0.050%) * 优质碳素钢: Wp = 0.035% Ws = (0.030% ～ 0.035%) * 高级优质碳素钢: Wp ≤ 0.030% Ws = ( 0.020%～0.025% )
3.按钢的用途分类:
•碳素结构钢 ( carbon structural steel ) 用于制造各种机械零件、工程构 件。一般为低、中碳钢。
•碳素工具钢 ( carbon tool steel ) 用于制造各种工具。一般为高碳钢。
二)碳素钢的编号及用途
1.碳素结构钢: Q 235 — A ·F 沸腾钢 A等级 235 MPa 屈服强度
A
G F+A FP Q; Fe3C
材料工程基础讲稿-2011-新技术
(6)可形成稳态相，也可制备出一系 列的纳米晶材料和过饱和固溶体等亚稳 态材料。 (7)能实现弥散、固溶和细晶三位一 体的强化机制。 (8)可诱发在常温或低温下难以进行 的固-固(S-S)，固-液(S-L)和固-气(S-G)多 相化学反应。
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2.2 机械合金化原理
1.基本原理
在磨球的碰撞冲击和摩搓的作用下，粉末发生强 烈的塑性变形并破碎，形成洁净的原子化表面，在压 力作用下相互冷焊在一起，形成复合颗粒。（复合颗 粒的产生） 复合颗粒变形、破碎，反复的焊合与破碎就形成 了具有多层结构的复合颗粒，且平均尺寸不断细化， 形成了无数的扩散-反应偶。（层细化、扩散-反应偶） 应力应变和大量点阵缺陷（空位、位错、晶界等） 的产生，使系统储能很高，每摩尔达十几千焦，粉末 活性被大幅度提高；同时，磨球及颗粒相互之间的碰 撞瞬间会造成界面温升，这些变化不仅可以促进界面 处的扩散，而且可以诱发某些系统的多相化反应，最 终导致均匀合金的形成。 （能量升高促进扩散和化学 反应） 16
4
2.1 机械合金化工艺过程及特点
机械合金化是利用机械作用(如球磨及冷轧) 使原料发生强烈的变形及粉碎。并在不断的变 形、粉碎及焊合的循环中发生合金化，形成均 匀成分的合金。 在普通球磨条件下，原料会产生变形及破 碎，并在较大尺度上实现均匀化，要发生机械 合金化，必须在高能球磨条件下才能实现。由 于是在机械作用下实现合金化，因而其产物与 普通熔配的合金不同，其工艺过程也与粉末冶 金方法有所差异。
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纳米晶材料的形成机制： 在高应变速率下，由位错密集网络组成的 切变带的形成是主要的形变机制。这些变形集 中的切变带宽约0.1～1µ m，球磨初期位错密度 增大，原子级应变亦随之增大。当达到某一位 错密度时，晶粒解体为由小角度晶界分隔的亚 晶粒并导致原子级水平应变下降。继续球磨， 切变带中的亚晶粒进一步细化到最终晶粒尺寸， 晶粒间的相对取向演变为大角度晶界的无规则 取向。由于纳米晶粒本身位错密度极低，当粉 末达到完全纳米晶结构时，开动纳米晶粒内的 位错需要克服极大的阻力，因此以后的变形主 要通过晶界的滑动来实现，最终形成无规则取 向的纳米晶材料。
工程材料课程讲稿
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图2-3 面心立方晶格
图2-4 密排六方晶格
图2-6 立方晶胞中的主要晶面, 晶面指数的标定过程如下：
由于相同晶格中，不同晶面和不同晶向上原子排列方
图2-10 多晶体示意图
图2-11 点缺陷示意图
——二维尺度很小而第三维尺度很大的缺陷。
间隙原子 晶格空位
置换原子
图2-14晶界图2-15 亚晶界
三、金属晶体缺陷对性能的影响
．点缺陷造成局部晶格畸变，使金属的电阻率、屈服强度增加，密度发生变化。
．线缺陷形成位错对金属的机械性能影响很大，位错极少时，金属。
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FeO(s)+CO(g)=Fe(s)+CO2(g) ΔH0298=-18.56 KJ (9-20) ΔG0=-18150+21.29T J (9-21) 在833K以下： Fe3O4(s)+4CO(g)=3Fe(s)+4CO2(g) ΔH0298=-15.14 KJ (9-22) ΔG0=43840+46.06T J (9-23) 以上CO（g）对铁矿石的还原——间接还原（indirect reduction）。间接还原除了(9-18)外都是放热反应，生 成物是CO2（g）。因此在还原反应中还原剂的利用率很 高，与直接还原相比，更希望高炉内发生间接还原反应。
高炉系统构成
原燃料供应系统 渣铁系统
高炉本体系统 送风系统
煤气系统 辅助生产系统
3．原料卷扬及装入设备 原料矿石(铁矿石十石灰石)和焦炭从炉顶层状地装入，大型高炉 上——皮带运输机方式。 炉顶装置： 原料沿圆周方向均匀分布， 维持炉内均匀的透气性； 为完全回收高炉煤气作 为燃料使用而不泄漏气体；以 及操作便利长期耐用等。使用 皮带运输机上料装置和旋转溜 槽式装料装置。
6. 高炉煤气净化设备 生产1吨生铁→1400m3的煤气，从高炉炉顶排 出。 高炉煤气含CO约20%、H2约2.8～3.2%，发热值 为3400KJ/m3，通过除尘器、文丘里洗气器、电除 尘器等净化后，作为热风炉、焦炉、锅炉等的燃料 使用。
7.高炉仪表设备 7.高炉仪表设备 高炉大型化需要解决的问题是: (1)保持透气性； (2)处理大量的铁水和渣； (3)稳定操作。稳定操作是左右整个钢铁企业生产率的 重要事项，炉况稳定可以得到所需要的铁水量。以炉况稳 定和自动控制为目标，设置多种仪表设备，与计算机直接 连接，在中央操作室集中管理。 现在高炉的炉体上下设置了1000多个传感器，和计算 机连接，但是还没有实现完全的自动控制。迄今为止研 究出了由数学模型等进行的自动控制，最近又引入了把熟 练工的经验引进计算机判断的专家系统。
(9-7)
炉内气体的氧位变化如图9-5所示。热风从（a） 附近开始，在1500K、pO2在一定的压力条件下进入 炉内，在风口前面的(b)附近的焦炭回旋运动区变 成CO（g），温度达2400K，其后通过焦炭层，在 1300K前后的（c）附近，气相接近于Fe-FeO平衡 值。接着在1000~500K附近，成为CO/CO2≈1，由炉 顶排出。该图与图9-9对照看。
铁矿石：50~60%Fe，其余Mn·CaO,脉石（SiO2+Al2O3）。 铁矿石 粉碎至10~25mm，占10~15%。 烧结矿：粒度10mm粉铁矿+3~7%焦炭+石灰石在1470~1570K 烧结矿 烧结为多孔质还原性好，硫、砷（70~80%）被除去的烧结 矿。 团球矿：微粉矿+粘结膨润土+石灰石粉在1470~1570K烧 团球矿 结成10~15mm粒度均匀、还原性高、压溃强度高的团球。 济南钢铁集团：1750m3高炉384kg焦炭，143kg煤粉。 日本最好水平： 398 115
2、氧化铁晶体和分解 Fe2O3——赤铁矿，六方晶体 Fe3O4——磁铁矿，立方晶体-尖晶石型 FeO——维氏体，立方晶体 氧化物的分解： 6Fe2O3(s)=4Fe3O4(s)+O2(g) ΔG0=526950-310.0T (9-8) 2Fe3O4(s)=6FeO(s)+O2(g) ＞833K ΔG0 =586380-207.6T (9-9) 2FeO(s)=2Fe(s)+O2(g) ＞833K ΔG0 =528860-129.5T (9-10)
氧化物的自由焓-温度图（Ellinghan’s diagram）， 标准自由焓的减少量表示对标准状态下的氧的化学亲和 力。 设炉缸温度为1800K 1）2Fe+O2=2FeO线以上的Cu2O、PbO、NiO、CoO、P2O5、 SnO2、FeO等在高炉内被还原为金属，100%的进入金属 相； 2）位于2Fe+O2=2FeO和2C+O2=2CO线中间的Cr2O3、MnO、 V2O3、SiO2等被分配在渣相和金属相间；
配料：把焦炭和矿石类（矿石+石灰石）交互层状装入。 在测定了原料的化学组成、铁水和渣的量及化学组成，通过计算 预测，进行配料计算生成目标成分的铁水和渣。按铁水和原料的化 学组成，以渣碱度CaO/SiO2=1.2~1.3、Al2O3≈15%为目标计算。 出渣作业与出铁作业同时进行，大型炉多数连续进行。 高炉从点火到内部耐火砖被侵蚀报废—炉龄。连续工作15~20年。 2、炼铁单耗和产品 生产一吨铁所需的原料和费用——炼铁单耗。 大致消耗为： 铁矿石 烧结矿 球团 其他铁原料 锰矿石 焦炭 煤粉 石灰石 259kg 1246 126 1.0 1.0 431 80 2.0 电 水 消耗空气 排出煤气 排出烟尘 炉渣 65kw 32t 1050~1000m3 1400m3 100kg 350kg
3）位于2C+O2=2CO线下方的Al2O3、MgO、CaO等几乎不被还 原而只进入渣相； 4）在炉内蒸发循环的ZnO、Na2O、K2O等。 主要线2C+O2=2CO。 由于是氧位RTlnpO2，所以可以用以0点为原点的各直线表 示。假定炉缸部温度是1800K，由 2C+O2=2CO线上的1800K的值和从0点引出的延长线上的 外框po2/atm刻度可知，炉缸部的氧压是10-16atm左右。
可以表示成下式： 2C（s）+O2(g)=2CO(g) ΔH0298=-221.1 KJ (9-14) ΔG0=-221840-178.0T (9-15) 即送风口的O2（g）每1mol产生221.1KJ的热，生成2mol 高温还原气体CO(g)。焦炭剧烈燃烧的风口前的燃烧空 间——焦炭回转区是高炉中温度最高的区域，大约为 2570K，与理论燃烧温度相近。 焦炭回转区： 焦炭回转区： CO2(g)+C(s)=2CO(g) 在压力一定的条件 下，CO/CO2的比值关系由平衡图确定。由于该反应是吸热 反应，因此，温度升高反应向右方进行——碳溶解反应； 温度低反应向左方进行——碳沉积反应。在2270~2570K的 焦炭回转区，几乎全部为CO。
同样，利用以H及C为原点的各直线和外框刻度，由下列 各式可以知道H2/H2O及CO/CO2混合气体氧位的大概值： 2H2+O2=2H2O （9-3） (9-4) 0 2 2 − ∆GT = RT ln K = RT ln( p H 2O /( p H 2 pO2 )) H2/H2O的氧位RTlnpO2=ΔG0T-RTlnp2H2O/PH2 2CO+O2=2CO2 -ΔG°T=RTlnK=RTln(p2CO2/(p2COpO2)) CO/CO2的氧位=ΔG0T-RTln(p2CO2/p2CO) (9-5) (9-6)
§9-3 炼铁原理（炼铁热力学） 炼铁原理（炼铁热力学） 炼铁：还原过程，其中包括氧化物的还原、渣的生成及在 强还原性气氛下渣—金属间的反应等。 1、氧化物标准自由焓 如金属和氧化物是纯物质，标准自由焓可以表示为： 2m/nM+O2(g)=2/nMmOn (9-1) ΔG0=-RTlnK=RTlnpO2 (9-2) RTlnpO2——氧位（氧势、oxygen potential）
4.热风炉及送风机 4.热风炉及送风机 高炉送风时，将热风炉(hot stove)加热到1000~15OOK的空气， 经设在炉缸部的风口(tuyere)，以220~28Om/s的速度，吹入炉内。 热风炉的形式:燃烧室和蓄热室一体的热风炉。蓄热室以耐火砖 热风炉的形式: 砌成格子状，在燃烧室里燃烧高炉煤气和焦炉煤气，加热蓄热室里 的耐火砖，达到预定温度后从反方向送冷风加热→输送到高炉。 热风炉始终处于加热和放热状态→热风。 高炉要设置两座以上的热风炉。目前可送1570~1670K的高温热 风，燃烧室和蓄热室也成为分离型的，使用耐火度高的硅砖。 热风的送风量是1050~1100m３(标态)/t铁水，由于高炉的大型 化，送风量增多，多使用电动机驱动的轴流风机。空气由送风机经 热风炉、热风环管从风口入炉，风口为铜制水冷式，大型炉设置 30~40个风口。 在高炉运行过程中的工作周期：燃烧-送风-换炉。 工作制度：二烧一送或三烧一送，并联或交叉并联。
3、还原反应
1）碳的燃烧 高炉风口前端：高炉热风中的O2（g）首先进行如下反 应： C(s)+O2=CO2(g) (9-10) ΔH0298=-393.5 KJ ΔG0=-393500-2.99T J (9-11) 由于风口前存在过剩碳，所以进一步按下式反应燃烧： CO2(g)+C(s)=2CO(g) ΔH0298=172.4 KJ (9-12) ΔG0=171660-175.02T J (9-13)
仪表设备有自动控制仪表和不具有直接控制功能而只是 为了安全的检测仪表，这些都在中央管理室监视。下面是 它的几个例子:
§9-2 高炉操作与用料 1、日常操作 新建或大修后的高炉开始操作——点火 （blowing in）； 完全停止高炉的操作——停风(blowing out)。 炉顶装入的原料：焦炭与矿石反应→生成的氧与 煤气从炉顶排出，其余的成为铁水和渣。
焦比：生产一吨铁水所需要的焦炭量——焦比。衡量高 炉操作技术的重要指标。 在高炉渣中铁含量在一般的操作中是（FeO）<0.5%，铁 的回收率≈100%。 一吨铁水所需要的矿石量有矿石中铁的品位确定。石灰 石的使用量由矿石和焦炭中的脉石成分特别是SiO2的量确 定。 理论值是0.39t焦炭/t铁。可通过化学反应式及热平衡 值计算。
2）CO对氧化铁的还原平衡 氧化铁有3种，还原顺序为： Fe2O3(s)→Fe3O4→FeO→Fe 833~1650K Fe2O3(s)→Fe3O4→Fe <833K CO（g）对氧化铁的还原平衡为： 3Fe2O3(s)+CO(g)=2Fe3O4(s)+CO2(g) ΔH0298=-52.46 KJ (9-16) ΔG0=-19105-69.13T J (9-17) Fe3O4(s)+CO(g)=3FeO(s)+CO2(g) ΔH0298=40.54 KJ (9-18) ΔG0=10610-17.80T J (9-19)