《钢铁冶金原理》基本知识点整理
钢铁冶金原理重点l04
第四章冶金炉渣1 相图是热力学平衡条件下体系热力学函数的集合描述。
怎样理解相图中的点、线、面的意义？解（1）二元相图是温度和体系组分构成的坐标图。
它有若干边界线划分坐标面为单相区及二相区组成。
边界线是垂直线、水平线和曲线。
1）曲线。
单相区与二相区的边界线。
有两种：液相线（熔点线）：L S固溶体析出线：L→S·S·(固溶体)2)垂直线。
二组分形成化合物的组成线，有两种化合物：稳定化合物：垂直线顶点有曲线，顶点即化合物的熔点。
可利用此垂直线将相图划分为几个子相图。
不稳定化合物：垂直线顶端有横线，顶点是此化合物的分解或转熔反应的温度。
3）水平线。
一定温度的相变过程或相变反应线。
①相变过程：是同质异形物的晶型转变，横线上下两相区的界线是连线的。
②相变反应：是相之间的反应，横线上下二相区的界线不连线，有旧相分解或化合反应发生，产生新相。
4）相点。
相点出现在水平线的端点和交点上，从冷却过程看，有下列相变反应点：①共晶点：液相分解为两固相，固相是纯组分、化合物或固溶体：L→S1+S2②共析点：固体化合物或鼓溶体分解为两固相：S(或S·S·)= S1+S2③包晶点：液相与固相化合成另一固相，L+ S1 = S2④偏晶点：液相分解为一固相和另一液相，L1=S+L2⑤包析点：两固相化合成另一固相：S1+S2=S5）面。
单相区：L；二相区：S+L，S1+S2，L1+L2（共溶区）（2）三元相图，由面、线、点构成。
1）面。
单相区（初晶区）：L→S（纯组元，化合物）：稳定化合物在其初晶区之内，不稳定化合物在其初晶区之外。
2）线。
相邻两相区的边界线，稳定化合物的连线可划分相图为独立的子相图，不稳定化合物的连线，则无此作用。
共晶线：L=S1+S2；转熔线: L+ S1 = S23)点。
4相共存：共晶点：L=S1+S2+S3；转熔点：L+S1=S2+S3。
2 什么叫做炉渣的熔化温度和熔化性温度？它对高炉冶炼有什么影响？解炉渣的熔化温度（熔点）是指在温度升高时，固相完全转变为液相的温度，也即相图上熔渣组成所在液相线的温度。
钢铁冶金原理知识点
钢铁冶金原理1.冶金热力学研究对象：反应能否进行，即反应的可行性和方向性、反应达到平衡态的条件及该条件下反应物能达到的最大产出率。
2.平衡常数的含义：可逆化学反应达到平衡时，每个产物浓度系数次幂的连乘积与每个反应物浓度系数次幂的连乘积之比，这个比值叫做平衡常数。
3.稀溶液：一定温度和压力下，溶剂遵守拉乌尔定律，溶质遵守亨利定律的溶液。
4.正规溶液：混合焓不为0，但混合熵等于理想溶液混合熵的溶液。
5.活度系数：是指活度与浓度的比例系数。
6.试比较CO和H2还原氧化铁的特点？解CO和H2是高炉内氧化铁的间接还原剂。
它们均能使Fe2O3还原到Fe。
但它们的还原能力在不同温度下却有所不同。
在810℃，两者的还原能力相同，而在810℃以下，CO的还原能力比H2的还原能力强，但在810℃以上，则相反，氢有较强的还原能力，这反映在还原剂的分压上，随温度的升高，还原FeO所要求的CO分压增高，还原FeO 需要的H2分压则减小。
高炉下部高温区H2强烈参与还原，而使C消耗于形成CO（C 的气化反应）的量有所减少。
另，在高温区内，它们形成的产物H2O（g）及CO2均能与焦炭反应，分别形成H2及CO。
增加间接还原剂的产量。
这也就推动了碳直接还原的进行。
在还原的动力学上，由于H2在FeO上的吸附能力及扩散系数均比CO的大，所以H2还原氧化铁的速率，即使在810℃以下，也比CO的高（约5倍）。
提高还原气体中H2的浓度有利于氧化铁还原速率的增加。
7.氢和氮气对钢会产生哪些危害？答：氢在固态钢中的溶解度很小，在钢水凝固和冷却过程中，氢和CO、N2气体一起析出，形成皮下气泡中心缩孔，疏松，造成白点和发纹。
钢中含有氢气的气孔会沿加工方向被拉长形成裂纹，进而引起钢材的强度，塑性，冲击韧性的降低，发生氢脆现象。
氮含量高的钢材长时间放置，将会变脆。
原因是钢种氮化物析出速度很慢，逐渐改变钢的性能。
钢种含氮量高时，在250℃—450℃温度范围，表面发蓝，钢的强度升高，冲击韧性降低，称之为蓝脆。
钢铁冶金原理第一章
1.1.2化学反应的等温方程式
得出吉布斯自由能的变化
B B
v1 B1 v2 B2 v3 B3 v4 B4 ... v j B j
对于气体B1，B2等的化学反应：
v G v G
B
o B
RT ln p
vB B
vB B
简写为
G G RT ln p
o
vB —— 参加反应的气体物质的化学计量数，对于反应物 去负号，生成物去正号 pB ——气体物质的量纲一的分压
a
此外，在热力学的计算中，常涉及到活度标准态之间的转换，有 下列几种转换关系： ①纯物质标准态活度与假想纯物质标难态活度之间的转换
②纯物质标准态活度与质量1％溶液标准态活度之间的转换
③假想纯物质标准态活度与质量1％溶液标准态活度之间的转换
1.3 溶液的热力学关系式 1.3.1 偏摩尔量(化学势)
所谓偏摩尔量，就是在恒温、恒压及其他组分的物质的量保 持不变的条件下，溶液的广度性质X(X代表U，V，H，S，G)对某 组分B物质的量的偏微商：
式中
偏摩尔量有3个重要公式： 1）微分式
xB ——组分B的偏摩尔量 nK ——除 nK 外，其余组分的物质的量。
Gm——溶液的摩尔吉布斯自由能，J/mol
2）集合公式
式中 称为理想溶液的标 准化学势。 可进一步导出溶液的其他热力学函数，
1.3.3 稀溶液
溶质的蒸气压服从亨利定律，而溶剂的蒸气压服从 拉乌尔定律的溶液称为稀溶液。 稀溶液不同标准态的化学势的表达式： 1)假想纯物质标准态
2)质量1％溶液标准态
3)纯物质标难态
稀溶液的
S B
由两部分组成：
o ①形成理想溶液的熵变：-R1nxB，即溶质无序分布在溶剂中； B ②溶质在溶剂中出现的有序态，与 有关，而与浓度无关。 或上式可表示为：
钢铁冶金学知识点总结
钢铁冶金学知识点总结一、钢铁冶金学概述钢铁是一种重要的金属材料，广泛用于建筑、机械、汽车、电子、航空航天等行业，对于国民经济的发展起着至关重要的作用。
钢铁冶金学是研究如何通过冶炼和加工原料来生产各种类型钢铁的学科。
本文将系统地介绍钢铁冶金学的相关知识，涉及原料、冶炼工艺、合金设计、热处理等内容。
二、原料1. 铁矿石铁矿石是钢铁冶金的原料，常见的有褐铁矿、赤铁矿、磁铁矿等，其中以赤铁矿和磁铁矿为主要产状。
从原料稀缺角度来看，赤铁矿资源相对较丰富，但使用赤铁矿需要高温还原，而且其资源储量日益减少。
而磁铁矿则容易熔化，且熔点低，深受炼铁企业的喜爱。
2. 焦炭和燃料焦炭是冶金煤炭经高温干馏后得到的一种多孔性炭质燃料，是高炉炼铁的原料之一。
燃料也是冶金中常用的燃烧材料，其中包括煤、焦炭、天然气等。
3. 废金属资源钢铁冶金中还需要利用废钢、废铁等废弃金属资源进行熔炼，以提高资源利用率，降低能源消耗。
三、冶炼工艺1. 高炉冶炼高炉是一种用于生产铁水、生铁或合金铁的设备。
高炉内的冶炼过程较为复杂，主要包括炉料下料→还原→熔融→炉渣→收得铁水等步骤。
2. 炼钢炉冶炼炼钢炉冶炼采用的设备主要有转炉炼钢炉、电弧炉、氧气顶吹炼钢炉和底吹熔融锅炉等，是将生铁或铸铁通过熔化、脱碳、脱磷、分别半湿废气、装料等工艺，生产出合格钢的过程。
4. 电炉冶炼电炉冶炼是利用电能将废钢、废铁、生铁等熔化成合格的熔铁或合金。
其主要特点是能耗低、操作简便、保护环境等。
四、合金设计1. 合金元素合金元素是各种金属或非金属元素的混合物。
在钢材中，合金元素可以显著改变钢的组织和性能。
主要的合金元素有碳(C)、锰(Mn)、钒(V)、铬(Cr)、钼(Mo)、镍(Ni)、铜(Cu)、钛(Ti)等。
2. 合金设计合金设计即根据钢材的使用要求和生产条件，选取合适的合金元素和比例，调整钢的成分和组织结构，以获得理想的性能和工艺性。
3. 合金设计的原则合金设计应根据具体用途确定设计要求。
钢铁冶金原理01 (4)
2x 2 M ( s ) + O2 = M xOy ( s) y y
π O ( M O ) = RT ln PO = − RT ln K = ∆G 0
x y 2
π O ( M O ) = ∆H 0 − T∆S 0
x y
11
3.1.3 气体氧化物的氧位（CO、CO2、H2O(g)） 气体氧化物的氧位（CO、
0
T = 0 K时，π O (CO −CO2 ) = −561900
PCO 直线族过点C (0,−561900), 斜率＝ .46 − 2 R ln 170 PCO2 PCO PCO2 标尺：按对数等分分度
这是一簇交于C点的直线 点的直线, ★ 这是一簇交于 点的直线,
只作出P 的直线， 只作出 CO/PCO2=1的直线， 的直线 其余的只保留分度点。 其余的只保留分度点。
∂∆G 0 = − ∆S 0 = 斜率 ∂T P
麦克斯威尔关系式： 麦克斯威尔关系式：
∂S ∂P = >0 ∂V T ∂T V
恒温下熵变与体积变化同符号， 即 ： 恒温下熵变与体积变化同符号 ， 体积变化取决 于反应前后气体物质的量的变化。 于反应前后气体物质的量的变化。
∆G 0 = a点纵坐标
24
3.3.2 计算氧化物在一定温度TK的分解压力 计算氧化物在一定温度TK的分解压力
2MO = 2M + O2
K = PO2
连接O点与a点的直线 延长交PO2 标尺于b点， b点的PO2 坐标即为分解压。
25
3.3.3 计算元素的氧化反应在一定温度及氧分压下的△G 计算元素的氧化反应在一定温度及氧分压下的△
d ln K ∆H o = dT RT 2 d ln PN 2 dT d ln K = >0 dT
钢铁冶金原理第一章 冶金过程热力学基础1
v1 B1 v2 B2 v3 B3 v4 B4
r Gm (T ) vB f Gm (B, T )
r Gm (T ) ＝ v G ( 生成物 , T ) v G B f m B f m (反应物,T )
式中： mol-1， f Gm ( B, T ) —— 物质B的标准生成吉布斯自由能， J·
，
另：
dSU ,V 0
第一章
冶金过程热力学基础
在不同的条件下，可根据不同的热力学平衡判据，判断 过程进行的可能性、方向性及最大限度。
§1.1.3 热效应的计算
一、物理变化过程中热效应的计算
纯物质的加热和冷却是一个物理变化过程，其过程焓变 可用kirchhof公式计算，对于等压加热过程： T2 cal C p f T H q p C p dT g .k T1 ，
即：
0 G 0 G 0 2 ln K T H T RT T T T p p p
H 0 ln K 2 T p RT
称为化学反应的等压方程式p6
第一章 冶金过程热力学基础
第一章 冶金过程热力学基础
化学反应的判据 0：K J，正反应未达到平衡， ) 反应正向进行(即向产物方向进行 G 0：K J，逆反应未达到平衡， 反应逆向进行(即向反应物方向进行 ) 0：K J，反应达到平衡
量， G：决定反应方向的物理 用于判定反应的可能性 。 ★ G ：用于计算K值， 计算反应在T温度下能够完成的限度 的量。
aA bB cC dD
等温下： G G 0 RT ln J p
c d pC . pD Jp a b p A . pB
钢铁冶金学炼钢部分总结(知识点)
1、钢和生铁的区别?答：C<2.11%的Fe-C合金为钢；C>1.2%的钢很少实用；还含Si、Mn等合金元素及杂质。
生铁硬而脆，冷热加工性能差，必须经再次冶炼才能得到良好的金属特性；钢的韧性、塑性均优于生铁，硬度小于生铁长流程：以铁矿石为原料，煤炭为能源-高炉-铁水预处理-转炉炼钢-炉外精炼-连铸-轧钢短流程：以废钢为原料，电为能源-电炉炼钢-炉外精炼-连铸-轧钢2、炼钢的基本任务？答：钢铁冶金的任务是由生产过程碳、氧位变化决定的。
炼钢的基本任务分为脱碳，脱磷,脱硫，脱氧，脱氮、氢等，去除非金属夹杂物，合金化，升温(1200°C^1700°C)，凝固成型，废钢、炉渣返回利用，回收煤气、蒸汽等。
高炉一一分离脉石，还原铁矿石铁水预处理一一脱S,Si,P转炉一一脱碳，升温炉外精炼一一去杂质，合金化3、钢中合金元素的作用？答:C：控制钢材强度、硬度的重要元素，每1%[C冋增加抗拉强度约980MPa；Si：增大强度、硬度的元素，每1%[Si]可增加抗拉强度约98MPa；Mn：增加淬透性，提高韧性，降低S的危害等；Al：细化钢材组织，控制冷轧钢板退火织构；Nb：细化钢材组织，增加强度、韧性等；V：细化钢材组织，增加强度、韧性等；Cr:增加强度、硬度、耐腐蚀性能。
4、钢中非金属夹杂物来源？答-脱和产物気化物系非二灰気化金馬火杂物「生成物外来性夹嘆物炉逋菟成茁氧化凉气萨成的氣化炉衬造成的宣化炉產申i旬包覆需渣逋卷入结晶器躁护迫削火相胸沁及卷入中询包1070取％=1at IL7d—10+2.0365、主要炼钢工艺流程？答：炒钢一坩埚熔炼等一平炉炼钢一电弧炉炼钢一氧气顶吹转炉炼钢一氧气底吹转炉和顶底复吹炼钢。
主要生产工艺为转炉炼钢工艺和电炉炼钢工艺。
与电炉相比，氧气顶吹转炉炼钢生产率高，对铁水成分适应性强，废钢使用量高，可生产低S、低P、低N的杂质钢，可生产几乎所有主要钢品种。
顶底复吹工艺过氧化程度低，熔池搅拌好，金属-渣反应快，控制灵活，成渣快。
钢铁冶金方面知识
钢铁冶金方面知识第一篇：钢铁冶金方面知识1冶金的定义。
冶金方法包括(火法冶金)，(湿法冶金)和电冶金。
钢铁生产的传统流程和短流程的特点比较。
（1）冶金：定义：研究任何经济地从矿石中或其他原料中提取金属或金属化合物，并用各种加工方法制成具有一定性能的金属材料的科学。
①火法冶金：高温条件下通过一系列的物理化学反应使矿石和精矿中的有价金属与脉石成分分离，达到提取、提纯金属目的。
整个过程包括原料准备、冶炼和精炼三个工序。
②湿法冶金；在低温下通过溶剂处理，使矿石和精矿中的有价金属与脉石成分分离，达到提取、提纯金属的目的。
包括浸出、分离、富集和提取工序。
③电冶金：利用电能提取和精炼金属的方法。
包括电热冶金和电化学冶金（1）传统长流程（间接炼钢法）高炉炼铁——转炉炼钢特点：工艺成熟，生产率高，但成本高、使用焦炭。
（2）短流程（直接炼钢法）直接还原——电炉特点：工序少、避免反复氧化、还原过程、解决焦碳紧缺。
但需要使用高品位精矿和高质量的一次能源，电耗高。
高炉本体结构五部分名称。
炉喉炉身炉腰炉腹炉缸高炉五大附属系统名称及作用。
（1）原料系统；保证及时准确，稳定地将合格原料从储矿槽送上高炉炉顶。
（2）送风系统；保证连续可靠地给高炉冶炼提供所需数量和温度的热风。
（3）渣铁处理系统；处理高炉排放的渣，铁保证高炉生产正常进行。
（4）煤气清洗系统；回收高炉煤气。
（5）喷吹系统。
保证喷入高炉所需燃料，以代替部分焦炭，降低焦炭消耗。
4、高炉冶炼指标？1炉有效容积利用系数2焦比3煤比（油比）（4）冶炼强度（5）休风率6炭负荷7炉龄(高炉一代寿命）有效容积利用系数、焦比的定义。
高炉有效容积利用系数（ηｖ）高炉有效容积(Vu)：指大钟落下时其底边平面至出铁口中心线之间的炉内容积。
高炉有效容积利用系数：指在规定的工作时间内，每米3有效容积平均每昼夜（日）生产的合格铁水的吨数。
说明了技术操作及管理水平。
（单位：吨/米3.日）焦比：指每吨生铁消耗的干焦（或综合焦炭）的千克数5、四种天然铁矿石的名称和分子式。
钢铁冶金原理知识点总结
钢铁冶金原理知识点总结钢铁冶金是一门专门研究金属材料制备和性质改善的学科。
钢铁是一种重要的金属材料，在工业生产和日常生活中有着广泛的应用。
掌握钢铁冶金原理对于材料工程师和金属材料从业者来说是非常重要的。
在这篇文章中，我将对钢铁冶金的一些重要知识点进行总结。
1. 钢铁冶金的历史背景钢铁冶金的历史可以追溯到几千年前的古代，人类开始使用铁器制品，进行熔炼和鍮制的技术。
随着工业的发展，钢铁冶金技术得到了不断的改进和发展，出现了许多新的制备和处理方法，同时也推动了金属材料从原始水平到今天的发展。
通过对钢铁冶金的历史背景进行了解，可以更好地理解钢铁冶金的发展和变革。
2. 钢铁冶金的基本原理钢铁是铁与碳的合金，具有优良的机械性能和耐磨性，是一种重要的结构材料。
在钢铁冶金中，主要包括炼铁、钢水处理、热处理和表面处理等主要工艺。
炼铁是指将原料（铁矿石、焦炭、石灰石等）加热熔化，在熔融状态下去除杂质，得到高纯度的铁。
钢水处理是指将熔化的铁与合金元素混合调整成符合要求的合金成分，通过控制温度和化学成分来调整钢的性能。
热处理是指通过加热和冷却过程来改变钢的物理和化学性能，提高其机械性能和耐腐蚀性。
表面处理是指通过对钢材表面进行化学处理或机械加工，提高其表面硬度和耐磨性。
这些基本原理是钢铁冶金学的基础，掌握这些知识对于进行钢铁冶金工艺设计和材料性能改善具有重要意义。
3. 钢铁材料的组织结构钢铁是由铁和碳组成的合金，除此之外还含有少量的合金元素，如锰、硅、磷、硫等。
钢铁的组织结构主要包括铁素体、珠光体、贝氏体和马氏体等组织。
铁素体是最基本的组织结构，其性能最差，珠光体比铁素体的性能要好，贝氏体和马氏体比珠光体的性能更优越。
通过对钢铁材料的组织结构进行研究，可以更好地理解钢铁材料的性能和应用。
4. 钢铁冶金中的煅烧技术煅烧是指将金属矿石或精矿通过高温加热而非完全熔化的过程，通过煅烧可以去除矿石中的挥发性物质和硫、砷等杂质，在矿石中得到合金的金属。
冶金原理与工艺（钢铁部分复习资料）
冶金原理与工艺（钢铁部分复习资料）冶金原理与工艺（钢铁部分）绪论1.矿床：矿石集合体矿石：矿物集合体。
包括有用矿石和脉石有用矿石：可提取矿物的矿石脉石：含微量或不含矿物的矿石矿物：有用元素或化合物2.主要的冶金工序干燥：除去水分，温度400~6000度焙烧：适当气氛下，加热到熔点以下发生氧化、还原或其他化学变化的冶金过程，除去有害杂质，回收有用元素，提高气孔率和还原性煅烧：将碳酸盐或氢氧化物的矿石原料在空气中加热分解，除去二氧化碳或水分变成氧化物的过程，也称焙解烧结和球团：将不同的粉矿混匀或造球后加热焙烧，团结成多孔块状或球状的物料熔炼：将处理好的矿石或原料在高温下通过氧化还原反应，使矿石中的金属和杂质分离成两个液相层即金属液和熔渣，也叫冶炼精炼：进一步除杂，以提高纯度吹炼：实质是氧化熔炼，借鼓入的空气中的氧使铸铁中的磷，硫和其他杂质元素氧化而分离去除净化：溶液除杂至达标的过程，方法有离子沉淀法、置换沉淀法、共沉淀法3.冶金工业的发展趋势钢铁工业：1）高效化、连续化、自动化；2）节约能源和资源，降低成本；3）发展高新技术所需的新材料；4）连铸技术；5）发展近终成型金属毛坯制备技术；6）人工智能控制有色金属：1）供大于求；2）发展的国际化、集团化；3）低级产品向低成本地区转移；4）适应高新技术发展的需求，新材料发展迅速第一章高炉炼铁1.高炉冶炼主要产品：生铁1）90%以上是炼钢铁（白口铁）；2）铸造生铁（灰口铁）；3）少量的铁合金副产品：炉渣、煤气和炉尘2.高炉冶炼的主要技术经济指标1）高炉有效容积利用系数【η】：1立方米有效容积平均每天生产的合格生铁的折合产量2）焦比【K】：高炉冶炼1t生铁所消耗的干焦炭量3）冶炼强度【I】：1立方米高炉有效容积每天所能燃烧的干焦炭量，反映了炉料下降及冶炼的速度η=I/K4）生铁的合格率：化学成分符合国家规定的生铁量占总监测量的比例5）焦炭负荷：一批料中矿石质量与焦炭质量之比6）生铁原材料：铁矿石，碎杂铁等7）富氧量：工业氧加入鼓风中后，鼓风中氧含量增加的百分数8）生铁成本：原料、燃料、动力消耗费及车间经费等项组成9）炉龄：高炉从开炉到大修之间的时间，为一代高炉的炉龄3.提高利用系数的技术措施：提高矿石的品位、在顺行的基础上实行全风操作、高压操作及富氧鼓风等。
钢铁冶金学炼钢部分总结知识点
答：有利于脱磷的工艺条件:降低温度；提高炉渣碱度；增加炉渣氧化铁活度；增加渣量;增加[P］活度系数。
炉渣的重要性:通过造碱性炉渣能够降低P2Ｏ５的活度系数，同时,碱度CaO/ＳiO2越高，磷分配比越大，有利于脱磷;渣量增大有利于脱磷。
回磷的原因:吹炼中期炉渣“反干”，炉渣FｅxO含量减少（炼钢过程)；出钢带渣量多，炉渣碱度降低,[O]含氧量降低（脱氧过程)。
高炉——分离脉石，还原铁矿石铁水预处理——脱S,Si,P
转炉——脱碳,升温炉外精炼——去杂质,合金化
3、钢中合金元素的作用？
答:C:控制钢材强度、硬度的重要元素,每1%[C]可增加抗拉强度约980MPa；Si：增大强度、硬度的元素，每1％[Si]可增加抗拉强度约98MＰa；Mn：增加淬透性,提高韧性，降低S的危害等；Aｌ:细化钢材组织,控制冷轧钢板退火织构;Nb：细化钢材组织,增加强度、韧性等；V:细化钢材组织,增加强度、韧性等;Cｒ：增加强度、硬度、耐腐蚀性能。
乳化:在氧流强冲击和熔池沸腾作用下,部分金属微小液滴弥散在熔渣中；乳化的程度和熔渣粘度、表面张力等性质有关。乳化可极大增加渣－铁接触面积,因而可加快渣－铁间反应。
杂质的氧化方式：直接氧化:气体氧直接同铁液中的杂质进行反应。
间接氧化：气体氧优先同铁发生反应，待生成FexO以后再同其他杂质进行反应。
氧气转炉炼钢以间接氧化为主：氧流是集中于作用区附近而不是高度分散在熔池中；氧流直接作用区附近温度高,Si和Mn对氧的亲和力减弱；从反应动力学角度来看,C向氧气泡表面传质的速度比反应速度慢，在氧气同熔池接触的表面上大量存在的是铁原子,所以首先应当同Ｆe结合成FeO。
有利于脱硫的因素：
硫容量:
炉渣的作用:FexO过高不利于脱硫，碱性还原渣有利于脱硫,增大渣量有利于脱硫。
钢铁冶金原理
钢铁冶金原理钢铁冶金是指利用矿石和其他原材料，通过高温熔炼和精炼的过程，将铁矿石中的铁元素提取出来，并添加其他合金元素，最终制成钢铁产品的工艺过程。
钢铁作为重要的金属材料，在现代工业生产和建设中起着不可替代的作用。
钢铁冶金原理是钢铁生产的基础理论，了解和掌握钢铁冶金原理对于提高钢铁生产的质量和效率具有重要意义。
首先，钢铁冶金原理涉及到的基本原理是金属矿石的熔炼和精炼。
金属矿石经过选矿和破碎后，首先要进行熔炼，将其加热至高温使其熔化，然后通过物理或化学方法将金属元素从矿石中提取出来。
在钢铁冶金中，主要是提取铁元素，因此熔炼的过程是非常关键的。
熔炼后，还需要进行精炼，通过去除杂质和控制合金成分的方法，使得最终的钢铁产品达到所需的化学成分和性能要求。
其次，钢铁冶金原理还涉及到金属合金的制备和调控。
钢铁产品通常是铁和其他合金元素的混合物，通过控制不同合金元素的含量和比例，可以获得不同性能和用途的钢铁产品。
例如，通过添加碳元素可以提高钢铁的硬度和强度，通过添加铬、镍等元素可以提高钢铁的耐腐蚀性能。
因此，了解不同合金元素对钢铁性能的影响，以及合金元素的添加和调控原理，对于钢铁冶金工艺的优化和改进至关重要。
最后，钢铁冶金原理还包括金属材料的相变和组织控制。
在钢铁冶金过程中，金属材料会经历固溶、析出、晶粒长大等相变过程，同时也会形成不同的金相和组织结构。
这些相变和组织结构对钢铁的性能和用途有着重要影响。
因此，掌握金属材料的相变规律和组织控制原理，可以指导钢铁生产过程中的热处理和工艺控制，从而获得理想的钢铁产品。
总之，钢铁冶金原理是钢铁生产过程中的基础理论，涉及到矿石熔炼、合金制备、相变组织控制等多个方面。
了解和掌握钢铁冶金原理，可以指导钢铁生产工艺的优化和改进，提高钢铁产品的质量和性能，满足不同领域的需求。
同时，钢铁冶金原理也是现代金属材料科学的重要组成部分，对于推动金属材料领域的研究和发展具有重要意义。
钢铁冶金原理重点
第五章 化合物的形成与分解1 什么叫热力学参数状态图，在气-固反应中为什么得到了广泛的应用？解 热力学参数状态图是根据反应热力学平衡原理计算式或由实验测得的反应的热力学平衡参数（温度，组分，分压，自由能）之间的关系绘制的不同相稳定存在区的图形。
例如，相图是恒压下，体系的组成与温度的组成图；氧势图是氧化物的r mG θ∆与温度的组成图；化学反应的平衡常数对温度（1/T ）的组成图等。
它们能直观地表出参与反应的歌物质的稳定存在区域及其稳定条件（温度，组分，分压等）。
2 哪些因素能改变氧化物的氧势，从而改变氧化-还原反应的热力学条件。
解 氧化物还原反应的热力学条件决定于它们耦合的两个氧化物氧势的改变：()O MO π<或>()O NO π，从而决定了反应22()()()()MO s N s NO s M s +=+的方向。
而氧化物氧势的影响因素可如下导出。
由下组合反应式中 1）22(,)ln r m O G MO s RT p θ∆=，氧势图中的22()ln O MO O RT p π=；2）fus (,)G M s θ∆：M(s)发生相变，2()O MO π增加；3）fus 2 (,)G MO s θ∆：MO(s)发生相变，2()O MO π下降；4）M G ln M RT a θ∆=：M(l)形成溶液，M a 减小；2()O MO π增加；5）22MO MO G ln RT a θ∆=：MO 2形成溶液或复合化合物，2MO a 减小，2()O MO π下降。
3 试述燃烧反应的热力学规律及对冶金反应产生的影响。
解 在火法冶金中为使冶金反应顺利进行，需要供给大量的热能，而热能的一个重要来源就是由燃料的燃烧供给的。
燃烧反应是指燃料的可燃成分（C ，H 及C 的不完全燃烧产物CO ）与气相的氧化剂发生地氧化反应。
燃料的可燃成分如以单质形式或低价氧化物形式寻找，则它们在还原熔炼中又是还原剂。
钢铁冶金原理重点03
第三章 金属熔体1 说明铁液内组分活度相互作用系数的意义及求法。
解 铁液中组分活度的相互作用系数表明了铁原子与组分之间作用力的性质。
在Fe-B-K 三元系之间，当作用力K B Fe B f f -->时，0K B e <,则K 能降低B 的活度系数B f ，而使组分B 的溶解度增加；如K Fe B Fe f f -->时，0K B e >，则K 能提高s f ，而使组分B 的溶解度降低。
因此，在一定温度下，组分B 的浓度在铁液中达到一定值时，则[]%B B a f w B const ==，B f 与[]%w B 成反比。
因而如欲提高B 的溶解度，则可加入少量能使B f 降低的元素，即0K B e <的元素。
例如VH e =-0.0074。
当向Fe-H 系中加入[]w V =0.1%的钒后，可使1873K ，100kPa 的氢在铁中的溶解度从[]52.610%w H -=⨯增大到[]52.810%w H -=⨯。
一级相互作用系数K B e 主要是通过实验测定一定温度下[]%lg K B f w K -的关系曲线，在低浓度处作曲线的切线，由斜率求得。
二级相互作用系数[]22%lg 12KB B f w K γ∂=⨯∂是由[][]%%lg B f w K w K -的关系曲线，在低浓度处曲线切线的斜率求得。
二级相互交叉作用系数[][]2%%lg K B Bf w B w j ρ∂=∂∂是由[][]%%lg B f w j w B -曲线的切线斜率求出，这需在四元系Fe-B-K-j 参加的平衡实验中求出。
2 什么是气体在刚中的溶解度，它与哪些因素有关？解 钢中溶解的气体是指氢和氮。
钢中溶解的气体含量不高，一般钢号的规格中也不列出，但它们的危害性却不小，严重时将导致钢材报废。
通常把一定温度下与100kPa 的气相平衡的溶解于钢中的氢和氮含量称为气体在钢中的溶解度。
因其量小，规定用（[]410%w H ppm -=）或mL/100g 等单位表示。
钢铁冶金原理(炼钢部分)考试重点
1、炼钢的基本任务是什么，通过哪些手段实现？答：炼钢的基本任务是脱碳，脱磷，脱硫，脱氧，去除有害气体和非金属夹杂物，提高温度和调整成分。
主要技术手段为：供养，造渣，升温，加脱氧剂和合金化操作。
2、磷和硫对钢产生哪些危害？脱磷硫的机理，什么是磷容，硫容，影响脱磷硫的因素。
答：磷：引起钢的冷脆，钢的塑性和冲击韧性降低，并使钢的焊接性能与冷弯性能变差。
硫：使钢的热加红性能变坏，引起钢的热脆性。
脱磷：2[P]+5(FeO)+4(CaO)=(4CaO ·P2O5)+5[Fe]2[P]+5(FeO)+3(CaO)=(3CaO ·P2O5)+5[Fe] 磷容：炉渣容纳磷的能力 影响因素：温度，碱度，炉渣氧化性。
脱磷的条件：高碱度、高氧化铁含量（氧化性）、良好流动性熔渣、充分的熔池搅动、适当的温度和大渣量。
脱硫：[S]+(CaO)=(CaS)+[O] [S]+(MnO)=(MnS)+[O] [S]+(MgO)=(MgS)+[O]硫容：表达了炉渣容纳硫的能力 脱硫的影响因素：温度，碱度，渣中（FeO ），金属液成分[Si][C]能降低氧活度，有利于脱硫。
脱硫的有利条件：高温，高碱度，低（FeO ），低粘度，反应界面大（搅拌）。
3、实际生产中为什么要将ω（Mn ）/ω（S ）比作为一个指标进行控制？答：Mn 在钢的凝固范围内生成MnS 和少量FeS 。
这样可有效防止钢热加工过程中的热脆，故在实际生产中将ω（Mn ）/ω（S ）比作为一个指标进行控制，提高ω（Mn ）/ω（S ），可以提高钢的延展性，当ω（Mn ）/ω（S ）≧7时不产生热脆。
4、氢和氮气对钢会产生哪些危害？答：氢在固态钢中的溶解度很小，在钢水凝固和冷却过程中，氢和CO 、N 2气体一起析出，形成皮下气泡中心缩孔，疏松，造成白点和发纹。
钢中含有氢气的气孔会沿加工方向被拉长形成裂纹，进而引起钢材的强度，塑性，冲击韧性的降低，发生氢脆现象。
《钢铁冶金原理》基本知识点整理
B r 0B r f B B r B f 0B r Fe a 《钢铁冶金原理》基本知识点1、理想气体的吉布斯自由能表达式：G ＝H －TS ＝U ＋pV －TS dG ＝Vdp －SdT2、等温等压条件下，d G ＝0；（始末态的G 相等－平衡条件） 等压条件下，吉布斯自由能变化对温度的变化率为熵变的负值 等温条件下，吉布斯自由能对压力的偏微商等于气体的体积3、从标准态压力p 0到任意指定态p ：（等温条件）对凝聚相：G=G º+RTlna4、化学反应等温方程式对于有凝聚相参加的多相化学反应：5、范特霍夫方程式：6、拉乌尔定律：p B ＝p B *⋅x B亨利定律：P B=K H(x)X B (X B 为摩尔分数浓度)p B =K H(%)w B(%)7、活度、活度系数、活度的标准态：以拉乌尔定律或亨利定律为基准或参考态，引入修正后的浓度值称为活度；a=P B /P标,r或f=P B /P(参比)而此修正系数r B 、f B(H)、f b (%)称为活度系数。
8、 、、 的含义：P B =P B*r B x B(实际溶液) a B(R)= r B ºX B ，分别为以拉乌尔定律为基准或参考态，对组分浓度修正时的修正系数和以亨利定律为基准或参考态，对组分浓度修正时的修正系数。
指的是稀溶液(亨利定律)以纯物质为标准态的活度系数，其值为常数。
r B º=r B /f B (H)一般作为溶剂或浓度较高的组分可选纯物质作为标准态，若组分的浓度比较低时，可选用假想纯物质或质量为1﹪溶液作为标准态。
在冶金过程中，作为溶剂的铁，如果其中元素的溶解量不高，而铁的浓度很高时，可选纯物质作为标准态， =x [Fe]=1,Fe r =1 ；如果溶液属于稀溶液，则可以浓度代替活度（H K 标准态）；熔渣中组分的活度常选用纯物质标准态。
0ln G G RT J∆=∆+KRT J RT G ln ln 0-=-=∆20)ln (RT H T K p ∆=∂∂AH(%)H(x)B100M K K M =)()(0H B R B B a a =γ10、理想溶液，稀溶液以及超额函数：理想溶液：在整个浓度范围内，服从拉乌尔定律的溶液；稀溶液：溶质蒸汽压服从亨利定律，溶剂蒸汽压服从拉乌尔定律的溶液；ex BG=RT lnBrex mG=RTln BBx r∑11、为什么温度升高使实际溶液趋向于理想性质？由()2BB T T G H T∂∆∂=-∆ 知：2ln B BT r H RT ∂∂=-∆当0BH ∆< 时，ln 0BT r ∂∂>；当0BH ∆> 时，ln 0BT r ∂<。
钢铁冶金原理4
第二章 冶金过程动力学基础冶金热力学可通过体系状态函数的改变，判断反应进行的可能性、方向性及最大限度。
但反应进行的途径、机理及速度则是动力学解决的任务。
微观动力学：据参加反应的物质的性质，从分子理论出发研究化学反应的机理和速度。
宏观动力学：结合反应体系中的流体流动、传质、传热及反应器条件等宏观因素来研究反应的速度和机理。
钢铁冶金过程中的反应是在高温、有流体流动、传热、传质等复杂状态下进行的多相反应。
如炼钢过程中钢—渣界面上元素的氧化反应由三个步骤或三个环节组成，组元由钢渣内部向界面的传质，界面化学反应、产物离开界面向钢渣内部传质。
其中最慢的步骤为过程的限制性环节。
通过分析影响反应速度的因素，可确定加速反应的措施，以实现控制冶金工艺、提高生产效率的目的。
动力学研究的主要内容：研究反应构成环节（机理）、建立各环节及总体反应速率公式、分析影响反应速度的因素，建立加快翻印速度的措施。
§2.1多相化学反应速率§2.1.1化学反应速率的表示方法化学反应的速率通常用某一时刻反应物或生成物的浓度对时间的变化率来表示。
dD bB aA =+dtdC v dt dC v dt dC v DB A =-=-=,, C ：体积摩尔浓度，3mmol，v ：sm mol⋅3d b a dC dC dC D B A ::::=dtdCd dt dC b dt dC a D B A ⋅=⋅-=⋅-∴111基元反应：化学反应的速率与反应物的浓度的若干次方成正比，且反应级数与反应物的计量系数相等。
bB a A AC kC dtdC v =-= 反应级数b a n +=（n=0,1,2,3…或分数） 非基元反应：化学反应的速率与反应物的浓度的若干次方成正比，但反应级数与反应物的计量系数不相等。
、、b B a A A C kC dtdC v =-= 反应级数b a b a n +≠+=// k ：化学反应的速率常数，n 不同k 的单位不同，k=f(T)。
《钢铁冶金原理》课件资料
相图内的垂直线代表C3S。只有在1250℃以下急冷淬火可把C3S保 持到常温，C3S有水硬性，是水泥熟料组分。
2、C2S-CS系“子相图”：为具有一个不稳定化合物(C3S2)的相图。
① ②
当温度下降时，C3S2由转熔反应形成：L+C2S＝C3S2；
在加热时，它在1475℃发生分解：C3S2→L＋C2S。
7
第四章 冶金炉渣
一、 基本概念
炉 渣
SiO2 高炉炼铁渣 转炉炼钢渣 电炉炼钢渣 电渣重熔渣 铜闪速炉熔炼渣 铅鼓风炉熔炼渣 锡反射炉熔炼渣 高 钛 渣 30～40 9～20 10～25 0～10 28～38 19～35 19～24 2.8～5.6 A12O3 10～20 0.1～2.5 0.7～8.3 0～30 2～12 3～5 8～10 2～6 CaO 35～50 37～59 20～65 0～20 5～15 0～20 1.5～6 38～54 28～40 45～50 2～5.6 1～1.5
22
第一节 二元渣系相图
一、CaO-SiO2系相图
① ②
3、CS－SiO2系“子相图” 由于液相时组分的溶解度有限，形成两液相共存的相图。 在互为饱和的二液相中，L1是SiO2在CS相内的饱和熔体；L2是 CS在SiO2相内的饱和熔体，大约在1700℃以上两者平衡共存，它 们的平衡成分分别由两条虚线表出，称为分溶曲线。 在1700℃时，相平衡关系为L2＝L1＋SiO2(偏晶反应)。 温度高于1700℃时，SiO2逐渐消失，仅两液相共存，它们的饱和 溶解度随温度的升高，不断变化，逐渐接近，最后达到相同(曲线上 的此点称为临界点)，成为均匀液相。
6
第四章 冶金炉渣
一、 基本概念
熔渣是火法冶金过程产物 主要由冶金原料中的氧化物或冶金过程中生 成的氧化物组成的熔体。
钢铁冶金原理
钢铁冶金原理钢铁冶金是指通过高温熔炼和冶炼的方式，将铁矿石中的铁元素提取出来，加入适量的碳和其他合金元素，经过一系列的炼铁和炼钢工艺，最终制备出各种不同性能和用途的钢铁材料。
钢铁作为工业生产和建筑领域中最重要的材料之一，其冶金原理对于材料工程领域具有重要的意义。
首先，钢铁冶金的基本原理是将铁矿石进行熔炼，将其中的铁元素提取出来。
铁矿石中主要含有Fe2O3和Fe3O4等化合物，通过高温还原反应，将铁元素还原出来。
在这一过程中，需要考虑熔炼温度、还原剂的选择以及矿石的成分和性质等因素。
通过控制这些因素，可以有效地提高铁的提取率和产品的质量。
其次，炼铁和炼钢是钢铁冶金过程中的关键环节。
在炼铁过程中，需要将提取出来的铁水进行精炼，去除其中的杂质和非金属元素，同时控制合金元素的加入，以获得所需的钢铁材料。
而在炼钢过程中，需要对精炼后的铁水进行进一步的精炼和调质，以获得不同性能和用途的钢铁产品。
这一过程中需要考虑温度、压力、氧化还原条件等因素，以确保产品的质量和性能。
此外，钢铁冶金过程中还需要考虑能源消耗和环境保护等因素。
炼铁和炼钢过程中需要大量的能源供应，同时也会产生大量的废气、废水和固体废物。
因此，在钢铁冶金过程中，需要考虑能源的高效利用和废物的处理和资源化利用，以减少对环境的影响，实现可持续发展。
综上所述，钢铁冶金原理涉及了多个方面的知识和技术，包括物理化学、材料工程、能源科学和环境保护等领域。
通过深入研究钢铁冶金原理，可以不断改进和优化生产工艺，提高钢铁产品的质量和性能，同时减少能源消耗和环境污染，为工业生产和社会发展做出贡献。
因此，钢铁冶金原理的研究具有重要的理论和实际意义，对于推动材料工程领域的发展具有重要的意义。
钢铁冶金原理第二章 冶金过程动力学基础
CB0C A ln ktC B 0 C A0 C A0 C B
第二章 冶金过程动力学基础
设 2A B D
dCA 2 kC A dt
1 1 kt CA C A0
1 t1 kC A0 2
dCA 2 kC A dt
二级反应的特征：
1.反应速率与反应物的浓度的平方成正比。
逆反应速率： v k CCO2
净反应速率：
v v v k CCO k CCO2
1 k CCO CCO2 K
第二章 冶金过程动力学基础
由于消耗1molCO生成1molCO2，故 CCO CCO const C
2
C CCO2 dCCO v k CCO dt K
v dC A k C dt V
1 m s k：界面反应速率常数，
A：相界面面积，m2； V：体系的体积，m3;
C ：不可逆反应： C C ，可逆反应： C C C平 ； m ol m 3。
第二章 冶金过程动力学基础
§2.1.2 化学反应速率与温度的关系p105 Arrehenius从实验中总结得到反应的速率常数k与温度T的关系式：
C：体积摩尔浓度， m ol
m3
v：
m ol 3 m s
1 dCA 1 dCB 1 dCD a dt b dt d dt
第二章 冶金过程动力学基础
一、基元反应与非基元反应p103 基元反应：化学反应的速率与反应物的浓度的若干 次方成正比，且反应级数与反应物的计量系数之和相等。
第二章 冶金过程动力学基础
当反应达到平衡时：
v o ， v v
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《钢铁冶金原理》基本知识点
By Moonlight 2009/10/17
注：主要知识点是基于老师上课提问的问题，限于名词、概念、公式的解析。
1、 活度、活度系数、活度的标准态：
以拉乌尔定律或亨利定律为基准或参考态，引入修正后的浓度值称为活度；而此修正系数称为活度系数。
具有纯物质、假想纯物质及 =1﹪溶液蒸汽压或两定律的比例常数的状态称为活度的标准态。
2、 、 、 的含义：
， 分别为以拉乌尔定律为基准或参考态，对组分浓度修正时的修正系数和以亨利定律为基准或参考态，对组分浓度修正时的修正系数。
指的是稀溶液以纯物质为标准态的活度系数，其值为常数。
3、 活度标准态选择的一般原则以及钢铁冶金过程中组分活度标准态如何选择？
一般作为溶剂或浓度较高的组分可选纯物质作为标准态，若组分的浓度比较低时，可选用假想纯物质或质量为1﹪溶液作为标准态。
在冶金过程中，作为溶剂的铁，如果其中元素的溶解量不高，而铁的浓度很高时，可选纯物质作为标准态， =x [Fe]=1,Fe r =1 ；如果溶液属于稀溶液，则可以浓度代替活度（H K 标准态）；熔渣中组分的活度常选用纯物质标准态。
4、 理想溶液，稀溶液以及超额函数：
理想溶液：在整个浓度范围内，服从拉乌尔定律的溶液；
稀溶液：溶质蒸汽压服从亨利定律，溶剂蒸汽压服从拉乌尔定律的溶液； 超额函数：实际溶液的偏摩尔量（或摩尔量）与假想其作为理想溶液时的偏摩尔量（或摩尔量）的差值。
ex B
G
=RT ln
B
r
ex m
G
=RT
ln B
B
x r
∑
5，为什么温度升高使实际溶液趋向于理想性质？
由()2
B
B T T G H T
∂∆∂=-∆ 知：
2
ln B B T r H RT
∂∂=-∆
B w
当0B H ∆< 时，ln 0B T r ∂>； 当0B H ∆> 时，ln 0B T r ∂<。
即温度升高时，成正偏差()1B r >的溶液的B r 值减少；而成负偏差()1B r <的溶液的B r 值则增大，溶液的有序态随温度的升高而减少。
6、 活度的测定及计算方法有哪些？请说明其原理。
7、 不同标准态下标准溶解吉布斯自由能计算式，有溶液参加的反应的标准吉布斯自由能的计算。
8、 扩散、分子扩散、对流扩散：
扩散是体系中物质自动迁移、浓度变均匀的过程。
分子扩散是指在静止的纯物质体系中及溶液体系中，由于浓度梯度而引起的扩散。
对流扩散是指在流动体系中，由分子扩散和流体的分子集团的整体运动（即对流运动），使其内物质发生的迁移而引起的扩散。
9、
10、未反应核模型以及假定条件：
当固相反应物是致密的时，化学反应从固相物的表面开始，逐渐从矿块中心推进，反应物与产物层之间有较明显的界面存在；而反应在层间的相界面附近区域进行，因此形成的固相产物则出现在原来固相反应处，而原固相物内部则是未反应的部分，这称为未反应核模型。
未反应核模型假定：稳定态、矿粒为球形、一级反应、外扩散不成为限制环节。
11、写出菲克定律的一般式：
1dn c
J D A dt x
∂=
=-∂ 式中：J ——扩散通量，21mol m s --⋅⋅；
c x ∂∂——在x 方向上的浓度梯度，4
mol m -⋅；
D ——扩散系数，21m s -⋅； A ——扩散流通过的截面积，2m ； x ——距离，m 。
12、 什么是化学反应速率？如何确定。
13、 什么是均相形核，异相形核？哪种形核更加容易？
均相形核是指反应产物在均匀相内形核；而在相内不溶解夹杂物或在反应壁上形核则称为异相形核。
异相形核更加容易。
14、 反应速率的影响因素有哪些？如何确定速率限制环节？
反应过程的影响因素主要有温度、固相物的孔隙度、固相物的粒度及形状、流体速度。
限制环节主要根据其影响因素对速率表现的特征来确定（具体见课本87页至89页）：
⑴利用测定的活化能估计法
()Q RT v Ae -=
⑵搅拌强度改变法
*
*
1c c
A dc t V c c
β-
=⨯⨯-⎰ 或 ()β
Φ=⨯c t l ，其中，=l v A
15、 金属熔体群聚态形成的依据是什么？
⑴ 可由衍射图的径向分配曲线的第一峰是否分裂为双峰来证明外，多利用金属的结构敏感的性质，随组成变化的特征来推测某些难以用衍射法测定的结构形态；
⑵ 当这些物性-组成的等温线上出现转折点时，就显示改组成处有种原子（离子）团形成；
⑶ 根据二元相图的化合物组成点处液相线上最高点的形状，判断液相中相当于化合物的群聚团出现的可能性。
16、 相互作用系数的测定法有哪两种？说明两者的测定原理及其测定结果的
区别。
17、 说明氢和氮在铁液中的溶解特性、存在形式及影响因素。
18、 粘滞活化能的物理意义及影响因素。
19、 影响铁液表面张力的因素。