钢铁冶金原理01 (3)
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
钢铁冶金原理
1、表面张力：垂直作用在液面上任一直线的两侧，沿液体的切面向着两侧的拉力，N/m2、穿透度：它为反应过程中，矿球半径改变的分数，用f 表示，0(1)r r f =-。
它和R 的关系为1/31(1)f R =--。
3、沉淀脱氧：向钢液中加入能与氧形成稳定化合物的元素，形成的氧化物能借自身的浮力或钢液的对流运动而排出。
4、萃取精炼：在一定温度下，在熔盐粗金属中加入附加物，附加物与金属相内杂质生成不溶解于熔盐的化合物而析出，从而达到精炼的目的。
5、二元碱度：渣中的碱性氧化物CaO 含量与酸性氧化物SiO 2含量之比为炉渣的二元碱度。
6、反应度：或称转化率，矿球已反映了的百分数，用R 表示，30(/)1r r R =-。
7、分解压：分解反应的平衡常数等于分解出的气体B 的平衡分压，规定用()B AB P 表示，称为此化合物的分解压。
8、负吸附：溶解组分质点和溶剂质点之间的作用力大于溶剂质点之间的作用力。
溶解组分在表面不出现过剩浓度，称为负吸附。
9、G-D 方程：11220BB n dG n dG ndG ++==∑ 或11220BB x dG x dG xdG ++==∑ 他表示恒温、恒压下，溶液中各组分的偏摩尔吉布斯自由能（或其他偏摩尔量）的改变不是彼此独立的，而是互相制约、互相补偿的。
10、0i γ的物理意义：1）表示溶液中组元i 在浓溶液中服从拉乌尔定律和在稀溶液中服从亨利定律两定律间的差别。
2）是组元i 在在服从亨利定律浓度段内以纯物质i 为标准态的活度系数。
3）是不同标准态的活度及活度系数相互转换的转换系数。
4）是计算元素标准溶解吉布斯能的计算参数。
11、光学碱度：在氧化物中加入显示剂，用光学的方法来测定氧化物施放“电子的能力”以表示出2O -的活度，确定其酸-碱性的光学碱度。
12、过剩碱：用碱的总量减去形成复合化合物的消耗的碱性氧化物，用来表示渣中碱性氧化物。
13、亨利定律：当溶液组分B 的浓度趋近于零（0B x →）的所谓稀溶液中，组分B 的蒸汽压与其浓度B x 成线性关系：()BH x B p K x '=,p '--组分B 在B x 的平衡蒸汽压，()H x K --比例常数。
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》辽宁科技大学课件
质量调控技术
介绍通过控制炼钢工艺参数和添 加合金元素等方法，实现对钢材 性能和质量的有效调控。
钢材质量检验
介绍钢材质量检验的方法和标准 ，包括化学成分分析、力学性能 试验等。
04
钢材的轧制与加工
钢材的轧制
轧制原理
介绍轧制的基本原理，包括轧制过程中的应力、 应变和温度变化，以及轧制过程中的变形抗力。
介绍电弧炉的结构、工作原理以及操作要 点，包括炉体、电极调节装置、炉料系统 等部分。
精炼设备
连铸设备
介绍精炼设备的种类、工作原理以及操作 要点，包括真空脱气装置、钢包精炼炉等 部分。
介绍连铸机的种类、工作原理以及操作要 点，包括结晶器、振动装置、拉坯矫直机 等部分。
钢的合金化与质量调控
合金元素的作用
反馈机制
教师根据学生表现给予及时反馈，指导学生改进学习方法， 提高学习效果。
THANKS
感谢观看
高炉操作
阐述高炉操作的基本原则、操作 参数控制及常见操作问题与处理 方法。
03
炼钢原理与工艺
炼钢原理
氧化还原反应
炼钢过程中涉及的氧化还原反应是核心原理，通过控制氧气、铁、碳 等元素的反应程度来达到去除杂质和调整钢的成分的目的。
相图原理
利用相图原理，了解不同成分的钢在加热、冷却过程中的相变规律， 指导炼钢工艺参数的选择。
05
钢铁冶金的环境保护与资源利用
钢铁冶金的环境影响
空气污染
钢铁冶金过程中排放的废气和烟尘含有大 量的硫氧化物、氮氧化物、粉尘等污染物
，对空气质量造成严重影响。
土壤污染
钢铁冶金过程中产生的废渣和固体废弃物 含有重金属、放射性物质和其他有害物质
冶金原理第三章.ppt
K a[ B]
B BK f w [ B ] f f w [ B ] B Fe B B B Fe B K
K f w [ B ] / w [ B ] B Fe B Fe B K
j i
异类相互作用系数之间的关系
j i
M M M M 1 j j i j j j i e [( 1 ) 1 ] 230 e i i i 230 M M M j i i
2.1.4 相互作用系数的温度关系式
A i B T
j
12
2
2.化学平衡法
6 3 1 m H l /100g 0 . 089 10 10 / 100 0 . 89 ppm 2
6 3 1 ml N /100 1 . 25 10 10 / 100 12 . 5 ppm 2
23
溶解特点
●H2、N2在铁液中的溶解服从平方根定律 ●溶解包括气体分子的离解及离解后原子的溶解两步。 铁液中：
18
2
Si lg fC e 0 .03 w [Si ] Si C
课外2
19
3
铁液中元素的溶解及存在的形式
3.1 Mn、Ni、Co、Cr、Mo
在铁液内的溶解焓为0，可近似将其溶液视为理想 溶液。 在高温的晶型与δ Fe大致相同，原子半径与铁原子 相差很小，与铁能无限互溶，形成置换式熔体。 熔体的物性可由纯金属的物性加和求得。
13
2
[ C ] CO 2 CO 2
2 pCO 1 K pCO fCw [C] 2
钢铁冶金原理第三章 钢铁冶金原理-铁的还原
K
%CO2平 %CO平
%CO2平 100 %CO平 %CO平 = = K K
%CO平 =
100 f (T ) 1 K
以%CO平——T作图，称为气相平衡组成图。 特点： ①K1>>1，%CO平≈0 几乎与横轴重合，反应不可逆， Fe2O3很易还原。 ②反应⑵、⑶、⑷的平衡线在 570℃相交， 形成叉形，此点Fe、FexO、Fe3O4平衡共 存。
第三章 铁的还原 (p415\433)
§3.1 间接还原
地壳中铁的储量比较丰富，仅次于O、Si、Al而居于第4位。 自然界中铁不能以纯金属状态存在，绝大多数形成氧化物、硫化物及硫 酸盐。常用的铁矿石有赤铁矿 (Fe2O3) 、磁铁矿 (Fe3O4) 、褐铁矿 (nFe2O3.m H2O)、菱铁矿(FeCO3)4种。在炼铁过程中，这些矿物被还原成铁。
§3.2
碳的还原
矿石的冶炼周期约为 5-8h，其中 1-2h 完成从高级氧化物到浮氏体的气 - 固 相还原反应，再用约 1-2h完成一般浮氏体的气 -固相还原过程，另一半浮氏体 只能键入1000℃以上的高温区后，被固体碳直接还原。
CO, H 2 Fe CO CO Fe 2O3 Fe3O4 Fe xO C, T 1000C Fe H2 H2
(1) （4）
1 3 Fe 3O4 S CO Fe S CO2 , G 0 9382 8.58TJ mol 1 4 4
钢铁冶金原理13
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1 浸出过程
用硫酸浸出硫化矿的溶出反应可用下列通式表示： MeS(s)+2H+=Me2++H2S(s) 在溶液中，溶解了的H2S可按下式发生分解： H2S=HS-+H+ HS-=S2-+H+ 生成的这些含硫离子、硫离子及H2S本身又可被各种氧化 剂氧化，并在溶液不同的PH值下生成不同价态的氧化产 物。
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13-1 ZnS－H2O系在298K下的电位－PH图
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1 浸出过程
（5）利用电位-PH图，可全面而简便地表述包括ZnS在内的 各种硫化物在湿法冶金过程中的热力学规律和必要的条件。 从图13-1可以看出，ZnS的酸溶反应要求溶剂酸度很高，故 实际上它是在加压和高温的条件下用硫酸浸出。在这个有 氧作用的过程中，由于溶液的PH值不同而可能有下列四 种基本反应发生，各自得到不同的氧化产物： 2ZnS+O2+4H+=2Zn2++2S+2H2O
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1 浸出过程 1.3 浸出反应热力学
溶剂与有价矿物作用的可能性，决定于反应的吉布斯 自由能变化，如反应体系的自由焓减少，即反应吉布斯自 由能为负值，此反应能自动进行，且负值量愈大，反应愈 易进行，反应的愈完全。如果反应进行时是体积的自由焓 增大，反应不能自动进行，也就是溶剂不能使有价成分浸 出。 湿法冶金中经常采用电位-PH图来说明体系的热力学规 律。
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1 浸出过程
如果要求溶浸后产出的浸出液含锌0.06～0.12mol.L，在作 图时设aZn2+=0.1=aZnO22-。 在298K及PH2S=101325Pa时，H2S在水中的溶解度为 0.1mol.L-1 。为了便于作图，在这里取aH2S以及各种含硫 离子的活度均等于0.1。 （3）PO2和PH2都指定为101325Pa。 （4）此外，还必须指出，由于各种碱式盐的形式以及金属 离子呈多价形态存在，故实际的MeS-H2O系的电位-PH图 要比ZnS-H2O系的-PH图复杂得多。
钢铁的冶炼原理及生产工艺流程
钢铁的冶炼原理及生产工艺流程第一篇：钢铁的冶炼原理及生产工艺流程钢铁的冶炼原理及生产工艺流程炼铁过程实质上是将铁从其自然形态——矿石等含铁化合物中还原出来的过程。
炼铁方法主要有高炉法、直接还原法、熔融还原法等，其原理是矿石在特定的气氛中（还原物质CO、H2、C；适宜温度等）通过物化反应获取还原后的生铁。
生铁除了少部分用于铸造外，绝大部分是作为炼钢原料。
1、高炉炼铁的冶炼原理（应用最多的）一）炼铁的原理（怎样从铁矿石中炼出铁）用还原剂将铁矿石中的铁氧化物还原成金属铁。
铁氧化物（Fe2O3、Fe3O4、FeO）+还原剂（C、CO、H2）铁（Fe）二）炼铁的方法（1）直接还原法（非高炉炼铁法）（2）高炉炼铁法（主要方法）三）高炉炼铁的原料及其作用（1）铁矿石：（烧结矿、球团矿）提供铁元素。
冶炼一吨铁大约需要1.5—2吨矿石。
（2）焦碳：冶炼一吨铁大约需要500Kg焦炭。
提供热量；提供还原剂；作料柱的骨架。
（3）熔剂：（石灰石、白云石、萤石）使炉渣熔化为液体；去除有害元素硫（S）。
（4）空气：为焦碳燃烧提供氧。
2、工艺流程生铁的冶炼虽原理相同，但由于方法不同、冶炼设备不同，所以工艺流程也不同。
下面分别简单予以介绍。
高炉生产是连续进行的。
一代高炉（从开炉到大修停炉为一代）能连续生产几年到十几年。
生产时，从炉顶（一般炉顶是由料种与料斗组成，现代化高炉是钟阀炉顶和无料钟炉顶）不断地装入铁矿石、焦炭、熔剂，从高炉下部的风口吹进热风（1000～1300摄氏度），喷入油、煤或天然气等燃料。
装入高炉中的铁矿石，主要是铁和氧的化合物。
在高温下，焦炭中和喷吹物中的碳及碳燃烧生成的一氧化碳将铁矿石中的氧夺取出来，得到铁，这个过程叫做还原。
铁矿石通过还原反应炼出生铁，铁水从出铁口放出。
铁矿石中的脉石、焦炭及喷吹物中的灰分与加入炉内的石灰石等熔剂结合生成炉渣，从出铁口和出渣口分别排出。
煤气从炉顶导出，经除尘后，作为工业用煤气。
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3
例3（P358）计算成分为[]12%=Cr ，[]9%=Ni ，[]35.0%=C 的金属炉料，在电路内冶炼不锈钢时，“去碳保铬”的最低温度。
如采用吹氧法使[]C %下降到0.05，而钢夜的温度提高到1800℃，试求钢夜的[]Cr %。
如果欲达到前述的钢夜成分，而希望冶炼温度不高于1650℃，采用了真空操作，试求所需的真空度。
解：① ()[][]CO Cr C O Cr 43443+=+ mol TJ G /22.6179347060-=∆若0≤∆G ，则可实现“去碳保铬”：443lg 147.1922.617934706CCOCr a p a T T G ⋅+-=∆ Cr a :[][][]()044.090002.035.012.0120003.0%%%lg -=⨯+⨯-+⨯-=⋅+⋅+⋅=Ni e C e Cr e f NiCR C CR Cr CR Cr 904.0=Cr f 85.1012904.0=⨯=Cr a C a :[][][]()131.09012.012024.035.014.0%%%lg -=⨯+⨯-+⨯=⋅+⋅+⋅=Ni e Cr e C e f Ni C Cr C C C C740.0=C f 259.035.0740.0=⨯=Cr a atm p CO 1=（非真空）0259.0185.10lg 147.1922.617934706443≤⨯+-=∆T T G)1550(1823C K T ≥故“去碳保铬”的最低温度为1823K 。
② 当()[][]COCr C O Cr 43443+=+达到平衡时,K C T 20731800==, []05.0%=C ,求[]？=Cr %43443CCrC CO Cr a a a p a K =⋅= 24.3248817147.1922.617934706147.19lg 0+-=--=∆-=TT T T G K69.824.32207348817lg 43=+-=CCr a a[]()[]()69.8%%lg43=⋅⋅C f Cr f C Cr[][]69.8%lg 4lg 4%lg 3lg 3=+++C f Cr f C Cr (1)[][][][]()[]Cr Cr Ni e C e Cr e f NiCr C Cr Cr Cr Cr %0003.00042.090002.005.012.0%0003.0%%%lg --=⨯+⨯-+-=⋅+⋅+⋅= [][][]()[][]115.0%024.09012.0%024.005.014.0%%%lg +-=⨯+⨯-+⨯=⋅+⋅+⋅=Cr Cr Ni e Cr e C e f NiC Cr C C C C代入（1）式得：[][]032.1%032.0%lg =-+Cr Cr解方程得：[]0.10%=Cr ，即与0.05%的[C]平衡的[Cr]为10.0%。
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。
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。
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《钢铁冶金原理》基本知识点整理
BrBrf B BrB f0BrFea《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；Bw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 BG=RT lnBrex mG=RTln BBx r∑5，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。
钢铁冶金原理
5.1.2 分解压的热力学参数状态图-2
2. 分解压的热力学参数状态图
p
及温度为坐标绘制的平衡图，能表示 以下两种方法： 实际上，为使化合物分解，常常需要加热到沸腾温 B时， 出凝聚相稳定存在的热力学条件的范 (1) 提高体系温度，pB(AB)增加，当pB(AB)≥p T A /(lg p B) 则△rGm≤0，如图中的a点到b点 度。所以一般所指的分解温度都是指沸腾温度。即分解 围，在冶金中称为优势区图，是冶金 (2) 降低气相的分压，使pB≤pB(AB)，如图中的a点 压达到100KPa(1atm)时的温度 过程的热力学参数的状态图。能直观、 T A /(lg p B) 到c点。 简捷反应等温方程确定的结果。
钢铁冶金原理
电子课件
教师：杨永斌 班级：矿物041～045 上课时间：2006年下学期 教材：黄希祜编，钢铁冶金学原理， 冶金工业出版社，2002
Chapter 5 化合物的形成－分解 及碳、氢的燃烧反应
5.1 化合物形成—分解反应的热力学原理 5.2 碳酸盐的分解反应 5.3 氧化物的形成—分解反应 5.4 金属（铁）氧化的动力学 5.5 可燃气体的燃烧反应 5.6 固体碳的燃烧反应 5.7 燃烧反应体系气相平衡成分的计算
(CaCO3· 3)等 MgCO 2. 主要的碱性溶剂：石灰石(CaCO3)燃烧后的石灰(CaO) 5.2.2 碳酸盐分解的机理及动力学 3. 炼铁原料：菱铁矿(FeCO3)
5.2.1 碳酸盐分解的热力学-1
碳酸盐分解热力学关系式的求法：
用热分析法及差热分析法测定分解温度 用平衡试验测定分解压 用分解压对1/T作图，得出热力学关系式。
0
B 0
B ( AB )
0
r
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2.1.1 浓度三角形 含义
三顶点A、 、 ：表示体系的纯组分。 三顶点 、B、C：表示体系的纯组分。 三条边：分别为三个二元系。 三条边：分别为三个二元系。 三角形内的点：三元系的组成点。 三角形内的点：三元系的组成点。
物系点浓度的读取方法
边的垂线， (1)过O作BC、CA、AB边的垂线，长度为 、b、c ) 作 、 、 边的垂线 长度为a、 、
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2.3 三元相图中线和无变量点的性质及确定法
2.3.1 线的种类 相界线（边界线），连接线 相界线（边界线），连接线 ）， 2.3.2 相界线（边界线） 相界线（边界线） 液相面的交线称为相界线，有两类： 液相面的交线称为相界线，有两类： 共晶线：L→S1+S2 共晶线： 包晶线： 包晶线：L+ S1→S2 性质确定： 性质确定：切线规则 N分相界线 1为两部分：PN段和 1段 分相界线Pe 段和Ne 分相界线 为两部分： 段和 Ne1段：共晶线 PN段：包晶线 段
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●分类
冶炼渣（还原渣）：以矿石为原料进行还原熔炼， 冶炼渣（还原渣）：以矿石为原料进行还原熔炼，得到粗金属的同时形 ）：以矿石为原料进行还原熔炼 成的炉渣，称为冶炼渣。 冶炼铁矿石得到的高炉渣。 成的炉渣，称为冶炼渣。如：冶炼铁矿石得到的高炉渣。 富集渣：将原料的某些有用成分富集于炉渣中， 富集渣：将原料的某些有用成分富集于炉渣中，以利用下道工序将其回 收的炉渣称为富集渣。 钛精矿还原熔炼所得的高钛渣， 收的炉渣称为富集渣。如：钛精矿还原熔炼所得的高钛渣，吹炼含 生铁得到的钒渣、铌渣等。 钒、生铁得到的钒渣、铌渣等。 精炼渣（氧化渣）：精炼粗金属如用生铁冶炼成钢产生的炉渣，称为精炼渣。 精炼渣（氧化渣）：精炼粗金属如用生铁冶炼成钢产生的炉渣，称为精炼渣。 ）：精炼粗金属如用生铁冶炼成钢产生的炉渣 合成渣：按炉渣所起的冶金作用， 合成渣：按炉渣所起的冶金作用，用各种造渣材料预先配制的炉渣 称为合成渣。 电渣重熔用渣，保护渣，炉外精炼用渣。 称为合成渣。如：电渣重熔用渣，保护渣，炉外精炼用渣。
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1.1.2 分相图
三个分相图： 三个分相图：C-C2S，C2S-CS，CS-S ， ，
C-C2S：具有一个共晶体的相图 ： 1250-19000C存在 3S，C3S = C+C2S 存在C ， 存在 C2S-CS：具有一个不稳定化合物 3S2的相图 ：具有一个不稳定化合物C 14750C发生转熔反应（包晶反应）： 发生转熔反应（包晶反应）： 发生转熔反应 L+C2S = C3S2 CS-S：液相有分层现象 ： L1—S在CS相内的饱和熔体 在 相内的饱和熔体 L2—CS在S内的饱和熔体。 内的饱和熔体。 在 内的饱和熔体
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1.2 Al2O3-SiO2系相图
一个稳定化合物：莫来石 一个稳定化合物：莫来石3Al2O3.2SiO2(A3S2)， ， 可溶解微量的Al 形成的固溶体。 可溶解微量的 2O3形成的固溶体。
1.3 CaO-Al2O3系相图 CaO三个同份熔化化合物：C12A7、CA、CA2， 三个同份熔化化合物： 、 两个异份熔化化合物： 两个异份熔化化合物：C3A、CA6。 、
2.2 三元相图的基本类型
初晶面：组分从液相析出固相的面，固液两相平衡共存 初晶面：组分从液相析出固相的面， L →S1，自由度： f = C-φ+1= 3-2+1=2 ，自由度： 二元共晶线：液相面两两相交的交线， 二元共晶线：液相面两两相交的交线，两个固相组分同 时从液相结晶析出，三相共存， 时从液相结晶析出，三相共存， L →S1+S2 。 自由度： 自由度：f = C-φ+1=3-3+1 = 1 三元共晶点（无变量点）：三条二元共晶线的交点，三 三元共晶点（无变量点） 三条二元共晶线的交点， 个组分同时从液相析出，四相共存， 个组分同时从液相析出，四相共存， L = S1+S2+S3 。 自由度： 自由度：f = C-φ+1= 3-4+1=0。 。 等温线：标有温度值的投影曲线，用虚线表示。 等温线：标有温度值的投影曲线，用虚线表示。 连接线： 连接线：两个纯组分组成点的连接线 。 边界线（相界线）：两个结晶面（液相面） ）：两个结晶面 边界线（相界线）：两个结晶面（液相面）的交线
1.4 FeO-SiO2系相图 FeO一个同份熔化化合物：铁橄榄石2FeO.SiO2(F2S)， 一个同份熔化化合物：铁橄榄石 ， SiO2高浓度端有液相分层
1.5 CaO-Fe2O3系相图 CaO三个异份熔化化合物： 三个异份熔化化合物： 2CaO.Fe2O3、CaO.Fe2O3、CaO.2Fe2O3。
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2.2.1 具有简单三元共晶体的相图 面、线、点分析
面：三个组分A、B、C的初晶面 三个组分 、 、 的初晶面 线：三条二元共晶线 e1E(L→A+B) e2E(L→A+C) e3E(L→B+C) 点：E为三元共晶点 (LE=A+B+C) 为三元共晶点
结晶过程分析
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2.2.2 具有一个稳定二元化合物的相图 面、线、点分析
8
2
三元系相图的基本知识及基本类型
2.1 三元相图的基本知识
体系有三个独立变量： 体系有三个独立变量： 温度及任意两个组分浓度。 温度及任意两个组分浓度。 三元相图表示方法： 三元相图表示方法： 以等边三角形表示三个组分浓度的变化， 以等边三角形表示三个组分浓度的变化， 以垂直坐标轴表示温度。 以垂直坐标轴表示温度。
复习
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1.1 CaO-SiO2系相图 CaO1.1.1 化合物类型
稳定化合物(同份熔化化合物 ： 稳定化合物 同份熔化化合物)： 同份熔化化合物 偏硅酸钙CaO·SiO2（CS） 偏硅酸钙 ） 正硅酸钙2CaO·SiO2（C2S）。 正硅酸钙 ）。 不稳定化合物(异份熔化化合物 ： 不稳定化合物 异份熔化化合物)： 异份熔化化合物 硅酸三钙3CaO·SiO2（C3S） 硅酸三钙 ） 二硅酸三钙3CaO·2SiO2（C3S2）。 二硅酸三钙
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结晶过程分析
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a点杠杆规则的应用举例： 点杠杆规则的应用举例： 点杠杆规则的应用举例 刚到E点时 点时， 液相重量各为多少？ 刚到 点时，固、液相重量各为多少？ 固相中B、 重量各为多少 重量各为多少？ 固相中 、D重量各为多少？
WL aa 2 = WS aE
WL + WS = W
WB Da 2 = WD Ba 2
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2.2.4 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 、 、 、 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 ：二元包晶线（转熔线） PE：二元共晶线 L→C+D ： 三元共晶点E， 点：三元共晶点 ，LE=B+C+D 三元包晶点（转熔点） ： 三元包晶点（转熔点）P：LP+A=C+D
●炉渣综合利用
4
1
钢铁冶金主要二元渣系相图
炉渣化学成分： 炉渣化学成分：
炉渣是多种氧化物构成的熔体。 炉渣是多种氧化物构成的熔体。 CaO、SiO2 、Al2O3、FeO、MgO、Fe2O3 、 、 、
主要的二元渣系相图： 主要的二元渣系相图：
CaO-SiO2 ；Al2O3-SiO2 ； CaO-Al2O3 ；FeO-SiO2 ；CaO-Fe2O3
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杠杆规则：原物系点重量分别为 ， ， 杠杆规则：原物系点重量分别为m，n，混合后形成新 MO n = 物系点O， 必位于M， 连线上 物系点 ，则：O必位于 ，N连线上 。 必位于 NO m 此规则亦适用于一个相分解为两个相。 点重量为W， 此规则亦适用于一个相分解为两个相。如O点重量为 ，分解 点重量为 两相， 为M，N两相，则M，O，N必位于同一条直线上 。 ， 两相 ， ， 必位于同一条直线上 NO MO m+n =W m= ⋅W n= ⋅W MN MN 重心规则：原物系点M1，M2，M3的重量分别为m1，m2，m3 ， 重心规则：原物系点 的重量分别为 混合后形成新物系点M， 混合后形成新物系点 ，则M必位于连线三角形 必位于连线三角形 的重心上。 △M1 M2 M3的重心上。 此规则亦适用于一个相分解为三个相的计算。 此规则亦适用于一个相分解为三个相的计算。如，M分解 分解 为M1、M2、M3三个新相时，则有： 三个新相时，则有： ma mb mc m1 = × m m2 = × m m3 = × m m1 + m2 + m3 = m m1 a m2 b m3 c 13
W B + W D = WS
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22232425三元相图分析方法要点： ★ 三元相图分析方法要点： 物系点所在的初晶面（结晶面），是最先析出的组元 物系点所在的初晶面（结晶面），是最先析出的组元 ）， 物系点所在的三角形，决定了液相最终消失的四相点， 物系点所在的三角形，决定了液相最终消失的四相点， 也决定了最终的固相由哪三个组元组成
A= a × 100% a+b+c
b B= × 100% a+b+c c C= × 100% a+b+c
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边的平行线a’a’’、b’b’’、c’c’’ (2)过O作BC、CA、AB边的平行线 ) 作 、 、 边的平行线 、 、
A= a ，B= b ，C= c
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2.1.2 浓度三角形的基本规则
第三章 冶金炉渣
0 1
引言 钢铁冶金主要二元渣系相图
2 三元系相图的基本知识及基本类型 3 4
三元渣系的相图 熔渣的结构理论
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