冶金原理-第03章
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
冶金传输原理【周俐】第三章课后习题及解答
冶传第三章习题答案3-1输水管路的直径为150㎜输水量为981kN/hr 求断面平均流速。
解：由题意可知：333298110/360010009.8198110 1.57/1360010009.81(0.15)4D m s g Q u m s A Q ρπ⨯=⨯⨯⨯==⨯⨯⨯⨯⨯= 3-2矩形风道的断面为300×400㎜2，风量为2700m 3/hr ，求断面平均流速，若出风口断面缩小为150×700㎜2，该处的平均流速多大？ 解：112700 6.25/36000.12Q m s A u ===⨯ 2227007.14/36000.105Q m s A u ==⨯ 3-3已知圆管中的流速分布曲线为710⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=r y u u m ，求流速等于平均流速的点离壁面的距离c y 。
解：0171000702())49()60(m A m m r y r y u r y r dAdy u u u π-===⎰⎰ 70049()0.24260c y r r ∴=⨯ 3-4水流通过一渐缩管。
收缩前的断面为213.0m A =，平均流速为s m v /8.11=，压强kPa P 1171=，收缩后的断面为2215.0m A =，高程增加为m z 6=∆，不计损失，求收缩后的压强P 2。
解：2211122222r r P u P u g grz rz ++=++又1221u A u A =1122 1.80.3 3.6/0.15u A m s A u ⨯∴=== 322210009.811000611710(1.8 3.6)253.28100053.3aP Pa kP ∴=-⨯⨯+⨯+⨯-⨯= 3-5已知圆管中空气的流速分布曲线公式为：70701r u u r ⎛⎫ ⎪ ⎪⎝⎭=-，0r 为圆管半径，u 为半径r 处的流速，u 0为轴心流速，若空气密度为1.2kg/m3，毕托管在轴心点量得动压为5㎜H 2O 柱，圆管半径m r 25.00=，求管内通过的流量。
冶金原理第三章-20页精选文档
2） 以质量1％溶液为标准态时活度相互作用系数
3.1.2 相互作用系数的特性及其转换关系
1）相互作用系数的特性
由相互作用系数的定义可知：相互作用系数BK或eBK能大于0或小
于0。这决定于第3组元在多元体系中质点间作用力的特性。或者 说相互作用系数反映了组元K与组元B间作用力性质。 对于A（溶 剂）、K、B质点，
相互作用系数BK或eBK表示组元K对组元B活度的影响。
其中
BK表示以纯物质为标准态时（与拉乌尔定律比较）的活度相互作用系数；
eBK表示以质量1％溶液为标准态时（与亨利定律比较）的活度相互作用系数。 可按泰勒级数展开式定义相互作用系数。
1） 以纯物质为标准态时活度相互作用系数 （A－B－K多元系）
(2) 氢、氮对钢质量的影响
氢、氮在铁中的溶解度不仅随温度变化，而且与铁的晶型及状态有关。
• 1873K时： wH2.61 03% ， wN 0.04% 4
，
氮的溶解度比。
氢：氢脆，塑性、韧性显著下降，变脆。另外，白点（发裂），实际为细 小裂缝，降低机械性能。 氮：可作为某些钢种有益元素，耐磨性强 （替代某些合金）：不锈钢，高氮钢，研究热点。 更多情况下使塑性、 韧性下降，硬度、脆性提高，降低加工性能。
因此，冶炼过程中存在脱氢、脱氮任务。
2）氧
（1）氧的溶解度
（2）氧对钢质量的影响
• 铁液中氧在1873K时的最大溶解度为0.23%（随温度升高而增大）， 但在铁液凝固时急剧地减小，在室温下接近于0。因此，铁液中溶解 的氧将会以FeO形式在铁的晶界析出，破坏晶粒间的连续性，加重S 引起的热脆危害。
3 金属熔体
3.1 金属熔体中组分活度的相互作用系数
3.1.1熔铁中活度相互作用系数
第二篇 火法冶金原理 第3章 硫化矿的火法冶金 8h资料
有色冶金原理
2MeS 3O2 2MeO 2SO2 有色金属硫化矿氧化焙烧
（1）
MeS O2 Me SO2
（2）
金属硫化物直接氧化成金属的反应，这 类金属对氧和硫的亲和力都比较小，其 硫化物容易离解，而其中的硫又很容易 被空气中的氧所氧化，产生二氧化硫， 使金属得到还原。
目录 3.1 3.2
直接氧化熔炼硫化物制取金属
目录 3.1 3.2
3.3
3.4 3.5
7
安徽工业大学 ·有色金属冶金系
有色冶金原理
3.1.2 硫化矿高温下五种反应类型
硫化矿的处理过程虽然比较复杂，但从硫化 矿物在高温下的化学反应来考虑，大致可归 纳为五种类型：
目录 3.1 3.2
3.3
3.4 3.5
8
安徽工业大学 ·有色金属冶金系
1000.000 1500.000 2000.000
T (C)
目录 3.1 3.2
3.3
3.4 3.5
12
安徽工业大学 ·有色金属冶金系
有色冶金原理
deltaG (kJ)
200.00 150.00 100.00
50.00 0.00 0
-50.00 -100.00 -150.00 -200.00
目录
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T (C)
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安徽工业大学 ·有色金属冶金系
有色冶金原理
deltaG (kJ)
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粉末冶金原理
退火温度：
T退 （0.5 ~ 0.6）T熔
退火气氛：
a.还原性气氛（氢、离解氨、转化天然气或 煤气） b.惰性气氛 c.真空退火
二、混合
指将两种或两种以上不同成分的粉末混合均匀的过 程。 混合有机械法和化学法两种。其中用得最广泛的是 机械法，即用各种混合机如球磨机、型混合器、锥 形混合器、酒桶式混合器和螺旋混合器等将粉末或 混合料机械地掺和均匀而不发生化学反应。 化学法混料是将金属或化合物粉末与添加金属的盐 溶液均匀混合，或者是各组元全部以某种盐的溶液 形式混合，然后经沉淀、干燥、还原等处理而得到 均匀分布的混合物。
成形剂通常在混料过程中以干粉末的形式加入，与主 要成分的金属粉末一起混合，在某些场合（如硬质合金生 产）也以溶液状态加入，此时，先将石蜡或合成橡胶溶于
汽油或酒精中，再将它掺入料浆或干的混合料中。压制前，
需将其中的汽油或酒精挥发。
第二节
金属粉末压制过程
一、金属粉末压制现象
在压制过程中，粉 末由于受力而发生弹性 变形和塑性变形，压坯 内存在着很大的内应力， 当外力停止作用后，压 坯便出现膨胀现象。
五、加成形剂、润滑剂
成形剂 在压形前，粉末混合料中常常要添成形加一些改善压制 过程的物质。 造孔剂 在压形前，粉末混合料中常常要添加在烧结中能造成一 定孔隙的物质。 润滑剂 为了降低压形时粉末颗粒与模壁和模冲间摩擦、改善压 坯的密度分布、减少压模磨损和有利于脱模，常加入一 种添加物。如石墨粉、硫磺粉。
第1阶段：在此阶段内，由于粉末颗粒发生位移，填充 孔隙，因此当压力稍有增加时，压坯的密度增加很快，所以 此阶段又称为滑动阶段。 第2阶段：压坯经过第一阶段后，密度已达到一定值， 这时粉体又出现了一定的压缩阻力，在此阶段内压力虽然继 续增加，但是压坯密度增加很少，这是因此此时粉末颗粒间 的位移已大大减少，而其大量的变形尚未开始。 第3阶段：当压力超过一定值后，压坯密度又随压力增 加而继续增大，随后又逐渐平缓，这是因为压力超过粉末颗 粒的临界应力时，粉末颗粒开始变形，而使压坯密度继续增 大，但是当压力增加到一定程度，粉末颗粒剧烈变形造成的 加工硬化，使粉末进一步变形发生困难，因而在此后随压力 的增加，压坯密度的变化不大，逐渐趋于平缓。
冶金原理复习题(stu)
第一篇冶金熔体第一章冶金熔体概述1. 什么是冶金熔体？它分为几种类型？2. 何为熔渣？简述熔渣成分的主要来源及冶炼渣和精炼渣的主要作用。
3. 熔锍的主要成分是什么？第二章冶金熔体的相平衡图1. 在三元系的浓度三角形中画出下列熔体的组成点，并说明其变化规律。
X ：A 10% ，B 70% ，C 20% ；Y ：A 10% ，B 20% ，C 70% ；Z ：A 70% ，B 20% ，C 10% ；若将3kg X 熔体与2kg Y 熔体和5kg Z 熔体混合，试求出混合后熔体的组成点。
2. 试分析下图中熔体1 、2 、3 、4 、5 、6 的冷却结晶路线。
第三章冶金熔体的结构1. 熔体远程结构无序的实质是什么？2. 试比较液态金属与固态金属以及液态金属与熔盐结构的异同点。
3. 简述熔渣结构的聚合物理论。
其核心内容是什么？第四章冶金熔体的物理性质1. 试用离子理论观点说明熔渣的温度及碱度对熔渣的粘度、表面张力、氧化能力及组元活度的影响。
2. 什么是熔化温度？什么是熔渣的熔化性温度？3. 实验发现，某炼铅厂的鼓风炉炉渣中存在大量细颗粒铅珠，造成铅的损失。
你认为这是什么原因引起的？应采取何种措施降低铅的损失？第五章冶金熔体的化学性质与热力学性质1. 某工厂炉渣的组成为：44.5% SiO 2 ，13.8%CaO ，36.8%FeO ，4.9%MgO 。
试计算该炉渣的碱度和酸度。
原子量：Mg 24 Si 28 Ca 40 Fe 56 Mn 55 P 31 Zn 652. 什么是熔渣的碱度和酸度？3. 熔渣的氧化性主要取决于渣中碱性氧化物的含量，这种说法对吗？为什么？4. 已知某炉渣的组成为（W B / % ）：CaO 20.78 、SiO2 20.50 、FeO 38.86 、Fe2O3 4.98 、MgO10.51 、MnO 2.51 、P2O5 1.67 ，试求该炉渣的碱度。
原子量：Mg 24 Si 28 Ca 40 Fe 56 Mn 55 P 31 Zn 65 5. 某铅鼓风炉熔炼的炉渣成分为（W B / % ）：CaO 10 、SiO2 36 、FeO 40 、ZnO 8 ，试求该炉渣的酸度。
冶金原理 课后题答案
第一章 冶金热力学基础1．基本概念：状态函数，标准态，标准生成自由能及生成焓，活度、活度系数和活度相互作用系数，分解压和分解温度，表面活性物质和表面非活性物质，电极电势和电池电动势，超电势和超电压。
2．△H 、△S 和△G 之间有何关系，它们的求算方法有什么共同点和不同点？3．化合物生成反应的ΔG °-T 关系有何用途？试根据PbO 、NiO 、SiO2、CO 的标准生成自由能与温度的关系分析这些氧化物还原的难易。
4．化学反应等温式方程联系了化学反应的哪些状态？如何应用等温方程的热力学原理来分析化学反应的方向、限度及各种 因素对平衡的影响？5．试谈谈你对活度标准态的认识。
活度标准态选择的不同，会影响到哪些热力学函数的取值？哪些不会受到影响？6．如何判断金属离子在水溶液中析出趋势的大小？7．试根据Kelvin 公式推导不同尺寸金属液滴（半径分别为r1、r2）的蒸汽压之间的关系。
8．已知AlF 3和NaF 的标准生成焓变为ΔH °298K,AlF3(S)=-1489.50kJ ·mol -1, ΔH °298K,NaF(S)=-573.60kJ ·mol -1，又知反应AlF 3(S)+3NaF (S)=Na 3AlF 6(S)的标准焓变为ΔH °298K=-95.06kJ ·mol -1，求Na 3AlF 6(S)的标准生成焓为多少？(-3305.36 kJ ·mol -1)9．已知炼钢温度下：（1）Ti (S)+O 2=TiO 2(S) ΔH 1=-943.5kJ ·mol -1（2）[Ti]+O 2=TiO 2(S) ΔH 2=-922.1kJ ·mol -1 （3）Ti (S)=Ti(l) ΔH 3=-18.8kJ ·mol -1求炼钢温度下，液态钛溶于铁液反应Ti(l)=[Ti]的溶解焓。
冶金原理复习试题(分章)
第一章 热力学基础一、名词解释：（溶液的）活度，溶液的标准态，j i e （活度的相互作用系数），（元素的）标准溶解吉布斯自由能，理想溶液，化合物的标准摩尔生成吉布斯自由能。
二、其它1、在热力学计算中常涉及到实际溶液中某组分的蒸汽压问题。
当以纯物质为标准态时，组分的蒸汽压可表示为＿＿＿＿＿＿；当以质量1%溶液为标准态时，组分的蒸汽压可表示为＿＿＿＿＿＿；前两种标准态组分的活度之比为＿＿＿＿。
2、反应MnO(s)+C(s)=Mn(s)+CO(g)，G θ∆=268650-158.4T 1J mol -⋅，在标准状态下能进行的最低温度为＿＿＿＿＿＿K 。
该反应为（填“吸或放”）＿＿＿＿＿＿热反应。
当T=991K ，总压为101325Pa 时，该反应＿＿＿＿＿＿(填“能或否”)向正方向进行；在991K 时，若要该反应达到化学平衡的状态，其气相总压应为＿＿＿＿＿＿Pa ；若气相的CO 分压为Pa 5102⨯，则开始还原温度为＿＿＿＿＿＿。
反应MnO(s)+C(s)=Mn(s)+CO(g)，14.158268650-⋅-=∆mol TJ G θ,在标准状态下能进行的最低温度为＿＿＿＿＿＿。
3、理想溶液是具有＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿性质的溶液；理想溶液形成时，体积变化为＿＿＿＿，焓变化为＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
实际溶液与理想溶液的偏差可用＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿参数来衡量。
4．判断冶金生产中的化学反应能否向预想的方向进行，在等温、等压下用＿＿＿＿热力学函数的变化值；若该反应在绝热过程中进行，则应该用＿＿＿＿函数的变化值来判断反应进行的方向。
5．冶金生产中计算合金熔体中杂质元素的活度常选的标准态是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
对高炉铁液中[C]，当选纯物质为标准态时，其活度为＿＿＿＿，这是因为＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
6．物质溶解的标准吉布斯自由能是指＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿；纯物质为标准态时，标准溶解吉布斯自由能为＿＿。
第三篇湿法冶金原理PPT课件
分散体系分类：
（l）溶液:分散质被分散成单个的分子或离子，粒子直径1×10-7cm 以下
（2）溶胶:又称胶体溶液，它的分散质是由许多分子聚集而成的颗 粒，粒子直径在10-7～10-5cm之间。
（3）悬浊液:分散质也是由许多分子聚集而成的颗粒，粒子直径在 10-5～10-3cm之间。
.
16
14.4 共沉淀法净化
Mez+＋zOH－＝Me(OH)z(s)
（1）
可以推导出Mez+水解沉淀时平衡pH值的计算式 ：
1
1
p(1 H )zloK sg p lg K wzloM g ze
（14-1）
.
5
14.1 离子沉淀法净化
结论：
▪ 形成氢氧化物沉淀的pH值与氢氧化物的溶度积和溶液中金 属离子的活度有关。 ▪当氢氧化物从含有几种阳离子价相同的多元盐溶液中沉淀 时，首先开始析出的是其形成pH值最低，即其溶解度最小 的氢氧化物。在金属相同但其离子价不同的体系中，高价阳 离子总是比低价阳离子在pH值更小的溶液中形成氢氧化物。 这个决定氢氧化物沉淀顺序的规律，是各种湿法冶金过程的 理论基础之一。
p H 1.5 1 1 2lo K sg (p M)e S 1 2loM g 2 e
（14-4）
1
1
p H 1.5 1 6lo K . sg (p M 2 S 3 e )3loM g 3 e
（14-5）
8
14.1 离子沉淀法净化
结论：
生成硫化物的pH值，不仅与硫化物的溶度积有 关，而且还与金属离子的活度和离子价数有关。
一是使杂质呈难溶化合物形态沉淀，而有价 金属留在溶液中，这就是所谓的溶液净化沉淀法；
二是相反地使有价金属呈难溶化合物沉淀，而 杂质留在溶液中，这个过程称为制备纯化合物的沉 淀法。
冶金传输原理第三章第4-5节
3.5.3 薄材的不稳态导热
对于薄材问题，固体导热微分方程不能适用，因为若将固体内的 温度分布视为均匀，则便无导热的发生，于是物体的温度便不会 随时间而变化。
实际物体内部并非无温度梯度，而是 dt 趋于0，或趋于
可以将物体视为一质点。
dx
设有一任意形状的物体，体积为V，表面积为F，热物性参数 、
Cp为常数，初始温度t0 ，将其突然放置在温度为tf 、对流给热系数 h 为常数的某流体中。
假设该物体可以视为薄材（即条件满足Bi≤0.1）
根据热力学第一定律，单位时间内热量的传递转化为：
h F(t f
t)
C pV
dt
d
dt
d
F h
C pV
(t
tf
)
0
或
dt F h
d CpV (t t f )
初始条件 = 0 , t = t0 。求解该微分方程。
解：由分离变量法便可以求解该微分方程，
具体说来，什么样的物体可以看作是“薄材”呢？
从几何概念上讲，一是物体足够的小，小到可以将它看作是一 个质点，但微观上看足够的大，足以统计其温度及其随时间的变 化；或是物体足够的“薄”，而且外部环境温度均匀。
但是，“薄材”并不单纯是一个几何概念。即使是一个很大的 物体，如果它的热扩散系数非常的大，它内部的温度总保持均匀， 均匀地随时间变化，始终可以用任意一点的温度来表示整个物体的 温度变化，那么，这个物体就是“薄材”，也叫做“集总参数系 统”，即，用该系统中某一点的X参数，就可以代表整个系统的X参 数。
tf , h =const
τ=τ3, tw = t3
(tw tf )
s
-s 0 s
x
第三章钢铁冶金原理铁的还原
铁的还原
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。 §3.1.1 还原反应的热力学 1、铁氧化物的特性 • Fe2O3、Fe3O4、FexO(x：0.87-0.95，含氧量25.60-23.26%) • 理论含铁量：铁矿石中含铁氧化物的含铁量。 • Fe2O3：70% Fe3O4：72.4% • 还原难易程度：易→难， Fe2O3→Fe3O4→FexO（温度、还原剂用量）
§3.1.2 铁氧化物还原的动力学
将正在还原中的矿球急冷剖开，断面分层结构，表明还原反应时逐级进 行 的 。 为 典 型 的 气 - 固 相 未 反 应 核 模 型 。 因 FexO→Fe 最 慢 ， 一 般 只 讨 论 FexO→Fe一个未反应核模型。据此模型，矿石的性质、煤气成分、还原温度 对还过程有影响。 1、矿石的性质： 矿物组成、结构、气孔率等因素对还原均有影响 人造富矿>天然矿；赤铁矿>磁铁矿 2、还原温度： T↑，k↑，D↑，Ek：62.8-117.2
3Fe2 O3 ( S ) + CO = 2 Fe3O4 (S ) + CO2 , ∆G 0 = −52131 − 41.0TJ ⋅ mol −1
(1)
1 3 Fe3O4 ( S ) + CO = Fe( S ) + CO2 , ∆G 0 = −9382 + 8.58TJ ⋅ mol −1 4 4
CO+CO2的总mol数相等。 各反应达平衡时的CO%含量（体积）成为气相平衡组成。 CO%
冶金原理课件中南大学
✓ 这些炉渣所起的冶金作用差别很大。
▪ 例如，电渣重熔渣一方面作为发热体，为精炼提供 所需要的热量；另一方面还能脱出金属液中的杂质 、吸收非金属夹杂物。
▪ 保护渣的主要作用是减少熔融金属液面与大气的接 触、防止其二次氧化，减少金属液面的热损失。
五、熔渣的其它作用
作为金属液滴或锍的液滴汇集、长大和沉降的介质
冶炼中生成的金属液滴或锍的液滴最初是分散在熔渣中的，这些分 散的微小液滴的汇集、长大和沉降都是在熔渣中进行的。
在竖炉（如鼓风炉）冶炼过程中，炉渣的化学组成直接决定了炉缸 的最高温度。
对于低熔点渣型，燃料消耗量的增加，只能加大炉料的熔化量而不 能进一步提高炉子的最高温度。
化 学 组 成 / %(质量)
铝电解的电解质 镁电解的电解质
(电解氯化镁)
镁电解的电解质 (电解光卤石)
锂电解的电解质 铝电解精炼的电解质
(氟氯化物体系)
铝电解精炼的电解质 (纯氟化物体系)
镁熔剂精炼熔剂
Na3AlF6 82~90，AlF3 5~6，Al2O3 3~7，添加剂 (CaF2、MgF2 或 LiF) 3~5 MgCl2 10，CaCl2 30~40，NaCl 50~60，KCl 10~6
▪ 其它的碱金属、碱土金属，钛、铌、钽等高熔点金属以
及某些重金属（如铅）的熔盐电解法生产
▪ 利用熔盐电解法制取合金或化合物
如铝锂合金、铅钙合金、稀土铝合金、WC、TiB2等
熔盐的冶金应用（二）
▪ 某些氧化物料（如TiO2、MgO）的熔盐氯化
◇ 适合处理CaO、MgO含量高的高钛渣或金红石 ◇ 流程短、原料适应性强、设备生产率高、产物杂质含量低。
有色冶金原理第三章-氧化物的还原
5
→在标准状态下，在氧势图(或氯势图等) 中位置低于MeA的元素才能作为还原剂 将MeA还原。
→在标准状态下，MeA的分解压必须大于 MeX的分解压，即： PA(MeA) > PA(XA)
6
2、在非标准状态下还原反应进行的热力学条件
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2CO(g) + O2(g) = CO2(g)
△rGθ(3-3) = -564840 + 173.64T J·mol-1
△rHθ298(3-2) = -565400
J·mol-1
(反应3-3) (式3-3)
15
（3）碳的完全燃烧反应
C(s) + O2(g) = CO2(g)
△rGθ(3-4) = -394133 - 0.84T J·mol-1
△rHθ298(3-8) = 90031
J·mol-1
（式3-9）
H2O+C = H2+CO △rGθ(3-9) = 140248 - 146.36T
△rHθ298(3-9) = 13153
J·mol-1 J·mol-1
（反应3-9） （式3-10）
34
四、燃烧反应气相平衡成分计算
多组份同时平衡气相成分计算的一般途径 平衡组分的分压之和等于总压，即ΣPi=P总。 根据同时平衡原理，各组分都处于平衡状态。
500 -445241 46.50
1000 -386561 20.189
1500 -327881 11.41
2000 -26920 7.02
29
在通常的冶炼温度范围内，氢的燃烧反应进行得十分完全， 平衡时氧的分压可忽略不计。
有色冶金原理第三章-氧化物的还原
碳的完全燃烧反应：△Gθ<<0
碳的不完全燃烧反应：△Gθ<<0
19
2、布多尔反应(C-O系优势区图) 该反应3-2体系的自由度为：f=c-p+2=2-2+2=2 →在影响反应平衡的变量(温度、总压、气相组成)中，
有两个是独立变量。
反应3-2为吸热反应，随着温度升高，其平衡常数增 大，有,利于反应向生成CO的方向迁移。 →在总压P总一定的条件下，气相CO%增加。 在C-O系优势区图中，平衡曲线将坐标平面划分为二 个区域： I——CO部分分解区(即碳的稳定区)
5
→在标准状态下，在氧势图(或氯势图等)
中位置低于MeA的元素才能作为还原剂
将MeA还原。 →在标准状态下，MeA的分解压必须大于 MeX的分解压，即： PA(MeA) > PA(XA)
6
2、在非标准状态下还原反应进行的热力学条件 1）降低生成物活度aXA、aMe 当生成物XA不是纯物质，而是处于某种溶液(熔体) 中或形成另一复杂化合物时，其活度小于1，对反应
金属元素在自然界很少以单质形态存在 有色金属矿物大多数是硫化物或氧化物 炼铁所用矿物及很多冶金中间产品主要是氧化物 形态
钛、锆、铅等金属的冶金中间产品为氯化物
还原反应在从这些矿物提取金属的过程中起着重 要作用 还原过程实例: 高炉炼铁、锡冶金、铅冶金、火法炼锌、钨冶 金……/钛冶金……
△rGθ(3-7) = -30459.1+28.14T J· mol-1 △rHθ298(3-7) = -41120 反应3-7为放热反应。 J· mol-1
（反应3-7）
（式3-7）
反应3-7的 △rGθ值为CO燃烧反应与氢燃烧反应之差。
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%。
冶金原理课件(中南大学)
3.0 3.1 3.2 3.3 1.4 概述 金属熔体的结构 熔盐的结构 熔渣的结构 熔 锍
3.0 概 述
冶金熔体的结构：指冶金熔体中各种质点的排列状态。 熔体结构主要取决于质点间的交互作用能。 冶金熔体的物理化学性质与其结构密切相关。
相对于固态和气态，人们对液态结构，尤其是冶金熔体 结构的认识还很不够。
3.3 熔渣的结构
3.3.1 分子结构理论
一、分子理论的基本观点 二、分子理论的应用及存在的问题
3.3.2 离子结构理论
一、固体氧化物的结构与性质 二、液态炉渣的结构 三、离子理论的应用举例 四、离子理论存在的问题
3.3.3
分子与离子共存理论
一、共存理论的主要依据 二、共存理论的基本观点
3.3.4
图31
结论II
金属熔体在过热度不高的温度下具有准晶态的结构——晶
体中的相同（保持了近程序）；
在稍远处原子的分布几乎是无序的（远程序消失）。
表 31 金属液态和固态的结构数据比较
金 属 Al Mg Zn Cd Cu Au 液 原子间距／nm 0.296 0.335 0.294 0.306 0.257 0.286 态 配位数 10.6 10 11 8 11.5 8.5 固 原子间距／nm 0.286 0.320 0.265, 0.294 0.297, 0.330 0.256 0.288 态 配位数 12 12 6+6 6+6 12 12
基本概念：单位晶胞、晶格常数、配位数、晶格结 点、金属键 典型的晶体结构：面心立方、体心立方和密堆六方 铁的结构：原子半径：1.2810l0m，
三种晶型： Fe → Fe (1185K) Fe → Fe (1667K) Fe、Fe：体心立方晶格，配位数为8 Fe：面心立方晶格，配位数为12
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二）熔渣的粘度
酸性炉渣因含SiO2高（SiO2大于40%）， 当升高温度时，复杂的硅配阴离子逐步离解为 简单的配阴离子，离子半径逐步减小，因而粘 度也是逐步降低的，其粘度-温度曲线a上不存 在明显的熔化性温度。
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二）熔渣的粘度
通过实验求得碱性渣的粘度与温度关系式如 下：
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一）炉渣的熔化温度
炉渣的熔化温度主要与组成有关，从熔渣 的状态图可以看出各种渣系的熔化温度区。处 在等温线上的各种炉渣组成，其熔化温度相同。 根据该线可以确定某一熔化温度时的炉渣成分， 或根据炉渣成分估算出该组成下的熔化温度。 图1-11为CaO-FeO-SiO2系等熔度图。
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二）熔渣的粘度
3、熔渣的粘度与成分的关系 1 ） SiO2对炉渣的粘度影响最大。前已述及，熔渣中 SiO2含量愈高，硅氧配合阴离子的结构复杂，离子半 径愈大，熔体的粘度也愈大。 Al2O3、ZnO 等也有类 似的影响。 2 ）碱性氧化物的含量增加时，硅氧配阴离子的离子 半径变小，粘度将有所下降，但并不是说炉渣中碱性 氧化物含量愈高粘度愈低，相反，碱度太高的炉渣是 粘而难熔的。
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二）熔渣的粘度
粘度是熔渣的重要性质，关系到冶炼过程能 否进行、也关系到金属或硫能否充分地通过 渣层沉降分离。 冶炼过程要求炉渣具有较小的粘度。
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二）熔渣的粘度
1．粘度的定义 当流体在管道中流动时，管道与流体间的 粘附力和内部的内摩擦力，使靠近管道的流体流速最小， 而中心的流速最大。设在流动的液体中有相邻的两层流体， 面积为 F, 距离为 ds, 一层的流速为 v, 另一层为 v+dv（图 112），两层流体间的内摩擦力p可由下式求出：
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二）熔渣的粘度
4、熔渣的粘度与温度的关系 任何组成的炉渣，其粘度都是随着温度的升高 而降低的。但是温度对碱性渣和酸性渣的影响 有显著的区别，如图1-13所示。
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二）熔渣的粘度
碱性炉渣（含SiO2小于35%）在受热熔化 时，立即转变为各种Me2+和半径较小的硅氧配 阴离子，粘度迅速下降，如图1-13所示，其粘 度-温度曲线b上有明显的转折点，该点的对应 温度Tc称为熔化性温度，当温度超过Tc后，曲 线变得比较平缓，此时温度对粘度的影响已不 明显了。
log log A BT (1 4)
式中A、B为与炉渣成分有关的常数，该式表示酸 性渣的粘度的重对数与温度T成直线关系，这已为 许多实验所证实。
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二）熔渣的粘度
3．CaO-FeO-SiO2系炉渣的粘度 CaO-FeO-SiO2系炉渣的粘度已有大量的测 定数据，并已在浓度三角形中绘成等粘度曲 线。图1-14为1623.15K时CaO-FeO-SiO2系 炉渣的等粘度曲线
任务九、 调整炉渣的性质
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上一章
任务内容
一、任务目标 二、解决思路 三、任务实践
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任务目标
熔渣的物理化学性质直接关系到冶炼过程能 否顺利进行和技术经济指标是否符合要求， 是能否实现优质高产低消耗的重要因素。 熔渣的物理化学性质直接关系到熔渣合理成 分的选择。 通过了解熔渣的物理化学性质，可以进一步 加深对熔渣性能的原理和规律的认识。
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二）熔渣的粘度
表1-4 某些液体的粘度
液体 水 蓖麻油 甘油 生铁液 钢液
温度 298 298 298 1698 1868
粘度 0.00089 0.8 0.5 0.0015 <0.0025
液体 温度 273 汞 流动好的渣 稠渣 很稠的渣
粘度 0.0017 <0.50 1.5~2.0 >3.0
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解决思路
认识熔渣性能的原理和规律。 掌握组成——性能图和根据已知数据计算熔 渣性能的方法，从而可以了解已知成分的熔 渣性能是否能满足冶炼过程的要求。 熔渣由所要求的性质来选择合理的熔渣成分。
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任务实践
一）炉渣的熔化温度 二）熔渣的粘度 三）熔渣的密度和金属微粒在渣中的沉降 四）熔渣的电导 五）熔渣的热含量 六）熔渣的表面性质
ln A B T
w
或写成 B0e RT 式中A= W ף/R ,B= lnBo ,Wף为粘流活化能，是 质点在两平衡位置间移动所需的最小能量，质点 大，Wף也大，粘度也大。
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二）熔渣的粘度
对于酸性渣，由于温度升高硅氧配阴离子解体， 质点数增多而半径变小， Wף已不是常数，故式 （1-3）不适用，因而粘度与温度的关系常用经验 方程表示如下：
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二）熔渣的粘度
由于粘度仅能在均一液相内测定，所以等 粘度曲线图仅占有浓度三角形的局部（给 定的等熔化温度曲线以内的液相区）
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二）熔渣的粘度
在应用该图时，首先应将炉渣中的三种主 要氧化物换算为总和100%，然后再查图 可得各种炉渣在给定温度下的粘度值。例 如，要查某个铜造锍熔炼炉渣的粘度，该 炉渣中主要成分的质量百分比数为 SiO237.3%、CaO4.7%、FeO46.0%。先 将三成分总和换算成百分之百，即：
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一）炉渣的熔化温度
炉渣的熔化发生在一定的温度范围内。 熔化温度（或称熔点）是指固态渣完全转变为均匀 液相或液态渣冷却时开始析出固相的温度 可由熔渣状态图的液相线或液相面的温度来确定。 炉渣的熔化温度可以决定冶炼时所需采取的温度制 度，同时也是确定熔渣其它物理化学性质的因素1-4 数据可看出，流动的渣，其粘度 相 当 于 甘 油 的 室 温 粘 度 0.5Pa· s。 粘 度 1.5~2.0Pa· s 的渣，虽然比较粘稠，但尚能满 足冶炼要求。当渣的粘度达 3.0~5.0Pa· s 或更 高时，则会造成冶炼过程难以进行，导致熔渣 不易由炉内放出。
dv p F dS
既内摩擦力与表面积大小和速度差成正比，与距离成反比。 比例系数ף与液体的粘度有关，故称为粘度系数，亦称粘度。
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二）熔渣的粘度
2、粘度的单位： 当P=10-5N, F=1cm2, ds=1cm, dv=1cm· s-1时， 10-5=ףN· s· cm-2=1.1Pa· s