冶金熔炼原理及工艺讲义,第一章 活度及氧位图-修订教材
冶金工艺的熔炼原理
冶金工艺的熔炼原理冶金工艺的熔炼原理是指通过升温将金属和非金属物质转化为熔融状态，并利用其不同的物理和化学性质进行分离、提纯和合金化的过程。
冶金熔炼是冶金工艺的核心环节，它广泛应用于金属提取、金属精炼和合金制备等领域。
熔炼是将原料加热至高温并加入一定的熔剂，使原料熔化并与熔剂发生相互作用，从而完成金属和非金属的分离和提纯。
熔炼过程中，主要涉及到物料、炉料和炉气以及温度、气氛和反应动力学等方面的互相作用。
首先，物料和炉料的选择对熔炼过程至关重要。
物料包括矿石、废料等原料，而炉料则是用于提高熔融体的流动性或还原性能的添加剂。
物料的选择不仅取决于理化性质，还取决于金属的品位、矿石中的杂质含量以及石炭、焦炭和石油焦等炉料供热价值的高低。
其次，温度和气氛对熔炼过程也有重要影响。
温度是熔融过程的基本条件，一般具有合适的温度可以提高反应速率、降低粘度、促进溶质在溶剂中的扩散。
气氛则指的是熔炼过程中用于调节氧化还原性能的气体。
不同的气氛和温度可以对金属的熔融、氧化、还原和挥发等过程起到关键的调控作用。
例如，在熔炼铁矿石的过程中，通过调节气氛可以控制铁矿石的氧化还原反应，从而提高金属的回收率。
再次，反应动力学非常重要。
不同的反应需要不同的反应条件。
熔炼过程中的反应一般涉及到物料的熔化、扩散和传质作用。
熔炼的一些重要反应包括金属矿石的还原、硫化物的氧化、氧化物的还原以及金属的溶解和析出等。
这些反应的速率和平衡程度直接影响到熔炼的效率和产品质量。
另外，炉型和熔炼操作条件也对熔炼过程有重要影响。
常见的炉型包括电炉、重力炉和高炉等。
不同的炉型有不同的加热方式和反应区域，以及不同的熔炼效果。
熔炼操作条件包括炉温、料量、气压、搅拌强度等，这些条件可以直接影响到熔炼过程的控制水平和产品的特性。
总的来说，冶金工艺的熔炼原理是通过升温将物质转化为熔融状态，并利用其不同的物理和化学性质进行分离、提纯和合金化的过程。
这一过程涉及到物料、炉料和炉气以及温度、气氛和反应动力学等方面的互相作用，需要综合考虑各种因素才能达到所需的熔炼效果和产品质量。
第一章 冶金过程热力学基础(3)
MeO2 + 2 H 2 = Me + 2 H 2O
0 ∆G10 = ∆G2 − ∆G30 = 0
即为MeO2与H2O的氧势线交点温度TK。 将H点与TK温度时MeO2的氧势点连线交 PH 2 P 坐标的值即为所求。 H 2O
第一章
冶金过程热力学基础
对于混合气体CO-CO2的氧势：
2CO + O2 = 2CO2
第一章
冶金过程热力学基础 MxN2(s）= x M(s) + N2
0 0 ∆G分 = ∆G分 + RT ln PN2 = −∆G生 + RT ln PN2
0 0 ∆G分 = − ( ∆H 生 − T ∆S生 ) + RT ln PN 2 = 0
0 0 RT开 ln PN2 = ∆H生 − T开 ∆S生
第一章
冶金过程热力学基础
把各种溶于铁液中的元素被[O]氧化的 ∆G 0 -T线绘于一图中，与氧势图相比， 能更实际地反应出炼钢熔池中元素的氧化顺序及热力学性质： ⑴
∆G 0 -T线位置越低，元素的氧化能力越强，可保护位置高的元素不被氧化。
如[Fe]在炼钢中可保护[Cu]、[Ni]、[Mo]、[W]不氧化。
8908
+ 7.53
CaCO3( s ) = CaO( s ) + CO2
CO 当 P 2 = P 2 ( CaCO3 ) 时， CO
T = T开
当
P总 = PCO2 ( CaCO3 ) 时， T = T 沸
PCO2 = 16% ×1.25 ×105 Pa = 0.2atm
第一章
冶金过程热力学基础
冶金过程热力学基础
PH 2
PH 2
炼钢原理与工艺课件
实现炼钢可持续发展的途径与方法
采用清洁生产技术
推循环经济
采用先进的清洁生产技术，如高炉煤气回 收利用技术、转炉余热回收利用技术等， 降低能源消耗和环境污染。
通过循环经济模式，将炼钢过程中的废弃 物进行资源化利用，实现废物的减量化、 资源化和无害化。
加强环境管理
推动绿色供应链管理
建立完善的环境管理体系，加强环境监测 和信息公开，提高企业的环保意识和责任 。
炼钢工艺流程的详细步骤
铁矿石的准备
将铁矿石破碎、磨细成粉状，以便于与焦炭 混合。
焦炭的准备
将焦炭破碎、筛分，以获得合适的粒度。
铁矿石和焦炭的混合
将铁矿石粉和焦炭按一定比例混合，形成炉料。
炼钢熔炼
将炉料加入炼钢炉中，通过高温熔炼还原铁元素， 同时加入废钢调整成分。
脱硫处理
加入生石灰进行脱硫处理，去除钢水中的硫元素 。
提高生产效率
合理的物理化学变化可以缩短炼钢时间，提高生产效率。
05
炼钢产品的质量与性能
炼钢产品的种类与用途
钢的种类
根据化学成分、生产方法和用途，钢 可以分为多种类型，如碳素钢、合金 钢、工具钢等。
用途
钢广泛应用于建筑、机械、汽车、造 船、航空航天等领域，作为结构材料 和功能材料。
炼钢产品的质量标准与性能要求
将绿色供应链管理理念贯穿于炼钢企业的 采购、生产、销售等各个环节，降低整个 供应链的环境影响。
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炼钢原理与工艺课件
汇报人： 2023-12-19
目录
• 炼钢原理概述 • 炼钢原料与设备 • 炼钢工艺流程 • 炼钢过程中的物理化学变化 • 炼钢产品的质量与性能 • 炼钢的环境保护与可持续发展
冶金原理及工艺-教学大纲 2014-修订-1015
《冶金原理及工艺》教学大纲Metallurgical Principles and Processes(学分2 ，学时32 ) 一、课程的性质和任务本课程是材料成型及控制工程专业的主要专业基础课程之一，是学生在《物理化学》课程学习结束以后，进一步学习物理化学的基本理论在金属冶金熔炼过程中的应用，是材料成型及控制工程专业课的基础，在材料成型及控制工程专业整个课程的学习中具有承上启下的作用。
通过对本课程的学习，使学生学习和掌握金属冶金及熔炼技术领域的基本概念、工艺原理和技术方法等，培养学生利用物理化学的基本原理，分析和解决金属冶金过程理论和实际问题的能力，为其它专业课程的学习打下良好基础。
二、课程内容、基本要求和学时分配§1. 绪论、活度及氧位图(2学时) §1.1 热力学基本概念；§1.2化学反应吉布斯自由能的计算；§1.3活度的概念及意义；§1.4氧位图及其意义。
§2. 熔渣、熔剂性质(2学时) §2.1 熔渣结构理论介绍；§2.2熔渣的化学性质（碱度、氧化能力、还原能力）；§2.3熔渣的物理性质（熔化性、粘度、界面性质）；§2.4 合金熔炼过程中的润湿现象。
§3.合金元素的氧化还原反应(4学时) §3.1 形成溶液时氧化物的氧位；§3.2氧化还原的热力学条件；§3.3金属元素在铁熔液中的氧化；§3.4合金元素被Cu2O氧化及被CO2氧化；§3.5合金元素的选择性氧化；§3.6脱碳反应。
§4. 合金熔体内杂质的去除(6学时) §4.1夹杂形成的动力学；§4.2夹杂形成的影响因素；§4.3脱氧反应；§4.4脱磷反应；§4.5脱硫反应；§4.6去气过程。
§5. 典型合金的熔炼工艺方法(12学时) §5.1铁合金熔炼工艺；（4学时）§5.2铝合金熔炼工艺；（3学时）§5.3铜合金熔炼工艺；（3学时）§5.4镁合金熔炼工艺；（1学时）§5.5钛合金熔炼工艺。
电磁冶金原理与工艺概述及感应熔炼课件.ppt
23
（1）集肤效应
2024年11月22日
24
•透入深度：
2024年11月22日
25
炉料表面得到的单位有功功率：
2024年11月22日
26
•不同材料在不同频率的透入深度
2024年11月22日
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•电流透入深度的实际意义 电流透入深度影响熔炼效率
2024年11月22日
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炉料尺寸应为电流透入深度的3~6倍
2024年11月22日
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（1）中频电源及供电控制
性能稳定 操作方便 自动化程度高 体积小 维护方便 保证设备安全
2024年11月22日
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•一拖二电源
2024年11月22日
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（2）中频感应炉炉体
•框架 •炉壳 •炉盖 •炉衬 •倾动机构 •感应圈 •磁轭
2024年11月22日
40
电磁制动
连续镀锌线的合金化 处理
表面处理
流动控制铸型
连续镀锌线干燥炉
水平磁场 流动控制
锌池加热
制管
离心式流动中间包
钢管电阻焊无缝钢管 热处理
焊接
焊接熔池的静磁场流动 控制
质量控制
感应电流法表面粗糙度 检测，内部夹杂物检测
材料20开24发年11月22强日磁场微观组织的控制
8
•按所施加磁场分类
2024年11月22日
68
•方法: 沉淀脱氧，扩散脱氧，真空脱氧
1. 沉淀脱氧：直接向钢液中加入与氧亲和力比
铁亲和力大的元素(脱氧剂)，使它夺取溶解于钢中 的氧，生成不溶于钢液的氧化物，上浮进入炉渣 ，从而降低钢中的含氧量，又叫直接脱氧。
x[Me]+y[O]=(MexOy)
第一章 活度及氧位图-2013修订
录
活度及氧位图 熔渣、熔剂性质 合金元素的氧化还原反应 合金熔体内杂质的去除 合金熔体的细化处理 合金熔体的变质处理 典型合金的熔炼工艺方法
3
绪 论
获得具有一定性能，质量优良的铸件，或原材料，须 提高熔体的冶金质量：
1、准确的合金成份； 2、减少非金属夹杂物、气体； 3、足够的过热温度。
4.金属熔体内组元之间的反应
Si 2FeO 2Fel SiO 2 2Al 3Cu 2 O 2Al2 O 3 s 6Cu l
5
2013-11-23
本课程是研究冶金反应规律的科学 ——冶金熔炼的原理 参考书：
※《铸造合金熔炼原理》 重庆大学 董若璟 《钢铁冶金原理》 《铸造合金原理及熔炼》 《冶金过程热力学》 《有色金属熔池熔炼》 《金属材料冶炼工艺学》
111ihihixakphihikpaihihiiixappfix1iihihhihifxkxkkpa0i0i1iihiihihifxkxpkpa1iiihiihhxihifxfkfkkpa实际溶液的三种范围的活度及活度系数二2013112732参考态浓度标准态a1活度活度系数适用对象理想溶液稀溶液摩尔分数质量分数纯物质1溶液合金熔体的溶剂熔渣中的组元合金熔体的溶质标实pp浓度活度kpa实0ppar实raiaf活度的标准态20131127342熔体中组元的活度?实际合金的熔体溶渣都不是理想溶液和稀溶液?熔体中有多个组元?对于多元合金组元溶质的活度系数也受其他溶质组元的影响2013112735例如
2013-11-23
8
1932年，德国R.Schenk发表专著：钢铁冶金物理化 学导论
（Physical Chemistry of Steel Manufacture Processes）
冶金原理讲稿
课程名称：《冶金原理》第 2 周，第1讲次摘要授课题目（章、节）第一章绪论第一节冶金的概况和原料、产品第二节冶金方法及生产工艺流程第三节学习冶金原理课程的意义本讲目的要求及重点难点：【目的要求】通过本讲课程的学习，应了解冶金发展历程，知道学习冶金原理的意义，掌握冶金方法和现代冶金生产工艺流程。
【重点】冶金方法，现代冶金生产工艺流程。
【难点】冶金生产工艺流程，矿物与矿石的区别。
内容1【本讲课程的引入】冶金原理是冶金技术专业学生最主要的专业基础课之一，是冶金技术专业学生基础课与专业课衔接的桥梁和纽带，对学生基础知识和专业知识的学习具有承上启下的重要作用。
课程中所涉及的冶金基础理论与专业知识是后续专业课的基础，也是学生以后从事冶金事业所必需的基础，对学生在以后发展中冶金工程思维模式和创新意识的形成起着至关重要的作用。
今天我们来讲冶金原理第一章的内容。
【本讲课程的内容】绪论第一节冶金的概况和原料、产品1. 冶金的发展简史远古时代使用的金属为自然状态下的金、银、铜、陨石铁→从矿石中提取金属→青铜（夏商就冶炼出青铜，商朝为青铜鼎盛时期）→铁（历史战争贡献大）商朝：四羊方尊，司母戊大方鼎；春秋青铜开始发展缓慢，铁器物发展迅速；冶炼金属由开始的师傅传徒弟→应用冶金原理的方法提取冶金。
2. 金属的分类黑色金属：铁、铬、锰有色金属：除铁、铬、锰之外的金属有色金属又分为重金属、轻金属、贵金属和稀有金属。
重金属：密度大，在7~11g/m3，包括铜、铅、锌、锡、镍、钴等。
轻金属：密度小于5g/m3，包括铝、镁、钙、钾、钠和钡等。
贵金属：价值比一般金属贵，包括：金、银、铂以及铂族元素。
稀有金属：指那些发现较晚、在工业上应用较迟、在自然界中分布分散以及在提炼方法上比较复杂的金属。
稀有金属并不是其在地壳中含量少，只是历史沿袭的习惯而已。
3. 矿物、矿石、脉石和精矿矿物：指自然界天然存在的化合物或自然元素。
矿石：在现有条件下能合理经济地提取有用矿物的矿物集合体。
炼钢原理与工艺课件
精选课件
18
五、钢中的成分(碳)
❖ 从钢的性质可看出碳也是重要的合金元素， 它可以增加钢的强度和硬度，但对韧性产生
不利影响。
❖ 碳能显著改变钢的液态和凝固性质，在 16000C，[C]≤0.8%时，每增0.1%的碳
◆钢的熔点降低6.50C
◆密度减少4kg/m3
◆黏度降低0.7%
精选课件
19
七、钢的分类
炼钢原理与工艺
精选课件
1
第一章 炼钢学概述
第一节 概述 第二节 炼钢的任务及钢的分类
精选课件
2
第一节 概述
钢与生铁的区别：
首先是碳的含量，理论上一般把碳含量 ＜2.11%称之钢，它的熔点一般在14501500℃，而生铁的熔点一般在11501250℃。
精选课件
3
钢的应用前景
钢具有很好的物理化学性能与力学性能， 可进行拉、压、轧、冲、拔等深加工，其 用途十分广泛；
精选课件
20
合金钢是指钢中除含有硅和锰作为合金元素或 脱氧元素外，还含有其他合金元素如铬、镍、钼、 钛、钒、铜、钨、铝、钴、铌、锆和稀土元素等， 有的还含有某些非金属元素如硼、氮等的钢。
根据钢中合金元素含量的多少，又可分为低合金 钢，中合金钢和高合金钢。一般合金元素总含量小 于3%的为普通低合金钢，总含量为3%～5%的为 低合金钢，大于10%的叫高合金钢，总含量介于 5%～10%之间为中合金钢。
❖ 按化学成分分类
按是否加入合金元素可钢分为把碳素钢和合金钢两大类。
碳素钢是指钢中除含有一定量为了脱氧而加入硅（一般 ≤0.40%）和锰（一般≤0.80%）等合金元素外，不含其他 合金元素的钢。
根据碳含量的高低又可分成
低碳钢（[C]≤0.25%）
冶金原理课件yy0101
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。 在许多金属硫化矿物的烧结焙烧过程中，熔渣是一种粘合剂。 烧结时，熔化温度较低的炉渣将细粒炉料粘结起来，冷却后形成了 具有一定强度的烧结块或烧结球团。 在金属和合金的精炼时，熔渣覆盖在金属熔体表面，可以防止金属 熔体被氧化性气体氧化，减小有害气体（如H2、N2）在金属熔体中 的溶解。是粗金属精炼过程的产物。 ✓ 主要作用——捕集粗金属中杂质元素的氧
化产物，使之与主金属分离。 ✓ 例如，在冶炼生铁或废钢时，原料中杂质
元素的氧化产物与加入的造渣熔剂融合成 CaO和FeO含量较高的炉渣，从而除去钢 液中的硫、磷等有害杂质，同时吸收钢液 中的非金属夹杂物。
10
精炼
▪ 熔盐电解法广泛应用于铝、镁、钠、锂等轻金属和稀土
金属的电解提取或精炼 ◇ 这些金属都属于负电性金属，不能从水溶液中电解沉
积出来 ◇ 例如，铝的熔盐电解是工业铝生产的唯一方法
▪ 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
被熔融金属或熔渣侵蚀和冲刷下来的炉衬材料 如碱性炉渣炼钢时，MgO主要来自镁砂炉衬
8
四、熔渣的主要作用与分类
—— 不同的熔渣所起的作用是不一样的 —— 根据熔渣在冶炼过程中的作用，可将其分成四类： 1、冶炼渣（熔炼渣） ✓ 是在以矿石或精矿为原料、以粗金属或熔锍为冶炼产物的熔炼过程中 生成的 ✓ 主要作用——汇集炉料（矿石或精矿、燃料、熔剂等）中的全部脉石 成分、灰分以及大部分杂质，从而使其与熔融的主要冶炼产物（金属 、熔锍等）分离。 ✓ 例如，高炉炼铁中，铁矿石中的大量脉石成分与燃料（焦炭）中的灰 份以及添加的熔剂（石灰石、白云石、硅石等）反应，形成炉渣，从 而与金属铁分离。 造锍熔炼中，铜、镍的硫化物与炉料中铁的的硫化物熔融在一起，形 成熔锍；铁的氧化物则与造渣熔剂SiO2及其他脉石成分形成熔渣。
冶金熔炼原理及工艺讲义-第三章-修订资料
令 ΔG0可得 T转 ，与成分、PCO 有关。
%Cr %Ni %C
①
12
9 0.35
PCO
T转
atm C
1 1548
②
18
9 0.35 1 1626
③
18
9
0.1
1 1824
④
18
9 0.05 1 1943
⑤
18
9 0.05 0.1 1601
启示：
⑴比较 ②③④：含碳量越高，转化温度↓。 配料取高含碳量，利于在较低温度下，去C得Cr，净化。
E E O E O E
2
氧化-还原反应 在氧化-还原反应中，氧化和还原是不可分割的，当 一个元素被氧化时，另一个元素必然被还原。例如铸 钢熔炼过程中，锰的氧化反应为
[Mn] + (FeO) = (MnO) + Fe
对锰而言，锰氧化成 MnO，故为氧化反应；但对铁 而言，铁从 FeO 中还原出来，它又是还原反应。有 时叫它是氧化反应，有时又叫还原反应，只是研究对 象不同而已。
温度↑、 K↓，使得[%E] ↑氧化烧损减弱； ③元素氧化物的活度：
EO若为碱性氧化物，在酸性渣情况下，活度减小， 因而，[%E] ↓，元素氧化严重。 反之亦然。
三、金属元素被水蒸汽氧化
E H 2 O g E H O 2
影响规律与 CO2 的情况类似，湿度大（H2O）%增大，烧损↑
18
§3.5 合金元素的选择性氧化
5、合金成分组成：
元素M的活度系数 f M 受其他元素成分的影响， 若使 f M （M的活度系数）增大，则元素M的氧化程度增大，烧损↑
11
举例阐述
1、硅
S 2 i F e S O 2 i2 F O l e
炼钢原理与工艺课件
四、钢中的气体
❖ 钢液中的气体会显著降低钢的性能，而且容易 造成钢的许多缺陷。钢中气体主要是指氢与氮， 它们可以溶解于液态和固态纯铁和钢中。
❖ 氢在固态钢中溶解度很小，在钢水凝固和冷却 过程中，氢会和CO、N2等气体一起析出，形成 皮下气泡中心缩孔、疏松、造成白点和发纹。
❖ 钢热加工过程中，钢中含有氢气的气孔会沿加 工方向被拉长形成发裂，进而引起钢材的强度、 塑性、冲击韧性的降低，即发生“氢脆”现象。
非合金钢中普通质量级钢[P]≤0.045%；
优质级钢
[P]≤0.035%；
特殊质量级钢
[P]≤0.025%；
有的甚至要求
[P]≤0.010%。
有些钢种:炮弹钢，耐腐蚀钢需加P元素。
二、钢中的硫
硫对钢的性能会造成不良影响，钢中硫含量
高，会使钢的热加工性能变坏，即造成钢的 “热脆”性。
❖ 当钢中的[S]＞0.020%时，发生“热脆” 现象。
七、钢的分类
❖ 按化学成分分类
按是否加入合金元素可钢分为把碳素钢和合金钢两大类。 碳素钢是指钢中除含有一定量为了脱氧而加入硅（一般
≤0.40%）和锰（一般≤0.80%）等合金元素外，不含其他 合金元素的钢。 根据碳含量的高低又可分成 低碳钢（[C]≤0.25%） 中碳钢(0.25%≤[C]≤0.60%) 高碳钢([C]>0.60%)。
❖ 在钢材的纵向断面上，呈现出圆形或椭圆形的 银白色斑点称之为“白点”，实为交错的细小 裂纹。主要原因是钢中的氢在小孔隙中析出的 压力和钢相变时产生的组织应力的综合力超过 了钢的强度，产生了“白点”。一般白点产生 的温度低于2000C。
❖ 钢中的氮是以氮化物的形式存在，它对钢质量的影响体 现出双重性。氮含量高的钢种长时间放置，将会变脆， 这一现象称为“老化”或“时效”。原因是钢中氮化物 的析出速度很慢，逐渐改变着钢的性能。低碳钢产生的 脆性比磷还严重。
冶金原理复习PPT学习教案
第24页/共73页
5.1 熔渣的碱度与酸度
二、熔渣的酸度
有色冶金中，习惯上用酸度（硅酸度）表示熔渣 的酸碱性。
酸度 —— 熔渣中结合成酸性氧化物的氧的质量 与结合成碱性氧化物的氧的质量之比，一般用 r 表示：
r
mO (酸性氧化物) mO (碱性氧化物)
一般说来，酸度小于或等于1的渣属于碱性渣。
第25页/共73页
5.2 熔渣的氧化性
5.2 熔渣的氧化性
一、氧化渣与还原渣
熔渣可分为两种：氧化渣和还原渣。 氧化渣——能向金属液输送氧、使金属液被氧饱和或 使金属液中的杂质氧化的渣。 还原渣——能从金属液中吸收氧、即发生金属液脱氧 过程的渣。
（b）根据式7-6得： T开 = -27354/(lg0.21-11.34) = 2275 K
（c）根据式7-7得：
T沸 A' /(B') 27354（/ 11.34） 2412(K)
第33页/共73页
7.3.1 氧化物的分解
三 、 氧 化 物 生成–分 解体系 的热力 学平衡 图
对于反应:2Me(s,l) + O2 = 2MeO(s,l) 假设：(1) Me和MeO均以凝聚相存在，且不相互溶解 ；
➢
确定界线的性质 根 据 切 线 规 则可 以判断 某一界 线是低 共熔线 还是转 熔线。
结 合 连 线 规 则找出 该界线 上的温 度最高 点；
在 该 界 线 上 按照温 度下降 的方向 标上单 箭头或 双箭头 。
➢
判断无变点的性质 根 据 无 变 点与 其相对 应的子 三角形 的相对 位置关 系来确 定该无 变点的 性质。
《冶金原理及工艺》第一章 活度及氧位图
γ≠1时，p实≠ pR，实际溶液偏离了理想溶液。
因此，‘γ’值可以用来衡量实际溶液偏离理想溶液的程度， 这就是活度系数的物理意义。
21
以上将实际溶液和理想溶液进行了对比，也可以将其
和稀溶液进行对比。
由图可见，
k%
0.71
1 760
atm
根据亨利定律，当镉Cd的质量分数为20%时，镉的 蒸气压
pCHd
PC实d PCHd
使适应亨利定律，用活度a%代替浓度[%Cd]
PC实d K % a %
25
通式：
P实 a%
K%
a % 与 a R 的物理意义相同，表示有效浓度
a% f ％i
f: 表示浓度[%i]的校正系数，a % 的活度系数
f
a%
％i
P实
K% ％i
P实 PH
※f=1 ， P实 PH
f≠1， P实 PH
ai% Pi / k% k% (%i) / k% %i
活度系数
xi
aiH Pi / kH
fi Pi / PiH aiH / xi
实际溶液的三种范围的活度及活度系数
xi → 0
xi → 1
0 < xi < 1
aiH Pi / kH kH xi / kH xi
fi 1
aiH Pi / kH
Pi*xi / kH
xi
/
0 i
fi
1/
0 i
aiH Pi / kH kH fi xi / kH fi xi
k%[%Cd] 0.71
1 20atm14.7 1 atm
760
760
500oC时Cd-Pb合金中Cd的蒸气压
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9
魏寿昆（1907~2014)，天津人，中国科学院院士，北京科技大
学教授。德国德累斯顿工科大学工学博士,《冶金过程热力学》、 《活度在冶金中的应用》。 在冶金热力学理论及其应用中获得多项重大成果。运用活度理论 为红土矿脱铬、金川矿提镍等反应中金属的提取和分离工艺奠定 了理论基础。
授课教师：周文龙/董红刚 办公地点：铸造中心212室/304室 办公电话：84709967，84706283 电子信箱：wlzhou@ donghg@
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考核方式：出勤率 作业 期末考试成绩
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目 录
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 绪论 活度及氧位图 熔渣、熔剂性质 合金元素的氧化还原反应 合金熔体内杂质的去除 典型合金的熔炼工艺 金属的现代冶金熔炼技术
。 1952 年他受命筹建中南矿冶学院，是中国有色金属冶金教育 的开拓者。他对火法冶金、湿法冶金、氯化冶金及熔体热力学理 论有深入的研究。他的“金属—氧系热力学和动力学”、“高温 熔体物理化学性质”的研究成果，为中国有色金属的开发和综合 利用提供了理论依据。 1947年与J.Chipman共同发表《H2-H2O混合气体与Fe液中Cr的 平衡》。
1926年，C.H.Herty（赫蒂）在美国发表《平炉炼钢 过程中 C、S、Mn 等元素变化规律》论文，且专门 领导建立一个研究平炉冶炼过程问题的小组。
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1932年，德国R.Schenk发表专著：钢铁冶金物理化 学导论
（Physical Chemistry of Steel Manufacture Processes）
其他：德国的Korber和Olsen等。 冶金物理化学体系 ：1932－1958 创立
J. Chipman （启普曼）, 逸度和活度理论
1926年毕业于加里福尼亚大学，物理学博士； 1932年发表H2O，CO2，CO，CH4的自由能及在冶金学上的意 义（密西根大学，研究工程师）； 1937年任麻省理工学院教师； 1942年出版《1600℃化学》一书； 1948年发表《金属溶液的活度》论文，奠定了活度基础； 1951年出版《碱性平炉炼钢》一书。 7
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本课程是研究冶金反应规律的科学 ——冶金熔炼的原理 参考书：
※《物理化学》程兰征 ※《冶金过程热力学》魏寿昆 《铸造合金熔炼原理》董若璟 《钢铁冶金原理》黄希祜 《铸造手册》铸钢 第3版 《有色金属熔池熔炼》任鸿九 《金属材料冶炼工艺学》王惠
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学习的内容与方法
研究冶金反应：
1、在给定的条件下 ——反应的可能性、方向、限度。 ……冶金反应的热力学规律 2、冶金反应的机理、速度、进程 ——创造条件控制反应的进行 ……动力学规律
C.Wagner
1952 年出版《合金热力学》提出活度相互作用系 数，使活度更加理论化； 1958 年出版《炼钢中的动力学问题》创立较完整 的冶金动力学研究体系；
S.Darken
1953 年出版《金属物理化学》，较系统地论述了 “冶金动力学及热力学”问题。
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国内的著名学者
李公达(1905~1971)，湖北人，南开大学毕业。1931年进入
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周国治（1937~），广东潮阳人，中国科学院院士，北京
科技大学教授。 用Gibbs-Duhem方程计算熔体热力学性质。
很多工作在冶金行业的 专家、学者。 为冶金科学发展做出突 出贡献。
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§1. 活度和氧位图
获得具有一定性能，质量优良的铸件，或原材料， 须提高熔体的冶金质量：
1、准确的合金成份； 2、减少非金属夹杂物、气体； 3、足够的过热温度。
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铸造合金熔炼是熔配、废料重熔过程：
改变金属料的物态， 发生复杂的冶金反应（物理化学现象）。
参加反应的物质：
金属、燃料、熔剂、精炼剂、变质剂、炉气、炉渣、炉衬……
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反应类型
1.金属相与气相反应 2Fe O 2 2FeO
C O2 2CO
2.金属燃料与固相反应 Cs FeO Fel CO 3.金属熔体与炉渣、熔剂反应
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§1.1 活度
理想溶液：组元蒸气压与其浓度的关系。 ——遵守拉乌尔定律
P
R
常数
摩尔浓度
稀溶液：溶剂遵守拉乌尔定律，溶质遵守亨利定律。
P
H
K χ%
常数
浓度
合金熔炼中的合金熔体和熔融炉渣也是溶液，这些实际溶 液的热力学规律却不那么简单。引入活度后，理想溶液和稀溶 液的热力学公式就可以适用于实际溶液，解决实际溶液存在的 问题就可以简化。
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邹元爔（1915~1987），浙江省平湖市人，中国科学院学部
委员，中科院上海冶金研究所。发表一系列熔体活度测定方法 论文，如测定CaO-SiO2-Al2O3渣系的活度。 我国冶金物理化学活度理论研究的先驱，将冶金物理化学对象 从钢铁冶金、有色冶金延伸到高纯金属和半导体材料冶金。
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陈新民（1912~1992），河北保定人，中国科学院学部委员
铸造合金熔炼主要涉及的熔体： 熔配合金、炉渣或熔剂
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冶金物理化学的发展历程
国外
1920~1932年，黑色冶金中引入物理化学理论； 1920 年， P.Oberhoffer（奥伯霍夫）首次发表钢液 中Mn-O平衡问题的论文； 1925年，Farady Society（法拉第学会）在英国伦 敦召开炼钢物理化学学术年会。
Cs Cu 2O 2Cu l CO
2Fe2 P el CaO FeS CaS FeO
4.金属熔体内组元之间的反应
Si 2FeO 2Fel SiO 2 2Al 3Cu 2 O 2Al2 O 3 s 6Cu l