冶金熔炼原理及工艺讲义-第三章-修订资料

M
MO
%M
M
KM
aFeO fM
MO
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影响元素氧化程度的分析 1、对氧的亲和力：
合金和Fe对氧的亲和力“差”越大， ΔG0 大，反应常数 K M 越大，氧化程度大，与氧位图的顺序相同。
2、温度：
T影响反应热，进而影响 K M ，程度不同。
M
KM
aFeO fM
MO
3、炉渣的氧化能力：
炉渣氧化能力越高，a FeO ↑，合金元素烧损严重（氧化）。
2M O 22MO
ΔG0MO
E M E O O M ΔG0
⑴
ΔG01ΔG0EO1ΔG0MO
2
2
⑴式，氧化还原反应，在标准态下，自发进行的热力学条件：ΔG00
来自百度文库
ΔG0 EO ΔG0 MO
Δ G 0 EO Δ G 0 M O
即：E元素对氧的亲和力大于M元素 此时，MO为氧化剂，[E]为还原剂。 MO是被还原的氧化物。 由氧位图，可以比较元素与氧的亲和力，判断标准态的氧化-还原反应方向。 这种判断只适用于标准态，实际情况一般须利用等温方程计算。
间
E C 2 O u E 2 O C l u
4. 被渣相中 Fe O氧化。
接 氧 化
E F e E O F O l e
5. 被另一合金氧化物中的氧氧化。
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
Cu、Ni、W……等，在标准状态下会被Fe保护不氧化。
局限性：只判断氧化-还原反应的方向。 只适用于标准态，[E]为1%溶液，凝聚相氧化物
为纯物质，气体分压为 1atm 。 否则仍须用（物理化学）等温方程分析。
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§3.2 氧化还原的热力学条件
一、对金属被 O直2 接氧化的反应。
2E O 22EO
ΔG0EO
4、炉渣的碱度：
其影响取决于“MO”的“酸碱性”。 MO为酸性（氧化物）：炉渣的碱度越高， MO ↓，合金烧损严重； MO为碱性（氧化物）：炉渣的碱度越低, MO ↓，合金烧损严重。
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↑
图5-1为1500-2000K铁液内溶解元素E按下式
2E O 22EO
直接氧化的 ΔG-T图 [E] 的标准态是其质量分数为1%的溶液，EO为纯凝聚相或1atm气体。
4
[E] 的标准态是其质量1%的溶液， EO为纯凝聚相或1atm气体。
RTlnP5O2=ΔG
在标准状态 aE 1 PEO=1
返回
RT lnPO2 G0
因此，此图是E溶于铁液，而EO仍为纯凝聚相或
1atm的气体时，氧化物的氧位。
铁液内元素直接氧化的ΔG-T图（氧化图），可以用来 分析铸铁、铸钢等中，合金元素按反应式（下式），被 氧气直接氧化的能力。
2E O 22EO
如：与FeO的氧化线比较， 直线下部
Ce、Al……Mn、Cr等，在标准态下会被O 2氧化烧损； 直线上部
[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。
在碱性炼钢炉中，如果熔池有足够高的温度，上述 反应可逆向进行，锰又重新被还原到钢水内。换句话 说，对于锰，上述反应本来是氧化反应，但是条件改 变后，又变成了还原反应。
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§3.1 形成溶液时氧化物的氧位
设金属E熔于溶液中，直接氧化，生成 EO为纯凝聚相，
则 2EO 22EOΔG0RTl na2E1PO2
氧位 RlP n T O 2 Δ G 0 2 Rla n T E
若 EO 为气体 则氧位 RT lnPo2=ΔG0 - 2RT lna[E] + 2RT lnPEO 氧位与温度、[E]的活度、EO 的分压有关。
反应的平衡常数 K M
KM aaFMeOOaaFMe
对于钢铁熔炼而言，熔液中主要是Fe，接近纯物质aFe 1
合金元素：aM fM % M
aMO γ MO χ MO
KMaγ FM eOO fχ MM %O M 1
设
η
η M 为元素M在渣中和合金（铁液）中的分配系数
M
表述了合金元素氧化的程度。
第三章
合金元素的氧化还原反应
1
合金元素可能被各种形态的氧所氧化。
1. 被自由氧 O 2（纯氧、空气或富氧空气中的氧等）氧化。
2E O 22EO
直 接
2. 被气相氧化物（ CO 2 、H2Og ……）氧化。
E C2 O E O CO
氧 化
3. 被溶于合金中的氧所氧化。
EOEO
E F eE O F O le
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举例阐述
1、硅
S 2 i F e S O 2 i2 F O l e
硅的分配系数η Siχ %SSi2O iKSiaγ 2FeSO if2O Si
分析Si氧化还原规律：
① 温度越低，K Si↑，Si氧化程度大
∵Si氧化为放热反应（强）， ΔH0389J112
② 渣的氧化能力影响硅的氧化还原程度
ΔG0MO
⑵
ΔG0FeO
⑶
式⑴=式⑵-式⑶ Δ G 0Δ G 0 M O Δ G 0 FeO ⑴进行，则 ΔG00
Δ G 0 M OΔ G 0 Fe O 热力学条件
若 FeO 、MO 均以纯物质为标准态， 则 ΔG0MO、ΔG0FeO 分别与他们的氧位相等。
可以利用氧位图，判断是否发生氧化。
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对于式⑴反应，受到温度、组元的活度影响！
同理推广： PO2EO PO2MO
对于
E M E O O M
即：还原剂的氧化物的分解压小于被还原氧化物的分解压。
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§3.3 金属元素在Fe熔液中的氧化
在钢铁熔炼过程中，金属元素主要是被渣中的FeO氧化。
M F e M O F O l e
⑴
考虑反应式
FMel 12O 122O2M FOeO
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二、对于如下类的反应。
M C2O MO CO ⑵
2MO22M O
2C O O22C2O Δ G 0Δ G 1 0Δ G 0 2
ΔG10 ΔG02
⑵式，自发进行的热力学条件，ΔG0 0
又由 Δ G 0RlT nPO 2
氧分压
RlT n P O 2M O RlT n P O 2C2O
∴热力学条件： PO2EO PO2CO 2