冶金熔炼原理及工艺讲义-第三章-修订资料
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：
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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
铸造合金及其熔炼(铸铁熔炼)
第三章 铸造合金及其熔炼
以上均为氧化放热反应，根据上述反应及 图3-13可见，在氧化带内：
①焦炭燃烧生成的炉气，既有二氧化碳，也有一 氧化碳，但主要是二氧化碳。
②从主排风口开始，随着炉气的上升，反应不断 进行，炉气中的氧逐渐减少，二氧化碳不断增 加。当上升到氧化带顶面时，炉气的氧基本耗 尽，氧化反应终止，二氧化碳达到最高值。
图3-13 冲天炉熔炼过程原理图
25
铸造工(高级)
第三章 铸造合金及其熔炼
1）预热区 从加料口下沿料面到铁料开始熔化这 段高度为预热区。预热区的炉料在下降过程中， 与上升的炉气之间的热交换方式以对流为主，金 属料逐渐被加热至熔化温度。
预热区高度受有效高度、底焦高度、炉内料面的 实际位置、炉料块度、炉料下落速度、炉气分布、 铁焦比等许多因素的影响，波动很大。其中金属 料的块度特别重要。金属料的块度愈大，预热所 需的时间愈长，预热区高度愈大，严重时金属料 块可能进入风口区，造成“落生”现象，妨碍冲 天炉的正常操作。因此应限制金属料的块度。但 金属料的块度也不能过小，以免造成严重氧化。
铸铁熔炼可以用冲天炉、非焦化铁炉、电炉、 反射炉、坩锅或冲天炉与电炉双联等方法，其 中以冲天炉熔炼的应用最为广泛。
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铸造工(高级)
第三章 铸造合金及其熔炼
1. 冲天炉的结构（图3-12）
冲天炉的类型很多，但基本结构大体相 同。常用的冲天炉由四部分组成：炉底部 分、炉身部分（包括送风系统）、前炉部 分、炉顶部分（烟囱及除尘系统）。
修炉完毕，用木柴或烘干器慢火充分烘干前、后 炉。前炉必须烘透，以保证铁液温度。
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铸造工(高级)
第三章 铸造合金及其熔炼
（3）点火与加底焦 烘炉后，加入木柴，引
冶金原理3金属熔体43页PPT
• fFek > fFeB ，k 的加入增加了组元B 的活度系
数 f B，降低了组元B 的溶解度
eBk 0
例如：eC Si0.080 eC P0.0510
3.2.2 相互作用系数的特征及其转换关系
2、活度相互作用系数之间的关系 1）同类相互作用系数
Bk kB
eB k213 (2 03 ek B 01)M M B k 1
或
B B 0 B B B 3 B 4 B 5
3.2 铁液中组分活度的相互作用系数
3.2.2 相互作用系数的特征及其转换关系
1、活度相互作用系数的特征
• fk>B f k ， FeB 的加入降低了组元B 的活度系数 ，
从而f B增加了组元B 的溶解度
eBk 0
例如：eN Cr0.046 eC M n0.0120 eC Cr0.0240
Hebei Polytechnic University
内容大纲
3.1 熔铁及其合金的结构 3.2 铁液中组分活度的相互作用系数 3.3 铁液中元素的溶解及存在形式 3.4 熔铁及其合金的物理性质
3.2 铁液中组分活度的相互作用系数
思考：铁液中各组分之间是否相互影响？
存在相互影响
例如：1600℃时，纯铁中 w[S]0.25，fS 0.98 ；1600℃时，
金属原子外层价电子为整个晶体共有
金属 晶体
金属键：金属离子和价电子的结合力
特
无方向性和饱和性
中性
征 金属离子：不互相排斥，为单独离子 原子
晶体中原子：排列—远程序性
构成
运动—围绕晶格结点作微小振动
原子振动的平衡位置
3.1 熔铁及其合金的结构
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。
冶金原理复习
的相对位置关系来确定该无变点的性质。
低共熔点 —— E 转 熔 点 —— P
熔体冷却过程分析小结
根据给定熔体M的百分组成，在浓度三角形中找到M点的 位置； 由M点所在的等温线，确定熔体开始结晶的温度； 由M点所在的初晶面，确定初晶组成； 按M点所在的子三角形确定熔体结晶终了的固相组成及冷 却过程的终点。 原始体系组成点、液相组成点和固相组成点三者始终在同 一条直线上，而且体系组成点必在固、液二组成点之间， 它们的质量关系遵守杠杆规则。 液相组成和固相组成的变化是沿两条不同的路径进行的。 结晶终了时，这两条路径首尾相连，合为一条折线。
电导率为电阻率（，单位· m）的倒数：
= 1/
电导率的单位：S· m1（西门子每米）
二、电导率与其他性质的关系 1、电导率与熔体组成的关系
2、电导率与温度的关系 金属熔体及熔锍——第一类导体 当温度升高时，它们的电导率下降。 温度升高，离子的运动加剧，阻碍了自由电 子的定向 运动。 熔盐和熔渣——第二类导体 当温度升高时，它们的电导率增大。 3、电导率与粘度的关系 对于一定组成的熔盐或熔渣，降低粘度有利于离子的运动，从 而使电导率增大。
第五章 冶金熔体的化学性质 与热力学性质
• 1、熔渣的碱度、熔渣的酸度 • 2、熔渣中氧化渣及还原渣
一、熔渣的碱度
钢铁冶金中，习惯上用碱度表示熔渣的酸碱性。 碱度 —— 熔渣中主要碱性氧化物含量与主要酸性氧化 物含量（质量）之比，用R（B、V）表示。 碱度有多种表达式。 可在氧化物的质量百分数前引入根据化学计量关系或 通过实际观测得到的系数。 各种碱度表达式中氧化物的量可用其摩尔数或摩尔分 数表示。 对于高炉渣，碱度大于 1 的渣是碱性渣，碱度小于 1 的 渣是酸性渣。 对于炼钢渣，碱性渣的碱度约为2~3.5。
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
钢铁冶金原理01 (3)
★
9
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。
熔炼技术的工作原理及应用
熔炼技术的工作原理及应用1. 熔炼技术的定义熔炼技术是一种将固体材料加热至其熔点，并使其转变为液态状态的工艺。
它是一项重要的采矿和冶金工艺，广泛应用于金属、非金属和合金等材料的生产过程中。
2. 熔炼技术的工作原理熔炼技术的工作原理基于材料的物理性质，主要包括以下几个步骤：2.1 加热熔炼过程最初需要对固体材料进行加热，通常使用高温燃烧器、电弧炉或感应炉等热源加热材料，使其达到熔点。
2.2 熔化一旦材料达到熔点，分子间的结构稳定性发生改变，固体材料逐渐熔化成液体，继续受热并保持液态。
2.3 分离杂质在熔融过程中，材料中的杂质往往会出现分离现象。
由于杂质的熔点通常与纯净材料的熔点不同，熔融过程中可以通过分离、过滤等方法将杂质从熔体中去除。
2.4 变形与凝固通过控制熔融材料的冷却速度，可以使其发生结晶凝固。
凝固过程中，熔体的物理性质会发生改变，从液态变为固态，形成具有特定形状和结构的固体材料。
3. 熔炼技术的应用熔炼技术在各个领域都有广泛的应用，以下是几个常见的应用领域：3.1 金属冶炼熔炼技术在金属冶炼领域中应用广泛。
金属冶炼过程中，熔炼技术可以将金属矿石中的有用金属分离出来，并通过精炼和铸造等工艺制备成所需的金属制品。
3.2 玻璃制造玻璃制造过程中，通过熔炼技术将各种原料，如石英砂、碳酸钠等加热至熔点，使其熔化成透明的液体玻璃，并通过调控冷却速度将其固化成均匀的玻璃制品。
3.3 陶瓷生产陶瓷制造过程中，熔炼技术可以将陶瓷材料中的矿石矿粉和助剂熔化为陶瓷基体，然后通过模具或成型工艺制作成各种陶瓷制品。
3.4 金属合金制备熔炼技术在金属合金制备中发挥重要作用。
通过将两种或多种金属材料加热至熔点并混合熔融，可以制备出具有特定性能和成分的金属合金。
3.5 半导体制造在半导体制造过程中，熔炼技术用于制备单晶硅材料，通过将硅石加热至熔点并逐渐降温，可制得高纯度、无共晶的单晶硅材料，用于制造半导体器件。
4. 结论熔炼技术是一种将固体材料加热至其熔点并转变为液态状态的工艺。
冶金熔炼原理及工艺讲义,第一章 活度及氧位图-修订教材
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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。
6
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）
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。
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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。
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。
冶金原理复习
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？在火法冶金过程中处于熔融状态的反应介质和反应产物（或中间产品）称为冶金熔体。
它分为：金属熔体、熔渣、熔盐、熔锍。
2.何为熔渣？简述冶炼渣和精炼渣的主要作用。
熔渣是指主要由各种氧化物熔合而成的熔体。
冶炼渣主要作用在于汇集炉料中的全部脉石成分，灰分以及大部分杂质，从而使其与熔融的主要冶炼产物分离。
精炼渣主要作用是捕集粗金属中杂质元素的氧化物，使之与主金属分离。
3.什么是富集渣？它与冶炼渣的根本区别在哪里？富集渣：使原料中的某些有用成分富集与炉渣中，以便在后续工序中将它们回收利用。
冶炼渣：汇集大部分杂质使其与熔融的主要冶炼产物分离。
4.试说明熔盐在冶金中的主要应用。
在冶金领域，熔盐主要用于金属及其合金的电解生产与精炼。
熔盐还在一些氧化物料的熔盐氯化工艺以及某些金属的熔剂精炼法提纯过程中广泛应用。
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.下图是生成了一个二元不一致熔融化合物的三元系相图（1）写出各界限上的平衡反应（2）写出P、E两个无变点的平衡反应（3）分析下图中熔体1 、2 、3 、4 、5 、6 的冷却结晶路线。
3.在进行三元系中某一熔体的冷却过程分析时，有哪些基本规律？答：1 背向规则2杠杆规则3直线规则4连线规则5 三角形规则6重心规则7切线规则8共轭规则等第三章冶金熔体的结构1. 熔体远距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1.什么是熔化温度？什么是熔渣的熔化性温度？解：熔化温度是指由其固态物质完全转变成均匀的液态时的温度。
金属冶炼的熔融过程详解
03
压力对熔融后金属质量的影响
压力的变化可能会影响金属的纯度和成分。
01
压力对熔点的影响
增加压力会使金属的熔点升高，反之则降低。
02
压力对熔融速率的影响
在一定范围内，增加压力可以促进金属的熔融，但过高的压力可能导致其他问题。
气氛对金属氧化的影响
01
炼钢
在炼钢过程中，熔融过程是将生铁中的杂质去除并加入合金元素的过程。通过在炼钢炉中加热生铁，使其达到熔融状态，然后加入氧化剂如氧气或铁矿石，将生铁中的杂质去除。同时，可以加入合金元素，以调整钢的成分和性能。
炼铁
在铝冶炼过程中，熔融过程是将铝土矿和碳还原剂在高温下反应生成液态铝的过程。该过程需要在高温和高真空条件下进行，以防止铝的氧化和挥发。
杂质对熔融速率的影响
杂质可能会与金属发生反应，从而影响熔融速率。
杂质对熔融后金属质量的影响
杂质的引入可能会降低金属的纯度，影响其物理和机械性能。
05
CHAPTER
熔融过程的操作和控制
根据金属种类、产量和工艺要求，选择合适的熔融设备，如电弧炉、感应炉、平炉等。
熔融设备的选择
按照设备操作规程，进行熔融前的准备、加料、熔化、精炼等过程，确保设备安全稳定运行。
金属冶炼是现代工业的基础，广泛应用于建筑、交通、电子、航空航天、国防等领域。
通过金属冶炼，人们能够从矿石中提取出有价值的金属元素，满足各种工业需求，推动社会经济发展。
根据金属的性质和来源，金属冶炼可分为铁冶金、有色金属冶金、稀有金属冶金等。
有色金属冶金是指提取铝、铜、锌、镍等有色金属的过程，方法包括火法冶金、湿法冶金和电冶金等。
压力控制方法
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
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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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
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
11
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
[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。
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。
9
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。
8
§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
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
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
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
7
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
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。
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。
6
§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
3
§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。
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↑
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）。