07310680冶金物理化学

冶金物理化学

Physical Chemistry of Metallurgy

课程编号：07310680

学分：5

学时：75 （其中：讲课学时：75 实验学时：上机学时：0）

先修课程：高等数学、物理化学、无机化学

适用专业：冶金工程

教材：《钢铁冶金原理》；黄希祜主编；冶金工业出版社（第三版），2006

开课学院：材料科学与工程学院

一、课程的性质与任务：

《冶金物理化学》是冶金工程专业主要的专业基础课。它在数学、物理学、无机化学、物理化学、计算机技术等课程知识的基础上，将物理化学原理应用到冶金过程中，为冶金工程专业课程的学习奠定必要的理论基础。本课程强调理论与工程实际的结合，提高分析问题、解决问题的能力。

《冶金物理化学》的基本任务是：

1. 掌握冶金过程各环节的基本物理化学原理；

2. 学会对主要的冶金反应进行热力学及动力学的分析；

3. 利用化学热力学原理研究反应的可能性，利用化学动力学原理研究反应的机

理及限速环节，从而优化冶金工艺，提高反应速率，强化冶炼，实现清洁高效生产等。该课程的主要内容是冶金过程动力学、冶金过程热力学及冶金熔体，以冶金工业过程为背景，按其冶炼过程分为还原冶炼、氧化冶炼、二次精炼三环节，探讨其物理化学原理。

二、课程的基本内容及要求：

第一章绪论

1.教学内容

（1）本课程的性质、研究对象与方法、目的、任务

（2）冶金物理化学的研究内容

（3）冶金物理化学的发展及在冶金学科的地位

2.学习要求

（1）了解本课程的性质、研究对象与方法、任务；

（2）掌握学习本课程的几个基础概念；

（3）了解冶金物理化学的研究内容。

第二章冶金热力学基础

1.教学内容

（1）化学反应的标准吉布斯自由能

（2）理想气体的变化化学反应的等温方程式

（3）冶金反应的标准吉布斯自由能计算包括：标准平衡常数法、电动势法等（4）溶液的热力学性质基本物理化学定律、活度及活度系数、活度的计算等（5）标准溶解吉布斯自由能及溶液中反应的标准吉布斯自由能计算

2.学习要求

（1）熟练地掌握化学反应的标准吉布斯自由能求法；

（2）理解活度的定义，掌握活度的计算方法；

（3）掌握标准溶解吉布斯自由能的计算方法。

3.重难点

（1）重点是理解活度的定义，掌握活度的计算方法；

（2）难点是溶解吉布斯自由能的计算方法。

第三章冶金动力学基础

1.教学内容

（1）化学反应的速率式；

（2）分子扩散及对流传质；

（3）气-凝聚相间气体吸附反应的动力学；

（4）反应过程动力学方程的建立稳态原理；

（5）液—液相反应的动力学模型双膜理论；

（6）气—固相间反应的动力学模型未反应核模型和多孔体积反应模型；（7）速率限制环节的确定方法；

（8）新相形成的热力学及动力学。

2.学习要求

（1）掌握化学动力学的速率式、反应级数的确定；

（2）掌握分子扩散定律、扩散系数的确定，对流传质及对流系数的确定；（3）了解稳态原理及动力学研究的一般方法；

（4）了解双膜理论及未反应核模型和多孔体积反应模型；

（5）了解均相形核、异相形核原理。

3.重难点

（1）重点是冶金过程动力学方程的建立方法；

（2）难点是不同固液气间的反应模型并能计算相关动力学参数。

第四章金属熔体

1.教学内容

（1）铁液中组分活度的相互作用系数测定方法；

（2）铁液中元素的溶解及存在形式铁液中氢、氮、氧、硫和磷的存在形式及影响；

（3）熔铁及其合金的物理性质熔点、粘度等；

2.学习要求

（1）掌握金属熔体中组元活度系数的计算；

（2）了解相互作用系数及熔铁的物理性质。

3.重难点

（1）重点是金属熔体中组元活度系数的计算；

（2）难点是相互作用系数计算。

第五章冶金炉渣

1.教学内容

（1）相图的基本知识相律、冶金中常用的相图

（2）熔渣的结构理论结构假说、离子结构理论和分子离子共同作用理论（3）熔渣的化学性质酸碱性、碱度、过剩碱、光学碱度，氧化还原性（4）熔渣的物理性质熔化温度、熔渣的粘度、表面张力等

2.学习要求

（1）了解熔渣的结构理论；

（2）熔渣的物理化学性质及影响因素；

（3）看懂冶金中常见的炼铁炉渣相图及炼钢渣相图。

3.重难点

（1）重点是掌握熔渣的综合理化性能；

（2）难点是冶金中常见的炼铁炉渣相图及炼钢渣相图。

第六章化合物的形成分解及碳、氢的燃烧反应

1.教学内容

（1）化合物形成-分解反应的热力学原理，分解压及其热力学方程；

（2）碳酸盐的分解反应热力学、分解机理及动力学；

（3）氧化物的形成-分解反应氧化物的氧势、氧势图及应用；

（4）可燃气体的燃烧反应可燃气体物和氧反应的热力学；

（5）固体碳的燃烧反应。

2.学习要求

（1）掌握氧化物的形成-分解反应氧化物的氧势、氧势图及应用；

（2）掌握可燃气体的燃烧反应可燃气体物和氧反应的热力学；

（3）掌握固体碳的燃烧反应。

3.重难点

（1）重点是氧化物的氧势、氧势图及应用；

（2）难点是燃烧反应。

第七章氧化物还原熔炼反应

1.教学内容

（1）氧化物还原的热力学条件；

（2）氧化物的间接还原反应；

（3）氧化物的直接还原反应，固体碳还原氧化物的热力学原理；

（4）金属热还原法；

（5）铁的渗碳及含碳量高炉内铁的渗碳过程及生铁的含碳量；

（6）熔渣中氧化物的还原反应SiO2的还原、MnO的还原、特殊矿物中氧化物的还原；

（7）高炉冶炼的脱硫反应；

2.学习要求

（1）掌握氧化物还原反应的热力学及动力学原理；

（2）掌握炼铁反应中氧化物还原过程及影响因素。

3.重难点

（1）重点是氧化物还原反应的热力学；

（2）难点是炼铁反应中氧化物还原过程。

第八章氧化熔炼反应

1.教学内容

（1）炼钢熔池中元素氧化的物理化学原理，元素氧化反应的

Θ

∆

m

r

G及氧势图、

元素氧化的热力学条件；

（2）锰、硅、铬、钒、铌、钨的氧化反应；

（3）脱碳反应碳氧化的反应及碳氧积、碳氧化反应的热效应、脱碳过程中钢液的碳氧积和氧浓度、钢液的实际氧浓度、脱碳反应的速率；

（4）脱磷反应脱磷反应的热力学、熔渣中磷酸盐的还原、还原脱磷；（5）脱硫反应炼钢渣的脱硫反应、影响炼钢脱硫的因素；

（6）脱氧反应脱氧反应的热力学、锰、硅、铝的脱氧反应、脱氧剂用量的计算、复合脱氧反应、扩散脱氧、真空脱氧；

2.学习要求

（1）了解氧化精炼过程的基本原理；

（2）掌握元素氧化的热力学条件、元素氧化反应的动力学，特别是脱碳反应、脱磷反应、脱硫反应、脱氧反应的热力学及动力学。

（3）掌握炼铁反应中氧化物还原过程及影响因素。