冶金原理及工艺1活度及氧位图
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9
▪ 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。
10
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
PA
P* A
A
b、亨利定律（Henry’s law）
定义:稀溶液中，挥发性溶质的平衡分压与其在 溶液中的摩尔分数成正比。
PB K B
K:比例系数。与溶质、溶剂性质有关。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
PB K CB
PB K bB
17
一、活度的定义 ——处理实际溶液的一个工具 活度的物理意义：有效浓度
P实——蒸气压实测值；P0——标准态纯物质的蒸气压
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
铸造合金熔炼主要涉及的熔体： 熔配合金、炉渣或熔剂
7
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
2 F 2 P e 5 F e 3 C O a 3 C O P a 2 O 5 O 9 F le C a FO e C S a FS eO
4.金属熔体内组元之间的反应
S i2Fe O 2FleSi2O 2A l3C2O u2A2O l3s6Clu
5
本课程是研究冶金反应规律的科学 ——冶金熔炼的原理
P实=P0 aR
aR
P实 P0
aR γχ
γ ——活度系数
18
例
500oC时Cd-Pb合金中Cd的蒸气压 该图为500oC时Cd-Pb合金中Cd的蒸气压与其浓度间的关系。曲线为镉的 蒸气压实测值pCd实，一条虚线表示按拉乌尔定律计算的理论值pCdR，另一 条虚线表示按亨利定律（注：这里亨利定律中亨利常数为k%）计算的理论 值pCdH。
▪ 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。
12
▪ 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。
13
▪ 陈新民（1912~1992），河北保定人，中国科学院学部委员
14
▪ 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。
15
§1 活度及氧位图
§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
PR 摩尔浓度
常数
稀溶液：溶剂遵守拉乌尔定律，溶质遵守亨利定律。
PH Kχ % 浓度
授课教师：董红刚 办公地点：铸造中心304室 办公电话：84706283 电子信箱： donghg@dlut.edu.cn
1
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。
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…… （炉衬中有SiO2）。
4
反应类型
1.金属相与气相反应
2FeO2 2FeO CO2 2CO
2.金属燃料与固相反应
CsFe O Fe lCO CsC2u O2Clu CO
3.金属熔体与炉渣、熔剂反应
。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》。
参考书：
※《冶金过程热力学》魏寿昆 《铸造合金熔炼原理》董若璟 《铸造合金熔炼》李晨希 《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
6
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
常数
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。
16
a、拉乌尔定律（Raoult’s law）
定义:定温定压下，稀溶液中溶剂的蒸气压等于纯 溶剂的蒸气压与摩尔分数的乘积。
敦召开炼钢物理化学学术年会。 ▪ 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。
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）
美国密歇根大学研究院，师从美国著名学者J.Chipman教授， 获冶金工程博士学位。
▪
1中9S37的年行发为表。《H2-H2S混合气体与Fe中S的平衡》，论述了铁液
11
▪ 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。
▪ 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。
10
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
PA
P* A
A
b、亨利定律（Henry’s law）
定义:稀溶液中，挥发性溶质的平衡分压与其在 溶液中的摩尔分数成正比。
PB K B
K:比例系数。与溶质、溶剂性质有关。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
PB K CB
PB K bB
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一、活度的定义 ——处理实际溶液的一个工具 活度的物理意义：有效浓度
P实——蒸气压实测值；P0——标准态纯物质的蒸气压
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
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
2 F 2 P e 5 F e 3 C O a 3 C O P a 2 O 5 O 9 F le C a FO e C S a FS eO
4.金属熔体内组元之间的反应
S i2Fe O 2FleSi2O 2A l3C2O u2A2O l3s6Clu
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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
P实=P0 aR
aR
P实 P0
aR γχ
γ ——活度系数
18
例
500oC时Cd-Pb合金中Cd的蒸气压 该图为500oC时Cd-Pb合金中Cd的蒸气压与其浓度间的关系。曲线为镉的 蒸气压实测值pCd实，一条虚线表示按拉乌尔定律计算的理论值pCdR，另一 条虚线表示按亨利定律（注：这里亨利定律中亨利常数为k%）计算的理论 值pCdH。
▪ 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。
12
▪ 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。
13
▪ 陈新民（1912~1992），河北保定人，中国科学院学部委员
14
▪ 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。
15
§1 活度及氧位图
§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
PR 摩尔浓度
常数
稀溶液：溶剂遵守拉乌尔定律，溶质遵守亨利定律。
PH Kχ % 浓度
授课教师：董红刚 办公地点：铸造中心304室 办公电话：84706283 电子信箱： donghg@dlut.edu.cn
1
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。
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…… （炉衬中有SiO2）。
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反应类型
1.金属相与气相反应
2FeO2 2FeO CO2 2CO
2.金属燃料与固相反应
CsFe O Fe lCO CsC2u O2Clu CO
3.金属熔体与炉渣、熔剂反应
。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》。
参考书：
※《冶金过程热力学》魏寿昆 《铸造合金熔炼原理》董若璟 《铸造合金熔炼》李晨希 《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
常数
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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a、拉乌尔定律（Raoult’s law）
定义:定温定压下，稀溶液中溶剂的蒸气压等于纯 溶剂的蒸气压与摩尔分数的乘积。
敦召开炼钢物理化学学术年会。 ▪ 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）
美国密歇根大学研究院，师从美国著名学者J.Chipman教授， 获冶金工程博士学位。
▪
1中9S37的年行发为表。《H2-H2S混合气体与Fe中S的平衡》，论述了铁液
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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。