冶金工程實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用

1、冶金工程實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用 化學(xué)反應(yīng)平衡研究的中心問題就是求反應(yīng)的平衡常數(shù)或平衡時(shí)反應(yīng)物質(zhì)的活度（如為氣相則為分壓），從而計(jì)算其它有關(guān)熱力學(xué)數(shù)據(jù)。 本節(jié)簡介幾種冶金反應(yīng)平衡和有關(guān)組元活度的測定方法。建立化學(xué)位和確定平衡時(shí)間建立化學(xué)位和確定平衡時(shí)間 (1) 建立所需要的化學(xué)位 研究有氣相參與反應(yīng)的化學(xué)平衡時(shí)，需要建立所需要的化學(xué)位（氧位等），它可由適當(dāng)?shù)臍怏w混合物來控制。 例如，用H2還原金屬氧化物的反應(yīng) （2-1） 氣相中水蒸氣和氫氣的分壓比控制反應(yīng)的方向，也就是控制著下列反應(yīng)的方向。 （2-2） 如果大于平衡值，金屬被氧化；反之，金屬氧化物被還原。 H2-H2O氣體混合物所以能控制反應(yīng)的方向是由于

2、氣相中H2、H2O之間存在著下列平衡 + = （2-3） 平衡常數(shù)為： = 所以 = （2-4） 因此，用H2-H2O混合氣體可建立一定的氧位 。 同樣，用CO和CO2混合氣體也可建立一定的氧位 = = 類似氧位的建立，還可以用H2-H2S混合氣體控制氣相硫位，用H2-NH3混合氣體控制氣相的氮位，用H2-CH4混合氣體控制氣相的碳位等等。 (2)平衡時(shí)間的確定 在進(jìn)行冶金反應(yīng)平衡研究時(shí)，首先要做預(yù)備試驗(yàn)確定平衡時(shí)間，以保證體系真正達(dá)到平衡。 確定的方法，對大坩堝一般是相隔一定時(shí)間（從幾十分鐘到幾小時(shí)）進(jìn)行取樣分析（或用定氧探頭測定金屬液中a0），至組成（或a0）不變表示已達(dá)平衡；對小坩堝可依

3、次加熱至不同時(shí)間，樣品全部淬火分析組成。 在正式實(shí)驗(yàn)時(shí)，為了確保平衡真正達(dá)到，實(shí)驗(yàn)時(shí)間應(yīng)比確定的時(shí)間長。2.5.1.2 冶金反應(yīng)平衡的測定冶金反應(yīng)平衡的測定 ()氣相一固相反應(yīng)平衡的測定 下面以還原FeO的反應(yīng)為例說明氣一固反應(yīng)平衡的測定方法。 固體FeO被還原時(shí)，因?yàn)榧兾镔|(zhì)的活度為，所以平衡常數(shù)只取決于氣相成分，反應(yīng)式如下： eO（s）+ （g）= e（s） +2（g） 標(biāo)準(zhǔn)自由能變化 G=RTInK, 平衡常數(shù) K=P2 /P 為研究以上反應(yīng)的平衡，可以使一定組成的2混合氣體(P2 /P值一定)連續(xù)送入爐管內(nèi)，在實(shí)驗(yàn)過程中用熱天平稱量FeO和Fe混合物質(zhì)量的變化。 在恒溫下用不同組成的P2

4、 /P氣體進(jìn)行試驗(yàn)，找出固相質(zhì)量不改變時(shí)的氣相組成，此時(shí)的氣相組成即為此溫度下的平衡氣相的組成。()氣相一液相反應(yīng)平衡的測定 以氫為例，它在鐵液中的溶解反應(yīng)為：H2(g)=2H 如實(shí)驗(yàn)使用純鐵，又因?yàn)闅湓阼F液中溶解度很小，可忽略元素之間的相互作用，所以aH=%H，則反應(yīng)的溶解平衡常數(shù)為： K=%H2/PH2 或 %H=K 測定H2在鐵液中的溶解度時(shí)，可將高純鐵在感應(yīng)爐中一個(gè)事先抽成真空的密封系統(tǒng)的坩堝內(nèi)熔化，然后將一定量的H2氣通入，鐵液從氣相中吸收H2，直到飽和為止，這可由氣相的壓力穩(wěn)定不變來判斷。()液相一液相反應(yīng)平衡的測定 以下舉例說明液一液反應(yīng)平衡的測定方法。 用分配定律方法測定爐渣中

5、eO的活度時(shí)，可利用如下反應(yīng)： 平衡常數(shù) (2-5)習(xí)慣上用分配常數(shù) 首先將純eO液體與鐵液在一定溫度下作平衡實(shí)驗(yàn)。因?yàn)閑O為純物質(zhì)，所以L=1/ 。在純鐵液中,可以假定fO,即 = %O，所以L%O。 然后在反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)取樣分析其氧含量（此時(shí)為鐵液中的飽和氧含量），可求得L%O飽和的值。 對任一含eO的爐渣體系與鐵液進(jìn)行平衡實(shí)驗(yàn)時(shí)，根據(jù)以上結(jié)果： =%O L=%O/%O飽和 已知%O飽和值，測定該系統(tǒng)平衡時(shí)鐵液中的氧含量，即可求得 。 ()液相一固相反應(yīng)平衡的測定 下面以稀土元素鈰的脫反應(yīng)平衡為例。鈰脫的反應(yīng)產(chǎn)物為固體，反應(yīng)式如下： CeS（s）= Ce + S （2-6） 平衡常數(shù) 表觀平

6、衡常數(shù) 所以 K=K 由于 的值很小，可忽略不計(jì)，上式變?yōu)椋?（2-7） 由換算式 .可得： 略去后項(xiàng)可得 代入（2-7）式得到： 即 將 與 作圖，如圖2-23所示。圖2-23 用圖解法求鈰的脫硫 常數(shù) 其中%Ce和%S由平衡時(shí)取樣分析得到。將圖2-23中 外推到零時(shí)，根據(jù)式（2-7）得： 即 由此可求得值。將不同溫度下實(shí)驗(yàn)得到的值對溫度作圖，可得到與溫度的關(guān)系，進(jìn)而可求得式（2-6）反應(yīng)的 2.5.1.3 鐵液中溶質(zhì)活度和元素間相互作用系數(shù)的測定鐵液中溶質(zhì)活度和元素間相互作用系數(shù)的測定 進(jìn)行冶金反應(yīng)的自由能計(jì)算，必須知道鐵液中溶質(zhì)的活度。下面以鐵液中的活度測定為例，說明元素間相互作用系數(shù)的

7、測定方法。 以H2H2S混合氣體與Fe液在一定溫度下做平衡實(shí)驗(yàn)，反應(yīng)為 H2（g）+S= H2S（g） （2-8） 反應(yīng)的表觀平衡常數(shù)為 反應(yīng)的真實(shí)平衡常數(shù)為 （2-9） 將平衡實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到的k與w %S作圖，如圖2-24所示。 因?yàn)?，當(dāng)圖中w 時(shí) ，可得 , K=2.6410-3。KK 圖2-24 w%S與K的關(guān)系 求得值后可根據(jù)式（2-9）的關(guān)系求得不同 時(shí)的值，然后按 的關(guān)系求出不同w%S時(shí)的 。 將 對%S作圖，如圖2-25中S曲線所示。因?yàn)?= ，當(dāng)%S0時(shí)，圖中曲線的切線斜率即為 。Sflog圖2-25 log 與 w%j 的關(guān)系 對于Fe-S-j三元熔體，當(dāng)加入第三種元素j后，

8、將影響 和 值變化，而 值不變。根據(jù)式（2-9）,已知 和w%S值時(shí)，加入j元素后，可求得 。因?yàn)?= ，所以 log = log + log （2-10） 上式中l(wèi)og = ，以上已求得 ，當(dāng)w%S由分析得知時(shí)，對于Fe-S-j三元系實(shí)驗(yàn)，可求得log 。已求得 和 之后，可由式（2-10）算得 。將log 與第三元素w%j作圖，如圖2-25所示。求出圖中曲線的切線斜率即可得到 。KSSf 2.5.1.4 爐渣爐渣-鐵液間元素平衡分配的測定鐵液間元素平衡分配的測定 直接測定元素在渣-鐵間的平衡分配比,將更為方便和直觀。其結(jié)果可直接說明冶金反應(yīng)的平衡狀態(tài)及其影響因素，因而具有較大的實(shí)用價(jià)值。

9、以下分別舉例說明平衡分配的測定方法及其在鋼鐵冶金工藝過程中的應(yīng)用。 (1)鈮在渣一鐵間平衡分配的測定 研究鈮在渣-鐵間分配平衡時(shí)，可采用實(shí)際鐵水和鈮渣，使實(shí)驗(yàn)條件盡量接近實(shí)際情況，以便平衡實(shí)驗(yàn)結(jié)果直接與工藝過程相對比，找出渣一鐵反應(yīng)實(shí)際狀態(tài)與平衡狀態(tài)的差距，以利于對反應(yīng)進(jìn)行控制和改進(jìn)冶煉操作條件。 例如，鐵水提鈮條件下的硅鈮選擇性氧化 Si + O2 = (SiO2) 2Nb + 5/2 O2 = （Nb2O5） （Nb2O5）+ 5/2 Si = 2Nb + 5/2（SiO2） 將硅鈮選擇性氧化條件下的渣一鐵平衡實(shí)驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際工藝試驗(yàn)結(jié)果相對比，如圖2-28所示。該圖表明，當(dāng)wSi 0.15

10、%時(shí)，連續(xù)底吹爐試驗(yàn)的渣一鐵間(Nb2O5)/Nb接近平衡狀態(tài)，即此時(shí)鈮的分配比很小，說明用連續(xù)底吹爐進(jìn)行含鈮鐵水預(yù)脫硅，可得到很好的硅鈮選擇性氧化分離效果。圖2-28 (Nb2O5)/Nb與wSi%的關(guān)系 -連續(xù)底吹試驗(yàn), 1330-1370 -渣鐵平衡實(shí)驗(yàn), 1350 (2)錳在渣一鐵間的平衡分配 在頂?shù)讖?fù)吹少渣精煉或用錳礦直接合金化時(shí)，可加入錳的氧化物使其還原進(jìn)入鋼中，以節(jié)省用以鋼的合金化的錳鐵用量。如要得到盡可能高的錳收得率，需要了解MnO被還原進(jìn)入鋼中的熱力學(xué)條件和錳在渣一鋼間的平衡分配比。進(jìn)行平衡實(shí)驗(yàn)時(shí)，可采用爐渣一鋼液直接平衡法（與以上鈮的實(shí)驗(yàn)方法相同），以測定錳在渣一鋼間的平衡

11、分配情況。圖2-29和2-30是實(shí)驗(yàn)得到的渣中CaO/SiO2和w(FeO)%與錳的平衡分配比的關(guān)系。 圖2-29 (MnO)/Mn與CaO/SiO2 圖2-30 (MnO)/Mn與渣中w(FeO)% 的關(guān)系(1600) 的關(guān)系(1600) -wSi=0.08-0.11%;-wSi=0.17-0.25% 由圖可知，提高渣中CaO/SiO2和減少渣中FeO含量，可顯著降低錳的平衡分配比。因此，在實(shí)際工藝中可控制較高的渣堿度和較低的FeO含量，以獲得較高的錳收得率。當(dāng)然，還要?jiǎng)?chuàng)造較好的動(dòng)力學(xué)條件，使渣一鋼反應(yīng)盡快接近平衡。 2.5.2 固體電解質(zhì)電池的原理和應(yīng)用固體電解質(zhì)電池的原理和應(yīng)用 在煉鋼過

12、程中，鋼液中的C、Si、Mn、P等元素的氧化和脫S反應(yīng)都與鋼中氧有關(guān)； 在煉鋼的脫氧和合金化階段，各種脫氧劑的脫氧情況、合金元素的收得率和鋼的質(zhì)量等問題都涉及到鋼中氧含量； 在冶金反應(yīng)平衡的研究中，也常常需要知道鋼中氧的活度和氣相中的氧分壓。 利用固體電解質(zhì)電池定氧，是測定鋼中氧的一種有效方法。以下簡介固體電解質(zhì)電池定氧的原理和方法以及在鋼鐵冶金過程和實(shí)驗(yàn)研究中的應(yīng)用。 2.5.2.1 氧化物固體電解質(zhì)電池的工作原理氧化物固體電解質(zhì)電池的工作原理 導(dǎo)電體通?？煞譃閮纱箢悾?第一類是金屬導(dǎo)體，它們依靠自由電子導(dǎo)電； 另一類是電解質(zhì)導(dǎo)體，它們導(dǎo)電是依靠離子的運(yùn)動(dòng)。 電解質(zhì)導(dǎo)體：溶液或熔融狀態(tài)的電解

13、質(zhì)，例如：鹽水、熔鹽固體電解質(zhì)，在某些固體中有些特定的離子具有較大的遷移速度，在較高溫度的條件下，具有較高的電導(dǎo)率。 有關(guān)研究表明，在高溫下，具有低電阻的ZrO2或ThO2基的材料適合做固體電解質(zhì)。 由于在ZrO2中摻雜了CaO或MgO等氧化物，其陽離子與鋯離子的化合價(jià)不同，因而形成置換式固溶體，為了保持晶體的電中性，晶體中將產(chǎn)生氧離子空位，如圖2-35所示。氧離子空位的濃度由摻雜離子的濃度決定，即每加入1mol上述氧化物可造成1mol的氧離子空位數(shù)。 由于摻雜后的ZrO2晶體存在大量的氧離子空位，在較高溫度下，氧離子就有可能通過空位比較容易地移動(dòng)。如果處在電場的作用下，氧離子將定向移動(dòng)而成電

14、流。因而，摻雜的氧化鋯就成了氧離子的固體電解質(zhì)。 當(dāng)把固體電解質(zhì)（如ZrO2-CaO）置于不同的氧分壓之間，并連接金屬電極時(shí)（如圖2-36所示），電解質(zhì)與金屬電極的交界處將產(chǎn)生電極反應(yīng)，并分別建立起不同的平衡電極電位。顯然，由它們構(gòu)成的電池，其電動(dòng)勢E的大小與電解質(zhì)兩側(cè)的氧分壓直接有關(guān)。因此，ZrO2固體電解質(zhì)電池可用來測定氣相中的氧分壓或液態(tài)金屬中的氧活度。圖2-35 加入CaO后，ZrO2的晶格中產(chǎn)生氧離子空位示意圖圖2-36 固體電解質(zhì)氧電池工 作原理示意圖對于下述的可逆過程，在高氧分壓端的電極反應(yīng)為： (2-15)氣相中的氧分子奪取電極上的四個(gè)電子成氧離子并進(jìn)入晶體。該電極失去四個(gè)電子

15、，因而帶正電，是正極。在低氧分壓端，發(fā)生下述電極反應(yīng)： (2-16)晶格中的氧離子丟下四個(gè)電子變成氧分子并進(jìn)入氣相。此處電極得到四個(gè)電子，因而帶負(fù)電，是負(fù)極。 以上兩式之和即為電池的總反應(yīng) = (2-17) 相當(dāng)于氧從高氧分壓端向低氧分壓端遷移，反應(yīng)的自由能變化為：即 (2-18) 由熱力學(xué)得知，恒溫恒壓下體系自由能的減少等于體系對外界所做的最大有用功。即 (2-19) 這里，體系對外所做的有用功為電功。當(dāng)有1mol氧通過電解質(zhì)時(shí)，所攜帶的電量為4F（F為法位弟常數(shù)），因此所做的電功為： (2-20) 合并(2-18)、(2-19)式得 (2-21) 由(2-18)和(2-21) 式得 (2-

16、22) （2-22）式即為電動(dòng)勢與固體電解質(zhì)兩側(cè)界面上氧分壓的關(guān)系，稱為Nernst公式。式中T為絕對溫度；R為理想氣體常數(shù)（1.987calmol-1K-1或8.314Jmol-1K-1）；F為法位弟常數(shù)（23060卡伏-1克當(dāng)量-1或96500庫侖克當(dāng)量-1）。 由（2-22）式可以看出，對一個(gè)氧濃差電池，如果測定了E和T之后，就可以根據(jù)Po2和Po2中的已知者求得未知者。其中氧分壓已知的一側(cè)稱為參比電極。其中氧分壓已知的一側(cè)稱為參比電極。 在固體電解質(zhì)電池中除了上述離子導(dǎo)電之外，各種氧化物電解質(zhì)在高溫下還具有一定的電子導(dǎo)電性。當(dāng)存在一定的電子導(dǎo)電時(shí)，將會使原電池電動(dòng)勢下降，如用（2-22

17、）式進(jìn)行計(jì)算，就會產(chǎn)生較大的誤差。因此，必須對電動(dòng)勢與電解質(zhì)兩側(cè)氧分壓的關(guān)系進(jìn)行修正。對ZrO2基固體電解質(zhì)，在通常的使用條件下，可使用如下電子導(dǎo)電修正公式進(jìn)行計(jì)算： (2-23) 上式中，Pe為特征氧分壓，其數(shù)值通常由實(shí)驗(yàn)進(jìn)行測定。例如，我國某單位生產(chǎn)的ZrO2-w(CaO)4%固體電解質(zhì)的測定結(jié)果為： (2-24) ZrO2-MgO固體電解質(zhì)的測定結(jié)果是： (2-25) 2.5.2.2 固體電解質(zhì)定氧探頭的結(jié)構(gòu)和使用固體電解質(zhì)定氧探頭的結(jié)構(gòu)和使用 用固體電解質(zhì)ZrO2組裝的鋼液定氧探頭有三種類型：塞式、管式和針式，如圖2-37所示。 常用的管式探頭用ZrO2-MgO固體電解質(zhì)管組裝，耐熱震

18、性好，被廣泛采用。 用于工業(yè)上鋼液定氧的探頭中同時(shí)裝有PtRh30- PtRh6微型快速測溫?zé)犭娕?，可同時(shí)測出氧電勢和熱電勢。這種探頭是一次性探頭，由插件連接，以便更換。在探頭頂部裝有防渣鐵皮帽，以防通過渣層時(shí)與爐渣接觸。圖2-37 定氧測頭示意圖 a-塞式；b-管式；c-針式1-參比電極（Mo絲）；2-參比材料（Cr/Cr2O3 Mo/MoO2）3-固體電解質(zhì)(ZrO2-CaO)；4-填充材料(Al2O3)5-回路電極（Mo絲或其他金屬）；6-石英管 鋼液定氧探頭通常使用Mo/MoO2或Cr/Cr2O3作為參比電極，參比電極引線可用Mo絲，與鋼液接觸的回路電極也采用Mo棒。當(dāng)使用ZrO2Mg

19、O固體電解質(zhì)時(shí)，電池表達(dá)式是： （-）Mo|OFe|ZrO2MgO| Mo，MoO2|Mo（+） (2-26) （+）Mo|OFe|ZrO2MgO| Cr，Cr2O3|Mo（-） (2-27) 對于電池(2-26)，MoO2的分解壓大于鋼液的平衡氧分壓，以上(2-23)式可寫為： (2-28)(2-28)式中 為MoO2的平衡氧分壓，由下式 Jmol-1可得 (2-29) 如已測得氧電勢E（V）和溫度T，可利用已知的PMo和Pe由(2-28)式計(jì)算出鋼液中氧的平衡分壓。 由于 Jmol-1 則 (2-30) 將po代入(2-30)式，即可算出鋼液中氧活度ao 。如使用CrCr2O3參比極材料時(shí)

20、，當(dāng)CrCr2 O3分解壓小于鋼液的平衡氧分壓時(shí)，對于電池(2-27)式，以上(2-28)式可寫為: (2-31) (2-31)式中 Jmol-1 可得： (2-32) 當(dāng)已知E,T, 和 時(shí)，同樣可算出 ，再由(2-30)式計(jì)算 。 Oa 在定氧探頭使用時(shí)，可用毫伏儀記錄測出的電動(dòng)勢曲線，即氧電勢，如圖2-38所示。圖2-38 定氧探頭電動(dòng)勢記錄曲線 2.5.2.3 固體電解質(zhì)定氧電池在煉鋼上的應(yīng)用固體電解質(zhì)定氧電池在煉鋼上的應(yīng)用 固體電解質(zhì)定氧探頭在控制煉鋼操作,提高鋼的質(zhì)量方面顯示了較大的作用，一般在控制煉鋼操作上取得了以下幾個(gè)方面的效果。 (1)氧氣轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)碳的控制 鋼液含碳量與含氧量

21、有一定的關(guān)系，但根據(jù)煉鋼方法的不同，碳氧活度積并不處于平衡。因而可利用定氧探頭直接測定鋼液中 ，并根據(jù)同時(shí)取樣分析的C含量，繪制出碳氧關(guān)系曲線，以進(jìn)行終點(diǎn)碳控制。圖2-39是某鋼廠150tLD轉(zhuǎn)爐中用定氧探頭測得的氧活度與C 的關(guān)系 Oa圖2-39 用定氧探頭測得150t頂吹轉(zhuǎn)爐鋼水氧含量的變化一次拉碳；-補(bǔ)吹后 (2)連鑄半鎮(zhèn)靜鋼及沸騰鋼替代鋼種的脫氧控制 用連鑄生產(chǎn)低碳低硅軟線或焊條鋼時(shí)，鋼水含氧量必須控制在較窄的范圍內(nèi)，通常用合適的加鋁量來調(diào)節(jié)。如加入鋁太少，則鋼水含氧量太高，會在方坯坯殼下產(chǎn)生皮下氣泡；如鋼液含Al量較高，雖然鋼水含氧量較低，但容易產(chǎn)生澆鑄水口結(jié)瘤。最佳的含氧量應(yīng)使方坯

22、不產(chǎn)生皮下氣泡，澆鑄時(shí)又不發(fā)生水口結(jié)瘤。通常在精煉爐中直接定氧，然后喂Al線進(jìn)行調(diào)節(jié)。 (3)鎮(zhèn)靜鋼含Al量的控制 鎮(zhèn)靜鋼一般要用Al脫氧，尤其是深沖鋼要求鋼中Al含量為0.02以上。由于冶煉中影響Al收得率的因素很多而復(fù)雜、很難從加Al量確定鋼液中余A1量。通過大量研究已證明，連鑄鋼水含Al量(即酸溶Al)與定氧探頭測定的毫伏值E有一直線關(guān)系: （CrCr2O3參比極） 在不同條件下，上式中a、b確定后(與溫度無關(guān))，即可用于調(diào)整鋼中含Al量以達(dá)到要求的規(guī)格成分。 (4)易切削鋼硫化物夾雜形態(tài)的控制 易切削鋼的切削性與硫化夾雜物的形態(tài)有關(guān)。當(dāng)鋼液脫氧輕微時(shí)，鋼中硫化物夾雜可形成較大的球狀到扁

23、豆?fàn)铑w粒(MnS并溶解少量FeS和MnO)，可使鋼具有很好的切削性能。因此，可通過直接定氧控制最佳含氧量，既能使鋼中生成球狀硫化物顆粒，又可避免鋼液凝固時(shí)產(chǎn)生氣泡使表面質(zhì)量降低。 2.5.2.4 固體電解質(zhì)電池在冶金熱力學(xué)研究中的應(yīng)用 固體電解質(zhì)電池在冶金物理化學(xué)研究中的應(yīng)用非常廣泛，它可用于冶金反應(yīng)熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、電化學(xué)、相平衡等方面的研究。以下僅介紹應(yīng)用固體電解質(zhì)定氧方法進(jìn)行鋼鐵冶金熱力學(xué)研究的兩個(gè)實(shí)例。 ()測定 eNb熔體中Nb的活度 對含Nb鐵水進(jìn)行熱力學(xué)分析時(shí)，須知鐵液中Nb的活度及其他元素對Nb活度的相互作用系數(shù)。用固體電解質(zhì)定氧方法測定eNbNb時(shí)，可利用以下反應(yīng)： 2 (2-

24、33) 其平衡常數(shù)為 K= 當(dāng)渣中NbO2為固體純氧化物時(shí)，aNbO2=1，上式取對數(shù)得： log log (2-34)因?yàn)閘og e %Nb,當(dāng)%Nb0時(shí)，所以b0, log log %Nb 在一定溫度下做平衡實(shí)驗(yàn)，用定氧探頭測出反應(yīng)達(dá)平衡后的鋼液中a并取樣分析Nb含量。將不同爐次的實(shí)驗(yàn)結(jié)果按log %Nb與%Nb的關(guān)系作圖（圖2-44），將圖中曲線外推到%Nb時(shí)，即可得到log 的值。 圖2-44 log %Nb與%Nb的關(guān)系（1823K） 在不同溫度下實(shí)驗(yàn)可得到如下log 值： 1823log =4.572; 1853log =4.400; 1873log =4.285 由回歸分析得出：

25、logK=19608/T6.18 因?yàn)镚 =RTlnK，所以可得到 Nb+2O=NbO2(S) Go=375350+118.28T Jmol-1 利用上式的G ，可算出一定溫度下的平衡常數(shù)值。再根據(jù)（2-34）式，已知、aO和%Nb，可算出 。對于FeNbO系統(tǒng)， , 即log e %Nb+e %O 因?yàn)?O很小，故e %O值可忽略不計(jì)。 所以 =Nbf 將不同爐次的實(shí)驗(yàn)得到的log 對%Nb作圖（圖2-45），求出圖中曲線通過原點(diǎn)所作切線的斜率即為e 值。不同溫度下得到的e 值如下：1823K e =0.19; 1853K e =0.21；1873K e =0.22回歸處理后可得到e .圖2

26、-45 log 對%Nb圖(1853K) ()測定爐渣中Nb2O5的活度 在分析含鈮鐵水提鈮的熱力學(xué)時(shí)，要知道渣中Nb2O5的活度。測定 時(shí)，可用含鈮鐵水與鈮渣做平衡實(shí)驗(yàn)，利用以下反應(yīng)： 2Nb+5O=Nb2O5 G=1227795+473.89T Jmol-1 在一定溫度下（例如），以上反應(yīng)的平衡常數(shù)為 因此 = （2-35） 上式中l(wèi)og =e %Nb+ e %C + e %Si+ e %Mn+ e %P+ e %S 由文獻(xiàn)可查出1600時(shí)的相互作用系數(shù)e ,再利用e (1350)= e (1600)計(jì)算得實(shí)驗(yàn)溫度下1350的e 。根據(jù)實(shí)驗(yàn)中渣一鐵反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)取樣分析鐵水C、Si、Mn、

27、P、S和Nb以及用定氧探頭測定平衡時(shí)鋼液中 值，利用（2-35）式可算出渣中 值。改變爐渣成分進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可得到不同爐渣成分時(shí)的 值。通過分析爐渣中的Nb2O5含量，得到 ，再利用a=N計(jì)算得到渣中Nb2O5的活度系數(shù)。圖2-46是使用上述方法測得的MnOSiO2AI2O3渣系中的 和 。Oa52ONba圖2-46 MnOSiO2AI2O3渣系中的 和 （ - 10-4；-log ） 2.6 高溫冶金反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究方法高溫冶金反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究方法 冶金反應(yīng)大都是在高溫下進(jìn)行的，因此在高溫下研究冶金反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，更接近實(shí)際情況。下面介紹高溫下冶金反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究方法。 2.6.1 液液-液反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究

28、方法液反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究方法 高溫下的液-液反應(yīng)通常是指熔渣-鋼液之間的反應(yīng)，例如： 爐渣對鋼液的脫P(yáng)脫S； 渣中FeO對鋼中元素的氧化； 渣中氧化物向金屬液中還原等都屬于液-液反應(yīng)。 這里以渣中氧化物向鋼中還原為例，介紹液-液反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的研究方法。 熔渣中氧化物向鋼中還原的過程一般包括 渣中組元傳質(zhì)； 界面化學(xué)反應(yīng)； 鋼中組元傳質(zhì)等幾個(gè)環(huán)節(jié)。 其中，最慢的環(huán)節(jié)限制了總過程的進(jìn)行。 所以渣鋼間氧化物還原動(dòng)力學(xué)研究的重點(diǎn)是攪拌條件、反應(yīng)溫度、渣和鋼的攪拌條件、反應(yīng)溫度、渣和鋼的成份對還原速度的影響，成份對還原速度的影響，并利用數(shù)學(xué)模型分析確定總過程的限制性環(huán)節(jié)。 實(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)方法 實(shí)驗(yàn)可在碳管爐中進(jìn)

29、行，為避免氣相中的氧參與反應(yīng)，將Ar氣通入爐內(nèi)保護(hù)。實(shí)驗(yàn)過程中，間隔一定時(shí)間取鋼樣或渣樣，以測得反應(yīng)物（或產(chǎn)物）濃度隨時(shí)間的變化。 （1）反應(yīng)初始時(shí)間的確定方法 在研究渣-鋼反應(yīng)動(dòng)力學(xué)時(shí)，必須準(zhǔn)確確定初始反應(yīng)時(shí)間，常用的確定方法如下： 1)預(yù)熔渣頂加法：先將金屬料在坩堝中熔化。然后將渣料加入純鐵坩堝，吊在鋼液面上方預(yù)熔。當(dāng)渣熔化后，使純鐵坩堝底部與鋼液面接觸熔化，以熔渣鋪向鋼液表面的時(shí)刻為反應(yīng)初始時(shí)間。 2)混合渣投入法：易被還原的氧化物（如氧化鉬），在純鐵坩堝中預(yù)熔時(shí)，能被Fe還原，所以可采用直接投入法。實(shí)驗(yàn)時(shí)，將渣料混合均勻，用紙包投入鋼液表面，以渣料與鋼液接觸時(shí)作為反應(yīng)初始時(shí)間。 （2）

30、攪拌方法 改變?nèi)鄢貏?dòng)力學(xué)條件可采用兩種攪拌方法。 1)氣體攪拌：將Al2O3雙孔管插入鋼液內(nèi)，以合適的流量吹A(chǔ)r攪拌。 2)機(jī)械攪拌：用電機(jī)帶動(dòng)攪拌棒，以一定轉(zhuǎn)速在鋼液中攪拌。 （3）限制性環(huán)節(jié)的判斷方法 渣鋼反應(yīng)在高溫下進(jìn)行，一般反應(yīng)速度的限制性環(huán)節(jié)為渣中或鋼中組元的傳質(zhì)，但也有界面化學(xué)反應(yīng)為限制性環(huán)節(jié)的情況 1)判斷傳質(zhì)或界面反應(yīng)為限制性環(huán)節(jié)的方法 增強(qiáng)熔池?cái)嚢?，測其對反應(yīng)總速度的影響。如增加攪拌，反應(yīng)速度明顯加快，可說明反應(yīng)過程受傳質(zhì)條件影響，反之則說明反應(yīng)過程受界面化學(xué)反應(yīng)限制。 改變反應(yīng)體系溫度時(shí),對表征傳質(zhì)特征的擴(kuò)散系數(shù)D和表征化學(xué)反應(yīng)特征的速率常數(shù)k均有影響,它們與溫度T的關(guān)系分

31、別為: D D0e-ED/RT 和 k Z0e-E/RT 由于化學(xué)反應(yīng)活化能E比擴(kuò)散活化能ED的數(shù)值大的多，所以溫度對k的影響也大得多。因此，當(dāng)溫度升高時(shí)，如果反應(yīng)速度明顯增加，說明反應(yīng)的限制性環(huán)節(jié)為化學(xué)反應(yīng)。當(dāng)溫度對反應(yīng)速度影響較小時(shí)，則說明反應(yīng)的限制性環(huán)節(jié)為擴(kuò)散傳質(zhì)。 2)判斷鋼中或渣中組元傳質(zhì)為限制性環(huán)節(jié)的方法 可假定某一環(huán)節(jié)為限制性環(huán)節(jié)，建立該環(huán)節(jié)的傳質(zhì)數(shù)學(xué)模型。然后運(yùn)用數(shù)值法將實(shí)驗(yàn)結(jié)果代入模型進(jìn)行計(jì)算分析，考察是否符合傳質(zhì)模型所表達(dá)的關(guān)系。 2.6.1.2 鋼中鋼中Si還原渣中還原渣中Nb2O5的動(dòng)力學(xué)研究實(shí)例的動(dòng)力學(xué)研究實(shí)例 氧化物代替鐵合金進(jìn)行鋼的直接合金化，實(shí)質(zhì)上是渣中氧化物被

32、鋼液中組元還原的過程，當(dāng)熱力學(xué)條件合適時(shí)，渣中合金元素的氧化物向鋼液中還原的速度決定了該合金元素的收得率，因而需研究渣中氧化物的還原動(dòng)力學(xué)。下面以渣中Nb2O5被鋼中Si還原的動(dòng)力學(xué)研究為例。 在實(shí)驗(yàn)時(shí)，用Al2O3坩堝盛鋼液，采用預(yù)熔渣頂加法將含有Nb2O5的爐渣加入鋼水中，用雙孔管插入鋼液吹A(chǔ)r攪拌，熔渣與鋼液之間將發(fā)生如下反應(yīng)。 2（Nb2O5）5Si 5（SiO2）4Nb 按一定時(shí)間間隔取鋼樣分析，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果用Nbt/%Nbs（t時(shí)刻鋼中Nb含量/鋼中Nb達(dá)穩(wěn)定時(shí)的Nb含量）表示鋼中Nb的增加速度，亦即渣中Nb2O5的還原速度。將Nbt/%Nbs與時(shí)間t作圖，可看出（Nb2O5）的還原

33、速度隨時(shí)間的變化規(guī)律。通過改變吹A(chǔ)r攪拌的流量和反應(yīng)溫度，可得到圖2-47和2-48。圖2-47. 不同吹A(chǔ)r流量Q下, Nbt/Nbs隨時(shí)間的變化Q=0.5 l/min；Q=0.3 l/min；Q=0.12 l/min；Q=0.07 l/min 圖2-48. 不同溫度下,Nbt/Nbs隨 時(shí)間的變化 1680; 1640; 1600; 1550 由兩圖可知，吹A(chǔ)r流量對Nb2O5的還原速度有顯著影響，而溫度則影響不大。說明渣中Nb2O5還原速度的限制性環(huán)節(jié)是渣-鋼間組元的傳質(zhì)而不是界面化學(xué)反應(yīng)。 按液一液反應(yīng)的雙膜理論, 渣一鋼間的反應(yīng)過程可分五個(gè)環(huán)節(jié): (A)Nb2O5從渣中向渣鋼界面?zhèn)髻|(zhì)

34、； (B)Si從鋼中向鋼渣界面?zhèn)髻|(zhì)； (C)在渣鋼界面上（Nb2O5）與Si發(fā)生化學(xué)反應(yīng)； (D)在界面上生成的Nb向鋼中傳質(zhì)； (E)在界面上生成的SiO2向渣中傳質(zhì)。 在有關(guān)傳質(zhì)的四個(gè)環(huán)節(jié)，究竟那個(gè)環(huán)節(jié)是限制性環(huán)節(jié)，可首先假定某一步可能是速度最慢的限制性環(huán)節(jié)，并導(dǎo)出還原速度方程式，然后將這個(gè)公式用實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證，如相符可確定；如不符可排除。 分別假定環(huán)節(jié)(A)、(B)、(D)、(E)為限制性環(huán)節(jié)時(shí)，其傳質(zhì)速度方程式可表示為： 渣中渣中Nb2O5傳質(zhì)傳質(zhì) d(%Nb2O5)/dt = DNb2O5 /Nb2O5hs(%Nb2O5) - (%Nb2O5)* (2-36) 鋼中鋼中Si傳質(zhì)傳質(zhì) d

35、%Si/dt = DSi/Sihm（%Si - %Si *） (2-37) 鋼中鋼中Nb傳質(zhì)傳質(zhì) d%Nb/dt = DNb/Nbhm（%Nb*- %Nb） (2-38) 渣中渣中SiO2傳質(zhì)傳質(zhì) d(%SiO2)/dt = D SiO2 /SiO2hs(%SiO2)* - (%SiO2) (2-39) 將界面反應(yīng)平衡關(guān)系及渣鋼間的Nb和Si質(zhì)量平衡關(guān)系分別代入式(2-36)-(2-39)中，可導(dǎo)出以下4個(gè)積分式： （2-40） （2-41）（2-42） （2-43） 分析以上各積分式可知，在實(shí)驗(yàn)條件一定時(shí)，各式左邊均為%Nb的函數(shù)，記為F(%Nb)。如果各假定條件成立，以上各式求得F(%Nb

36、)與時(shí)間t的關(guān)系均應(yīng)為直線關(guān)系，其斜率為Di/ihi，將實(shí)驗(yàn)中得到的t時(shí)刻的%Nb和其它有關(guān)參數(shù)代入以上各式，并用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)值積分，可得到F(%Nb)與時(shí)間t的關(guān)系如圖2-49所示。圖2-49.假定不同限制性環(huán)節(jié)時(shí), 圖2-50. 不同初始時(shí)w(Nb2O5)%時(shí), F(%Nb)與時(shí)間的關(guān)系 F(%Nb)與時(shí)間的關(guān)系-渣中SiO2的傳質(zhì);-鋼中Si的傳質(zhì); 1、4-鋼中Nb的傳質(zhì); 2、3-渣中Nb2O5的傳質(zhì)-渣中Nb2O5的傳質(zhì);-鋼中Nb的傳質(zhì) 由圖2-49可看出，Si和(SiO2)的傳質(zhì)不是直線關(guān)系，說明其假定條件是錯(cuò)誤的，因此可以認(rèn)為這兩步不是限制性環(huán)節(jié)。而Nb和(Nb2O5)的傳質(zhì)

37、都是直線關(guān)系，還需用其它實(shí)驗(yàn)確定二者哪一步是限制性環(huán)節(jié)。 可改變初始(Nb2O5)0 的含量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，將結(jié)果代入式(2-40)和(2-42)再進(jìn)行數(shù)值積分，其結(jié)果如圖2-50所示。 如攪拌條件已定，改變初始(Nb2O5)0 的含量不會影響F(%Nb)-t直線的斜率。圖2-50表明，Nb2O5在渣中傳質(zhì)的兩條直線斜率相差很大，而Nb在鋼中傳質(zhì)的兩直線斜率基本不變，因而可確定因而可確定Nb由渣鋼界面向鋼中傳質(zhì)是還原反應(yīng)的限制性環(huán)節(jié)由渣鋼界面向鋼中傳質(zhì)是還原反應(yīng)的限制性環(huán)節(jié)。其傳質(zhì)速率方程式為：d(%Nb2O5)/dt = DNb2O5 /Nb2O5hs(%Nb2O5) - (%Nb2O5)*2.6

38、.2 固一液反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究方法固一液反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究方法 在鋼鐵冶金中所涉及的固液反應(yīng)有鐵的熔融還原、鋼液和合金的凝固、廢鋼和鐵合金的溶解、爐渣對耐火材料的侵蝕、石灰在爐渣中的溶解等。 下面以堿性耐火材料在轉(zhuǎn)爐渣中的溶解速度為例，介紹有關(guān)固一液反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的研究方法。 研究耐火材料在熔渣中的溶解速度，通常采用旋轉(zhuǎn)圓柱或圓盤法，其試驗(yàn)裝置如圖2-51所示。試驗(yàn)時(shí)，將耐火材料圓柱放入熔渣中旋轉(zhuǎn)浸蝕一定時(shí)間后，取出圓柱測量其直徑減少量。盛轉(zhuǎn)爐渣的容器，在1400以下時(shí)可用純鐵坩蝸，在1600時(shí)可用MgO坩堝。圖2-51.旋轉(zhuǎn)圓柱侵蝕實(shí)驗(yàn)裝置 1-渣;2-坩堝;3-耐火材料圓柱; 4-蓋(純鐵或石墨) 5

39、-鉬或鐵棒; 6-連桿;7-蝸輪;8電機(jī)9-提升手柄 10-Ar氣進(jìn)口;11-熱電偶;12-碳管爐圖2-52. 溶解速度V與圓柱旋轉(zhuǎn)線速度U的關(guān)系 白云石n=0.74; CaO n=0.69; MgO n=0.70 固體耐火材料在熔渣中的溶解速度如果由傳質(zhì)步驟所控制，其溶解速度將隨攪拌強(qiáng)度的增加而加快。用圓柱浸蝕后的半徑隨時(shí)間的減少（-dr/dt）表示溶速，用旋轉(zhuǎn)圓柱的線速度（U）表示攪拌強(qiáng)度。 U（cm/s） dm/60 上式中d為圓柱的平均直徑，cm；m轉(zhuǎn)速，r/min. 將MgO，CaO和白云石溶解試驗(yàn)得到的logV（dr/dt）與logU之間的關(guān)系用圖2-52表示。由該圖可知，圓柱的溶

40、解速度與線速度的n次方成正比，即符合下式關(guān)系（Ao為常數(shù)）： dr/dt AoUn (2-54) 式（2-54）中指數(shù)n與爐渣成份、耐火材料成份等因素有關(guān)。 圖2-52在渣Aw（CaO）40%，w(SiO2)40%，w(FeO)20%中試驗(yàn)所得到：白云石圓柱n = 0.74，CaO圓柱n = 0.69，MgO圓柱n = 0.70。以上結(jié)果說明，三種材料在渣中的溶解速度的限制性環(huán)節(jié)均為固一液界面的傳質(zhì)。因此，三種材料的溶解速度可分別由以下方程式表示。 JMgO = KMgO(CSM CbM) = KMgOCMgO (2-55) JCaO = KCaO(CSC CbC) = KCaOCCaO (2

41、-56) J白云石 = JMgO + JCaO = JCaO (1+ JMgO/JCaO) = KCaO(1+ JMgO/JCaO)CCaO (2-57) 式（2-57）中 JMgO/JCaO = KMgOCMgO/ KCaOCCaO =Qw(MgO)%/A/ Qw(CaO)%/A = w(MgO)%/w(CaO)% (2-58) 將式(2-58)代入式(2-57)中得: J白云石 = KCaO1+ w(MgO)%/w(CaO%)CCaO w(CaO)% w(MgO)%時(shí) (2-59) J白云石 = KMgO1+ w(CaO)%/w(MgO)%CMgO w(MgO)%w(CaO)%時(shí) (2-6

42、0) 以上各式中：J為傳質(zhì)通量，g/cm2s；K為傳質(zhì)系數(shù)；CS，Cb分別為耐火氧化物在渣中的飽和含量和實(shí)際含量；w(MgO)%，w(CaO)%分別為白云石中MgO和CaO的含量；Q為白云石總?cè)芙饬?，g/s；A為圓柱表面積，cm2；C為溶解驅(qū)動(dòng)力，即CS與Cb的濃度差。 以dr/dt表示溶解速度，以上各式可變?yōu)?dr/dt = K（s/b100）（C） (2-61) 式中：s為爐渣密度，g/cm3；b為圓柱試樣密度，g/cm3。 2.6.3 氣一液反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究方法氣一液反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究方法 鋼鐵冶金中的氣一液反應(yīng)，一般有鋼液的吸氮、吸氫，氧氣對鋼中元素的氧化，碳氧反應(yīng)，鋼液與空氣接觸時(shí)的二次氧

43、化和真空處理等。 下面以測量液態(tài)鐵被氧氣氧化的速度為例，介紹高溫下氣一液反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的研究方法。 研究液態(tài)鐵的氧化速度時(shí)，可采用恒容法。恒容法的實(shí)驗(yàn)裝置如圖2-55所示。石英反應(yīng)室的結(jié)構(gòu)如圖2-56所示。熔化設(shè)備為高頻感應(yīng)爐。用差壓變送器測量系統(tǒng)總壓力變化，電壓信號送電子電位差計(jì)自動(dòng)記錄。用氣相色譜儀分析氣相成分。恒容法的特點(diǎn)是，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的容積不變，但總壓力改變，所測量的是某一壓力下的瞬間溶解速度。 實(shí)驗(yàn)時(shí)，將純鐵樣品放入MgO坩堝內(nèi)，然后向系統(tǒng)中通入純氬，排除空氣。試樣在氬氣氣氛中熔化，當(dāng)鋼液達(dá)到預(yù)定溫度時(shí)，將系統(tǒng)抽真空（60s可達(dá)0.13322Pa真空度）。之后，即將恒壓瓶中的氧氣通入反應(yīng)室

44、內(nèi)，并測定氧氣總壓力的變化。在實(shí)驗(yàn)時(shí)，純鐵液氧化過程中反應(yīng)室內(nèi)氧氣壓力的變化見圖2-57。 圖2-55. 恒容法實(shí)驗(yàn)裝置 1-水銀壓力計(jì);2-參比氣室;3-氧氣儲氣室;4-薄膜壓力計(jì); 5-電橋控制器;6-記錄儀;7-感應(yīng)線圈;8石英反應(yīng)室; 9-高溫計(jì);10-溫度記錄儀;V1-V8-真空閥 圖2-56.石英管反應(yīng)室1-石英反應(yīng)室;2-氧化鋁蓋;3-石英坩堝4-MgO坩堝;5-液態(tài)鐵;6-泡沫氧化鋁; 7-絕緣墊;8-錐形接頭;9-耐熱玻璃蓋 由圖2-57可看出，液態(tài)鐵的吸氧過程分兩個(gè)明顯不同的階段。在液態(tài)鐵與氧氣接觸階段，發(fā)生2Fe+O2=2(FeO)的反應(yīng)，并放出大量化學(xué)熱，這個(gè)階段時(shí)間極

45、短，僅有零點(diǎn)幾秒。當(dāng)生成的FeO與液態(tài)鐵中的溶解氧含量達(dá)到平衡時(shí)，F(xiàn)eO不再溶解于鐵液，而在液態(tài)鐵表面生成氧化膜。如果氧氣繼續(xù)與鐵液反應(yīng)，則必須通過氧化膜，即進(jìn)入O2氧化膜鐵液的非均相反應(yīng)階段。對于鐵液表面有氧化膜存在時(shí)，鐵液吸收氧氣的反應(yīng)步驟如下： （1）氧氣在氣相中擴(kuò)散，吸附在氧化物表面，氣體分子解離成原子，氧原子在靠氣相側(cè)遷移； （2）氧原子在氣一氧化物相界面附近進(jìn)行界面反應(yīng)； （3）氧化物層內(nèi)氧離子擴(kuò)散，氧離子與金屬在氧化物一鐵液界面反應(yīng)； （4）氧原子在鐵液相內(nèi)擴(kuò)散。 一般情況下，反應(yīng)過程的總速率取決于其中最慢的一個(gè)環(huán)節(jié)的速率。當(dāng)有氧化膜存在時(shí)，可認(rèn)為氧原子在氣一氧化物界面靠氧化物側(cè)

46、的擴(kuò)散速率是反應(yīng)的限制性環(huán)節(jié)，因而鐵液吸氧速度方程為： dnO/dt = AKL（CO CO） （2-62） 上式中：nO為氧原子的mol數(shù)，KL為傳質(zhì)系數(shù)，cm/s；A為反應(yīng)界面積，cm2；CO、CO分別為氧化物相表面和氧化物相內(nèi)的氧濃度，mol/cm3。 假定在氣相一氧化物界面上氧分子首先解離，氧氣與氧化物之間處于平衡狀態(tài)，則1/2O2=O(氧化鐵中) K = (CO)/PO21/2 (2-63) 因?yàn)閚O = 2 nO2，將式(2-62)和(2-63)合并可得 dnO/dt = AKLK(1/2)( PO21/2 PO21/2) (2-64) 上式中：PO2為實(shí)驗(yàn)中的氧分壓（10010-

47、2atm）； PO2為與鐵液平衡時(shí)液態(tài)氧化鐵的氧分壓（約為 10-8atm），與PO2相比可忽略。 因?yàn)镻O2V = nO2RT， 令Km = (1/2) KLK，式(2-64)可改寫為 dnO/dt = Km (ART/V) PO21/2 (2-65) 當(dāng)t = 0時(shí)，PO2 = P0O2,，將式(2-65)積分可得 2（P0O21/2 PO21/2 ）Km (ART/V) t (2-66) 將實(shí)驗(yàn)結(jié)果按式(2-66)的關(guān)系作圖得到圖2-58的結(jié)果。由該圖可看出符合式(2-66)的關(guān)系，說明以上鐵液吸氧的速率方程式符合實(shí)際情況，因而證明鐵液通過氧化膜被氧化的速度限制性環(huán)節(jié)是氧原子在氣相一氧化

48、物界面靠氧化物側(cè)的擴(kuò)散。圖2-58中的斜率Km代表了反應(yīng)過程中鐵液吸氧速率的大小。實(shí)驗(yàn)時(shí)，還可在鐵液中添加不同的合金元素，以研究鐵液中各種元素對鐵液吸氧速度的影響。 圖2-57. 在氧化過程中反應(yīng)室內(nèi)氧氣 圖2-58. 2(P0O2-PO2)與 壓力變化的一個(gè)例子 (ART/V)t 的關(guān)系 No A,cm2 T, 1-反應(yīng)開始;2-氧氣沖入真空室中壓力降低; T-6 3.11 15533-氧氣與鋼液迅速反應(yīng);4-表面產(chǎn)生氧化鐵 T-12 3.23 1636膜后的反應(yīng)階段 P-1 4.05 1600 O-5 5.18 1600 2.6.4 氣一固反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究方法氣一固反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究方法 熱天平法熱天平法(減重法減重法) 在鋼鐵冶金中所涉及的氣一固反應(yīng)中，人們研究最多的是鐵礦石還原。研究氣體還原鐵礦石動(dòng)力學(xué)的常用方法是熱天平法。用該方法實(shí)驗(yàn)時(shí)，將礦球用鉑絲