XXXX冶金物理化學(xué)輔導(dǎo)

國(guó)家精品課程

冶金物理化學(xué)

期末總復(fù)習(xí)郭漢杰北京科技大學(xué)2010-12-31郭漢杰編著，冶金物理化學(xué)教程（第二版），冶金工業(yè)出版社，2006

主要參考書(shū)目：

教材：張家蕓主編冶金物理化學(xué)

如何學(xué)習(xí)冶金物理化學(xué)課前預(yù)習(xí)，上課記好課堂筆記；在理解基本原理的前提下完成課后作業(yè)；抓住“重點(diǎn)”和“難點(diǎn)”，反復(fù)演練相關(guān)推導(dǎo)；真正理解一些關(guān)鍵問(wèn)題的含義，如“標(biāo)準(zhǔn)態(tài)”和“平衡態(tài)”，并搞清它們之間的關(guān)系。課程內(nèi)容1冶金熱力學(xué)基礎(chǔ)2冶金熔體3熱力學(xué)狀態(tài)圖4冶金熱力學(xué)應(yīng)用5冶金過(guò)程動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)6冶金反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型1冶金熱力學(xué)基礎(chǔ)●體系的自由能☉純物質(zhì)i的自由能☉溶液中i的自由能☉氣相中i的自由能☉固相中i的自由能●等溫方程式；●等壓方程式；●化學(xué)反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)自由能計(jì)算☉微、積分法（對(duì)結(jié)果進(jìn)行最小二乘處理，使其變?yōu)槎?xiàng)式）☉用已知的自由能（標(biāo)準(zhǔn)生成、溶解自由能函數(shù)）2冶金熔體-鐵溶液●兩個(gè)基本定律☉拉烏爾、☉亨利●活度及其三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)態(tài)☉活度的定義；☉活度及活度系數(shù)的關(guān)系（14個(gè)）●瓦格納方程●規(guī)則溶液☉混合自由能與超額自由能；☉定義☉性質(zhì)（超額函數(shù);α函數(shù)）2冶金熔體-熔渣●熔渣的基本性質(zhì)：☉堿度（一般、過(guò)剩堿、光學(xué)堿度）☉氧化還原性（氧化鐵折合成亞鐵-2、氧化亞鐵的氧化還原反應(yīng)）●熔渣理論模型（☉分子、☉離子理論）3熱力學(xué)狀態(tài)圖-氧勢(shì)圖●研究對(duì)象的●斜率（）公理：凝聚態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)熵遠(yuǎn)小于氣態(tài)的●曲線(xiàn)的類(lèi)型（5類(lèi)），斜率分別為：☉>0；☉=0（1條）；☉<0（1條）；☉在T點(diǎn)改變（金屬變大、非金屬變小）●曲線(xiàn)的位置（氧化還原）3熱力學(xué)狀態(tài)圖-相圖●相律●二元系相圖總結(jié)●三元系相圖☉濃度三角形及其性質(zhì)（5個(gè)）（垂線(xiàn)、平行線(xiàn)定理、等含量規(guī)則、定比例規(guī)則、直線(xiàn)規(guī)則、重心規(guī)則）☉具有一個(gè)穩(wěn)定二元化和物☉具有一個(gè)不穩(wěn)定二元化合物?！裣鄨D基本規(guī)則☉相區(qū)鄰接規(guī)則及其三個(gè)推論；☉相界線(xiàn)構(gòu)筑規(guī)則（兩個(gè)）；☉復(fù)雜三元系二次體系副分規(guī)則（含有一個(gè)化合物的三元系二次體系副分規(guī)則；含有兩個(gè)以上化合物的三元系二次體系副分規(guī)則（連線(xiàn)規(guī)則、四邊形對(duì)角線(xiàn)不相容原理）；☉切線(xiàn)規(guī)則；☉阿爾克馬德規(guī)則（羅策印規(guī)則）；☉零變點(diǎn)判斷規(guī)則4冶金熱力學(xué)應(yīng)用4.1硫容量4.2不銹鋼冶煉5冶金金動(dòng)動(dòng)力力學(xué)學(xué)基基礎(chǔ)礎(chǔ)化學(xué)學(xué)反反應(yīng)應(yīng)動(dòng)動(dòng)力力學(xué)學(xué)●動(dòng)動(dòng)力力學(xué)學(xué)方方程程的的寫(xiě)寫(xiě)法法；；●三三個(gè)個(gè)級(jí)級(jí)別別的的基基元元反反應(yīng)應(yīng)（（☉☉微微分分、、☉☉積積分分式式及及其其曲曲線(xiàn)線(xiàn)、、☉☉半半衰衰期期；；☉☉k的量量綱綱））；；●復(fù)合反反應(yīng)（☉☉平行；；☉可逆逆一級(jí)；；☉串聯(lián)聯(lián)）多相反應(yīng)應(yīng)基本理理論●菲克的兩兩個(gè)定律律（☉單相相，☉三三個(gè)特解解）；●邊界層的的理論（多相反反應(yīng)理論論；數(shù)學(xué)學(xué)模型、、圖、kd與Re及Sc的關(guān)系））；●動(dòng)力學(xué)三三個(gè)基本本模型（☉雙膜膜理論、、溶質(zhì)滲滲透理論論、表面面更新理理論；☉☉模型的的敘述及及三個(gè)傳傳質(zhì)系數(shù)數(shù)）6.冶金動(dòng)力力學(xué)模型型●氣固反反應(yīng)（未未反應(yīng)核核模型））☉反應(yīng)機(jī)理理☉外擴(kuò)散☉內(nèi)擴(kuò)散☉界面化學(xué)學(xué)☉聯(lián)合控速速及一般般情況●氣液相相反應(yīng)模模型☉單相中生生成氣泡泡的不可可能性；☉復(fù)相中生生成氣泡泡的條件件、大小小、上浮浮時(shí)間；☉C-O反應(yīng)的模模型（低碳、、高碳））●液液反應(yīng)應(yīng)模型☉機(jī)理；☉如何簡(jiǎn)簡(jiǎn)化機(jī)理理；☉最大速率率法確定定限制環(huán)環(huán)節(jié)；☉計(jì)算反反應(yīng)？%所需要的的時(shí)間冶金熱力學(xué)舉舉例：奧奧氏體不不銹鋼的的去碳保保鉻奧氏體不不銹鋼是是一種重重要的金金屬材料料，其特特點(diǎn)是具具有良好好的抗晶晶間腐蝕蝕能力。。其含碳碳量越低低，抗腐腐蝕能力力越強(qiáng)。。奧氏體不不銹鋼的的一般鋼鋼號(hào)為1Cr18Ni9（Ti），即，，C≤0.12%，Cr17%～19%，Ni8%～9.5%，Mn1%～2%，S≤0.02%，P≤0.035%。鋼號(hào)為0Cr18Ni9的不銹鋼鋼，C≤0.08%。對(duì)于超低低碳優(yōu)質(zhì)質(zhì)不銹鋼鋼，C≤0.02%。第一個(gè)階階段—配料熔化化法（1926年～上一一世紀(jì)40年代）方法特點(diǎn)點(diǎn)就是使用用各種低低碳原料料，如工工業(yè)純鐵鐵、純鎳鎳、低碳碳鉻鐵及及低碳廢廢鋼等。。按鋼號(hào)號(hào)要求事事先配好好料，然然后在電電爐內(nèi)熔熔化生產(chǎn)產(chǎn)不銹鋼鋼。所以以該法在在電爐中中只是個(gè)個(gè)單純的的熔化過(guò)過(guò)程。由于在熔熔化過(guò)程程中，電電極會(huì)向向熔池滲滲碳，因因此必須須使用低低碳原料料。配料熔化化法存在在如下兩兩個(gè)主要要問(wèn)題:（1）不能使使用不銹銹鋼返回回料。不不銹鋼生生產(chǎn)中會(huì)會(huì)產(chǎn)生大大約30%～50%的返回料料。如果使用用這些返返回料，，那么由由于熔化化過(guò)程中中，電極極會(huì)向熔熔池滲碳碳0.08%左右，因因此將造造成鋼水水中含碳碳量超標(biāo)標(biāo)。（2）如果使使用返回回料，不不能用鐵鐵礦石氧氧化去碳碳。在當(dāng)時(shí)，，吹氧氧氧化去碳碳技術(shù)還還未產(chǎn)生生，氧化化劑主要要是鐵礦礦石。然然而，若若想使用用返回料料，用鐵鐵礦石作作氧化劑劑，只會(huì)會(huì)造成鉻鉻的大量量氧化，，而碳并并不氧化化，從而而達(dá)不到到去碳保保鉻的目目的。??第二個(gè)階階段—返回吹氧氧法（1939年）該法在1939年由美國(guó)國(guó)發(fā)明，，稱(chēng)為不不銹鋼冶冶煉史的的一次革革命。該法的優(yōu)優(yōu)點(diǎn)是可以使使用返回回料，并并通過(guò)吹氧氧的方法法達(dá)到去去碳的目目的??該法同樣樣存在下下面兩個(gè)個(gè)問(wèn)題:（1）吹氧時(shí)時(shí)，鋼水水中的[Cr]也要氧化化一部分分，大約約2%～2.5%，造成一一定的浪浪費(fèi)。（2）配料時(shí)時(shí)Cr不能一次次配足。。即，生產(chǎn)產(chǎn)1Cr18Ni9不銹鋼時(shí)時(shí)，Cr不能一次次配到18%，而只能能配到12%～13%。??這樣停吹吹后，由由于吹氧氧損失2%～2.5%的Cr，熔池中中含Cr只有10%左右。所所以必須須在氧化化期末補(bǔ)補(bǔ)加一定定量的低低碳鉻鐵鐵，從而而提高了了生產(chǎn)成成本。第三個(gè)階階段—高碳真空空吹煉法法60年代發(fā)展展起來(lái)的的一種新新方法，，被稱(chēng)為為不銹鋼鋼冶煉史史上的新新紀(jì)元。。該工藝具具有如下下四個(gè)特特點(diǎn)：（1）原材料料不受任任何限制制，各種種高碳材材料均可可以使用用；（2）配料時(shí)時(shí)Cr可以一次次配足??（3）采用真真空或半半真空吹吹煉，或或者先在在常壓下下吹氧脫脫碳到一一定程度度后，再再進(jìn)行真真空或半半真空處處理；（4）鋼液中中[Cr]的回收率率高，可可達(dá)97%～98%選擇性氧氧化—奧氏體不不銹鋼的的去碳保保鉻熱力力學(xué)在煉鋼溫溫度下碳碳和鉻同同時(shí)與氧氧相遇，，氧化作作用必有有先后。。這決定定于元素素同氧的的親和力力的大小小，親和和力大的的先氧化化。按照照同氧親親和力大大小決定定氧化或或還原順順序，這這就是選選擇性氧氧化和還還原理論論核心。。從埃林漢漢圖可知知，吹煉溫度度必須高高于氧化化轉(zhuǎn)化溫溫度，才能使使鋼水中中的[C]氧化而[Cr]不氧化，，也就是是可以達(dá)達(dá)到去碳碳保鉻的的目的。。1473K標(biāo)態(tài)下的的氧化順順序?G0=0時(shí)，T＝1508K(1235oC)。?(固態(tài)下)標(biāo)態(tài)下的的氧化順順序?G0=0時(shí)，T＝1570K(1297oC)。?(溶于鋼液)非標(biāo)態(tài)下的氧氧化順序非標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下，，碳和鉻的氧氧化順序由等等溫方程決定定。Cr>9%時(shí)，渣中鉻氧氧化物為Cr3O4。所以冶煉不不銹鋼的反應(yīng)應(yīng)如下：非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下下，碳和鉻的的反應(yīng)決定于于溫度、C和Cr的含量、pCO。非標(biāo)態(tài)下氧化化轉(zhuǎn)化溫度計(jì)計(jì)算吹煉溫度必須