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1、冶金过程动力学 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望以前基础知识（界面反应）（传质方程）（速度方程与速度常数）（传质方程与传质系数）2基本概念化学反应：反应物；生成物反应进度：。反应速率：or3基本关系（1）速率方程：（质量作用定律）k1(cA0-x)k-1(cB0+x)一级反应：二级反应：4基本关系（2）菲克第一、第二定律：（稳态）（非稳态）传质方程：Sh=kdL/D(Sherwood)Re=uL/(Reynolds）Sc=/D (Schmidt)5双
2、膜理论-引出两者间联系6溶质渗透理论-kd在te时间内平均扩散流：7两个重要概念稳态过程控速环节（两个极限型概念）（简化 过程）8控速环节的浓度特征及其应用反应气体产物气体气体浓度界面化学反应控速气体边界层内传质控速产物层内扩散控速r=k+A(ci-ci/K)xr =-DAdc/dxr=(A/v)dx/dt /v:摩尔比容,m3/molr=kdA(cb-c0)CbC0反应界面反应界面反应界面9多相反应动力学建立恒等式传 质 速 率界面反应速率物 质 质 量变 化 速 率10气-固相部分涉及的内容反应气体产物气体碳的燃烧反应反应界面气体边界层O2CO2C+O2=CO2氧化物还原反应反应界面生成物
3、层气体边界层CO2COMO+CO=M+CO211抽象化抽象化-未反应核模型未反应核模型两点假设：（1）反应在同一界面上进行；（2）反应过程外径不变，未反应核与生成层结构均一。(1)反应物致密的，产物层 多孔;(2)扩散速度 化学反应速度。12外扩散：反应：A(g)+bB(s)=gG(g)+sS(s)rg=4r02kg(cAbcAs)rD=4ri2Deff 内扩散：rc=4ri2krea(cAi-cGi/K)界面反应：稳态过程：rg=rD=rccij控速环节：rg or rD or rc=13利用各种关系XB=1-(ri/r0)3 反应率：简化：14活性孔隙半径的上限p静lgh 15气液相部分主
4、体思路（1）氧、碳等穿过钢液边界层扩散到气泡表面，即 OOs,CCs，HHs,NNs等（2）气泡表面上发生化学反应:Os CsCO,2Hs H2,2Ns N2 等（3）生成气体从表面扩散到气泡内部，并随气泡上浮排出。钢液边界层内扩 散是控制环节16吹氩脱碳-气泡内压力变化低碳钢脱碳：高碳钢脱碳：17例：低碳钢脱碳18吹氩脱碳-氩气需要量高碳钢脱碳：低碳钢脱碳：19吹氩脱氢-脱氢与脱碳关系脱氢吹氩量：脱碳与脱氢关系：20真空脱气21液-液相反应步骤（1）A 由金属液内穿过金属液一侧边界层 向金属液-熔渣界面迁移；（2）(Bz+)由渣相内穿过渣相一侧边界层向熔 渣-金属液界面的迁移；（3）在界面上
5、发生化学反应；（4）(Az+)*由熔渣-金属液界面穿过渣相边界 层向渣相内迁移；（5）B*由金属液/熔渣界面穿过金属液边界 层向金属液内部迁移。A+(B z+)=(Az+)+B22反应：Mn+(FeO)=(MnO)+Fe (1)钢中锰原子向钢渣界面迁移；(2)渣中Fe2+向渣钢界面迁移；(3)钢渣界面上发生化学反应：Mn+(Fe2+)=(Mn2+)+Fe (4)生成的Mn2从界面向渣中扩散；(5)生成的Fe原子从界面向钢液内扩散。23第1步骤为控速环节24其它步骤为控速环节第2步骤：第4步骤：第5步骤：2526多相反应动力学一般研究思路（1）根据反应特点，提出假设条件，建立动力学步骤；（2）写出各步骤传输速率和界面反应速率；（3）找出反应控速环节简化动力学步骤，或应用稳态过程求出界面上浓度；（4）写出反应速率表达式；（5）写出反应物质量随时间的变化表达式；（6）建立反应速率与反应物质量随时间的变化的恒等式，即动力学方程。（7）通过实验结果验证方程的适用性。27