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1、第四章第四章 冶金炉渣冶金炉渣三元系相图的基本学问及基本类型三元系相图的基本学问及基本类型熔渣的结构理论熔渣的结构理论3 31 12 2熔渣的化学性质和物理性质熔渣的化学性质和物理性质1三元系相图的基本学问及基本类型三元系相图的基本学问及基本类型1 1FE等含量规则等含量规则等比例规则等比例规则背向规则背向规则直线规则直线规则重心规则重心规则交叉位规则交叉位规则2三元系相图的基本学问及基本类型三元系相图的基本学问及基本类型1 1分界线上随意一点所代表的熔体，在结晶瞬间析出的固相成分，由该点的分界线上随意一点所代表的熔体，在结晶瞬间析出的固相成分，由该点的切线与相成分点的连线的交点来表示。当交点
2、位于相成分点之间，则这段切线与相成分点的连线的交点来表示。当交点位于相成分点之间，则这段分界线是低共熔线。当交点位于相成分点之外则这段分界线是转熔线。分界线是低共熔线。当交点位于相成分点之外则这段分界线是转熔线。切线规则切线规则3三元系相图的基本学问及基本类型三元系相图的基本学问及基本类型1 1面、线、点分析面、线、点分析ABCD4三元系相图的基本学问及基本类型三元系相图的基本学问及基本类型1 1三元相图结晶过程分析方法要点：三元相图结晶过程分析方法要点：物系点位置不变，变更的是液固相组成物系点位置不变，变更的是液固相组成;随意时刻，液、固相总组成点与物系点共线随意时刻，液、固相总组成点与物系
3、点共线;物系点所在的初晶面（结晶面），是最先析出的组元物系点所在的初晶面（结晶面），是最先析出的组元;物系点所在的三角形，确定了液相最终消逝的四相点，物系点所在的三角形，确定了液相最终消逝的四相点，也确定了最终的固相由哪三个组元组成。也确定了最终的固相由哪三个组元组成。5三元系相图的基本学问及基本类型三元系相图的基本学问及基本类型1 16熔渣的结构理论熔渣的结构理论完全离子溶液模型完全离子溶液模型完全离子溶液模型完全离子溶液模型（1）熔渣完全由正负离子组成。）熔渣完全由正负离子组成。碱性氧化物离解为金属阳离子和氧离子：碱性氧化物离解为金属阳离子和氧离子：酸性、中性氧化物结合氧负离子生成困难阴离
4、子：酸性、中性氧化物结合氧负离子生成困难阴离子：熔渣中不出现更困难的阴离子。熔渣中不出现更困难的阴离子。（2）正负离子相间分布。）正负离子相间分布。（3）正负离子间的作用力相等。）正负离子间的作用力相等。（4）熔渣是志向溶液）熔渣是志向溶液（正离子组成的志向溶液和负离子组成的志向溶液）（正离子组成的志向溶液和负离子组成的志向溶液）2 27熔渣的结构理论熔渣的结构理论2 2完全离子溶液模型完全离子溶液模型完全离子溶液模型完全离子溶液模型8熔渣的结构理论熔渣的结构理论2 2正规离子溶液模型正规离子溶液模型正规离子溶液模型正规离子溶液模型（1）熔渣由简洁的正离子和氧负离子组成，即）熔渣由简洁的正离子
5、和氧负离子组成，即:Ca2+、Mg2+、Mn2+、Fe2+、Al3+、P3+、Si4+、O2-（2）各正离子完全无序地分布在氧负离子四周。）各正离子完全无序地分布在氧负离子四周。（3）各种正离子与氧负离子的作用力不等。）各种正离子与氧负离子的作用力不等。9熔渣的结构理论熔渣的结构理论2 2典型例题典型例题1典型例题典型例题2:中期考试题中期考试题10熔渣的结构理论熔渣的结构理论2 2正规离子溶液模型正规离子溶液模型正规离子溶液模型正规离子溶液模型典型例题典型例题3已知熔渣成分如下：用完全离子溶液计算熔渣在1873K时FeO的活度，考虑离子活度系数。已知：11熔渣的化学性质和物理性质熔渣的化学性
6、质和物理性质3 3炉渣的容量性质；硫容量；碱度；光学碱度；熔点；粘度炉渣的容量性质；硫容量；碱度；光学碱度；熔点；粘度基本概念基本概念12第五章第五章 化合物的形成分解及碳、氢的燃烧反应化合物的形成分解及碳、氢的燃烧反应 化合物形成分解反应的热力学原理化合物形成分解反应的热力学原理碳酸盐的分解反应碳酸盐的分解反应燃烧反应的气相平衡组成计算燃烧反应的气相平衡组成计算 4 41 12 23 3氧化物的形成分解反应氧化物的形成分解反应燃烧反应燃烧反应5 513分解压的概念分解压的概念分解压的概念分解压的概念分解反应的热力学参数状态图分解反应的热力学参数状态图分解反应的热力学参数状态图分解反应的热力学
7、参数状态图化合物形成分解反应的热力学原理化合物形成分解反应的热力学原理114影响分解压的因素影响分解压的因素影响分解压的因素影响分解压的因素 固相物生成物或反应物相变固相物生成物或反应物相变固相物生成物或反应物相变固相物生成物或反应物相变温度温度温度温度分散度分散度固相物溶解形成溶体或形成困难化合物固相物溶解形成溶体或形成困难化合物15碳酸盐的分解反应碳酸盐的分解反应2碳酸盐分解的动力学碳酸盐分解的动力学碳酸盐分解的动力学碳酸盐分解的动力学式中各符号的意义；不同限制性环节下的速率表达式；完全式中各符号的意义；不同限制性环节下的速率表达式；完全式中各符号的意义；不同限制性环节下的速率表达式；完全
8、式中各符号的意义；不同限制性环节下的速率表达式；完全分解的时辰表达式及其影响因素。分解的时辰表达式及其影响因素。分解的时辰表达式及其影响因素。分解的时辰表达式及其影响因素。16氧化物的形成分解反应氧化物的形成分解反应3OO0K0KT/KT/KOO/KJ.mol/KJ.mol-1-11 1P PCOCO/P/PCO2CO2P PH2H2/P/PH2OH2OP PO2O2(2x/y)M+O(2x/y)M+O2 2=(2/y)MxOy=(2/y)MxOyHHC C氧势氧势氧势氧势17氧化物的形成分解反应氧化物的形成分解反应3形成分解的热力学原理：形成分解的热力学原理：形成分解的热力学原理：形成分解的
9、热力学原理：逐级转变原则、最低价氧化物存在原则逐级转变原则、最低价氧化物存在原则逐级转变原则、最低价氧化物存在原则逐级转变原则、最低价氧化物存在原则843K歧化温度歧化温度高价氧化物在温度上升时放出氧，依次突跃地经过体系中全部高价氧化物在温度上升时放出氧，依次突跃地经过体系中全部高价氧化物在温度上升时放出氧，依次突跃地经过体系中全部高价氧化物在温度上升时放出氧，依次突跃地经过体系中全部低价氧化物，直至零价低价氧化物，直至零价低价氧化物，直至零价低价氧化物，直至零价(金属金属金属金属)。18氧化物的形成分解反应氧化物的形成分解反应3形成分解的热力学原理形成分解的热力学原理形成分解的热力学原理形成
10、分解的热力学原理不相邻的氧化物不能平衡共存，稳定性相邻的化合物才能平衡共存不相邻的氧化物不能平衡共存，稳定性相邻的化合物才能平衡共存不相邻的氧化物不能平衡共存，稳定性相邻的化合物才能平衡共存不相邻的氧化物不能平衡共存，稳定性相邻的化合物才能平衡共存!逐级转变原则主要针对各级氧化物及金属均为凝合态纯物质的形成逐级转变原则主要针对各级氧化物及金属均为凝合态纯物质的形成逐级转变原则主要针对各级氧化物及金属均为凝合态纯物质的形成逐级转变原则主要针对各级氧化物及金属均为凝合态纯物质的形成 分解反应！分解反应！分解反应！分解反应！19氧化物的形成分解反应氧化物的形成分解反应3铁氧化物分解的优势区图铁氧化物
11、分解的优势区图铁氧化物分解的优势区图铁氧化物分解的优势区图Fe-OFe-O系氧化铁分解的优势区图系氧化铁分解的优势区图系氧化铁分解的优势区图系氧化铁分解的优势区图OlgPO220碳氢氧体系的燃烧反应碳氢氧体系的燃烧反应碳氢氧体系的燃烧反应碳氢氧体系的燃烧反应碳的气化反应碳的气化反应碳的气化反应碳的气化反应燃烧反应燃烧反应4C+COC+CO2 2=2CO =2CO GG0 0=169008-172.19T=169008-172.19TCOCO分解区分解区分解区分解区COCO形成区形成区形成区形成区P=1P=1P=1P=121燃烧反应的气相平衡组成计算燃烧反应的气相平衡组成计算 51156K115
12、6K平衡组成如何计算？平衡组成如何计算？(1)平衡组分体积分数总和方程平衡组分体积分数总和方程(2)反应平衡常数方程反应平衡常数方程(3)组分的原子物质的量守恒定方程组分的原子物质的量守恒定方程 干脆依据平衡方程求解干脆依据平衡方程求解1222燃烧反应的气相平衡组成计算燃烧反应的气相平衡组成计算 5典型例题典型例题例例例例题题题题1 1：将将将将成成成成分分分分为为为为 (CO(CO2 2)=11%,)=11%,(CO)=32%,(CO)=32%,(H(H2 2)=9%,)=9%,(N(N2 2)=48%)=48%的的的的混混混混合合合合气气气气体体体体送送送送入入入入热热热热处处处处理理理理
13、炉炉炉炉内内内内，加加加加热热热热到到到到1233K1233K，试试试试求求求求气气气气相相相相的的的的平平平平衡衡衡衡成成成成分分分分及及及及气气气气相相相相的的的的平平平平衡衡衡衡氧分压。（氧分压。（氧分压。（氧分压。（P264P264老版）老版）老版）老版）例例例例题题题题2 2 ：计计计计算算算算在在在在10105 5PaPa及及及及温温温温度度度度为为为为970K970K时时时时，分分分分别别别别用用用用空空空空气气气气及及及及 (O(O2 2)=24%)=24%的的的的富富富富氧氧氧氧空空空空气燃烧过剩固体碳的气相组分的体积分数。气燃烧过剩固体碳的气相组分的体积分数。气燃烧过剩固体
14、碳的气相组分的体积分数。气燃烧过剩固体碳的气相组分的体积分数。(老版老版老版老版P271)P271)例题例题例题例题3 3：作业：作业：作业：作业6 6章第章第章第章第5 5题题题题23第六章第六章 氧化物还原熔炼反应的热力学氧化物还原熔炼反应的热力学 氧化物还原的热力学条件氧化物还原的热力学条件氧化物的间接还原反应氧化物的间接还原反应 氧化物的干脆还原反应氧化物的干脆还原反应 金属热还原反应金属热还原反应铁的渗碳及含碳量铁的渗碳及含碳量 熔渣中氧化物的还原反应熔渣中氧化物的还原反应 高炉冶炼的脱硫反应高炉冶炼的脱硫反应 412356724氧化物还原的热力学条件氧化物还原的热力学条件1(MO)
15、+B=M+(BO)G G0RTlnaM a(BO)/(aB a(MO)=025氧化物的氧化物的氧化物的氧化物的间接还原间接还原间接还原间接还原反应反应反应反应2HH2 2、COCO还原铁氧化物的平衡图还原铁氧化物的平衡图还原铁氧化物的平衡图还原铁氧化物的平衡图FeO+COFe+CO2FeO+H2Fe+H2OFe3O4+CO3FeO+CO2Fe3O4+H23FeO+H2OFeO+COFe+CO2Fe3O4+CO3FeO+CO2COCO还原铁氧化物的平衡图还原铁氧化物的平衡图还原铁氧化物的平衡图还原铁氧化物的平衡图26氧化物的间接还原反应氧化物的间接还原反应氧化物的间接还原反应氧化物的间接还原反应
16、2还原剂的过剩系数和利用率还原剂的过剩系数和利用率还原剂的过剩系数和利用率还原剂的过剩系数和利用率FeO+CO=Fe+COFeO+CO=Fe+CO2 280065n=1+1/Kn=1+1/K0 027氧化物的间接还原反应氧化物的间接还原反应氧化物的间接还原反应氧化物的间接还原反应2HH2 2+Fe+Fex xO=xFe+HO=xFe+H2 2OOFeFex xOOFeFeC C0 0C C1 1C CC C平平平平 0 r r 0 r r0 0(1)气体在气相内扩散，主要是通过边界层的扩散气体在气相内扩散，主要是通过边界层的扩散外扩散；外扩散；(2)气体在固相内的扩散（已还原层的扩散）气体在固
17、相内的扩散（已还原层的扩散）内扩散；内扩散；(3)界面化学反应；界面化学反应；(4)气体产物在固体内向外扩散；气体产物在固体内向外扩散；(5)气体产物在气相内向外扩散。气体产物在气相内向外扩散。28氧化物的间接还原反应氧化物的间接还原反应氧化物的间接还原反应氧化物的间接还原反应229氧化物的干脆还原反应氧化物的干脆还原反应氧化物的干脆还原反应氧化物的干脆还原反应3ABA温度点意义温度点意义:FeO+CFe+CO B温度点意义温度点意义:Fe3O4+C3FeO+CO(5)FeOFeFe3O4P=1P=1固体碳存在时，对间接还原稳定区的影响固体碳存在时，对间接还原稳定区的影响固体碳存在时，对间接还
18、原稳定区的影响固体碳存在时，对间接还原稳定区的影响 CO2+C2CO (5)30炉渣中氧化物的还原炉渣中氧化物的还原炉渣中氧化物的还原炉渣中氧化物的还原6(MO)+C=M+CO(MO)+C=M+CO温度温度温度温度铁液和熔渣铁液和熔渣铁液和熔渣铁液和熔渣组成组成组成组成气相组成气相组成气相组成气相组成31高炉内的脱硫高炉内的脱硫高炉内的脱硫高炉内的脱硫7脱硫的热力学条件脱硫的热力学条件32第七章第七章 氧化熔炼反应氧化熔炼反应氧化熔炼反应的物理化学原理氧化熔炼反应的物理化学原理 锰、硅、铬、钒、铌、钨的氧化反应锰、硅、铬、钒、铌、钨的氧化反应 脱碳反应脱碳反应 脱硫反应脱硫反应 脱磷反应脱磷反
19、应 脱氧反应脱氧反应 123456吸气及脱气反应吸气及脱气反应 733氧化熔炼反应的物理化学原理氧化熔炼反应的物理化学原理 1元素氧化的类型元素氧化的类型元素氧化的类型元素氧化的类型 MM被吹入金属液中气态氧干脆氧化。被吹入金属液中气态氧干脆氧化。M M在钢渣界面被在钢渣界面被(FeO)(FeO)氧化。氧化。M M被溶解于金属液的被溶解于金属液的OO所氧化。所氧化。34氧化熔炼反应的物理化学原理氧化熔炼反应的物理化学原理 1GG0 0T T元素氧化的热力学条件元素氧化的热力学条件元素氧化的热力学条件元素氧化的热力学条件35典型元素硅锰的氧化特征典型元素硅锰的氧化特征典型元素硅锰的氧化特征典型元
20、素硅锰的氧化特征MnMnSiSi锰硅铬钒铌钨的氧化反应锰硅铬钒铌钨的氧化反应锰硅铬钒铌钨的氧化反应锰硅铬钒铌钨的氧化反应 236去碳保铬的热力学条件去碳保铬的热力学条件去碳保铬的热力学条件去碳保铬的热力学条件锰硅铬钒铌钨的氧化反应锰硅铬钒铌钨的氧化反应锰硅铬钒铌钨的氧化反应锰硅铬钒铌钨的氧化反应 2%Ni=0%Ni=1037有关选择性氧化的计算有关选择性氧化的计算有关选择性氧化的计算有关选择性氧化的计算锰硅铬钒铌钨的氧化反应锰硅铬钒铌钨的氧化反应锰硅铬钒铌钨的氧化反应锰硅铬钒铌钨的氧化反应 2 金属熔体金属熔体金属熔体金属熔体 GibbsGibbs自由能的计算自由能的计算自由能的计算自由能的计
21、算 相图相图相图相图 熔渣熔渣熔渣熔渣活度及活度系数活度及活度系数活度及活度系数活度及活度系数化学反应等温方程式化学反应等温方程式化学反应等温方程式化学反应等温方程式熔渣的结构及有关模型、碱度、氧化性熔渣的结构及有关模型、碱度、氧化性熔渣的结构及有关模型、碱度、氧化性熔渣的结构及有关模型、碱度、氧化性相图的解读相图的解读相图的解读相图的解读38关于碳氧积关于碳氧积关于碳氧积关于碳氧积脱碳反应脱碳反应脱碳反应脱碳反应 339脱碳过程中钢液的含氧量脱碳过程中钢液的含氧量脱碳过程中钢液的含氧量脱碳过程中钢液的含氧量脱碳反应脱碳反应脱碳反应脱碳反应 340脱碳过程中钢液的含氧量脱碳过程中钢液的含氧量脱
22、碳过程中钢液的含氧量脱碳过程中钢液的含氧量脱碳反应脱碳反应脱碳反应脱碳反应 3与熔渣层平衡的与熔渣层平衡的%O 熔池实际的熔池实际的%O 41脱磷反应脱磷反应脱磷反应脱磷反应 4脱磷热力学条件脱磷热力学条件及相关计算及相关计算42脱氧反应脱氧反应脱氧反应脱氧反应 7脱氧的目的脱氧的目的脱氧的目的脱氧的目的使使O实实降降低低到到OC之之下下确确定定程程度度，使使钢钢液液在在浇浇注注及及凝凝固固过过程程中中C+O=CO不不再进行或有限进行，保证钢锭或连铸坯组织及结构的紧密。再进行或有限进行，保证钢锭或连铸坯组织及结构的紧密。结晶时，晶界上不形成结晶时，晶界上不形成FeO-FeS共熔体，避开热脆。共
23、熔体，避开热脆。脱氧的方式原理及各自的优缺点！脱氧的方式原理及各自的优缺点！脱氧的方式原理及各自的优缺点！脱氧的方式原理及各自的优缺点！沉淀脱氧沉淀脱氧扩散脱氧扩散脱氧真空脱氧真空脱氧43脱氧反应脱氧反应脱氧反应脱氧反应 7脱氧常数脱氧常数脱氧常数脱氧常数脱氧常数脱氧常数脱氧常数脱氧常数44脱氧反应脱氧反应脱氧反应脱氧反应 7复合脱氧复合脱氧复合脱氧复合脱氧定义：定义：用脱氧元素的合金进行沉淀脱氧，用脱氧元素的合金进行沉淀脱氧，如如SiCa、SiMn、CaAl。脱氧产物：脱氧产物：两种氧化物同时产生，生成氧化物的液熔体。两种氧化物同时产生，生成氧化物的液熔体。优点：优点：a 降低了单一氧化物活度，脱氧反应更易进行，降低了单一氧化物活度，脱氧反应更易进行，O平平更低。更低。b 生成氧化物熔体一般是液态，可以合并为直径更大的生成氧化物熔体一般是液态，可以合并为直径更大的 夹杂上浮进入渣中。夹杂上浮进入渣中。脱氧剂用量的计算脱氧剂用量的计算脱氧剂用量的计算脱氧剂用量的计算45祝同学们取得优秀的成果！祝同学们取得优秀的成果！46