重庆大学冶金原理复习素材.pptx
1三元系相图的基本知识及基本类型1 1FE等含量规则等比例规则背向规则直线规则重心规则交叉位规则第1页/共46页2三元系相图的基本知识及基本类型1 1分界线上任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。切线规则第2页/共46页3三元系相图的基本知识及基本类型1 1面、线、点分析ABCD第3页/共46页4三元系相图的基本知识及基本类型1 1三元相图结晶过程分析方法要点：物系点位置不变，改变的是液固相组成;任意时刻，液、固相总组成点与物系点共线;物系点所在的初晶面（结晶面），是最先析出的组元;物系点所在的三角形，决定了液相最终消失的四相点，也决定了最终的固相由哪三个组元组成。第4页/共46页5三元系相图的基本知识及基本类型1 1第5页/共46页6熔渣的结构理论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。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复杂阴离子：熔渣中不出现更复杂的阴离子。（2）正负离子相间分布。（3）正负离子间的作用力相等。（4）熔渣是理想溶液（正离子组成的理想溶液和负离子组成的理想溶液）2 2第6页/共46页7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第7页/共46页8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（1）熔渣由简单的正离子和氧负离子组成，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周围。（3）各种正离子与氧负离子的作用力不等。第8页/共46页9熔渣的结构理论2 2典型例题1典型例题2:中期考试题第9页/共46页10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：第10页/共46页11熔渣的化学性质和物理性质3 3炉渣的容量性质；硫容量；碱度；光学碱度；熔点；粘度基本概念第11页/共46页12第五章 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碳酸盐的分解反应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燃烧反应5 5第12页/共46页13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化合物形成分解反应的热力学原理1第13页/共46页14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温度温度分散度固相物溶解形成溶体或形成复杂化合物第14页/共46页15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；完全分解的时间表达式及其影响因素。分解的时间表达式及其影响因素。第15页/共46页16氧化物的形成分解反应3OO0K0KT/KT/K OO/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)MxOyH HC C氧势氧势第16页/共46页17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：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歧化温度高价氧化物在温度升高时放出氧，依次突跃地经过体系中所有高价氧化物在温度升高时放出氧，依次突跃地经过体系中所有低价氧化物，直至零价低价氧化物，直至零价(金属金属)。第17页/共46页18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聚态纯物质的形成 分解反应！第18页/共46页19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OlgPO2第19页/共46页20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燃烧反应4C+COC+CO2 2=2CO =2CO GG0 0=169008-172.19T=169008-172.19TCOCO分解区分解区COCO形成区形成区P=1P=1P=1P=1第20页/共46页21燃烧反应的气相平衡组成计算 51156K1156K平衡组成如何计算？(1)平衡组分体积分数总和方程(2)反应平衡常数方程(3)组分的原子物质的量守恒定方程 直接根据平衡方程求解12第21页/共46页22燃烧反应的气相平衡组成计算 5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%的的混混合合气气体体送送入入热热处处理理炉炉内内，加加热热到到1233K1233K，试试求求气气相相的的平平衡衡成成分分及及气气相相的的平平衡衡氧分压。（氧分压。（P264P264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%的的富富氧氧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。(老版老版P271)P271)例题例题3 3：作业：作业6 6章第章第5 5题题第22页/共46页23第六章 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的间接还原反应 氧化物的直接还原反应 金属热还原反应铁的渗碳及含碳量 熔渣中氧化物的还原反应 高炉冶炼的脱硫反应 4123567第23页/共46页24氧化物还原的热力学条件1(MO)+B=M+(BO)G G0RTlnaM a(BO)/(aB a(MO)=0第24页/共46页25氧化物的氧化物的间接还原间接还原反应反应2H H2 2、COCO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第25页/共46页26氧化物的间接还原反应氧化物的间接还原反应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FeO+CO=Fe+COFeO+CO=Fe+CO2 280065n=1+1/Kn=1+1/K0 0第26页/共46页27氧化物的间接还原反应氧化物的间接还原反应2H H2 2+Fe+Fex xO=xFe+HO=xFe+H2 2OOFeFex xOOFeFeC C0 0C C1 1C CC C平平平平 0 r 0 r r r0 0(1)气体在气相内扩散，主要是通过边界层的扩散外扩散；(2)气体在固相内的扩散（已还原层的扩散）内扩散；(3)界面化学反应；(4)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。第27页/共46页28氧化物的间接还原反应氧化物的间接还原反应2第28页/共46页29氧化物的氧化物的直接还原直接还原反应反应3ABA温度点意义:FeO+CFe+CO B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 CO2+C2CO (5)第29页/共46页30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温度温度铁液和熔渣铁液和熔渣组成组成气相组成气相组成第30页/共46页31高炉内的脱硫高炉内的脱硫7脱硫的热力学条件第31页/共46页32第七章 氧化熔炼反应氧化熔炼反应的物理化学原理 锰、硅、铬、钒、铌、钨的氧化反应 脱碳反应 脱硫反应 脱磷反应 脱氧反应 123456吸气及脱气反应 7第32页/共46页33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 M 被吹入金属液中气态氧直接氧化。被吹入金属液中气态氧直接氧化。M在钢渣界面被在钢渣界面被(FeO)氧化。氧化。M被溶解于金属液的被溶解于金属液的O所氧化。所氧化。第33页/共46页34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第34页/共46页35典型元素硅锰的氧化特征典型元素硅锰的氧化特征MnMnSiSi锰硅铬钒铌钨的氧化反应锰硅铬钒铌钨的氧化反应 2第35页/共46页36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 2%Ni=0%Ni=10第36页/共46页37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 2 金属熔体金属熔体 GibbsGibbs自由能的计算自由能的计算 相图相图 熔渣熔渣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第37页/共46页38关于碳氧积关于碳氧积脱碳反应脱碳反应 3第38页/共46页39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 3第39页/共46页40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 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 第40页/共46页41脱磷反应脱磷反应 4脱磷热力学条件及相关计算第41页/共46页42脱氧反应脱氧反应 7脱氧的目的脱氧的目的使O实降低到OC之下一定程度，使钢液在浇注及凝固过程中C+O=CO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。结晶时，晶界上不形成FeO-FeS共熔体，避免热脆。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！沉淀脱氧扩散脱氧真空脱氧第42页/共46页43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第43页/共46页44脱氧反应脱氧反应 7复合脱氧复合脱氧定义：用脱氧元素的合金进行沉淀脱氧，如SiCa、SiMn、CaAl。脱氧产物：两种氧化物同时产生，生成氧化物的液熔体。优点：a 降低了单一氧化物活度，脱氧反应更易进行，O平更低。b 生成氧化物熔体一般是液态，可以合并为直径更大的 夹杂上浮进入渣中。脱氧剂用量的计算脱氧剂用量的计算第44页/共46页45祝同学们取得优秀的成绩！第45页/共46页46谢谢您的观看！第46页/共46页
