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上篇 冶金热力学原理1

第1章 冶金热力学基础1

1.1 化学反应的标准吉布斯自由能变化及平衡常数2

1.1.1 化学反应的等温方程式2

1.1.2 标准生成吉布斯自由能变化的温度关系式3

1.1.3 冶金反应标准吉布斯自由能变化的求法7

1.2 溶液的热力学关系式11

1.2.1 理想溶液11

1.2.2 稀溶液12

1.2.3 实际溶液13

1.3 活度的测定与计算方法13

1.3.1 同一体系中组元活度的计算13

1.3.2 利用吉布斯-杜亥姆方程计算组元活度21

1.3.3 多组元体系的活度系数及活度相互作用系数22

1.4 标准溶解吉布斯自由能变化24

1.4.1 不同标准态的标准溶解自由能变化24

1.4.2 铁液中元素的标准溶解吉布斯自由能的计算26

1.4.3 溶液化学反应的吉布斯自由能变化的计算27

第2章 金属熔体31

2.1 金属熔体的结构32

2.2 金属熔体的物理性质34

2.2.1 密度34

2.2.2 粘度36

2.2.3 扩散系数38

2.2.4 熔点39

2.2.5 表面张力42

2.2.6 蒸气压46

2.2.7 电阻率47

2.3 元素在金属熔体中的溶解和相互作用49

2.3.1 实际溶液与活度49

2.3.2 各种元素在熔铁中的溶解度和标准溶解吉布斯自由能变化51

2.3.3 熔铁中各种元素的相互作用系数关系53

第3章 冶金熔渣56

3.1 熔渣的来源和作用57

3.1.1 熔渣组分的来源57

3.1.2 熔渣的主要作用与类型57

3.1.3 熔渣的其他作用59

3.2 主要二元渣系相图60

3.2.1 相图与相变类型60

3.2.2 典型二元相图61

3.3 三元相图基本知识及类型64

3.3.1 三元相图基本知识64

3.3.2 三元系相图的表示法68

3.3.3 三元相图的基本类型71

3.3.4 冶金熔渣的基本渣系相图80

3.4 熔渣的结构理论85

3.4.1 分子结构假说85

3.4.2 离子结构理论87

3.4.3 金属与熔渣间电化学反应88

3.5 熔渣的离子溶液模型90

3.5.1 完全离子溶液模型90

3.5.2 离子聚合反应模型93

3.6 熔渣的活度曲线图94

3.6.1 二元硅酸盐渣系组分的活度94

3.6.2 CaO-SiO2-Al2O3渣系组分的活度95

3.6.3 CaO-SiO2-FeO渣系组分的活度96

3.6.4 含MnO渣系MnO的活度99

3.7 熔渣的化学性质100

3.7.1 酸—碱性100

3.7.2 氧化—还原性103

3.7.3 熔渣的容量性质103

3.8 熔渣的物理性质106

3.8.1 熔化温度106

3.8.2 密度108

3.8.3 粘度110

3.8.4 电导率113

3.8.5 表面性质113

中篇 冶金过程热力学118

第4章 化合物的生成与分解反应118

4.1 生成-分解反应的基本概念119

4.1.1 化合物的生成-分解反应119

4.1.2 分解反应的热力学参数状态图120

4.1.3 固相物的溶解对分解压的影响123

4.2 氧化物的形成与分解反应124

4.2.1 氧势124

4.2.2 氧势图129

4.2.3 氧势图的应用130

4.2.4 氧化物生成-分解的热力学原理133

4.2.5 氧化铁分解的优势区图136

4.2.6 铁-氧系状态图137

4.3 氯化物的相对稳定性140

4.4 硫化物的相对稳定性142

4.4.1 硫化物的分解压142

4.4.2 硫化物的分解142

4.5 碳酸盐的分解反应144

4.5.1 碳酸盐分解热力学144

4.5.2 主要碳酸盐的分解146

4.6 燃烧反应147

4.6.1 可燃气体的燃烧反应148

4.6.2 固体碳的燃烧反应153

4.7 燃烧反应气相平衡成分计算158

第5章 氧化物还原熔炼反应163

5.1 概述164

5.1.1 研究还原过程的意义164

5.1.2 还原过程分类164

5.1.3 还原反应进行的热力学条件165

5.1.4 还原剂的选择165

5.1.5 氧化物还原的热力学条件166

5.2 氧化物的间接还原反应169

5.2.1 气体还原氧化物的热力学169

5.2.2 浮氏体的还原173

5.2.3 还原剂的过剩系数及利用率174

5.3 简单金属氧化物的固体碳还原175

5.3.1 固体碳还原氧化物的热力学原理175

5.3.2 固体碳还原氧化铁的平衡图178

5.3.3 复杂氧化物的碳还原181

5.3.4 其他金属氧化物的碳还原182

5.4 金属热还原反应184

5.5 铁的渗碳及含碳量188

5.5.1 碳化物及碳势188

5.5.2 碳在固体Fe-C系中存在状态189

5.5.3 CO-CO2气体对铁的渗碳反应190

5.5.4 CH4对铁的渗碳反应193

5.5.5 高炉内铁的渗碳过程及生铁的含碳量194

5.6 熔渣中氧化物的还原反应195

5.6.1 还原反应的分配常数及影响因素195

5.6.2 SiO2的还原197

5.6.3 MnO的还原199

5.6.4 TiO2的还原201

5.6.5 其他氧化物的还原202

5.7 高炉冶炼的脱硫反应206

5.7.1 气-固相的脱硫反应206

5.7.2 熔渣-铁液间的脱硫反应206

5.7.3 铁液的炉外脱硫208

第6章 火法精炼反应214

6.1 氧化熔炼反应的物理化学原理216

6.1.1 熔池中氧化剂的种类及反应方式216

6.1.2 溶解元素氧化反应的氧势图217

6.1.3 氧化精练过程的热力学分析221

6.2 铁液中主要元素的氧化反应223

6.2.1 锰氧化的热力学223

6.2.2 硅氧化的热力学226

6.2.3 铬的氧化与还原227

6.2.4 钒的氧化热力学231

6.2.5 铌的氧化热力学232

6.2.6 钨的氧化热力学232

6.3 脱碳反应233

6.3.1 碳氧化反应的热力学233

6.3.2 钢液的实际氧浓度237

6.4 脱磷反应238

6.4.1 脱磷反应的热力学238

6.4.2 磷和碳、铬的选择性氧化244

6.4.3 熔渣中磷酸盐的还原246

6.4.4 还原脱磷246

6.5 脱硫反应247

6.5.1 炼钢脱硫反应的热力学247

6.5.2 炼钢的气化脱硫252

6.5.3 合成渣脱硫253

6.6 脱氧反应254

6.6.1 脱氧反应的热力学原理254

6.6.2 锰、硅、铝的脱氧反应258

6.6.3 复合脱氧反应260

6.6.4 钢中夹杂物的变形处理266

6.6.5 脱氧剂用量的计算269

6.7 硫化精炼270

6.8 熔析与凝析精炼271

6.8.1 熔析精炼的基本原理271

6.8.2 熔析精炼的基本步骤271

6.8.3 熔析精炼的类型272

6.8.4 熔析精炼的应用272

6.8.5 熔析过程的主要影响因素273

下篇 冶金过程动力学276

第7章 冶金反应动力学基础276

7.1 化学反应速度的表示方法277

7.1.1 反应级数278

7.1.2 温度对反应速率的影响278

7.1.3 确定限制性环节的方法279

7.2 反应过程动力学方程的建立280

7.2.1 多相反应动力学的基本特征及分类280

7.2.2 由稳定态原理建立动力学方程280

7.3 冶金反应动力学模型282

7.3.1 液-液相反应的动力学——双膜理论282

7.3.2 气-固相反应的动力学——未反应核模型284

第8章 冶金过程动力学290

8.1 还原过程动力学291

8.1.1 间接还原的机理291

8.1.2 铁矿石还原的数学模型292

8.1.3 氧化物直接还原反应的动力学301

8.1.4 铁水熔渣脱硫的动力学302

8.1.5 熔融还原反应的动力学303

8.2 火法熔炼反应动力学307

8.2.1 元素氧化反应的动力学307

8.2.2 脱碳反应过程的机理313

8.2.3 脱磷反应的动力学319

8.2.4 脱硫反应的动力学320

8.3 吸气及脱气反应321

8.3.1 钢液的吸收气体322

8.3.2 钢液中溶解气体的排出323

8.3.3 钢液脱碳过程中溶解气体的排出324

8.3.4 脱氧反应的动力学326

8.3.5 扩散脱氧327

8.4 碳酸盐分解动力学328

8.4.1 碳酸盐分解的机理和组成环节328

8.4.2 碳酸盐分解的速率式329

8.5 金属氧化动力学330

8.5.1 金属氧化过程的组成环节及电化学性质331

8.5.2 氧化物层的结构和形成331

8.5.3 金属氧化的速率332

8.6 固体碳燃烧动力学334

8.6.1 反应的组成环节334

8.6.2 固体碳和氧的反应335

8.6.3 固体碳气化反应336

8.7 钢液的真空处理337

8.7.1 挥发性杂质的除去337

8.7.2 真空脱气341

8.7.3 真空脱碳（氧）343

8.8 吹氩处理344

8.8.1 吹氩脱气344

8.8.2 吹氩脱氧（AOD法）345

8.8.3 氩-氧混合气体脱碳348

8.9 硫酸化焙烧动力学349

8.10 氯化反应动力学350

附录354

参考文献373