冶金过程动力学

冶金过程动力学

用化学动力学原理及宏观动力学方法研究从矿石提取金属及其化合物的各种冶金过程的一门学科。它和冶金过程热力学一样，是冶金过程物理化学的一个分支。冶金过程动力学研究冶金过程（包括冶金反应及物理过程）的速度及其机理，是提高冶金过程的冶炼强度、缩短冶炼时间、提高冶金产品质量、促进冶金工业自动化、探讨和开发冶金新技术及新流程的重要手段。

微观动力学和宏观动力学冶金过程通常是在高温、有多相存在和有流体流动下的物理化学过程。反应速度除了受温度、压力和化学组成及结构等因素的影响外，还受反应器（如冶金炉等）的形状和物料的流动状况以及热源等因素的影响。当反应的条件发生变化时，反应进行的途径（步骤）即反应机理也要发生变化。从分子理论微观地研究反应速度和机理称为微观动力学。一般情况，物理化学中的化学动力学属于微观动力学的范畴；结合反应装置在有流体流动、传质及传热条件下宏观地研究反应速度和机理称为宏观动力学。冶金过程动力学即属于宏观动力学的范畴。

反应的控制步骤为使某一反应进行，必须将参与反应的物质传送到反应进行的地点（界面），在那里发生反应，并使反应产物尽快排除。其中速度最慢的步骤限制着整个反应的速度，这个最慢的步骤称为控制步骤或限制环节。研究反应速度的目的就是要弄清在各种条件下反应进行的各种步骤，也即反应的机理，找出它的限制环节，并导出在给定条件下反应进行的速度方程式，以便用来控制和改进实际操作。

反应速度通常以单位时间物质i的浓度C i（对非理想溶液采用活度a i）的变化来表示，即反应速度

表示为。对反应物，反应速度v i是负值；对产物则v i为正值。以不可逆反应

a A+

b B─→

c C+

d D

为例，如果体系的总体积不变，则反应物减少量和产物生成量与方程式中计量比a、b、c、d的关系为

-d CΑ∶-d C B∶d C C∶d C D =a∶b∶c∶d

用反应物（A或B）或产物（C或D）的浓度表示的反应速度的相互关系为

根据质量作用定律

k为反应速度常数（或比反应速度），指数 (m＋n)值为反应级数。反应级数与方程式的计量比一致时（即m＝a,n＝b),该反应称为基元反应(elementary reaction),服从质量作用定律。但许多反应不是一步完成,或有许多副反应,因而反应级数不与方程式的计量比一致,即m +n厵a+b，而其值也不一定是整数，应由实验测得。

氧气顶吹转炉炼钢的脱碳反应，由钢液中的反应方程式【C】+【O】─→CO来看，似应为二级反应,但实验表明,此反应相当复杂，其反应级数随冶炼阶段而变化(表1)。由于炼钢过程的重要反应大部分在钢液-熔渣界面上进行,单纯研究均相反应的级数，其实际意义不大。

冶金过程动力学

传递现象与边界层①传质。任何流体（气体或液体）由于分子运动，其内部的浓度是均匀的。但当流体与另一液体或固体接触时，根据边界层理论，它的分子向相界面扩散受到阻力，界面上物质的浓度C i 和流体内部的浓度C∞有较大差异。浓度随距离x的变化情况见图1。有浓度变化的这一层称为浓度边界层，其厚度为δσ，在此产生物质传递（简称传质）的阻力。

冶金过程动力学

设代表传质速度, 即单位时间传递的物质的摩尔数（摩尔/秒）；J代表传质通量,即单位时间内通过垂直于传质方向 (沿x)的单位面积上的物质的摩尔数［摩尔/（米2·秒）］；A代表面积,

显然。根据斐克(Fick)第一定律：

式中D为物质的扩散系数（米2/秒）,为物质沿x方向的浓度梯度（物质是沿与x相反的方向向相界面传递）。图1中δσ是浓度边界层的厚度（米或厘米），但有效浓度边界层δN的定义为

可以证明

令

则J=-β(C∞-C i)β

为传质系数（米/秒或厘米/秒），1/β为物质在相界附近的传质阻力。以上各式均按稳态，即浓度梯度不随时间变化的情况下分析的。对非稳态则采用斐克第二定律在已知的边界条件下求解。

②动量传递。当流体沿固体平行流动,或两个密度悬殊的液体相互流动，在相界面产生摩擦，形成速度边界层δpr,而在相界面上的流体速度为零。研究动量传递则采用类似的牛顿粘滞定律。

③传热。当流动的流体接触固体时,发生对流传热，流体内部的温度不同于相界面的温度，在固体表面附近形成一温度边界层δT。研究传热则采用类似的傅立叶(Fourier)定律。

三传现象（传质、动量传递及传热）对研究冶金过程动力学非常重要。例如在炼铁高炉中，焦炭在风口燃烧产生大量的高温气体，后者沿炉身上升，而加入的炉料则自炉顶下降，在高温区铁滴及熔渣滴穿过焦炭流入炉缸。高炉中充满了气、固、液流动体，在它们的相互流动中发生热交换及物质交换。所以研究高炉反应动力学必须研究三传的作用。又如为提高钢质量的喷射冶金，用氩气将固体粉料喷入钢液中，形成气泡、固体颗粒及液体的流动体，这里动量传递起重要作用。对连续铸锭，用电磁搅拌研究凝固速度与钢液流动的相互关系，从而改进钢坯的表面质量，这里传热起重要作用。

多相反应模型双膜理论为了研究反应机理和控制步骤有必要设计冶金过程的模型。熔渣和金属液的反应常用双膜理论模型来处理（图2）。图内Ⅰ、Ⅱ分别代表熔渣和金属液两个相,CⅠ、CⅡ为某组分在Ⅰ、Ⅱ两相内部的浓度,C媽、C嫇为相界面处的浓度,x为距相界面的距离。从Ⅰ相内部向相界面的传质通量J Ⅰ，即单位面积的传质速度为

βⅠ为Ⅰ相的传质系数。

冶金过程动力学

设在相界面发生的化学反应（或分配过程）为一级反应，则在单位面积的相界面发生的反应速度为

k+、k-分别代表正、逆反应的速度常数，由于平衡常数

自相界面向Ⅱ相内部的传质通量JⅡ为

βⅡ为Ⅱ相的传质系数，反应达到稳态时，

三式相加，得

上式中是总反应的推动力，是Ⅰ相的传质阻力，是界面反应的阻力,是Ⅱ相的

传质阻力。这三个阻力之和就是总反应的阻力。通常，界面反应很迅速,k+很大,则很小,可以忽略不计。传质速度决定于某一相边界层的扩散阻力或双方边界层的扩散阻力。

对于钢液-熔渣反应,例如：钢液中的Mn与溶渣中的FeO(Fe2+)反应：

【Mn】＋(FeO)─→(MnO)＋【Fe】

或【Mn】＋(Fe2+)─→(Mn2+)＋【Fe】

其进行步骤为：

①钢液中Mn原子向钢渣界面扩散移动；

②渣中Fe2+离子向钢渣界面扩散移动；

③在钢渣界面上完成化学反应；

④生成的Mn2+离子从界面向渣内部扩散移动；

⑤生成的Fe原子从界面向钢液内部扩散移动。

步骤③是化学反应，在高温下反应速度很快，不可能是控制步骤。曾根据渣中含Mn2+5％、Fe2+20％,钢液中含Mn0.2％，温度为1600℃进行过计算（表2）。可以看出④的速度最慢，是控制步骤，它控制着［Mn］氧化入渣的整个反应。根据现有的研究成果,在炼钢杂质去除过程中,硅、磷在钢液中的扩散是控制步骤，而锰、硫在渣中的扩散是控制步骤。但当渣中含有大量不溶解的磷酸钙或氧化钙时，PO婯离子在渣中的扩散则成为磷的氧化反应的控制步骤。提高温度降低熔体粘度或采用搅拌（机械或气体搅拌）均可提高传质速度。

冶金过程动力学

未反应核模型常用来研究气－固反应总反应速度的模型（图3）。以铁矿石还原为例：

Fe3O4+4CO─→3Fe+4CO2

设球形试样（如球团矿）还原时，反应区域是由表面等速向中心推进的；反应前后，球团的体积没有变化；固态产物是多孔的；还原气体可以通过产物层扩散（内扩散）到反应区域。当界面的化学反应按一级反应处理时，还原总反应速度为

冶金过程动力学

式中凜为总反应速度（摩尔/秒）；r0为球团的半径（米或厘米）；r为未反应核的半径（米或厘米）;C0

为气体内部还原气体的浓度（摩尔/米3）；C*为同气体产物相平衡的还原气体的浓度（摩尔/米3）;βg为气体边界层的传质系数（米/秒或厘米/秒）;K为反应的平衡常数;k为反应前进方向的速度常数(米／秒或厘米/秒)；D有效为有效扩散系数（米2/秒或厘米2/秒）,可按D有效＝Dεξ求得,其中D为还原气体在自由空间的扩散系数，ε是产物层的气孔率,ξ是迷宫度系数；因为产物层中的气孔不是直通的，而是象迷宫一样错

综分布，还原气体在产物层中的扩散途径要比直线距离长得多，所以用ξ加以修正。

总反应速度公式右边分母第一项代表气体边界层的传质阻力，第二项代表还原气体通过固体多孔产物层的内扩散阻力，第三项代表界面化学反应的阻力。这些阻力的相对作用大小随着矿石的种类、性质和反应条件而变化。

未反应核的半径r是无法直接测得的,在应用该式时常用反应的转化率或还原度f来代替：

代入上列总反应式中，得

式中d 0是矿石中需要还原去除的氧浓度(摩尔/米3)。利用此式可以求出欲达到某个还原度所需的时间。

冶金过程中的铁矿石还原，石灰石焙解等都是适用未反应核模型的气固相反应。但由于矿石颗粒本身也有孔隙度，化学反应可能在颗粒内部任何地区进行，不一定有一明确的反应区域；而且因为这些反应经常是吸热的，需要外来热源，伴有传热现象；所以全面地分析尚需要更复杂的反应模型。

冶金过程动力学的发展概况从分子理论研究反应速度的化学动力学自1850年开始，已有百余年的历史。应用于冶金过程的宏观动力学自20世纪40年代末期开始发展。随着氧气顶吹转炉炼钢、连续铸锭、闪速熔炼和喷射冶金等新技术的发展，冶金过程动力学已成为70年代以来颇为活跃的边缘学科。除了用动力学理论及实验方法研究冶金过程的反应速度和机理外，冶金过程动力学的另一个发展趋势是向冶金反应工程学发展。

参考书目

H.Y. Sohn & M. E.Wadsworth,Rate Processes of Extractive Metallurgy,Plenum,New York,1979.

J.Szekely & N.J. Themlis, Rate Phenomenɑ in Process

Metallurgy,Wiley-Interscience,New York,1971.

黄希祜主编：《钢铁冶金原理》，第五章：冶金反应过程动力学，冶金工业出版社，北京，1980。

川合保治（日）著，徐同晏、戴嘉惠译：《钢铁冶金反应动力学》，冶金工业出版社，北京，1982。（川合保治：《鉄冶金反応速度論》,日刊工業新聞社,東京，1973。）

南京大学《物理化学》练习 第十章 化学动力学基础(一)

第十章化学动力学基础（一） 返回上一页 1. 298 K时N2O5(g)分解反应半衰期t1/2为5.7 h,此值与N2O5的起始浓度无关,试求: (1) 该反应的速率常数. (2) 作用完成90%时所须的时间. 2. 某人工放射性元素放出α粒子,半衰期为15 min ,试问该试样有80%分解,需时若干? 3. 把一定量的PH3(g)迅速引入温度为950 K的已抽空的容器中,待反应物达到该温度时开始计时(此时已有部分分解),测得实验数据如下: t/s 0 58 108 ∞ P/kPa 35.00 36.34 36.68 36.85 已知反应 4pH3(g) P4(g) + 6H2(g) 为一级反应,求该反应的速率常数k值(设在t=∞时反应基本完成) 4. 在某化学反应中随时检测物质A的含量,1小时后,发现A已作用了75%,试问2小时后A还剩余多少没有作用?若该反应对A 来说是: (1) 一级反应. (2) 二级反应(设A与另一反应物B起始浓度相同) (3) 零级反应(求A作用完所用时间) 5. 在298 K时, NaOH与CH3COOCH3皂化作用的速率常数k2与NaOH与CH3COOC2H5皂化作用的速率常数k2' 的关系为k2=2.8k2' .试问在相同的实验条件下,当有90% CH3COOCH3被分解时, CH3COOC2H5的分解百分数为若干?

6. 对反应2NO(g) +2H2(g)---> N2(g) +2H2O(l) 进行了研究,起始时NO与H2的物质的量相等.采用不同的起始压力相应的有不同的半衰期,实验数据为: p0 /kPa 47.20 45.40 38.40 33.46 26.93 t1/2/min 81 102 140 180 224 求该反应级数为若干? 7. 反应A+B P的动力学实验数据如下, [A]0/(mol·dm-3) 1.0 2.0 3.0 1.0 1.0 [B]0/(mol·dm-3) 1.0 1.0 1.0 2.0 3.0 r0/(mol·dm-3·s-1) 0.15 0.30 0.45 0.15 0.15 若该反应的速率方程为 ,求x和y的值. 8. 碳的放射性同位素在自然界树木中的分布基本保持为总碳量的 1.10×%.某考古队在一山洞中发现一些古代木头燃烧的灰烬,经分析的含 量为总碳量的9.87×%,已知的半衰期为5700年,试计算这灰距今约有多少年? 9. 某抗菌素在人体血液中呈现简单级数的反应,如果给病人在上午8点注射一针抗菌素,然后在不同时刻t测定抗菌素在血液中的浓度c(以mg/100 cm3表示),得到以下数据 t/h 4 8 12 16 c /(mg/100 cm3） 0.480 0.326 0.222 0.151 (1) 确定反应的级数. (2) 求反应的速率常数k和半衰期t1/2.

第二章 化学反应动力学基础(答案)

第二章 反应动力学基础 一、填空题 1. 生成主产物的反应称为 主反应 ，其它的均为 副反应 。 2. 化学反应的总级数为n ，如用浓度表示的速率常数为C K ，用逸度表示的速率常数f K ，则C K =n f K 。 3. 化学反应的总级数为n ，如用浓度表示的速率常数为C K ，用气体摩尔分率表示的速率常数y K ， 则C K = n p RT ???? ?? y K 。 4. 化学反应速率式为βαB A C A C C K r =-，用浓度表示的速率常数为C K ，假定符合理想气体状态方程，如用压力表示的速率常数P K ，则C K =____)()(βα+RT ___P K 。 5. 反应A + B → C ，已知115.0-=s k ，则反应级数n= 1 。 6. 反应3A → P ，已知s l mol k ?=/15.0，则反应级数n=___0____。 7. 活化能的大小直接反映了 反应速率 对温度的敏感程度。 8. 对于一非恒容均相化学反应B A B A αα?，反应组分A 的化学反应速率=-A r Vdt dn r A A -=- 。（ V d t dn r A A -=-、 Vdt dn r B A -=-、dt dC r A A -=-、dt dC r B A -=-） 9. 气相反应A + B → 3P + S 进料时无惰性气体，A 与B 以1∶1摩尔比进料，则膨胀因子A δ=____2___。 10. 气相反应3A + B → P + S 进料时无惰性气体，A 与B 以2∶1摩尔比进料，则膨胀因子A δ=___-2/3____ 11. 在一间歇恒容反应器中进行如下平行反应12k k A P A S ??→??→，P 为目的产物，已知0A c 的单位为[]/mol L ，1k 的单位为1s -????，2k 的单位为[]/L mol s ?，活化能12E E >。则R A = )(221A A C k C k +- 。目的产物P 的瞬时选择性P S = 1212A A A k c k c k c + ，为了提高P S ，A c 要控制得较 低 ，T 要控制得较 高 。

第二章反应动力学基础解析

2 反应动力学基础 2.1在一体积为4L 的恒容反应器中进行A 的水解反应，反应前 A 的含量为12.23%（重量），混合物的密度为1g/mL ，反应物A 的分子量为88。在等温常压 解：利用反应时间与组分A 的浓度变化数据，作出C A ～t 的关系曲线，用镜面法求得t=3.5h 时该点的切线，即为水解速率。 切线的斜率为 0.760.125/.6.1 α-==-mol l h 由（2.6）式可知反应物的水解速率为 0.125/.-==dC A r mol l h A dt 2.2在一管式反应器中常压300℃等温下进行甲烷化反应： 2423+→+CO H CH H O 催化剂体积为10ml ，原料气中CO 的含量为3%，其余为N 2,H 2气体，改变进口原料气流量Q 0解：是一个流动反应器，其反应速率式可用（2.7）式来表示 00000(1)(1)-= =-=-=-A A R A A A A A A A A dF r dV F F X Q C X dF Q C dX 故反应速率可表示为： 000 0(/)==A A A A A R R dX dX r Q C C dV d V Q 用X A ～V R /Q 0作图，过V R /Q 0=0.20min 的点作切线，即得该条件下的dX A /d(V R /Q 0)值α。 0.650.04 1.79 0.34 α-== 故CO 的转化速率为 40030.10130.03 6.3810/8.31410573--? ===???A A P C mol l RT

430 0 6.3810 1.79 1.1410/.min (/)--==??=?A A A R dX r C mol l d V Q 2.3已知在Fe-Mg 催化剂上水煤气变换反应的正反应动力学方程为： 20.850.4 /-=?w CO CO r k y y kmol kg h 式中y CO 和y CO2为一氧化碳及二氧化碳的瞬间摩尔分率，0.1MPa 压力及700K 时反应速率常数k W 等于0.0535kmol/kg.h 。如催化剂的比表面积为30m 2/g ，堆密度为1.13g/cm 3，试计算： （1） 以反应体积为基准的速率常数k V 。 （2） 以反应相界面积为基准的速率常数k g 。 （3） 以分压表示反应物系组成时的速率常数k g 。 （4） 以摩尔浓度表示反应物系组成时的速率常数k C 。 解：利用（2.10）式及（2.28）式可求得问题的解。注意题中所给比表面的单位换算成m 2/m 3。 33230.450.45 33 0.45(1) 1.13100.053560.46/.6(2) 1.7810/.3010 11(3)()()0.05350.15080.1013..()8.3110700(4)()(0.05350.333(0.1）ρρρρ-==??=-= = =???==?=??==?=v b w b b g w w v b n p w n c w k k kmol m h k k k kmol m h a kmol k k P kg h MPa m RT k k P km 0.45)().kmol ol kg h 2.4在等温下进行液相反应A+B →C+D ，在该条件下的反应速率方程为： 1.50.5 0.8/min =?A A B r C C mol l 若将A 和B 的初始浓度均为3mol/l 的原料混合进行反应，求反应4min 时A 的 转化率。 解：由题中条件知是个等容反应过程，且A 和B 的初始浓度均相等，即为1.5mol/l ，故可把反应速率式简化，得 1.50.5222 00.80.80.8(1)===-A A B A A A r C C C C X 由（2.6）式可知 00 (1)?? ???? --==-=A A A A A A d C X dC dX r C dt dt dt 代入速率方程式 22 00.8(1)=-A A A A dX C C X dt 化简整理得 00.8(1)=-A A A dX C dt X 积分得 00.81= -A A A X C t X 解得X A =82.76%。

第十一章 化学动力学基础(一)习题

化学动力学基础（一） 一、简答题 1.反应Pb(C 2H 5)4=Pb+4C 2H 5是否可能为基元反应？为什么？ 2.某反应物消耗掉50％和75％时所需要的时间分别为t 1/2和 t 1/4，若反应对该反应物分别是一级、二级和三级，则t 1/2： t 1/4的比值分别是多少？ 3.请总结零级反应、一级反应和二级反应各有哪些特征？平行反应、对峙反应和连续反应又有哪些特征？ 4.从反应机理推导速率方程时通常有哪几种近似方法？各有什么适用条件？ 5.某一反应进行完全所需时间时有限的，且等于k c 0（C 0为反应物起始浓度），则该反应是几级反应？ 6. 质量作用定律对于总反应式为什么不一定正确？ 7. 根据质量作用定律写出下列基元反应速率表达式: （1）A+B→2P （2）2A+B→2P （3）A+2B→P+2s （4）2Cl 2+M→Cl 2+M 8.典型复杂反应的动力学特征如何? 9.什么是链反应?有哪几种? 10.如何解释支链反应引起爆炸的高界限和低界限? 11.催化剂加速化学反应的原因是什么? 二、证明题 1、某环氧烷受热分解，反应机理如下： 稳定产物?→??+?+??→??++??→??? +??→?432134 33k k k k CH R CH R CH RH CO CH R H R RH

证明反应速率方程为()()RH kc dt CH dc =4 2、证明对理想气体系统的n 级简单反应，其速率常数()n c p RT k k -=1。 三、计算题 1、反应2222SO Cl SO +Cl →为一级气相反应，320℃时512.210s k --=?。问在320℃ 加热90min ，22SO Cl 的分解百分数为若干？[答案：11.20%] 2、某二级反应A+B C →初速度为133105---???s dm mol ，两反应物的初浓度皆为 32.0-?dm mol ，求k 。[答案：11325.1---??=s mol dm k ] 3、781K 时22H +I 2HI →，反应的速率常数3-1-1HI 80.2dm mol s k =??，求2H k 。[答 案：113min 1.41---??=mol dm k ] 4、双光气分解反应32ClCOOCCl (g)2COCl (g)→可以进行完全，将反应物置于密 闭恒容容器中，保持280℃，于不同时间测得总压p 如下： [答案： 1.1581a =≈;-14-12.112h 5.8710s k -==?] 5、有正逆反应均为一级反应的对峙反应： D-R 1R 2R 32L-R 1R 2R 3CBr 已知半衰期均为10min ，今从D-R 1R 2R 3CBr 的物质的量为1.0mol 开始，试计算10min 之后，可得L-R 1R 2R 3CBr 若干？[答案：0.375mol] 6、在某温度时，一级反应A →B ，反应速率为0.10mol ·dm -3·s -1时A 的转化率 为75%，已知A 的初始浓度为0.50mol ·dm -3，求(1)起始反应初速率；(2)速率常数。[答案：r 0=0.40s -1 ; k = 0.80 dm 3·mol -1·s -1 ] 7、在某温度时，对于反应A+B →P ，当反应物初始浓度为0.446和0.166mol ·dm -3 时，测 得反应的半衰期分别为4.80和12.90min ，求反应级数。[答案：2] 8、某二级反应，已知两种反应物初始浓度均为0.1mol ·dm -3，反应15min 后变

化学反应动力学基础-学生整理版

5202 反应 2O 3→ 3O 2的速率方程为 - d[O 3]/d t = k [O 3]2[O 2]-1 ， 或者 d[O 2]/d t = k '[O 3]2[O 2]-1，则速率常数 k 和 k ' 的关系是： ( ) (A) 2k = 3k ' (B) k = k ' (C) 3k = 2k ' (D) -k /2 = k '/3 5203 气相反应 A + 2B ─→ 2C ，A 和 B 的初始压力分别为 p A 和 p B ，反应开始时 并无 C ，若 p 为体系的总压力，当时间为 t 时，A 的分压为： ( ) (A) p A - p B (B) p - 2p A (C) p - p B (D) 2(p - p A ) - p B 5204 对于反应 2NO 2= 2NO + O 2，当选用不同的反应物和产物来表示反应速率时，其相互关系为：( ) (A) -2d[NO 2]/d t = 2d[NO]/d t = d[O 2]/d t (B) - d[NO 2]/2d t = d[NO]/2d t = d[O 2]/d t = d ξ /d t (C) - d[NO 2]/d t = d[NO]/d t = d[O 2]/d t (D) - d[NO 2]/2d t = d[NO]/2d t = d[O 2]/d t = 1/V d ξ /d t 5207 气相基元反应 2A k 1 B 在一恒容的容器中进行，p 0为 A 的初始压力, p t 为时间 t 时反应 体系总压，此反应速率方程 d p t / d t = 。 - k (2p t - p 0)2 5208 有一反应 mA → nB 是一简单反应，其动力学方程为 -d c A / d t = kc A m ， c A 的单位为 mol ·dm -3， 时间单位为 s ，则： (1) k 的单位为 ___________ mol 1- m ·dm 3( m -1)·s -1 (2) 以d c B /d t 表达的反应速率方程和题中给的速率方程关系为 B A A A 1d 1d 'd d m m c c k c k c n t m t m =-== 5209 反应 2N 2O 5─→ 4NO 2+ O 2 在328 K 时，O 2(g)的生成速率为0.75×10-4 mol ·dm -3·s -1。 如 其间任一中间物浓度极低, 难以测出, 则该反应的总包反应速率为 _______________mol ·dm -3·s -1, N 2O 5 之消耗速率为__________ mol ·dm -3·s -1，NO 2之生成速率为_______________mol ·dm -3·s -1 。0.75×10-4, 1.50×10-4, 3.00×10-4 5210 O 3分解反应为 2O 3─→3O 2 ，在一定温度下, 2.0 dm 3容器中反应。实验测出O 3每秒消耗1.50× 10-2 mol, 则反应速率为_______________mol ·dm -3·s -1氧的生成速率为_______________mol ·dm -3·s -1, d ξ /d t 为_______________ 0.75×10-2, 2.25×10-2, 1.50×10-2.。 5211 2A ＋B ＝2C 已知反应某一瞬间, r A ＝12.72 mol ·dm -3·h -1, 则 r B ＝ , r C ＝_____________r B ＝6.36 mol ·dm -3·h -1, r C ＝12.72mol ·dm -3·h -1 5212分别用反应物和生成物表示反应A ＋3B ＝2C 的反应速率, 并写出它们间关系为： 。 r A ＝13r B ＝12 r C 5222 有关基元反应的描述在下列诸说法中哪一个是不正确的： ( ) (A) 基元反应的级数一定是整数 (B) 基元反应是“态－态”反应的统计平均结果 (C) 基元反应进行时无中间产物，一步完成 (D) 基元反应不一定符合质量作用定律 5223 400 K 时，某气相反应的速率常数k p = 10-3(kPa)-1·s -1，如速率常数用 k C 表示，则 k C 应为： (A) 3.326 (mol ·dm -3)-1·s -1 k C = k p (RT ) (B) 3.0×10-4 (mol ·dm -3)-1·s -1 (C) 3326 (mol ·dm -3)-1·s -1 (D) 3.0×10-7 (mol ·dm -3)-1·s -1 5224 如果反应 2A + B ＝ 2D 的速率可表示为：

钢铁冶金原理知识点

钢铁冶金原理 1.冶金热力学研究对象：反应能否进行，即反应的可行性和方向性、反应达到平衡态 的条件及该条件下反应物能达到的最大产出率。 2.平衡常数的含义：可逆化学反应达到平衡时，每个产物浓度系数次幂的连乘积与每 个反应物浓度系数次幂的连乘积之比，这个比值叫做平衡常数。 3.稀溶液：一定温度和压力下，溶剂遵守拉乌尔定律，溶质遵守亨利定律的溶液。 4.正规溶液：混合焓不为0，但混合熵等于理想溶液混合熵的溶液。 5.活度系数：是指活度与浓度的比例系数。 6.试比较CO和H2还原氧化铁的特点？ 解CO和H2是高炉内氧化铁的间接还原剂。它们均能使Fe2O3还原到Fe。但它们的还原能力在不同温度下却有所不同。在810℃，两者的还原能力相同，而在810℃以下，CO的还原能力比H2的还原能力强，但在810℃以上，则相反，氢有较强的还原能力，这反映在还原剂的分压上，随温度的升高，还原FeO所要求的CO分压增高，还原FeO 需要的H2分压则减小。高炉下部高温区H2强烈参与还原，而使C消耗于形成CO（C 的气化反应）的量有所减少。另，在高温区内，它们形成的产物H2O（g）及CO2均能与焦炭反应，分别形成H2及CO。增加间接还原剂的产量。这也就推动了碳直接还原的进行。在还原的动力学上，由于H2在FeO上的吸附能力及扩散系数均比CO的大，所以H2还原氧化铁的速率，即使在810℃以下，也比CO的高（约5倍）。提高还原气体中H2的浓度有利于氧化铁还原速率的增加。 7.氢和氮气对钢会产生哪些危害？ 答：氢在固态钢中的溶解度很小，在钢水凝固和冷却过程中，氢和CO、N2气体一起析出，形成皮下气泡中心缩孔，疏松，造成白点和发纹。钢中含有氢气的气孔会沿加工方向被拉长形成裂纹，进而引起钢材的强度，塑性，冲击韧性的降低，发生氢脆现象。氮含量高的钢材长时间放置，将会变脆。原因是钢种氮化物析出速度很慢，逐渐改变钢的性能。钢种含氮量高时，在250℃—450℃温度范围，表面发蓝，钢的强度升高，冲击韧性降低，称之为蓝脆。氮含量增加，钢的焊接性能也变坏。 8. 炼钢二次精炼手段和目的。 答：炉外精炼的基本手段有搅拌、渣洗、加热、真空、喷吹等5种，目的是：在真空、惰性气氛或可控气氛的条件下进行深脱碳、脱硫、脱氧、除气、调整成分(微合金化)和调整温度并使其均匀化，去除夹杂物，改变夹杂物形态和组成等。钢水炉外精炼是为适

冶金原理动力学

第四章 动力学 一、名词解释 基元反应，化学反应过程的限制性环节，化学反应的级数，化学反应的速率常数，化学反应的活化能，反应过程的准稳态，准稳态过程，对流传质，过程的限制性环节，局部平衡，扩散传质，非稳态扩散 二、填空 1．冶金热力学研究冶金过程进行的＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿；冶金动力学是研究＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。化学反应速率常数与温度的关系式是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿，其关系式中＿＿＿＿＿＿参数由反应的机理来决定。 2、基元反应是指＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。而反应的活化能是指＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。 3、温度对化学反应速率的影响可用＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿公式来衡量。 4、某一气相反应 A (g) 1 2 k k B (g)+C (g) ，若用A c 、B c 、C c 表示反应过程中A (g) 、B (g)、C (g)的浓度，则 A dc dt -等于＿＿＿＿＿＿＿＿，该反应的平衡常数用速率常数来表示为＿＿＿＿＿＿＿＿。 5．某一气相（可逆）反应A(g) ?1 2k k B(g)+C(g) ，若用A c 、B c 、C c 表示 A(g) 、B(g)、C(g)在反应过程中的浓度，则 dt dc B 等于＿＿＿＿＿＿＿＿，该反应的平衡常数与该反应的速率常数的关系为＿＿＿＿＿＿＿＿。 6．已知某一气相反应 A (g) 12 k k B (g)+C (g) 在300K 时，标准状态下k 1=0.21s -1，k 2=5×10-9s -1，则该反应的平衡常数为＿＿＿＿＿，反应的标准吉布斯自由能的变化值为 ＿＿＿＿＿(J)，反应进行的方向为＿＿＿＿＿。 7．已知某复合反应的反应历程为A 1 2k k ? B ，B+D J k 2 →，反应过程中A 、B 、D 、J 物质的浓度分别用A C 、B C 、D C 、J C 表示，则A 物质的浓度随时间的变化率

化学反应动力学基础(一)-学生

5202 反应 2O 3→ 3O 2的速率方程为 - d[O 3]/d t = k [O 3]2[O 2]-1 ， 或者 d[O 2]/d t = k '[O 3]2[O 2]-1，则速率常数 k 和 k ' 的关系是： ( ) (A) 2k = 3k ' (B) k = k ' (C) 3k = 2k ' (D) -k /2 = k '/3 5203 气相反应 A + 2B ─→ 2C ，A 和 B 的初始压力分别为 p A 和 p B ，反应开始时 并无 C ，若 p 为体系的总压力，当时间为 t 时，A 的分压为： ( ) (A) p A - p B (B) p - 2p A (C) p - p B (D) 2(p - p A ) - p B 5204 对于反应 2NO 2= 2NO + O 2，当选用不同的反应物和产物来表示反应速率时，其相互关系为：( ) (A) -2d[NO 2]/d t = 2d[NO]/d t = d[O 2]/d t (B) - d[NO 2]/2d t = d[NO]/2d t = d[O 2]/d t = d ξ /d t (C) - d[NO 2]/d t = d[NO]/d t = d[O 2]/d t (D) - d[NO 2]/2d t = d[NO]/2d t = d[O 2]/d t = 1/V d ξ /d t 5207 气相基元反应 2A k 1 B 在一恒容的容器中进行，p 0为 A 的初始压力, p t 为时间 t 时反应 体系总压，此反应速率方程 d p t / d t = 。 - k (2p t - p 0)2 5208 有一反应 mA → nB 是一简单反应，其动力学方程为 -d c A / d t = kc A m ， c A 的单位为 mol ·dm -3， 时间单位为 s ，则： (1) k 的单位为 ___________ mol 1- m ·dm 3( m -1)·s -1 (2) 以d c B /d t 表达的反应速率方程和题中给的速率方程关系为 B A A A 1d 1d 'd d m m c c k c k c n t m t m =-== 5209 反应 2N 2O 5─→ 4NO 2+ O 2 在328 K 时，O 2(g)的生成速率为0.75×10-4 mol ·dm -3·s -1。 如其间任一中间物浓度极低, 难以测出, 则该反应的总包反应速率为 _______________mol ·dm -3·s -1, N 2O 5之消耗速率为__________ mol ·dm -3·s -1，NO 2之生成速率为_______________mol ·dm -3·s -1 。0.75×10-4, 1.50×10-4, 3.00×10-4 5210 O 3分解反应为 2O 3─→3O 2 ，在一定温度下, 2.0 dm 3容器中反应。实验测出O 3每秒消耗1.50×10-2 mol, 则反应速率为_______________mol ·dm -3·s -1氧的生成速率为_______________mol ·dm -3·s -1, d ξ /d t 为_______________ 0.75×10-2, 2.25×10-2, 1.50×10-2.。 5211 2A ＋B ＝2C 已知反应某一瞬间, r A ＝12.72 mol ·dm -3·h -1, 则 r B ＝ , r C ＝_____________r B ＝6.36 mol ·dm -3·h -1, r C ＝12.72mol ·dm -3·h -1 5212分别用反应物和生成物表示反应A ＋3B ＝2C 的反应速率, 并写出它们间关系为： 。r A ＝ 13r B ＝1 2 r C 5222 有关基元反应的描述在下列诸说法中哪一个是不正确的： ( ) (A) 基元反应的级数一定是整数 (B) 基元反应是“态－态”反应的统计平均结果 (C) 基元反应进行时无中间产物，一步完成 (D) 基元反应不一定符合质量作用定律 5223 400 K 时，某气相反应的速率常数k p = 10-3(kPa)-1·s -1，如速率常数用 k C 表示，则 k C 应为： (A) 3.326 (mol ·dm -3)-1·s -1 k C = k p (RT ) (B) 3.0×10-4 (mol ·dm -3)-1·s -1 (C) 3326 (mol ·dm -3)-1·s -1 (D) 3.0×10-7 (mol ·dm -3)-1·s -1 5224 如果反应 2A + B ＝ 2D 的速率可表示为：

《冶金原理》参考书《冶金原理》,李洪桂编,科学

《冶金原理》参考书：《冶金原理》，李洪桂编，科学出版社，2005年考试范围：主要内容包括冶金熔体的相平衡图、冶金熔体的结构、冶金熔体的物理性质、冶金熔体的化学性质、化合物的生成分解反应、化合物的生成分解反应、高温分解分离提纯过程、冶金过程的气固相反应动力学、冶金过程的液气相反应动力学、电极过程动力学。重点掌握标准吉布斯自由能与吉布斯自由能变化的计算；化学反应的质量作用定律；组分活度的相互作用系数概念与应用；冶金中主要二元渣系相图；具有简单三元共晶体的相图；分解反应的热力学参数状态图；氧势图及其应用；氧化物还原的热力学条件；氧化物的间接还原反应热力学；湿法冶金的优点，湿法冶金流程的基本表示方法；浸出过程热力学，浸出过程动力学；沉淀和结晶，水溶液中金属的沉积；电解精炼和电解提取，电解制取金属和金属粉末；萃取方式，萃取机理和萃取平衡。 《冶金传输原理》参考书：《冶金设备基础-传递原理级物料输送》，唐谟堂主编，中南大学出版社 考试范围：动量传输：主要掌握流体静力学特性、静力学基本方程、流体动力学的几个重要方程、边界层动量积分方程等，特别是掌握连续性方程、伯努利方程和动量方程的应用，分析流动状态、边界层特征，计算流动过程的能量损失。 热量传输：导热主要掌握能量方程及其在定解条件下的求解；对流传热主要掌握对流传热系数的几种求解方法；辐射传热要求能够利用辐射网络的方法求解物体间的辐射传热，掌握气体辐射的特点及其计算方法。 质量传输：掌握传质微分方程，对典型稳态、非稳态扩散传质问题的求解，掌握对流传质系数的不同求解方法以及典型相间传质问题的分析方法。 《硅酸盐物理化学》参考书：1、无机材料科学基础教程，胡志强主编，化学工业出版社，2011年第二版;；2、无机材料科学基础，陆佩文主编，武汉理工大学出版社，1996年第一版 考试范围：紧密堆积原理、鲍林规则；典型晶体结构分析，硅酸盐晶体结构分析，晶体几种类型的结构缺陷。熔体的结构与性质，玻璃的形成条件；固体界面的结构，界面的结构及界面应力，粘土－水系统的性质及瘠性料的悬浮与塑化。热力学计算方法及实例分析。单

冶金原理超全面总结

活度：引入修正后的浓度值。其中的修正系数成活度系数。活度测定方法；1、蒸汽压法，2、分配定律法，3、化学平衡法，4、电动势法。理想溶液：在全部浓度范围内服从拉乌尔定律的溶液。稀溶液：溶质的蒸汽压服从亨利定律，溶剂的蒸汽压服从拉乌尔定律的溶液。正规溶液：混合焓不为零，但混合熵等于理想溶液的混合熵的溶液。实际溶液：实际存在的溶液。标准溶解自由能：由纯物质转变为 溶解标准态的吉布斯自由能变。宏观动力学：环节：多相反应发生在体系的相界面上。三个环节：1、反应物对流扩散到反应界面上，2、在反应界面上进行化学反应，3、反应产物离开反应界面向相内扩散。串联过程：反应过程是由物质的扩散和界面化学反应诸环节组成的。限制环节：当串联反应有一个或多个环节进行较快，而仅有一个环节最慢时，则这个环节为整个反应过程的限制者。分子扩散：由浓度梯度引起的扩散。扩散系数：是浓度梯度的扩散通量。对流扩散：扩散分子的运动和流体的对流运动同时发生，使物质从一个地区迁移到另一个地区的协同作用。传质系数：流体中扩散物质的浓 度是c而其在凝聚相表面上的浓度（界面浓度）是c*则该组分的扩散通量与此浓度差成正比即J=β(c+c*),β为比例系数称传值系数。速度边界层：贴近相界面有速度梯度出现的流体薄层。有效浓度边界层：x=0处作浓度分布曲线的切线其与相内浓度c线的延长线的交点到界面的距离δ。区域化学反应：这种沿固体内部出现的相界面附近区域发展的反应称。双模模型：这种两相间反应界面两侧都存在着表征扩散阻力的浓度边界层的模型称双模理论。克努生扩散：气体在多孔介质孔隙中的扩散系数和孔隙的直径有关，当孔隙很小气体分子的平均自由程比孔隙的直径大得多时气体分子直接与孔隙壁碰撞 的机会就会比分子之间的相互碰撞的机会多，致使其内气体扩散的速率减少。未反应核模型：当固相反应物致密时，化学反应从固相物表面开始逐渐向矿中心推进，反应物和产物层之间有较明显的界面存在，反应在层间的相界面附近区域进行，因此形成的固相产物层则出现在原来固相反应物处，而原固相物内部则是未反应的部分。过热度：高出熔点的温度。间隙式固溶体：是组分的原子占据了本体晶格的空隙位两种原子的半径相差很大。固溶体：当有其他固体原子溶入某种固体时称。表面活性（非活性）物质：溶解组分在表面上出现（不出现）过剩浓度称正（负）吸附，它使溶液的表面张力降 低（保持不变或有所提高）这种组分称（非）表面活性物质。熔渣的作用：离或吸收杂质，除去粗金属中有害于金属产品性能的杂质，富集有用金属氧化物及精炼金属的作用，并能保护金属不受环境的玷污及减少金属的热损失。浓度三角形：三角形的顶点代表纯组分，每一边是由两顶角代表的祖坟所构成的二元系的浓度坐标线，三角形内的点则表示由3顶角代表的祖坟所构成的三元系的浓度值。背向规则：当等比例线上物系点的组成点，再背离其所在顶角的方向上移动时，体系将不断析出成分C，而其内组分C的浓度不断减少，但其他两组分的浓度比则保持不变，这称。重心规则：在浓度三角 形中，组成为M1，M2，M3，的物系或相点，其质量分别为m1，m1，m3，混合形成一质量m0的新物系点O是，此新物系点则位于此3个物系点练成的三角形M1，M2，M3的重心上。碱度：碱性氧化物的质量分数与酸性氧化物的质量分数之比称炉渣的碱度R。光学碱度：某氧化物施放电子的能力与CaO施放电子的能力的比为该氧化物的光学碱度Λ。碱性氧化物：渣中能解离出氧离子的氧化物。酸性氧化物：转变为络离子的氧化物。相：有共同物理化学性质的均匀部分。组元：表述平衡所需最少物种数。自由度：描述一平衡所需最少变量数。容量：称熔渣吸纳有害分子等能力称为“某”容量。 溶化温度：熔渣中固相完全消失的温度。溶化性温度：熔渣的熔点是熔渣中固相完全消失的温度。但此时熔渣的黏度是比较高的，甚至在相当广阔的温度范围内还处于半流体状态，而为了使高炉冶炼顺行，应使熔渣溶化后的温度能保证熔渣达到自由的流动。这个最低温度称。长渣：（偏酸性渣，玻璃渣）渣中大分子多，黏度随温度变化迟缓。短渣：（石头渣）渣中大分子少，黏度随温度变化敏感。分解压：一定温度下某化合物生成离解反应达平衡产生的气相平衡分压PB（平）称化合物的分解压。影响分解压：T,P,固相相变，固体分散度，形成溶体。分解的开始温度：PB分解压和=PB'下开始并继 续分解的温度。T开=A/（lgPB-B）。T沸=A/(lgP-B)(P=P'/Pθ)，P'=100kPa,P=1。分解的沸腾温度：化合物被加热，分解压达到体系的总压，使化合物将剧烈的分解，这时化合物的分解温度称。氧势递增原理：氧化物的氧势是随其金属元素价数的增高而逐渐递增的。间接还原：可用气体做还原剂的间接还原法。直接还原：用固体做还原剂的直接还原法。特点：均强吸热。歧化反应：低价化合物在一定温度发生分解，转变为其相邻的高价氧化物，并析出金属的反应。碳化物的碳势πc=RTlnac。气相碳势>碳化物的碳势，则发生渗碳，相反金属内的碳气化，发生脱碳。熔渣脱硫的条件：必须在能消除炉 渣中的（FeO）或减低铁液氧势的条件进行。氧势图横坐标T，纵坐标氧势π0=RTlnP O2/kj/mol，截距△rH mθ，斜率-△rS mθ，会有不同的P CO/P CO2等一系列氧势线交于T=0轴的一点c，斜率不同取决于P CO/P CO2，P CO/P CO2=1氧势线是RTlnP O2=△rG mθ即反应处于标准态的氧势线，其余为非标态。特点：绝大多数氧化物向右上倾斜，水平S气》Sl>Ss，向右下倾斜2C(S)+O2=2CO，作用判明氧化物稳定性，其中位置越低者越稳定，越被氧化。得到氧化物分解压。氧化物相对稳定性及氧化还原反应的平衡温度。CO及H2还原氧化物反应的平衡常数及还原开始温度。Po2<1，△rGm>△rG mθ绕C点逆时针旋 转，氧势线向上移，氧化物更不稳定。氧势图作用：1、确定氧化物稳定性，2、确定氧化物分解压，3、确定氧化物稳定性及氧化还原反应的平衡温度，4、确定碳吸氢气还原氧化物反应的平衡常数及平衡温度。脱氧：向钢液中加入氧亲和力比铁大的元素，使溶解于钢液中的氧转变为不溶解的氧化物，自钢液中排出称。脱氧3种方法：沉淀脱氧：钢液中加入脱氧剂而形成脱氧产物能借自身的浮力或钢液的对流运动排出。扩散脱氧：利用氧化铁很低的熔渣处理钢液，使钢液中氧经扩散进入熔渣中，而不断降低。真空脱氧：利用真空的作用降低与钢液平衡的Pco，从而降低了钢液的氧和碳的含量。回磷：在熔炼脱氧合金化及浇铸过程中，能形成酸性氧化物的元素，大量进入钢液中及炉渣碱度降低，均能破坏渣中的磷酸盐，（P2O5）发生还原，钢液中的磷量增加称。影响脱磷因素：高氧化铁、高碱度即磷容量大的熔渣及时形成，是加强脱离的必要条件，低温有利于脱磷，金属熔池某些能提高磷活度系数的与元素存在。影响脱硫的因素：炉渣的组成，金属液的组成，温度。脱硫的条件：温度：高温，熔渣碱度：高碱度，炉缸的氧势：低氧势。脱磷反应：氧化脱磷：氧化法是利用氧化剂使铁液中（P）氧化成PO，再与加入能降低其活度系数的脱磷剂，结合成稳定的复合化合物，而存于熔渣中。氧化性渣表面张力主要取决于？表面O2-和正离子的作用，正离子静电势大的碱性氧化物表面张力较大（MnO2，FeO，CaO）。FeO熔体表面活性物质有？CaF2，P2O5，TiO2。泡沫渣？形成其必要条件？进入渣内的不溶解气体被分散在其中形成无数小气泡时，熔渣的体积膨胀，形成为液膜的密集排列的孔状结构称。其形成与熔渣的起泡能力及泡沫的稳定性有关。熔渣的组员扩散？系数比在金属液内的低一个数量级，10-10~10-11m2s-1因此，高温冶金反应过程的限制环节大都在熔渣内。了解CO钢液内均相形核是否可能？为什么？当钢液中碳氧化形成的CO气泡核大于其临界核时，才能稳定形成、长大和排出，对于表面张力一定的钢液，临界核的半径与钢液的w[C]、w[O]过饱和有关。过饱和度越大，则临界半径就越小，新相核就易于形成。一般认为，钢液这种饱和度不高，由此形成的气泡核的半径却比较大，为了能形成如此大的临界气泡，需要在临界气泡内瞬时积累由碳氧化形成的CO分子数107~1010个。这样大数目的分子数十难于靠局部浓度的起伏完成的。为什么说“碳”是万能的还原剂：C的氧势图走向右下方，且与大多数金属氧化物的氧势线有交点。判定氧化物稳定性的热力学方法：随着温度的升高，高价氧化物分解放出氧，转变为低温下稳定存在的相邻的高价的氧化物。渣的氧化还原性取决于什么？是氧离子的活度么？不是,取决于渣中氧的化学势和金属液中氧的化学势的相对大小。在T一定，渣及金属液组成一定时，只能FeO在渣中分配，（Fe2+）的伴随下，（O2-）才能有效进入金属液中用（FeO）的浓度或活度表示渣的氧化性。钢水用高压气搅拌，搅拌剧烈（eσ/ex）x=0，dc↓传质效率？提高有效边界层内，尽管可用稳态扩散理论处理对流传质问题，但并不意味此层只有静止分子扩散，实际此层仍有紊流流动应该以等效观点理解dc有效边界层内传质结果和其个数值的分子扩散相当。氧化物分解（还原）的逐级转变原则（会写反应）：1、高价氧化物只能依次分解成为能与之平衡共存的次级低价氧化物2、在给定条件下，只有和金属平衡的氧化物才能分解出金属，3、不相邻的氧化物则不能平衡共存，不能用平衡常数来表述其关系。有了铁为什么还要炼钢：以生铁为主要原料的氧化熔炼中，需要去除的元素和杂质，分为3类，1、高炉中过多还原的元素，如Si Mn 极特别是溶解的，2、有害于产品性能的杂质，如Ps及气体H N，3、在氧化过程中，由氧化作用引入的氧及其伴生的夹杂物，因此炼钢过程的主要反应式元素（Si Mn C P）的氧化，脱磷去气体（H N），脱氧剂调整钢液的成分，最后把化学成分合格的钢液浇铸成钢锭或连铸坯，便于轧钢。炼钢的方法主要有哪些：以高炉铁水或铁浴融化还原铁水为主要原料的氧气炼钢法和以废钢为主要原料的电弧炼钢法，在氧气转炉炼钢法中，按照氧气吹入转炉内方式的不同，分别有顶吹氧气转炉炼钢和底炉吹氧气炼钢以及顶底复合吹氧炼钢。试述影响元素氧化的热力学条件及影响因素：当熔池中多种元素共存时，一般是形成氧化物，MxOy氧势最小的元素首先氧化，而其氧化强度随温度的升高而减弱，元素的氧化顺序还将受活度变化的影响，因为（Po2（MxOy）=Kθ（a2/3 MxOy /a2x/y m）πo（MxOy）=△rG mθ+2/yRTln0MxOy-2x/yRTln m），故元素的浓度相同时，氧势较小的先氧化或者强烈氧化，而元素浓度不相同时，浓度高的其氧势较小，最先氧化。了解CO熔池内异相形核是否可能？为什么？：脱碳反应CO气泡的生成要经过异相形核阶段所以碳的氧化是在钢液-炉底耐火材料界面上发生的。与钢液接触的耐火材料炉底，常不易为钢液所湿润，其表面有气体填充的微孔，他们的尺寸远大于钢液过饱和度相当得临界气泡核（r*）时，就能成为气派的现成核，碳氧化形成的CO进入其内，使气泡长大，脱离微孔上浮。残余在微孔内的气体，则成为下次气泡形成的核源。因此，不能为钢液所湿润的耐火材料表面的微孔，当其具有不为钢液填充的最大半径时，就能成为气泡的形成核。试述复合脱氧提高强脱氧剂脱氧能力的原因：利用两种或两种以上的脱氧元素组成的脱氧剂使钢液脱氧，称为复合脱氧，即两种脱氧元素同时参加脱氧，耦合形成的产物则结合成复杂的化合物，因而能使他们分别脱氧形成的产物的活度降低从而平衡的w【O】降低。其次他们的脱氧产物形成了低熔点的复杂化合物，而使之分解。与钢液中w[O]平衡的弱脱氧元素的百分含量要比与此w[O]平衡的强脱氧元素的百分数高得多。故弱脱氧元素百分数仅能控制自身反应的w[O]，而强脱氧元素百分数则控制了整个钢液的氧浓度，他比强脱氧元素单独脱氧时的低，所以若脱氧剂能提高强脱氧剂的脱氧能力。液-液相反应及动力学模型—双模理论 3 要点1、反应物分别在各自相内向两相界面扩散传质2、反应物在两反应界面进行反应3、反应产物离开反应界面向各自向内扩散传质。熔渣的结构理论：分子结构假说和离子结构理论要点1、分子结构假说：它把熔渣看成是各种分子状指点组成的理想溶液。2、离子机构理论：熔渣是有简单阳离子和复杂阴离子组成，其正负电荷数相等熔渣为电中性3、熔渣有微观不均匀性，以至熔渣会出现分层现象即出现强或弱“离时”离子的静电势I=E/Y。完全离子熔渣模型：主要内容1、熔渣完全由离子构成，其内不出现电中性质点。2、和晶体中的相同，理智最邻近者仅是异号离子。并且，搜有同号离子不管其大小及电荷是否相同与周围异号离子的静电作用里都是相等的。因此，他们在熔渣中的分开完全是统计无序状态。3、完全离子溶液形成时混合焓为0，△Hm=0；离子完全混合时，虽然异号离子不能彼此交换位置，但不同阳（阴）离子之间相互混合，出现不同的组态使溶液的熵增加。一次完全离子溶液可视为由正负离子分别组成的两个理想溶液的混合溶液。有效边界层（扩散边界层）与扩散阻力关系：扩散边界层内存在着边界差，表征物质通过此层受到了扩散阻力。因而可以认为物质是在整个液体内及向相界面或离开界面儿扩散时，所受到的阻力主要集中在此边界层内。边界层越厚，则扩散阻力也就越大，而传质系数也就越小。但是相界面附近的浓度梯度( )Z=0越大（或切线的斜率越大），则边界层的厚度就越厚，而传质系数越大，提高液体的速度可使浓度梯度变大，从而可降低边界层的厚度。当流速增大到使边界层的厚度趋近于0时，扩散阻力就不再存在了，这是的流速被称为临界流速。一次，保持临界流速的体系内，可以不用考虑这种扩散阻力的存在。反应过程速率影响因素：1、温度2、固体物空隙度3、固体物的粒度及形状4、流体速度结论：当不同因素发生变化时将会对比二环节不同程度的增大或减弱作用，相应的能使过程控制环节发生改变，如果有实验来研究化学反应机理时，则必须在实验中创造条件，使整个过程位于动力学范围内。分解压的影响因素：1、温度2、压力3、固有物的相变4、固体的分散度5、固相物的溶解RTlnpb=-△rGmΘ(AB)+RTlna(AB)-RTlna[A] 因此分解压不进与温度有关，而且与固体在溶液中活度有关，提高a(AB)及降低a(A)可使分解压增大，反之则分解压减小，如AB(s)与分解出的A(s)发生互溶，则在未形成饱和浓度的组成范围内，分解压与熔体的组成有关，而在形成互为饱和的二相区内，分解压则与熔体的组成无关，保持定值，这是因为此时a(AB)=a[A]=1，此外当AB及A溶于溶剂，或与其他物质形成复杂化合物是也使他们的活度改变，从而改变分解压，实际上复杂化合物的分解比简单呼和无分解要吸收较多的热量，而其分解温度也要高很多影响脱硫的因素：1，炉渣的组成，低氧化铁，碱性渣有利于脱硫，碱度高也有利于脱硫。2，金属液的组成，金属液中得硅，碳，等元素能提高fs，促进s向炉渣中转移，3，温度，脱硫反应是吸热，温度提高对脱硫有利，炉渣熔体结构的分子理论要点1，组成炉渣的氧化物及其他化合物的基本组成单元均是离子，2，炉渣是离子导电的，3，炉渣能被电解，在阴极析出金属，4，二氧化硅浓度高的熔渣有较高的粘度。反应速录影响因素：温度，固相物空隙度，固相物的粒度及形状，流体速度。离子反应式书写规则：1，渣中组元用其对应离子形式表示，2，离子反应式代表一对流金属液反应，3，氧合负离子转移时，其中氧价不变。固体的分散度：固体物的分散度增加，其面积增加，其化学势增大，因而分解压发生。固相物的溶解：分解呀与固相物再溶液中得火毒有关。脱硫剂主要有：苏打，石灰粉，碳化钙等一石灰为主要成分的复合硫化剂。碳氧积：压强在100KPa的M=W[C]*W[o]位于0.002-0.003，一半多取0.0025，过剩氧：W[o]&s的减小而降低，但W[o]始终高于W[o]平，因为熔池中有促使氧扩散的浓度差存在，故W[o]ΔW[o]称为钢液中的过剩氧。试分析元素脱氧反应的热力学条件：1，图中曲线位置越低的元素，产物越稳定。该元素的脱氧能力越强2，脱氧产物的组成与温度及脱氧元素的平衡浓度有关，3，脱氧反应式强放热的随着温度的降低，脱氧能力增强。气固相反应的三个环节：1，气体再固体物外的扩散，2，气体与固体物的界面反应，3，气体通过固相产物层的内扩散。熔渣在活度过程中的作用，分离或吸收杂质，除去相金属中有溶于金属产品性能的杂质，富集有用金属氧化物及精炼金属的作用，并能保护金属不受环境的玷污及减少金属的热损失。炉渣的来源：还原熔炼中未能还原的氧化物。氧化熔炼中氧化形成的氧化物。氧势递增原理：氧化物的氧势是随其金属元素价数的增高而逐渐递增的。氧化物的稳定性1，比较氧化物用热力学稳定性取no2==1，ΔfQmθ越小，MxOy越稳定，稳定性大于C，S化合物2，氧化物分解压Po2（平）越低，越稳定。碳酸盐分解法特点：1，分解温度不高，2，加热即分解3，常用热分析法及差热透析法测定他的分解呀温度。试分析元素脱氧反应的热力学条件1，曲线位置越低的元素，脱氧产物越稳定，而该元素的脱氧能力越强，与相同量的各元素平衡的氧浓度就越低，成为了达到相同的氧浓度，增强氧元素的平衡，浓度就越低2，脱氧产物的组成与温度，与温度及脱氧元素的平衡浓度有关，W[M]低及W【O】高时，则形成FeMxOy形成复杂化合物，W[M] 高及W【O】低时，则形成氧化物MxOy，如其熔点高过钢液的温度，则形成向存在，仅位于曲线上区域的钢液能发生脱氧反应，曲线上的黑点为脱氧产物的转变点，3，脱氧反应式强放热的，随着温度的降低，脱氧元素的脱氧能力增强。二元体系，组元数2,，自由度2-p+1，共存相数，最多3，最少1，自由度数，最多2，最少0，图形为二维平面。三元体系，组元数3,，自由度3-p+1，共存相数，最多4，最少1，自由度数，最多3，最少0，图形为三维平面或等温截面图