钢铁冶金原理复习资料

11标准吉布斯自由能：某纯组分溶解于溶剂中，形成标准溶液时吉布斯自由能的变化值。标准生成吉布斯自由能：在标准状态下由稳定单质生成1mol物质时反应的自由能变化值。直接还原：CO和H2做还原剂产物为CO2或H2O的反应。间接还原：以C为还原剂产物为CO的反应。化学反应的标准吉布斯自由能计算方法：（1）标准生成自由能法（2）线性组合法（3）平衡常数法（4）电化学反应电动势法（5）自由能函数法偏摩尔量：在恒温、恒压及其它组分的物质的量保持不变的条件下，溶液的广度性质X，对某组分B物质的量的偏微商。[XB=（ə/əmb）T.P.nk(K≠B)]化学位：当广度性质是吉布斯自由能时，组分B的偏摩尔量就称为化学位。活度：为了使实际溶液也能够服从拉乌尔定律，就需要将实际溶液的浓度前乘以一个系数对他加以校正，经校正的浓度称为活度。活度的定义aB=pB/p(标)活度的测定方法：蒸汽压法、分配定律法、化学平衡法、电动势法。活度的三种标准态：（1）纯物质标准态。（符合拉乌尔定律）（2）假象纯物质标准态。（符合亨利定律）（3）质量1％溶液标准态。（符合亨利定律）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：溶质服从亨利定律，溶剂服从拉乌尔定律的溶液称为稀溶液。多相反应发生的问题在体系的相界面上，有如下三个环节：（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。未反应核模型：当固相反应物是致密的时，化学反应从固相物的表面开始，逐渐向矿块中心推进，反应物和产物之间有较明显的界面存在；而反应在层间的相界面附近区域进行，因而形成的固相产物则出现在固相反应物处，而原相内部则是未反应的部分。双模理论：（1）在两相的相界面两侧的每个相内都有一层边界薄膜，这种膜产生了物质从相内到界面的基本传质阻力，存在浓度梯度。（2）在两层膜之间的界面上，处于动态平衡状态。（3）组元在每相内的传质通量与浓度差活分压差成正比。（4）虽然在液体或气体内有湍流，但薄膜中的流体是静止的，不受流体内部流动状态的影响，各项中的传质相互独立，互不影响。去碳保絡：（1）去碳保絡的最低温度为钢液中[Cr]和[C]氧化转化温度，由于以上反应为吸热反应，故提高温度有利于提高K。（2）降低Pco，可在[Cr]不变的条件下，降低[C]，采用真空冶炼或氩氧混合气体的减压操作，不仅降低了PCO,而且利于CO气泡的形成，可加强脱碳。（3）提高[C]的活度系数，如Ni和Gr等元素的存在能提高C的活度系数。分解温度：在某一Pco2下为分解反应ΔG=0时对应的温度。分解压：在一定的温度下，分解反应为ΔG=0时对应的Pco2.沸腾温度：当分解压等于外界压力时的分解温度。22脱磷P的条件：低温、高碱度、渣中高FeO、大渣量。分子式：2[P]+5(FeO)+4(GaO)=4GaOP2O5+5[Fe]离子式：2[P]+5[Fe2+]+8(O2-)=2(PO43-)+5[Fe]影响熔渣脱硫S能力的因素：（1）温度：脱硫反应为吸热反应，温度升高平衡分配比值增大，此外，熔渣粘度降低有利于脱硫。（2）炉渣碱度：碱度升高，渣中氧离子活度增大，利于脱硫。（3）炉渣氧化性：渣中氧化铁活度高，不利于脱硫。（4）金属液成分：凡能使硫离子活度系数增大的组分，提高其含量，均有利于脱硫。分子反应式：[FeS]+（CaO）=（CaS）+（FeO）离子反应式：[S]+[O2-]=（S2-）+[O]离子结构理论：（1）熔渣由简单的阴离子和简单的阳离子以及复合阳离子团组成。（2）离子异号相邻。（3）离子间的作用力相等。（4）金属与熔渣之间的反应时有电子得失的电化学反应。分子理论：（1）渣中存在简单和复杂的氧化物。（2）复杂氧化物和简单氧化物之间存在生成和分解的平和关系。（3）只有简单氧化物才能参与渣—金属间的反应。（4）熔渣是理想溶液，即：简单氧化物的活度等于其摩尔分数浓度。基元反应：若化学反应的速度与反应物的浓度的若干次成正比，且反应级数与反应物的计量系数相等，这样的反应称为基元反应。熔点：熔渣全部转变为液相的温度。溶化性温度：炉渣可自由流动的最低温度粘度曲线与45°切线的切点温度。浓度：质量百分比浓度平[％i]体积摩尔浓度Ci：单位体积中浓溶液中组元i的摩尔数Ci=ni/v摩尔分数浓度：溶液中组元i的摩尔数与个组元总摩尔数之比。Xi=ni/nj质量百分比浓度：每100g溶液中含有物质i的质量。[%i]=Wi/W*100二元稀溶液中组元Xi与[%i]浓度之间的换算关系：])[%100/(}/])[%100(/])/{([%)/]([%)/(iMiMjMjiMiiMiinjniniXi】【碱性氧化物：在熔渣中能够电离出或为熔渣提供氧离子。酸性氧化物：在熔渣中能够吸收O2-或结合O2-形成复合阴离子的氧化物。两性氧化物：在酸性当中能够解离O2-的氧化物；在碱性当中能够吸收O2-氧化物碱度：熔渣中主要碱性氧化物含量与主要酸性氧化物含量之比来表示碱度，用R表示。333.在1073K时，下列电池NiONiCaOZrOMoOMoFeOFeCaOZrOMoOMo,|)(|,,|)(|,2222测得的电动势分别为165mV和255mV，试计算反应：FeO(S)+Ni(S)=NiO(S)+Fe(S)的0G。3.解：在1073K时，下列电池NiONiCaOZrOMoOMoFeOFeCaOZrOMoOMo,|)(|,,|)(|,2222测得的电动势分别为165mV和255mV，试计算反应：FeO(S)+Ni(S)=NiO(S)+Fe(S)……(3)的0G。对于电池反应：FeOFeCaOZrOMoOMo,|)(|,22正极反应：22)(24)(2OSFeeSFeO负极反应：eSMoOSMoO4)()(222————————————————————————总反应：)1()(2)()()(22SFeSMoOSMoSFeO对于电池反应：NiONiCaOZrOMoOMo,|)(|,22正极反应：22)(24)(2OSNieSNiO负极反应：eSMoOSMoO4)()(222————————————————————————总反应：)2()(2)()()(22SNiSMoOSMoSNiO可见（3）=（（1）-（2））/2即为所求，所以：2)(0)2(0)1(0)3(GGG10)1(6369096500165.04molJG10)2(9843096500255.04molJG10)3(173702)9843063690(molJG443.求下列反应的0mrG及温度为1273K时反应的平衡常数。COsSiOsFeCsSiOFe222242石已知：COsFeCsFeO石；TGmr25.16015897001molJsSiOFesSiOsFeO2222；TGmr09.213620001molJ解：反应的线形组合关系为：sSiOFesSiOsFeO2222；TGmr09.21362000（1）COsFeCsFeO石；TGmr25.1601589700（2）COsSiOsFeCsSiOFe222242石0mrG（3）通过比较可知：TGGGmrmrmr59.3143541402210001molJ由00lnKRTGMr可以得到：90.1147.1959.3141273147.19354140lg0K162.790K1.测得温度1873K还原渣及GCrl5钢的表面张力分别为0.45及1.631mN，两者的接触角38。试求钢--渣的界面张力，并确定此种还原渣能否在钢液中乳化?解：305.138cos45.063.1245.063.1cos202222smsmms铺展系数：125.0305.145.063.1mssmS铺展系数小于0，说明此熔渣不易在钢渣中乳化。2.在用CO还原铁矿石的反应中，l173K的速率常数12110987.2sk，1273K的速率常数12210623.5sk试求：(1)反应的活化能；(2)1673K的速率常数k值；(3)1673K的可逆反应的速率常数：)11(0Kk。反应为552COFeOCOsFeO；TGmr26.242280001molJ解：（1）由RTEkkaexp0可得：1173314.8exp10978.202aEk1273314.8exp10623.502aEk先对上两式取对数，而后在相减，可得：1273111731147.1910623.510978.2lg22aE12278923127311173110623.510978.2lg147.19molJEa（2）1673K下的k774.01673112731147.197892310623.5lg2k48.0774.010623.5lglg2k所以1331.0sk（3）1673K的可逆反应的速率常数：)11(0Kk331.0kk00lnKRTGMr555.0147.1926.241673147.1922800lg0K,278.00K所以：1052.1278.011331.0)11(sKk2.在1873K时与纯氧化铁渣平衡的铁液的氧的质量分数为0.211%，与成分为w(CaO)=36.4%，w(MgO)=3.2%，w(MnO)=3.6%，w(SiO2)=36.6%，w(FeO)=20.2%的熔渣平衡的铁液的氧的质量分数为0.052%。试计算熔渣中FeO的活度与活度系数。66解：]O[]Fe[FeO(1分)211.01211.0a]O[%LFeOO（2分）246.0211.0052.0L]O[%aOFeO（1分）FeOFeOFeOFeOX246.0Xa（2分）65.0564.36nCaO（0.5分）08.0402.3nMgO（0.5分）61.0606.36n2SiO（0.5分）28.0722.20nFeO（0.5分）05.0716.3nMnO（0.5分）67.1n（0.5分）168.067.128.0nnXFeOFeO（1分）46.1168.0246.0FeO(2分)3.用不锈钢返回料吹氧熔炼不锈钢时，采用氧压为4105.1Pa的真空度，钢液中铬的活度85.10aCr及碳的活度系数74.0fC，试求吹炼温度为2023K时钢液的碳含量w[C]。已知：反应CO4]Cr[3)OCr(]C[443的)molJ(T22.617934706G10。77解：CO4]Cr[3)OCr(]C[4434C4CO3CraPaK(3分)CCOCralg4Plg4alg3Klg10.82023147.19202322.617934706RTGKlg0（3分）atm15.0PCO，85.10aCr，74.0fC10.8alg415.0lg485.10lg3C071.2algC（2分）00849.0aC（2分）011.074.000849.0fa]C[wCC（2分）1．轴承钢的成分为[%C]=1.08、[%Si]=0.5、[%Mn]=1.2、[%P]=0.01、[%S]=0.01、[%Cr]=1.15，试计算1873K时钢液中硫的活度系数及活度。已知：1600℃时各元素见相互作用系数如下：011