冶金热力学基础课件.ppt

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1、钢铁冶金原理主讲：郭宇峰绪言金、银、铜及陨石铁铜及其合金铁具有工业意义的元素有75种远古时代青铜器时代铁器时代20世纪初及中叶冶金的起源与发展铁金属和非铁金属：前者系指铁及其合金；后者则指除了铁及其合金以外的金属元素。黑色金属和有色金属：有色金属则是指除铁、铬、锰3种金属以外的所有金属。冶金的概念及分类冶金的概念：是一门研究如何经济地从矿石或其它原料中提取金属或金属化合物，并用各种加工方法制成具有一定性能的金属材料的学科。绪言金属的分类按内容可分为提取冶金学和物理冶金学两门学科提取冶金学：研究如何从矿石中提取金属或金属化合物的生产过程，由于该过程伴随有化学反应，又称化学冶金。

2、物理冶金学：通过成型加工制备有一定性能的金属或合金材料，研究其组成，结构的内在联系以及各种条件下的变化规律，为有效地使用和发展特定性能地金属材料服务。包括金属学，粉末冶金，金属铸造，金属压力加工等。绪言冶金学分类绪言按提取金属分类火法冶金：在高温下矿石经熔炼与精炼反应及熔化作业，使其中地金属和杂质分开，获得较纯的金属的过程。过程可分为原料准备，焙烧、熔炼、精炼、蒸馏和离析等。所需能源，主要靠燃料燃烧，也有靠化学反应热的。进行的化学反应则有热分解、还原、氧化、硫化、卤化、蒸馏等。火法冶金一般具有生产率高，流程短，设备简单及投资省等优点，但却不利于处理成分结构复杂矿或贫矿湿法冶金

3、：一般在常温或低于100℃下，用溶剂处理矿石或精矿，使所需提取的金属溶解于溶液中，而其它杂质不溶解。然后再从溶液中提取金属，包括浸出，分离，富集和提取等工序。由于绝大部分溶剂为水溶液。故也称水法冶金绪言湿法冶金一般具有能耗低，过程易控制，能处理各类矿石。但生产规模及生产率不如火法冶金绪言电冶金：利用电能提取和精炼金属的方法电热冶金：利用电能转变成热能，在高温下提炼金属，本质与火法同。电化学冶金：用电化学反应使金属从含金属盐类的水溶液或熔体中析出。前者称为溶液电解，如铜的电解精炼，可归入湿法冶金，后者称为熔盐电解，如电解铝，可列入火法冶金。炼铁：从矿石或精矿中提取粗金属，主要是

4、用焦炭作燃料及还原剂，在高炉内的还原条件下，矿石被还原得到粗金属-生铁，其中溶解来自还原剂中的碳(4％一5％)及矿石、脉石中的杂质，如硅、锰、硫、磷等元素。绪言钢铁冶金过程炼钢：将生铁中过多的元素(C、Si、Mn)及杂质(S、P)通过氧化作用及熔渣参与的化学反应去除，达到无害于钢种性能的限度，同时还要除去由氧化作用引入钢液中的氧(脱氧)，并调整钢液的成分，最后把成分合格的钢液浇铸成钢锭或钢坯，便于轧制成材。二次精炼：为了提高一般炼钢方法的生产率及钢液的质量(进一步降低杂质和气体的含量)，而将炼钢过程的某些精炼工序转移到炉外盛钢桶或特殊反应炉中继续完成或深度完成。绪言绪言冶金学

5、的理论基础冶金过程热力学：利用化学热力学的原理研究冶金反应过程的可能性（方向）及反应达到平衡的条件，以及在该条件下反应物能达到的最大产出率，确定控制反应过程的参数（温度、压力、浓度及添加剂的选择）冶金过程动力学：利用化学动力学的原理及物质、热能、动量传输的原理来研究冶金反应过程的速率和机理，确定反应过程速率的限制环节，从而得出控制反应的速率的途径冶金熔体：是火法冶金反应中参加的具体物质，包括金属互溶的金属熔体、氧化物互溶的熔渣及硫化物互溶的熔锍。它研究熔体的相平衡、结构及其物理和化学性质，而熔体的组分是反应的直接参加者，熔体的结构及性质则直接控制着反应的进行阐述钢铁冶金的物理

6、化学原理及主要的有关冶金反应进行热力学及动力学的分析，为钢铁冶金学等课程奠定冶金工艺的基础理论绪言《钢铁冶金原理开设》的意义冶金热力学基础:热力学三大定律，特别是热力学第二定律，它是研究冶金反应在一定条件下进行的可能性、方向及限度化学反应自发进行的判据（恒温、恒压）：吉布斯自由能变化：△G＝G（产）－G（反）△G<0反应正向△G>0反应逆向△G＝0平衡T、P、浓度（活度）等外部条件能改变吉布斯自由能变化的特征，从而使反应向希求的方向进行。利用反应的△G0可得出反应的平衡常数K0，由此可计算出反应进行的限度。1冶金热力学基础1.1化学反应的标准吉布斯自由能变化及平衡常数1.1.

7、1理想气体的吉布斯自由能变化理想气体的吉布斯自由能变化的基本式在恒温时：积分道尔顿分压定律1.1化学反应的标准吉布斯自由能变化及平衡常数1.1.2化学反应的等温方程式对于气体B1，B2…等的化学反应：吉布斯自由能的变化:1.1化学反应的标准吉布斯自由能变化及平衡常数设,K称之为反应平衡常数。则：当,则：对于溶液中的化学反应：化学反应的等温方程：表示化学反应按化学计量方程式从左向右每单位反应进度的吉布斯自由能变化：1.1化学反应的标准吉布斯自由能变化及平衡常数对于一定的化学反应，及是温度的函数。它们的温度