冶金過程熱力學(xué)

前言

冶金過程熱力學(xué)是冶金過程物理化學(xué)的一個組成部分。對學(xué)習(xí)冶金（特別是化學(xué)冶金）的人來說，物理化學(xué)一向被認(rèn)為是一門重要的課程；但如何運(yùn)用物理化學(xué)原理解決冶金過程問題，有相當(dāng)一部分人是不夠熟悉的。長期以來，在高等冶金院校進(jìn)行物理化學(xué)教學(xué)時，教師不善于聯(lián)系冶金過程講授，而擔(dān)任冶金專業(yè)課的教師，也較少地將物理化學(xué)理論運(yùn)用到冶金過程中去。作者多年來通過與冶金工廠及研究部門的科技、工程人員接觸，深深感到：一方面應(yīng)用物理化學(xué)解決冶金實際問題非常迫切，但另一方面又遇到不少人在解決冶金實際問題時，苦于不知如何下手運(yùn)用物理化學(xué)這一得力的理論工具。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因之一，在于缺乏專門書籍闡述物理化學(xué)在冶金過程中的運(yùn)用。作者編寫本書的目的，即在于填補(bǔ)這一空白區(qū)，為物理化學(xué)工作者和冶金工作者搭筑橋梁，使達(dá)到相互促進(jìn)。本書的范圍只涉及冶金過程熱力學(xué)這一部分。冶金過程中的化學(xué)反應(yīng)是錯綜復(fù)雜的。這由于：①礦石中有用金屬和大量雜質(zhì)（脈石）共同存在；②礦石有時含有多種有用金屬，對每一種金屬我們都希望盡可能分別提取出來加以綜合利用；③冶煉過程中所用的燃料、熔劑及耐火材料所含的某些元素也會參加一些反應(yīng)。這里，有的反應(yīng)我們需要它進(jìn)行，有的反應(yīng)我們不希望它進(jìn)行；有的反應(yīng)我們想提前進(jìn)行，有的反應(yīng)我們想推遲進(jìn)行；某一時期希望進(jìn)行某一反應(yīng)，而在另一時期又希望進(jìn)行另一反應(yīng)；有時某些反應(yīng)本來是不能夠進(jìn)行的，而我們則力圖創(chuàng)造條件使它從不可能進(jìn)行變?yōu)槟軌蜻M(jìn)行等等。面對這些錯綜復(fù)雜的過程，我們要利用什么手段，進(jìn)行什么樣的分析，才能判斷化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的趨勢、方向及平衡態(tài)呢？我們又要掌握哪些影響這種手段的因素，才能使我們可以按自己的意圖來變更或控制反應(yīng)進(jìn)行的方向及平衡態(tài)，以達(dá)到預(yù)期的結(jié)果呢？

內(nèi)容概要

本書是冶金過程物理化學(xué)的熱力學(xué)部分?？傆?2章。第1～10章，從冶金熱力學(xué)的角度出發(fā)，討論氧化、還原、熔锍吹煉、氯化、化學(xué)遷移、爐渣與鋼液反應(yīng)(脫硫與脫磷)、鋼液凝固(包括脫氧、晶核成長、去氣及偏析)等冶金過程的物理化學(xué)原理。全書貫徹自由能的運(yùn)用，廣泛地利用等溫方程式及活度，分析解決冶金反應(yīng)的方向性及平衡態(tài)問題。第11章，闡明各種熱力學(xué)參數(shù)狀態(tài)圖的應(yīng)用；第12章，總結(jié)自由能的計算方法，除對一般冶金反應(yīng)的自由能計算進(jìn)行小結(jié)外，對相變自由能、溶解自由能以及各種標(biāo)準(zhǔn)態(tài)及參考態(tài)的活度計算都進(jìn)行了討論，以期對帶有溶液(即冶金熔體的金屬液、爐渣、熔锍等等)參加的冶金反應(yīng)能進(jìn)行一定的定量分析。    本書可供冶金及有關(guān)專業(yè)的工程技術(shù)人員、科研工作者和大專院校師生參考閱讀；亦可作為冶金物理化學(xué)專業(yè)課部分內(nèi)容的教材。

書籍目錄

前言本書采用符號表第一章  氧化還原的基本規(guī)律  §1—1 研究氧化還原規(guī)律的必要性和重要性  §1—2 氧化還原是矛盾的對立統(tǒng)一  §1—3 氧化物標(biāo)準(zhǔn)生成自由能△F。與溫度T關(guān)系圖及其運(yùn)用  §1—4 分解壓與氧位  §1—5 直接還原與間接還原  §1—6 溶于鐵液中的元素氧化的標(biāo)準(zhǔn)自由能AF。圖  §1—7 直接氧化和間接氧化  §1—8 繪制△F。與T關(guān)系圖應(yīng)注意的問題  §1—9 △F。作為判斷化學(xué)反應(yīng)方向性依據(jù)的局限性  §1—10 等溫方程式與活度    一、等溫方程式的推導(dǎo)    二、元素的活度相互作用系數(shù)    三、爐渣氧化物的活度  §1—11 等溫方程式的具體運(yùn)用    一、高爐內(nèi)CO還原FeO問題    二、Si還原MgO問題    三、Mn還原SiO2問題第二章  選擇性氧化與還原  §2—1 選擇性還原——從紅土礦提取鈷和鎳  §2—2 鉻的選擇性氧化——含鉻鐵水吹煉的去鉻保碳    一、鉻的氧化物    二、含鉻鐵水的吹煉  §2—3 碳的選擇性氧化——奧氏體不銹鋼冶煉的去碳保鉻    一、奧氏體不銹鋼冶煉發(fā)展史的三個階段    二、理論計算    三、分析討論    四、各種高碳真空吹煉法簡介  §2—4 釩的選擇性氧化——含釩鐵水的吹煉    一、釩的選擇性氧化    二、提釩工藝簡介  §2—5 鈮的選擇性氧化——含鈮鐵水的吹煉  §2—6 硅、錳的氧化還原    一、硅、錳、碳的氧化順序    二、冶煉過程中硅、錳的還原第三章  銅、鎳冶金的熔锍吹煉  §3—1 熱力學(xué)基本數(shù)據(jù)  §3—2 銅、鎳火法冶金簡介    一、銅、鎳火法冶煉現(xiàn)行流程    二、銅、鎳熔锍吹煉的基本區(qū)別  §3—3 熔锍吹煉的熱力學(xué)分析  §3—4 吹煉冰鎳的若干問題    一、熱源問題    二、爐子轉(zhuǎn)速問題    三、供氧制度    四、開吹與停吹溫度    五、還原NiO問題    六、脫氧即減少溶于鎳液中的氧含量問題第四章  氯化冶金  §4—1 氯化冶金原理  §4—2 固體氯化劑  §4—3 添加劑的作用  §4—4 氯化冶金應(yīng)用的實例    一、自高鈦渣提取金屬鈦    二、自黃鐵礦燒渣回收有色金屬并造球為煉鐵原料第五章  化學(xué)遷移反應(yīng)  §5—1 羰基法的熱力學(xué)分析  §5—2 工業(yè)上的羰基法  §5—3 碘化法第六章  相圖  §6—1 二元相圖小結(jié)  §6—2 組成規(guī)則及杠桿規(guī)則    一、組成規(guī)則    二、杠桿規(guī)則  §6—3 晶體偏析及化學(xué)偏析  §6—4 三元體系濃度三角形的性質(zhì)  §6—5 直線規(guī)則與重心規(guī)則    一、直線規(guī)則    二、重心規(guī)則  §6—6 簡單的共晶型三元相圖    一、立體圖及平面投影圖    二、冷卻組織及相對量    三、等溫線及等溫截面  §6—7 簡單的帶有包晶反應(yīng)及固溶體的三元相圖  §6—8 CaO-FeO-SiO2三元相圖第七章  爐渣  §7—1 爐渣在冶煉過程中的作用  §7—2 爐渣的結(jié)構(gòu)    一、液體爐渣結(jié)構(gòu)的分子理論    二、液體爐渣結(jié)構(gòu)的離子理論  §7—3 爐渣的堿度  §7—4 爐渣的氧化性  §7—5 成渣及快速造渣的理論分析    一、成渣的條件    二、石灰的熔化溶解過程    三、快速造渣途徑的理論分析    四、爐渣返干的分析  §7—6 造渣實踐    一、石灰加入量的計算    二、爐渣量的計算    三、造渣工藝——三種操作方法    四、快速造渣的措施第八章  脫硫反應(yīng)  §8—1 鋼鐵中硫的來源及其危害性  §8—2 煉鋼型爐渣分子理論的脫硫  §8—3 煉鋼型爐渣離子理論的脫硫    一、計算硫分配比公式的推導(dǎo)    二、硫分配比的計算實例    三、分析討論  §8—4 高爐型爐渣的脫硫  §8—5 從硫化物容量計算硫分配比  §8—6 提高爐渣脫硫效率的措施    一、硫分配比和脫硫率    二、影響脫硫效率的因素    三、回硫問題  §8—7 沉淀脫硫    一、鈣、鎂、鋯、稀土等金屬的沉淀脫硫    二、錳能否沉淀脫硫問題  §8—8 爐外脫硫  §8—9 氣化脫硫第九章  脫磷反應(yīng)  §9—1 鋼鐵中磷的來源及其危害性    一、磷的來源及去除    二、磷對鋼鐵性能的影響    三、磷在鐵液中和液態(tài)爐渣中存在的形式  §9—2 脫磷反應(yīng)熱力學(xué)    一、氣化脫磷能不能進(jìn)行    二、脫磷是鋼水與爐渣間的界面反應(yīng)    三、脫磷反應(yīng)的熱力學(xué)分析    四、脫磷反應(yīng)達(dá)到平衡時鋼水含[P]量的計算  §9—3 關(guān)于磷分配比  §9—4 提高脫磷效率的措施    一、從磷分配比看影響脫磷效率的因素    二、脫磷率和磷分配比    三、提高脫磷效率的小結(jié)  §9—5 回磷問題  §9—6 煉鋼實踐中脫磷和脫碳的相互關(guān)系第十章  鋼水凝固過程  §10—1 沉淀脫氧    一、脫氧常數(shù)    二、重量％脫氧平衡曲線最低值的理論分析    三、復(fù)合脫氧劑  §10—2 無非金屬夾雜物的脫氧    一、擴(kuò)散脫氧    二、真空下氣相脫氧  §10—3 凝聚相晶核生成理論    一、均相成核    二、異相成核    三、脫氧產(chǎn)物的成核  §10—4 氣泡成核理論    一、氣泡承受的壓力    二、CO氣泡生成是異相成核反應(yīng)  §10—5 偏析現(xiàn)象    一、偏析公式    二、微區(qū)偏析與宏區(qū)偏析  §10—6 鋼錠凝固過程中的綜合分析    一、溫度的影響    二、偏析的影響    三、凝固過程中氣孑L生成的分析    四、半鎮(zhèn)靜鋼生成條件的分析第十一章  熱力學(xué)參數(shù)狀態(tài)圖  §11—1 化合物生成自由能△F對T關(guān)系圖  §11—2 化學(xué)反應(yīng)的自由能△F對T關(guān)系圖  §11—3 化學(xué)反應(yīng)的自由能△F對RlnJ關(guān)系圖  §11—4 化學(xué)反應(yīng)的lgK對1／T關(guān)系圖  §11—5 化學(xué)反應(yīng)的lgK對lgpO2關(guān)系圖  §11—6 焙燒反應(yīng)的lgpsO2對lgpO2關(guān)系圖  §11—7 電化學(xué)反應(yīng)的電位E對pH關(guān)系圖第十二章  自由能計算  §12—1 化合物標(biāo)準(zhǔn)生成自由能    一、用定積分法求化合物的標(biāo)準(zhǔn)生成自由能    二、帶有相變過程的化合物的標(biāo)準(zhǔn)生成自由能    三、用不定積分法求化合物的標(biāo)準(zhǔn)生成自由能    四、由△F與T的多項式求二項式  §12—2 化學(xué)反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)自由能    一、由物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)生成自由能及溶解自由能求化學(xué)反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)自由能    二、由化學(xué)反應(yīng)的平衡常數(shù)K求標(biāo)準(zhǔn)自由能    三、由電化學(xué)反應(yīng)的電動勢求標(biāo)準(zhǔn)自由能    四、由自由能函數(shù)求化學(xué)反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)自由能  §12—3 相變自由能  §12—4 溶解自由能    一、活度的兩種標(biāo)準(zhǔn)態(tài)    二、標(biāo)準(zhǔn)溶解自由能    三、兩種標(biāo)準(zhǔn)態(tài)的活度比    四、兩種標(biāo)準(zhǔn)態(tài)的活度系數(shù)y與f的相互關(guān)系    五、參考態(tài)和標(biāo)準(zhǔn)態(tài)    六、活度的相互作用系數(shù)    七、活度采用兩種標(biāo)準(zhǔn)態(tài)的意義  §12—5 離子的標(biāo)準(zhǔn)自由能附錄  單位轉(zhuǎn)換表及有用常數(shù)表

章節(jié)摘錄

插圖：金屬元素在自然界很少以單質(zhì)的形式存在。有色金屬的礦石大多數(shù)是硫化物，而鐵礦石則是氧化物或碳酸物。金屬元素在礦石中都和其他元素結(jié)合為化合物。欲從礦石中提取金屬，無論是采用火法冶煉，還是用濕法提取，氧化還原反應(yīng)都起很重要的作用?，F(xiàn)以煉鐵煉鋼為例，分析闡明研究氧化還原規(guī)律的必要性和重要性。眾所周知，煉鐵采用鐵礦、焦炭、石灰石及大量的熱空氣，在高爐內(nèi)從氧化鐵中把鐵還原出來，它主要的化學(xué)反應(yīng)是還原反應(yīng)。煉鋼采用高爐生產(chǎn)的生鐵，配合廢鋼，用氧把生鐵中的雜質(zhì)氧化掉，通過合金化，得到不同規(guī)格的鋼水，它主要的化學(xué)反應(yīng)是氧化反應(yīng)。但是，高爐產(chǎn)品“生鐵”不是純鐵，而是含有碳、硅、錳、硫、磷等雜質(zhì)元素的鐵合金。這些雜質(zhì)影響了生鐵的性能，而又決定了下一步煉鋼所采取的工藝流程。這些雜質(zhì)是從哪里來的，它們是怎樣進(jìn)入生鐵的呢？

編輯推薦

《冶金過程熱力學(xué)·技術(shù)卷》：中國科學(xué)技術(shù)經(jīng)典文庫·技術(shù)卷

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