熱力學在冶金中的應用ppt課件

1、4. 熱力學在冶金中的運用熱力學在冶金中的運用 4.1 4.1 最高反響溫度實際溫度計算最高反響溫度實際溫度計算 4.2 4.2 煉鋼過程中元素氧化發(fā)熱才干計算煉鋼過程中元素氧化發(fā)熱才干計算 4.3 4.3 選擇性氧化選擇性氧化奧氏體不銹鋼的去碳保鉻奧氏體不銹鋼的去碳保鉻4.4 4.4 選擇性復原選擇性復原從紅土礦中提取鈷和鎳從紅土礦中提取鈷和鎳 研討化學反響、溶液生成，物態(tài)變化如晶型轉變研討化學反響、溶液生成，物態(tài)變化如晶型轉變 、熔化或、熔化或蒸發(fā)等以及其他物理變化和化學過程產生熱效應的內容，蒸發(fā)等以及其他物理變化和化學過程產生熱效應的內容，稱為熱化學。冶金反響焓變的計算實踐上是冶金熱化學

2、的主稱為熱化學。冶金反響焓變的計算實踐上是冶金熱化學的主要內容。要內容。 4.1 最高反響溫度實際溫度計算最高反響溫度實際溫度計算冶金反響焓變及規(guī)范自在能變化計算冶金反響焓變及規(guī)范自在能變化計算 高爐煉鐵以及電爐、閃速爐熔煉銅锍為半自熱熔煉，其熱量來源既有物理高爐煉鐵以及電爐、閃速爐熔煉銅锍為半自熱熔煉，其熱量來源既有物理熱，又有化學熱；電爐煉鋼那么需求電能轉變?yōu)闊崮?，而轉爐煉鋼、吹煉熱，又有化學熱；電爐煉鋼那么需求電能轉變?yōu)闊崮埽D爐煉鋼、吹煉銅锍、鎳锍那么為自熱熔煉，主要的熱源是化學熱。以氧氣頂吹轉爐煉鋼銅锍、鎳锍那么為自熱熔煉，主要的熱源是化學熱。以氧氣頂吹轉爐煉鋼為例，把為例，把0的

3、鐵水升溫到的鐵水升溫到1650，主要依賴于鐵水中的，主要依賴于鐵水中的Si 、Mn 、C等元素氧化反響放熱；即由化學能轉變成熱能。要控制氧氣頂吹轉爐等元素氧化反響放熱；即由化學能轉變成熱能。要控制氧氣頂吹轉爐的溫度，需求進展冶金熱化學計算熱平衡計算，溫度偏高加降溫劑，的溫度，需求進展冶金熱化學計算熱平衡計算，溫度偏高加降溫劑，如廢鋼等；溫度偏低那么要參與提溫劑，如硅鐵等，以到達控制冶煉過程如廢鋼等；溫度偏低那么要參與提溫劑，如硅鐵等，以到達控制冶煉過程的目的。總之，金屬的提取過程普通都伴有吸熱或放熱景象。因此，計算的目的?？傊?，金屬的提取過程普通都伴有吸熱或放熱景象。因此，計算冶金反響焓變，不

4、僅有實際意義，還有實踐意義冶金反響焓變，不僅有實際意義，還有實踐意義 。焓變計算方法焓變計算方法 物理熱的計算物理熱的計算: 純物質的焓變計算，一是利用熱容；二是運用相對焓。純物質的焓變計算，一是利用熱容；二是運用相對焓。1. 用恒壓熱容計算純物質的焓變用恒壓熱容計算純物質的焓變: 對于成分不變的均相體系，在等壓過程中的熱容稱為定壓對于成分不變的均相體系，在等壓過程中的熱容稱為定壓熱容熱容Cp，在等容過程中的熱容稱為定容熱容，在等容過程中的熱容稱為定容熱容Cv. ppTHC）（dTCHTTp21當物質在加熱過程中發(fā)生相變時當物質在加熱過程中發(fā)生相變時: 21) s (tr) s (TTpTTp

5、trtrdTCHdTCH將固態(tài)將固態(tài)1mol某純物質在恒壓下由某純物質在恒壓下由298K加熱到溫度加熱到溫度T時，經液時，經液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，其所需的全部熱量的計算式為態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，其所需的全部熱量的計算式為: rtTTTlHdTCHdTCHtmr298msm(s)p,mtrm(s)p,mBMm(g)p,mg)(mp,TTTTllBdTCHdTCtrT、MT、BT分別為晶型轉變溫度、熔點和沸點；mtrH、msHl 、fusHm、mgHl分別為摩爾晶型轉變焓、摩爾熔化焓和摩爾蒸發(fā)焓，Cp,m(s)、Cp,m(l)和 Cp,m(g)分別為固、液、氣態(tài)下物質的恒壓摩爾熱容。 利用摩爾標準相對焓（298,m

6、m,HHT）計算純物質的焓變 2.在絕大多數情況下，量熱給出了純物質在在絕大多數情況下，量熱給出了純物質在298K時的熱化學常數時的熱化學常數 TpTdTCHH298m,298,m,m稱為摩爾規(guī)范相對焓，即一摩爾物質在常壓下從稱為摩爾規(guī)范相對焓，即一摩爾物質在常壓下從298K加熱到加熱到K時所吸收的熱量。時所吸收的熱量。假設物質的量為假設物質的量為n摩爾，其相對焓為摩爾，其相對焓為 n298,m,mHHTTpdTCn298m, 假設該物質在所研討的溫度下為固體，且有固態(tài)相變，那么相對焓假設該物質在所研討的溫度下為固體，且有固態(tài)相變，那么相對焓298,m,mHHTtrt298m(s),mtr)m

7、(s,TTTpprdTCHdTC 假設在所研討溫度下該物質為液態(tài)，那么相對焓假設在所研討溫度下該物質為液態(tài)，那么相對焓298,m,mHHTtrTTTlppHdTCHdTC298ms)m(s,mtr)m(s,Mtr TTlpdTCtr)(m,假設在所研討溫度下該物質為氣態(tài)，那么相對焓為假設在所研討溫度下該物質為氣態(tài)，那么相對焓為 298,m,mHHTtrMtr298ms)m(s,mtrm(s),TTTlppHdTCHdTCTTplTTlpdTCHdTCBBM)m(g,mg)m(,4.1 最高反響溫度實際溫度計算最高反響溫度實際溫度計算利用基爾霍夫公式計算化學反響焓變，前提是反響物與生成利用基爾霍

8、夫公式計算化學反響焓變，前提是反響物與生成物的溫度一樣，為了使化學反響溫度堅持恒定，過程放出的物的溫度一樣，為了使化學反響溫度堅持恒定，過程放出的熱要及時散出；對吸熱反響那么必需及時供應熱量。熱要及時散出；對吸熱反響那么必需及時供應熱量。假設化學反響在絕熱條件下進展，或因反響進展得快，過程假設化學反響在絕熱條件下進展，或因反響進展得快，過程所放出的熱量不能及時傳出，此時也可視為絕熱過程。所放出的熱量不能及時傳出，此時也可視為絕熱過程。對于放熱反響，生成物將吸收過程發(fā)出的熱，使本身溫度高對于放熱反響，生成物將吸收過程發(fā)出的熱，使本身溫度高于反響溫度。假設知反響的焓變，以及生成物熱容隨溫度變于反響

9、溫度。假設知反響的焓變，以及生成物熱容隨溫度變化的規(guī)律，即可計算該體系的最終溫度，該溫度稱為最高反化的規(guī)律，即可計算該體系的最終溫度，該溫度稱為最高反響溫度又叫實際最高反響溫度。響溫度又叫實際最高反響溫度。絕熱過程是理想過程，實踐上和環(huán)境發(fā)生能量交換總是不可絕熱過程是理想過程，實踐上和環(huán)境發(fā)生能量交換總是不可防止的。因此，反響所能到達的實踐溫度總是低于實際最高防止的。因此，反響所能到達的實踐溫度總是低于實際最高溫度。溫度。 計算放熱反響的實際最高溫度，實踐上是非等溫過程焓變計算放熱反響的實際最高溫度，實踐上是非等溫過程焓變的計算。的計算。普通假定反響按化學計量比發(fā)生，反響終了時反響器中不普通假

10、定反響按化學計量比發(fā)生，反響終了時反響器中不再有反響物。再有反響物。可以為反響熱全部用于加熱生成物，使生成物溫度升高?？梢詾榉错憻崛坑糜诩訜嵘晌铮股晌餃囟壬?。實標上，反響終了時總還殘留未反響的反響物。因此，也實標上，反響終了時總還殘留未反響的反響物。因此，也證明了實踐能到達的溫度比實際最高溫度要低。證明了實踐能到達的溫度比實際最高溫度要低。例題：例題： 鎂復原制鈦的總反響為鎂復原制鈦的總反響為TiCl4 (g)+2Mg(s)=Ti(s)+2MgCl2 (s) 1當反響在當反響在298K、恒壓下發(fā)生；、恒壓下發(fā)生；2當反響物當反響物TiCl4和和Mg分別預熱至分別預熱至1000K，再使

11、，再使它們接觸發(fā)生反響。它們接觸發(fā)生反響。試用第一節(jié)的數據表，用試算法計算最高反響溫度。試用第一節(jié)的數據表，用試算法計算最高反響溫度。解解 1計算反響計算反響 TiCl4 (g)+2Mg(s)=Ti(s)+2MgCl2 (s) 在在298K發(fā)生反響時，所能到達的最高溫度。發(fā)生反響時，所能到達的最高溫度。該反應在 298K 時的反應焓為298rH519.65kJ。 此反響全部用于加熱生成物此反響全部用于加熱生成物TiTi和和MgCl2MgCl2，使其溫度升至，使其溫度升至TKTK，運用實際熱平衡方程得，運用實際熱平衡方程得: :由相對焓定義式積分可得到各純物質的相對焓。由相對焓定義式積分可得到各

12、純物質的相對焓。鈦的相對焓計算如下：鈦的相對焓計算如下：70501015. 513.22)(23Ti298m,m,TTHHaT(2981155K) 當T1155K 時，Tia轉變成Ti，4140mtr H1molJ 25360m,298m,1155HH1molJ 23Tim,298m,1095. 383.191320)(TTHHT (11551933K) 當T1933K 時，Ti熔化，18620ms Hl J mol1 54430m,298m,1933HH J mol1 THHlT56.354300)()Ti(298,m,m (19333575K) MgCl2的相對焓計算如下：的相對焓計算如下

13、：1523(s)MgClm,298m,1062. 81097. 210.7926720)(2TTTHHT298987K當T987K時 55100m,298m,987HH J mol1 THHlT47.926930)()(MgClm,298m,2 9841691K 163290m,298m,1691HH J mol1 當T1691K 時， 1523(g)MgClm,298,m1031. 51015. 061.57221360)(2TTTHHT16912000K計算生成物相對焓之和：計算生成物相對焓之和： 2MgClm,298m,Tim,298m,298m,m,2)(）（）（生成物HHHHHHvT

14、TiTi1523,m,298m,1024.171011.0729.18060480)(TTTHHviTi生成物當當T=298987K 當T987K 時，129980)(,m,298m,生成物iTiHHv J mol1 當當T= 9871155K 23,m,298m,1013. 507.2076800)(TTHHviTi生成物當T1155K 時，252800)(,m,298m,1155生成物iiHHv J mol1 23,m,298m,1095. 377.20415170)(TTHHviTi生成物當當T=11551691K 當T1691K 時，372730)(,m,298m,1691生成物iiH

15、Hv J mol1 1523,m,298m,1063.101025. 406.135444040)(TTTHHviTi生成物當當T=16911933K 當T1691K 時，685190)(,m,298m,1691生成物iiHHv1molJ 由上述計算可以看出，298K 時 Mg（s）還原 TiCl4（g） ，反應放出的熱量（519.65kJ）大于加熱生成物 2MgCl2(l)和Ti到 1691K 所吸收的熱量 （372.73kJ） ， 但小于加熱生成物Ti和 2MgCl2(g)到 1691K 氣化所需吸收的熱量（685.19kJ） 。因此，最高反應溫度介于MgCl2液態(tài)與氣化溫度之間，即生成物

16、的最終溫度為 1691K。 1691)73.37265.519(73.37219.68516911691maxT用內插法闡明用內插法闡明 =1691K2 計算當計算當TiCl4(g)和和Mg均預熱到均預熱到1000K，再使其接，再使其接觸引發(fā)反響，所能到達的最高反響溫度觸引發(fā)反響，所能到達的最高反響溫度Mgm,298m,1000TiClm,298m,1000,m,298m,1000)(2)()(4HHHHHHvii反應物=131.271molkJ 2MgClm,298m,Tim,298m,m,298m,)(2)()(HHHHHHvTTiTi生成物=131.27+519.65=650.931mo

17、lkJ 用試差法計算最高反響溫度。用試差法計算最高反響溫度。假設生成物加熱至假設生成物加熱至T=1600K時，那么時，那么 2MgClm,298m,1600Tim,298m,1600)(2)(HHHH353.061molkJ，此值小于 650.931molkJ 假設生成物加熱至假設生成物加熱至T=1700K時，那么時，那么 2MgClm,298m,1700Tim,298m,1700)(2)(HHHH686.541molkJ，此值大于 650.931molkJ 因此，生成物的最高反響溫必定在因此，生成物的最高反響溫必定在16001700K之間，之間，用內插法計算此溫度：用內插法計算此溫度： Tm

18、ax=)16001700(06.35354.68606.35393.650+1600 =1689 K 鎂熱復原鎂熱復原TiCl4制取海綿鈦的反響，假設不排出余熱，反響制取海綿鈦的反響，假設不排出余熱，反響所能到達的最高實際溫度已接近所能到達的最高實際溫度已接近MgCl2的沸點的沸點1691K，遠超越了遠超越了Mg的沸點。的沸點。反響開場后，排出余熱是控制工藝過程的重要條件之一。反響開場后，排出余熱是控制工藝過程的重要條件之一。在消費實際中，鎂熱復原在消費實際中，鎂熱復原TiCl4工藝通?？刂圃诠に囃ǔ？刂圃?00左右，左右，防止了鎂的蒸發(fā)和高溫下防止了鎂的蒸發(fā)和高溫下Ti與反響器作用生成與反響

19、器作用生成Fe-Ti合金。合金。氧氣轉爐煉鋼過程所需的熱量來源氧氣轉爐煉鋼過程所需的熱量來源:(1) 參與轉爐內參與轉爐內0左右的鐵水帶來的物理熱左右的鐵水帶來的物理熱(2) 主要是在吹煉過程中，鐵水中各元素主要是在吹煉過程中，鐵水中各元素C、Si、Mn、P、Fe等氧化反響放出的化學熱。等氧化反響放出的化學熱。雖然爐渣、爐氣、爐襯等升溫耗費一定熱量，但過程產生雖然爐渣、爐氣、爐襯等升溫耗費一定熱量，但過程產生的化學熱仍過剩。因此，在氧氣轉爐煉鋼過程中要參與冷的化學熱仍過剩。因此，在氧氣轉爐煉鋼過程中要參與冷卻劑，借以耗費多余的熱量。卻劑，借以耗費多余的熱量。 4.2 煉鋼過程中元素氧化發(fā)熱才干

20、計算煉鋼過程中元素氧化發(fā)熱才干計算例題例題1-4 要計算鐵水的總化學熱，必需了解各元素氧化要計算鐵水的總化學熱，必需了解各元素氧化發(fā)熱才干。當轉爐開吹后，吹入發(fā)熱才干。當轉爐開吹后，吹入298K的氧，溶解在鐵水的氧，溶解在鐵水中中Si、Mn優(yōu)先氧化，并釋放化學熱，使鐵水溫優(yōu)先氧化，并釋放化學熱，使鐵水溫度升高。當爐溫到達度升高。當爐溫到達1400左右時，大量溶解在鐵水當左右時，大量溶解在鐵水當中的中的C開場氧化，約開場氧化，約90的的C被氧化成被氧化成CO，10被氧化成被氧化成CO2?，F(xiàn)以。現(xiàn)以C氧化成氧化成CO為例，計算當鐵為例，計算當鐵水中碳由水中碳由wC為為1降至降至0.1將使煉鋼熔池溫

21、度升高多將使煉鋼熔池溫度升高多少度少度?并計算添加廢鋼的冷卻效果。并計算添加廢鋼的冷卻效果。解解: 該問題屬非等溫條件下焓變的計算該問題屬非等溫條件下焓變的計算(1) 計算計算C氧化放出的熱量氧化放出的熱量1673298 21673COO21Cr H 1H 1673C 3H 4H 2H 829298r298 2298COO21C H4298r21rHHHHH由熱力學數據表查得：1H21.34kJ；用表中 1400K、1800K 的數據，以線性內插求出2H27.57kJ；3H0；298rH110.46kJ； 用線性內插法求出4H45.06kJ。將這些數據代入上式計算得 Hr114.31kJ。 將

22、 1molC氧化放熱量折合成 1kgC的放熱量H 83.952512100031.114H kJ (2) 計算氧化計算氧化1C時，煉鋼熔池溫升值時，煉鋼熔池溫升值 碳氧化所產生的化學熱不僅使鋼水升溫， 而且也使爐渣、 爐襯同時升溫。 通常， 渣量 （Qsl）約為鋼水量（Qst）的 15，被熔池加熱部分爐襯（frQ）約為鋼水量的 10，并忽略其他的熱損失。 已知：鋼水比定壓熱容cp, st=0.84kg)kJ/(K，渣與爐襯比定壓熱容cp,sl, fr =1.23 kg)kJ/(K，熱平衡方程為 HQstcp,stT+( Qsl+ Qfr) cp,sl,frT將有關數據代入上式, 得 T84K,

23、 即氧化1C可使煉鋼熔池的溫度升高84度。因此，碳氧化使wC 由1%降至0.1，可使熔池溫度升高8.4度。 (3) 計算冷卻劑的冷卻效應計算冷卻劑的冷卻效應冷卻劑通常有廢鋼、礦石、氧化鐵皮等。冷卻效應是指加入 1kg 冷卻劑后，在熔池內能吸收的熱量。 下面計算加入 1kg、 298K 的廢鋼升溫到煉鋼溫度 1873K 所吸收的熱量 （H） 。 巳知：廢鋼的比定壓熱容 cp, scr0.699kg)kJ/(K ；鋼水比定壓熱容 cp,st0.837 kg)kJ/(K ，廢鋼在 1773K 熔化，其熔化焓MfusH271.96 kJ。 吸收熱量吸收熱量 )()298(Mst,MfusMscr,TT

24、cHTcHppH1386.69kJ 4.3 選擇性氧化選擇性氧化奧氏體不銹鋼的去碳保鉻奧氏體不銹鋼的去碳保鉻奧氏體不銹鋼是一種重要的金屬資料，其特點是具有良好的奧氏體不銹鋼是一種重要的金屬資料，其特點是具有良好的抗晶間腐蝕才干。其含碳量越低，抗腐蝕才干越強?？咕чg腐蝕才干。其含碳量越低，抗腐蝕才干越強。奧氏體不銹鋼的普通鋼號為奧氏體不銹鋼的普通鋼號為1Cr18Ni9Ti，即，即，C0.12%，Cr17%19%，Ni8%9.5%，Mn1%2%，S0.02%，P0.035%。鋼號為鋼號為0Cr18Ni9的不銹鋼，的不銹鋼，C0.08%。對于超低碳優(yōu)質不銹鋼，對于超低碳優(yōu)質不銹鋼，C0.02%。 第

25、一個階段第一個階段配料熔化法配料熔化法1926年上一世紀年上一世紀40年代年代 方法特點就是運用各種低碳原料，如工業(yè)純鐵、方法特點就是運用各種低碳原料，如工業(yè)純鐵、純鎳、低碳鉻鐵及低碳廢鋼等。按鋼號要求事先純鎳、低碳鉻鐵及低碳廢鋼等。按鋼號要求事先配好料，然后在電爐內熔化消費不銹鋼。所以該配好料，然后在電爐內熔化消費不銹鋼。所以該法在電爐中只是個單純的熔化過程。法在電爐中只是個單純的熔化過程。 由于在熔化過程中，電極會向熔池滲碳，因此必需運用低碳由于在熔化過程中，電極會向熔池滲碳，因此必需運用低碳原料。配料熔化法存在如下兩個主要問題原料。配料熔化法存在如下兩個主要問題: 1不能運用不銹鋼前往料

26、。不銹鋼消費中會產生大約不能運用不銹鋼前往料。不銹鋼消費中會產生大約30%50%的前往料。的前往料。假設運用這些前往料，那么由于熔化過程中，電極會向熔池滲假設運用這些前往料，那么由于熔化過程中，電極會向熔池滲碳碳0.08%左右，因此將呵斥鋼水中含碳量超標。左右，因此將呵斥鋼水中含碳量超標。2假設運用前往料，不能用鐵礦石氧化去碳。假設運用前往料，不能用鐵礦石氧化去碳。在當時，吹氧氧化去碳技術還未產生，氧化劑主要是鐵礦在當時，吹氧氧化去碳技術還未產生，氧化劑主要是鐵礦石。然而，假想象運用前往料，用鐵礦石作氧化劑，只會石。然而，假想象運用前往料，用鐵礦石作氧化劑，只會呵斥鉻的大量氧化，而碳并不氧化，

27、從而達不到去碳保鉻呵斥鉻的大量氧化，而碳并不氧化，從而達不到去碳保鉻的目的。的目的。?第二個階段第二個階段前往吹氧法前往吹氧法1939年年 該法在該法在1939年由美國發(fā)明，稱為不銹鋼冶煉史的年由美國發(fā)明，稱為不銹鋼冶煉史的一次革命。該法的優(yōu)點是可以運用前往料，并經一次革命。該法的優(yōu)點是可以運用前往料，并經過吹氧的方法到達去碳的目的過吹氧的方法到達去碳的目的? 該法同樣存在下面兩個問題該法同樣存在下面兩個問題: 1吹氧時，鋼水中的吹氧時，鋼水中的Cr也要氧化一部分，大約也要氧化一部分，大約2%2.5%，呵斥一定的浪費。呵斥一定的浪費。 2配料時配料時Cr不能一次配足。即，消費不能一次配足。即，

28、消費1Cr18Ni9不銹鋼時，不銹鋼時，Cr不能一次配到不能一次配到18%，而只能配到，而只能配到12%13%。 ?這樣停吹后，由于吹氧損失這樣停吹后，由于吹氧損失2%2.5%的的Cr，熔池中含，熔池中含Cr只需只需10%左右。所以必需在氧化期末補加一定量的低碳鉻鐵，從而左右。所以必需在氧化期末補加一定量的低碳鉻鐵，從而提高了消費本錢。提高了消費本錢。 第三個階段第三個階段高碳真空吹煉法高碳真空吹煉法 60年代開展起來的一種新方法，被稱為不銹鋼冶煉史上的新年代開展起來的一種新方法，被稱為不銹鋼冶煉史上的新紀元。紀元。 該工藝具有如下四個特點：該工藝具有如下四個特點： 1原資料不受任何限制，各種

29、高碳資料均可以運用；原資料不受任何限制，各種高碳資料均可以運用；2配料時配料時Cr可以一次配足可以一次配足?3采用真空或半真空吹煉，或者先在常壓下吹氧脫碳到采用真空或半真空吹煉，或者先在常壓下吹氧脫碳到一定程度后，再進展真空或半真空處置；一定程度后，再進展真空或半真空處置；4鋼液中鋼液中Cr的回收率高，可達的回收率高，可達97%98% 4.3 選擇性氧化選擇性氧化奧氏體不銹鋼的去碳保鉻奧氏體不銹鋼的去碳保鉻在煉鋼溫度下碳和鉻同時與氧相遇，氧化作用必在煉鋼溫度下碳和鉻同時與氧相遇，氧化作用必有先后。這決議于元素同氧的親和力的大小，親有先后。這決議于元素同氧的親和力的大小，親和力大的先氧化。按照同

30、氧親和力大小決議氧化和力大的先氧化。按照同氧親和力大小決議氧化或復原順序，這就是選擇性氧化和復原實際中心。或復原順序，這就是選擇性氧化和復原實際中心。從埃林漢圖可知，吹煉從埃林漢圖可知，吹煉溫度必需高于氧化轉化溫度必需高于氧化轉化溫度，才干使鋼水中的溫度，才干使鋼水中的C氧化而氧化而Cr不氧化，不氧化，也就是可以到達去碳保也就是可以到達去碳保鉻的目的。鉻的目的。 1473K1). 1). 標態(tài)下的氧化順序標態(tài)下的氧化順序 223ss42CrO =Cr O330-11746840 173.22 J molGT 2s2CO =2CO0-12232630 167.78 J molGT 23 sss2

31、4Cr O+2C=Cr +2CO330-1514210340.79 J molGTG0=0時，時，T1508K(1235C)。( (固態(tài)下固態(tài)下) )1). 標態(tài)下的氧化順序標態(tài)下的氧化順序 234 s42CrO =Cr O330-11746430223.51 J molGT 22 CO =2CO0-1228117084.18 J molGT 34 s13Cr O+2 C =Cr +2CO220-1465260307.69 J molGTG0=0時，時，T1570K(1297C)。(溶于鋼液溶于鋼液)2). 2). 非標態(tài)下的氧化順序非標態(tài)下的氧化順序 34 s31Cr +2CO=Cr O+2

32、 C220-1465260307.69 J molGT 非規(guī)范態(tài)下，碳和鉻的氧化順序由等溫方程決議。非規(guī)范態(tài)下，碳和鉻的氧化順序由等溫方程決議。Cr9%Cr9%時，渣中鉻氧化物為時，渣中鉻氧化物為Cr3O4Cr3O4。所以冶煉不銹鋼的反響如下：。所以冶煉不銹鋼的反響如下：22C0332022CrCO%Cln%CrfGGRTfpp 非規(guī)范形狀下，碳和鉻的反響決議于溫度、非規(guī)范形狀下，碳和鉻的反響決議于溫度、C C和和CrCr的含量、的含量、pCOpCO。非標態(tài)下氧化轉化溫度計算非標態(tài)下氧化轉化溫度計算 因為渣中的（Cr3O4）處于飽和狀態(tài)，所以其活度為 1。Cf和Crf分別按下式計算： lgfC

33、= %NiC%CrC%CCNiCrCwewewe lgfCr=%NiCr%CCr%CrCrNiCCrwewewe rG= )/lg(2Crlg5 . 1Clg2Ni0237. 0Cr0476. 0C46. 014.1940.307464816CO%ppwwwwwTT 吹煉溫度必需高于氧化轉化溫度，才干使鋼水中的吹煉溫度必需高于氧化轉化溫度，才干使鋼水中的C氧化而氧化而Cr不氧化，也就是可以到達去碳保鉻的目的。不氧化，也就是可以到達去碳保鉻的目的。 表 C和Cr的氧化轉化溫度計算結果實 鋼水成分 COp Gr（J/mol） 氧化轉化溫度 例 wCr% wNi% wC% （Pa） TG40.307

34、464816r （） 1 12 9 0.35 101325 -464816+255.15T 1549 2 12 9 0.10 101325 -464816+232.24T 1728 3 12 9 0.05 101325 -464816+220.29T 1837 4 10 9 0.05 101325 -464816+224.05T 1802 5 18 9 0.35 101325 -464816+244.82T 1626 6 18 9 0.10 101325 -464816+221.92T 1821 7 18 9 0.05 101325 -464816+209.79T 1943 8 18 9 0.

35、35 67550 -464816+251.47T 1575 9 18 9 0.05 50662 -464816+221.29T 1827 10 18 9 0.05 20265 -464816+236.63T 1691 11 18 9 0.05 10132 -464816+248.04T 1601 12 18 9 0.02 5066 -464816+244.07T 1631 13 18 9 1.00 101325 -464816+267.98T 1461 14 18 9 4.50 101325 -464816+323.53T 1164 氧氣或鐵礦石氧化時，鋼水升降溫的計算：氧氣或鐵礦石氧化時，鋼

36、水升降溫的計算： a. 用氧氣氧化用氧氣氧化1%Cr提高鋼水溫度的計算提高鋼水溫度的計算 23Cr+O2（g）=21Cr3O4（s） rG= -746426+223.51T Jmol-1 rH= -746426 J 在含 1%Cr的鋼水中，23mol 的Cr被 1mol 的 O2氧化生成21mol Cr3O4時，產生的熱為746426 J。 23Cr= 2352 = 78g 所以所以78g wCr 為為1%的鋼水中含的鋼水中含F(xiàn)e為為 85.559978=138 mol 吹入的氧氣溫度為室溫。吹入的氧氣溫度為室溫。 表 計算鋼水升降溫所需數據 Cp（J/Kmol） HT-H298（kJ/mol

37、） kg/mol 1800K 1800K Cr3O4 22010-3 131.80 Fe2O3 159.710-3 158.16 217.07 Cr 5210-3 45.10 Fe 55.8510-3 43.93 C 1210-3 24.89 30.67 CO 2810-3 35.94 O2 3210-3 37.24 51.71 物質 iM Cp（J/Kmol） HT-H298（kJ/mol） kg/mol 1800K 1800K Cr3O4 22010-3 131.80 Fe2O3 159.710-3 158.16 217.07 Cr 5210-3 45.10 Fe 55.8510-3 43

38、.93 C 1210-3 24.89 30.67 CO 2810-3 35.94 O2 3210-3 37.24 51.71 t=（746426-51710）（13843.93+21131.8） t=113 即吹氧氧化即吹氧氧化1%Cr時，可使鋼水溫度提高時，可使鋼水溫度提高113。b用氧氣氧化用氧氣氧化1%C提高鋼水溫度的計算提高鋼水溫度的計算 2C+O2g= 2COg rG= -281165-84.18T Jmol-1 rH= -281165 J 24gCw為 1%的鋼水中含F(xiàn)e為 85.559924= 42.6 mol t=（281165-51760）（42.643.93+235.94）

39、 t=118 即氧化即氧化1%C時，可使鋼水溫度提高時，可使鋼水溫度提高118。c用鐵礦石氧化用鐵礦石氧化1%Cr提高鋼水溫度的計算提高鋼水溫度的計算 32Fe2O3（s）+2 C=34Fe+2 CO（g） rG = -202506+54.85T Jmol-1 rH= -202506 J t =（202506-32217070）8 .1312193.43)34138( t=8 即用鐵礦石氧化即用鐵礦石氧化1%Cr時，只能使鋼水溫度提高時，只能使鋼水溫度提高8。d用鐵礦石氧化用鐵礦石氧化1%C提高鋼水溫度的計算提高鋼水溫度的計算 32Fe2O3（s）+2 C=34Fe+2 CO（g） rG= 2

40、62755-252.00T Jmol-1 rH= 262755 J 該反響是吸熱反響，只能使鋼水溫度降低。該反響是吸熱反響，只能使鋼水溫度降低。 t=（-262755-32217070）94.35293.43)346 .42( t=-204 即用鐵礦石氧化即用鐵礦石氧化1%C時，可使鋼水溫度降低時，可使鋼水溫度降低204。 (1) 為什么吹氧發(fā)明前不能運用不銹鋼前往料？即為什為什么吹氧發(fā)明前不能運用不銹鋼前往料？即為什么用鐵礦石作氧化時不能到達去碳保鉻的目的？么用鐵礦石作氧化時不能到達去碳保鉻的目的？ 回答以下回答以下問題問題 如假設運用前往料，將如假設運用前往料，將Cr配到配到12%左右，那

41、么左右，那么wC從從0.35%降到降到0.1%時，吹煉溫度必需從時，吹煉溫度必需從1549升高到升高到1728。假設使假設使wC再降到再降到0.05%時，吹煉溫度必需到達時，吹煉溫度必需到達1837。即。即降低降低wC必需在高溫下完成，而高溫的獲得靠的是鋼液中必需在高溫下完成，而高溫的獲得靠的是鋼液中Cr的氧化。的氧化。當運用鐵礦石作氧化劑時，每氧化當運用鐵礦石作氧化劑時，每氧化1%Cr只能使鋼液溫度提只能使鋼液溫度提高高8，這個溫度遠遠抵消不了氧化，這個溫度遠遠抵消不了氧化0.1%C使鋼液降低的溫使鋼液降低的溫度度20.4。參與鐵礦石只能大量氧化參與鐵礦石只能大量氧化Cr而不能去而不能去C。

42、所以，假設運用前往料，由于電極增碳，用鐵礦石氧化又不所以，假設運用前往料，由于電極增碳，用鐵礦石氧化又不能去掉所添加的碳，故在吹氧發(fā)明前不能運用前往料。能去掉所添加的碳，故在吹氧發(fā)明前不能運用前往料。 (2) 為什么吹氧時可運用前往料而不怕增碳？為什么吹氧時可運用前往料而不怕增碳？熔池中的熔池中的wC從從0.35%降到降到0.05%時，熔池溫度必需從時，熔池溫度必需從1549升至升至1837。為了滿足去碳保鉻，吹煉溫度必需大于。為了滿足去碳保鉻，吹煉溫度必需大于氧化轉化溫度。氧化轉化溫度。上述所升高約上述所升高約290，主要靠吹氧氧化鋼液中的，主要靠吹氧氧化鋼液中的Cr來實現(xiàn)。來實現(xiàn)。由于每氧

43、化由于每氧化1%Cr可使鋼水溫度升高可使鋼水溫度升高118，那么氧化約，那么氧化約2%2.5%的的Cr可使鋼水溫度升高約可使鋼水溫度升高約236295。wC從從0.35%降至降至0.05%氧化掉氧化掉0.3%，也可使鋼水升溫約，也可使鋼水升溫約36。為了運用前往料并到達去碳保鉻的目的，必需首先損失掉為了運用前往料并到達去碳保鉻的目的，必需首先損失掉2%2.5%的的Cr，以滿足，以滿足wC降至降至0.05%所需求的所需求的290熱。熱。當當wC降到要求后，再補加一部分低碳鉻鐵，使降到要求后，再補加一部分低碳鉻鐵，使wCr到達到達鋼號要求的鋼號要求的18%。因此，前往吹氧法吹煉不銹鋼時，必需做到因

44、此，前往吹氧法吹煉不銹鋼時，必需做到“吹氧提溫。吹氧提溫。 (3) 為什么在前往吹氧法中，為什么在前往吹氧法中，Cr不能一次配足至不能一次配足至18%， 而只能配到而只能配到12%13%？假設假設wCr一次配足到一次配足到18%，那么當，那么當wC為為0.35%時，開時，開吹溫度必需高于吹溫度必需高于1626。wC降至降至0.1%時，吹煉溫度必需高于時，吹煉溫度必需高于1822。wC繼續(xù)降到繼續(xù)降到0.05%時，吹煉溫度必需高于時，吹煉溫度必需高于1943。高的吹煉溫度爐襯設備是難以接受的。因此，氧化轉化高的吹煉溫度爐襯設備是難以接受的。因此，氧化轉化溫度太高是呵斥溫度太高是呵斥Cr不能一次配

45、足的主要緣由。不能一次配足的主要緣由。 (4) 為什么高碳真空吹煉法為什么高碳真空吹煉法Cr可以一次配足？可以一次配足？當一氧化碳分壓小于規(guī)范壓力當一氧化碳分壓小于規(guī)范壓力101325Pa時，氧化轉化溫度時，氧化轉化溫度可降低。越小，氧化轉化溫度越低?？山档汀Ｔ叫?，氧化轉化溫度越低。例如，當例如，當PCO=10132 Pa時，時，wCr =18%、wC =0.05%，氧化轉化溫度只需氧化轉化溫度只需1601，這個溫度在消費中可以到達的。，這個溫度在消費中可以到達的。為了吹煉超低碳不銹鋼，如為了吹煉超低碳不銹鋼，如wC =0.02%，從實例，從實例12可以看可以看出，當出，當PCO=5066 P

46、a時，氧化轉化溫度為時，氧化轉化溫度為1631，仍是可，仍是可行的。因此，采用真空或半真空吹煉，可以將行的。因此，采用真空或半真空吹煉，可以將Cr一次配足。一次配足。當當C含量越高時，氧化轉化溫度越低。所以，吹煉開場時，含量越高時，氧化轉化溫度越低。所以，吹煉開場時，可以先在常壓下吹氧脫碳。但當可以先在常壓下吹氧脫碳。但當wC下降到一定程度時，下降到一定程度時，必需采用真空吹煉。必需采用真空吹煉。 34 s31Cr +2CO=Cr O+2 C2222C0332022CrCO%Cln%CrfGGRTfpp 1). 溫度越高，碳含量越低，去碳保鉻效果越好；溫度越高，碳含量越低，去碳保鉻效果越好；2

47、). 獲得不同溫度下的獲得不同溫度下的Cr和和C的平衡曲線；的平衡曲線；由圖中可知，冶煉不銹鋼時，碳由圖中可知，冶煉不銹鋼時，碳越低那么需求熔池溫度越高，而越低那么需求熔池溫度越高，而且且Cr要求越高，去碳保鉻所需要求越高，去碳保鉻所需溫度就越高。所以普通是在電爐溫度就越高。所以普通是在電爐中為提高溫度而先期氧化掉一些中為提高溫度而先期氧化掉一些Cr進入熔渣，在去掉進入熔渣，在去掉C后，再將后，再將熔渣中的熔渣中的Cr3O4部分復原回收。部分復原回收。 34 s31Cr +2CO=Cr O+2 C2222C0332022CrCO%Cln%CrfGGRTfpp 3). 對某一定的平衡對某一定的平

48、衡C和和Cr，pCO愈低，轉化溫度愈低，即吹氧愈低，轉化溫度愈低，即吹氧溫度也愈低，根據這些結果可知，利用真空或半真空技術冶煉溫度也愈低，根據這些結果可知，利用真空或半真空技術冶煉高碳金屬料沒有問題。高碳金屬料沒有問題。紅土礦因以赤鐵礦和褐鐵礦為主而得名，包括古巴、希臘、阿紅土礦因以赤鐵礦和褐鐵礦為主而得名，包括古巴、希臘、阿爾巴尼亞等產地的紅土礦都富含爾巴尼亞等產地的紅土礦都富含NiNi、CoCo、CrCr等重要合金元素，等重要合金元素，但無法進入高爐進展冶煉，緣由可以從埃林漢圖中得到。但無法進入高爐進展冶煉，緣由可以從埃林漢圖中得到。假設將紅土礦放假設將紅土礦放到高爐內冶煉，到高爐內冶煉，

49、一切的有用元素一切的有用元素NiNi、CoCo、CrCr都將都將進入生鐵并且影進入生鐵并且影響后面的煉鋼過響后面的煉鋼過程的成分控制，程的成分控制，所以必需在紅土所以必需在紅土礦進入高爐以前礦進入高爐以前對對NiNi、CoCo等進展等進展分別。分別。4.4 選擇性復原選擇性復原從紅土礦中提取鈷和鎳從紅土礦中提取鈷和鎳直接復原與間接復原直接復原與間接復原在高爐內，直接用在高爐內，直接用C C復原的反響稱為直接復原，而用復原的反響稱為直接復原，而用COCO復原的反復原的反響稱為間接復原。響稱為間接復原。 ssgsCM OCOMxyyyx 2ssgsCM OCOM22xyyyx 2gsgsCOM O

50、COMxyyyx原礦原礦破碎篩分破碎篩分復原焙燒回轉窯或沸騰復原焙燒爐復原焙燒回轉窯或沸騰復原焙燒爐惰性氣氛下冷卻焙砂惰性氣氛下冷卻焙砂NiNi、CoCo以金屬態(tài)存在。以金屬態(tài)存在。紅土礦中鐵的復原紅土礦中鐵的復原 鐵的復原為逐級復原。即鐵的復原為逐級復原。即Fe2O3Fe3O4FeO。 為了提高紅土礦中總含鐵量，應控制復原條件使為了提高紅土礦中總含鐵量，應控制復原條件使礦石中的礦石中的Fe2O3復原為復原為FeO，但不能復原成，但不能復原成Fe，以便與曾經復原成以便與曾經復原成Co、Ni等金屬分別。等金屬分別。關鍵問題：選擇適當的復原溫度和復原氣相組成。關鍵問題：選擇適當的復原溫度和復原氣相組成。 繪制繪制CO氣體復原氧化鐵平衡圖氣體復原氧化鐵平衡圖COT 23342sgsg3Fe O+CO2Fe OCO 342sgsgFe O+CO3FeOCO 2sgsgFeO+COFeCO 342sgsg13Fe O+COFeCO44 (1) (2) (3) (4)r1G=-26520-57.03T Jmol-1 r2G=35120-41.55T Jmol-1 r3G= -17500+21.00T Jmol-1 r4G= 0.17T Jmol-1 17. 21834lg2TK10. 1914lg3TK009. 0lg4K lgK= 98. 21440T 如何作出氧化鐵復原的平衡圖？如何