冶金原理绪论ppt课件.ppt

冶 金 原 理 Theory of Metallurgy Hebei Polytechnic University School of Metallurgy and Energy 内容大纲 一 冶金原理的主要内容 二 冶金原理的地位和作用 三 冶金原理的局限性 Hebei Polytechnic University 一 冶金原理的主要内容 Hebei Polytechnic University 在冶金中 应用物理化学的原理和方法来 研究冶金过程原理的科学就称为冶金物理化学 冶金物理化学又称冶金过程物理化学 冶金 过程理论 冶金过程热力学及动力学 冶金原 理 冶金物理化学 Physical Chemistry of Metallurgy 一 冶金原理的主要内容 冶 金 原 理 冶 金 过 程 热 力 学 冶 金 过 程 动 力 学 冶 金 熔 体 冶金熔渣 金属熔体 一 冶金原理的主要内容 冶金过程热力学 Thermodynamics of Process Metallurgy 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 一 冶金原理的主要内容 热 力 学 涉 及 三 个 问 题 1 如何判断反应进行的方向 2 反应的产率如何计算 3 如何控制反应 一 冶金原理的主要内容 1 如何判断反应进行的方向 G 化学反应的吉布斯自有能变化量 数 值 G G 产物 G 反应物 物理化学意义 G为反应正向进行的驱动力 G 0 反应逆向进行 G 0 反应达到平衡 一 冶金原理的主要内容 1 如何判断反应进行的方向 G 的 计 算 Gm f T P a 化学反应等温方程式 式中 f T J为产物活 度和压力的乘积与反应物活度和 压力乘积的比值 一 冶金原理的主要内容 2 如何控制反应 rGm f T P a 控 制 反 应 的 手 段 改变反应体系温度 改变反应体系压力 改变产物活度 改变反应物活度 一 冶金原理的主要内容 3 如何计算反应的产率 K 化学反应平衡常数 rG 0时反应达到平衡 此时的J即为反应的K 不考虑活度影响 K 可近似理解为 一 冶金原理的主要内容 冶金过程动力学 Kinetic of Process Metallurgy 利用化学动力学的原理及物质 能量 动量传输的原理来研究冶金过程的速率 和机理 确定反应过程速率的限制环节 从而得到控制或提高反应的速率 缩短冶 炼时间 增加生产率的途径 化 学 过 程 物 理 过 程 基元反应 一 冶金原理的主要内容 冶金反应动力学研究步骤 实现冶金目的调节参数 反应限制性环节 基元反应速率 化学反应过程分析 机 理 研 究 调 节 速 率 一 冶金原理的主要内容 反应物传质 典 型 气 固 反 应 基 元 过 程 反应物表面吸附 界面化学反应 产物表面脱附 产物传质 调 整 参 数 提 高 反 应 速 率 气固反应动力学研究过程 确 定 反 应 速 率 的 限 制 性 环 节 一 冶金原理的主要内容 冶 金 熔 体 Metallurgical Melt 冶金熔体都是混合物 冶金熔体参与冶金化学反应 同时是产品 铁液 钢液 还原渣 氧化渣 富集渣 合成渣 冶 金 熔 渣 金 属 熔 体 二 冶金原理的地位和作用 三大专业基础课 承上启下 冶 金 传 输 原 理 冶 金 原 理 金 属 学 物 理 化 学 专 业 课 将物理化学的基本原理及实验方法应用到冶 金过程中 阐明冶金过程的物理化学规律 选择合适的冶炼条件 温度 气氛 作 用 二 冶金原理的地位和作用 钢铁冶金工艺过程 二 冶金原理的地位和作用 烧结 球团矿 热轧机 烧结 球团 转炉煤气 铁水 连铸机 焦炉 热 风 炉 高炉 转炉 焦炭 加热炉 高炉渣 钢渣 焦炉煤 气 钢水 铸坯钢材 热风 高炉煤气 熔剂 熔剂 废钢 原 料 炼 铁 炼 钢 连 铸 轧 钢 二 冶金原理的地位和作用 烧结机 冶金原理在烧结工艺中的应用 铁精粉进行烧结的目的 液相如何生成 氧化物熔点高烧结温度低 提高烧结矿强度 需要提高粘结相含量 矛盾 二 冶金原理的地位和作用 冶金原理在烧结工艺中的应用 化合物熔点 化合物熔点 化合物熔点 CaO26003CaO SiO2 20652FeO SiO21205 MgO28003CaO 2SiO21485MnO SiO21285 SiO21713CaO FeO SiO212052MnO SiO21345 FeO1370Fe2O3 SiO21217CaO MnO SiO 2 1700 Fe2O31457MgO Al2O321353CaO P2O51800 MnO1783MgO SiO21557CaO Fe2O31220 Al2O320502MgO SiO218902CaO Fe2O31420 CaF21418CaO MgO SiO21390CaO 2Fe2O31240 CaO SiO215503CaO MgO 2SiO21550CaO 2FeO Si O2 1205 2CaO SiO221302CaO MgO 2SiO21450CaO CaF21400 常见氧化物的熔点促使低熔点复杂氧化物的生成 二 冶金原理的地位和作用 冶金原理在炼铁工艺中的应用 炉顶煤气成分 炉渣 高炉 热风 高炉煤气 熔剂 烧结 球团矿 焦炭 铁水 N2 50 CO 20 25 CO2 22 17 少量H2 CH4 CO CO2 42 44 CO为还原剂 也是重要的热源 另一方 面CO属于有毒气体 希望能够在炉内 100 消耗 无法实现的原因 存在化学平衡 CO2 C s 2CO 二 冶金原理的地位和作用 冶金原理在炼铁工艺中的应用 铁水中含C Si Mn P S 是否含有Al Ca 炉渣 高炉 热风 高炉煤气 熔剂 烧结 球团矿 焦炭 铁水 1 P2O5 FeO CuO等全部被还原 2 SiO2 TiO2等难还原 50 被还原 3 Al2O3 MgO CaO等不能被还原 氧化物的氧势线越低 氧化物越稳定 越 不容易被还原 氧 化 物 的 稳 定 性 二 冶金原理的地位和作用 冶金原理在炼铁工艺中的应用 与转炉炼钢相比 高炉炼铁工 艺更适于脱硫 为什么 炉渣 高炉 热风 高炉煤气 熔剂 烧结 球团矿 焦炭 铁水 1 高温 脱硫吸热 2 高碱度 渣中O2 含量高 3 低w FeO 还原渣 4 金属液中fS高 S 活度高 高温 低w FeO fS高 C Si P含量高 适于 脱硫 的热 力学 条件 二 冶金原理的地位和作用 冶金原理在炼钢工艺中的应用 炼钢前期 P Si Mn氧 化 C不被氧化 为什么 转炉煤气 铁水 转炉 钢渣 钢水 熔剂 废钢 选 择 性 氧 化 1 低温 P Si Mn 氧势线 低 2 高温 C 氧势线低 C 氧势线斜率向下 存在氧化还原转化温度T转 二 冶金原理的地位和作用 冶金原理在炼钢工艺中的应用 出钢温度高 钢液w O 高 转炉煤气 铁水 转炉 钢渣 钢水 熔剂 废钢 碳氧浓度积 温度越高 K 越小 m越大 w O 越高 压力越大 pCO越大 m越大 C O CO 二 冶金原理的地位和作用 冶金原理在连铸工艺中的应用 冶炼高碳钢 铸坯出现气孔 的可能性大 为什么 连铸机 钢水 铸坯 碳氧浓度积 随钢液和铸坯的冷却 温度降低 K 降低 m 降低 CO析出 C O CO 二 冶金原理的地位和作用 钢铁 火法 冶金的特点 一高三多 多 相 体 系 高 温 多 组 元 多 相 反 应 二 冶金原理的地位和作用 钢铁 火法 冶金的特点 多 相 体 系 高炉炉缸 g s l 煤气 焦炭 铁液 高炉块状带 g s 煤气 矿石 转炉吹炼 g l l 炉气 渣液 钢液 精炼吹氩 g l 氩气 钢液 浇铸 l s 钢液 坯壳 二 冶金原理的地位和作用 钢铁 火法 冶金的特点 多 组 元 高炉煤气 CO CO2 N2等 铁液 Fe C Si Mn P S等 高炉渣 CaO SiO2 Al2O3等 转炉渣 CaO SiO2 FeO等 钢液 Fe Mn Ti Nb等合金元素 二 冶金原理的地位和作用 钢铁 火法 冶金的特点 多 相 反 应 C s FeO s Fe CO 反应速度慢 两个气固反 应相互促进 高温利于脱碳 但不利于脱磷 去碳保铬 需要高温 真空和 加镍 相 互 促 进 相 互 制 约 CO FeO s Fe CO2 CO2 C s 2CO 三 冶金原理的局限性 研究方法具有局限性 由于高温的特点 宏观 测定难度大 微观就更难 有时只能使用常温 数据外推 误差较大 学科尚在不断完善发展 灵活应用 依据冶物 化理论 创造有利反应进行条件 抑制不利反 应 提出合理工艺流程 冶金原理 理 论 冶金生产 实 践 指导 丰富 Thank you Hebei Polytechnic University 此课件下载可自行编辑修改 供参考 感谢您的支持 我们努力做得更好 。