钢铁冶金原理

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1、钢铁冶金原理教师：杨永斌班级：矿物041～045上课时间：2006年下学期教材：黄希祜编，钢铁冶金学原理，冶金工业出版社，2002电子课件Chapter5化合物的形成－分解及碳、氢的燃烧反应5.1化合物形成—分解反应的热力学原理5.2碳酸盐的分解反应5.3氧化物的形成—分解反应5.4金属（铁）氧化的动力学5.5可燃气体的燃烧反应5.6固体碳的燃烧反应5.7燃烧反应体系气相平衡成分的计算5.1化合物形成－分解反应的热力学原理如：Fe+O2→Fe2O3Fe3O4/FeO+O2→Fe2O3CaO+CO2→CaCO3形成反应:元素/低价化合物+气

2、体=化合物/高价化合物分解反应:化合物/高价化合物=元素/低价化合物+气体如：Fe2O3→Fe+O2Fe2O3→Fe3O4/FeO+O2CaCO3→CaO+CO25.1.1分解压及其热力学方程5.1.2分解反应的热力学参数状态图5.1.3分解压的影响因素5.1.1分解压及其热力学方程-11.分解压的定义共同特点：仅有一种气体生成，其余都是纯凝聚固相物通式：AB(s)=A(s)+B(g)平衡常数：分解压：分解反应的平衡常数等于分解出的气体的平衡分压，规定用pB(AB)表示，称为化合物AB的分解压。换言之：分解压是指分解反应达到平衡时产物气体的分

3、压分解反应式：碳酸盐：MCO3(s)=MO(s)+CO2硫化物：MS(s)=M(s)+S2氧化物：2MxＯy(s)=2M(s)+O25.1.1分解压及其热力学方程-22.分解压与温度的关系由：得：又：则有：标准生成吉布斯自由能与温度具有如下关系：因此：令：得：△rG0m(分)—AB(s)分解反应的标准吉布斯自由能△fG0m(AB,s)—A(s)与1molB(g)结合成AB(s)化合物的标准生成吉布斯自由能通过测定不同温度下的lgpB(AB)，并用lgpB(AB)对1/T作图，由图中直线的参数可得出A和B。5.1.2分解压的热力学参数状态图-1

4、1.化合物稳定存在(或发生分解)的条件按照化学平衡，反应总是趋于平衡，因此趋向于改变气相B的分压。有三种情况：(1)pBpB(AB)，AB(s)合成，pB不断降低，其结果是不断消耗气相B，或一直到A(s)全部转化为AB(s)(3)pB=pB(AB)，A(s)、AB(s)、B(g)处于平衡，即AB(s)的生成和分解速率相等。对AB(s)化合物的分解，有：5.1.2分解压的热力学参数状态图-22.分解压的热力学参数状态图这种以气—固

5、相反应的气相组分分压及温度为坐标绘制的平衡图，能表示出凝聚相稳定存在的热力学条件的范围，在冶金中称为优势区图，是冶金过程的热力学参数的状态图。能直观、简捷反应等温方程确定的结果。要使一定状态的(pB，T)的化合物AB(s)分解，有以下两种方法：提高体系温度，pB(AB)增加，当pB(AB)≥pB时，则△rGm≤0，如图中的a点到b点降低气相的分压，使pB≤pB(AB)，如图中的a点到c点。实际上，为使化合物分解，常常需要加热到沸腾温度。所以一般所指的分解温度都是指沸腾温度。即分解压达到100KPa(1atm)时的温度5.1.3分解压的影响因素

6、-11.固相物的相变不发生相变时：TTfus(A)AB(s)=A(l)+B(g)总焓为△rH0m=[H0m(A,s)+H0m(B,g)-H0m(AB,s)]+△fusH0m(A,s)固相物发生相变时：由等压方程及K0=pB(AB)得：产生热效应△rHm0产生熵变△rSm0(=△rHm0/T)引起分解压的变化5.1.3分解压的影响因素-2当反应物发生相变时：T>Tfus(AB)AB(l)=A(s)+B(g)

7、总焓为△rH0m=[H0m(A,s)+H0m(B,g)-H0m(AB,s)]-△fusH0m(AB,s)产物A(s)发生相变时，分解压增大反应物AB(s)发生相变时，分解压减小。5.1.3分解压的影响因素-3若产物A(s)在其沸点变成气态，分解反应为：2AB(s)=2A(g)+B2(g)因此，AB(s)的分解压在A的沸点后随着A蒸汽压的降低而增加。在这种情况下利用真空降低体系总压，从而降低pA(g)，就能使化合物的稳定性降低。由于故从而对于封闭体系5.1.3分解压的影响因素-42.固体的分散度固体物的分散度增加：对于由k个组分组成的体系，其吉

8、布斯自由能为：式中μi(v)—组分B的相内化学势，μi(v)=μ0i+RTlnp*i(s)；ni—组分i的物质的量；σ—组分i的表面能，J·m-2；Ai—组分i的表