冶金熔炼原理及工艺讲义,第一章 活度及氧位图-修订

1、1授课教师授课教师：周文龙周文龙/ /董红刚董红刚办公地点：铸造中心办公地点：铸造中心212212室室/304/304室室办公电话：办公电话：8470996784709967，8470628384706283电子信箱：电子信箱： 2考核方式：出勤率考核方式：出勤率 作业作业 期末考试成绩期末考试成绩3 绪论绪论第一章第一章 活度及氧位图活度及氧位图第二章第二章 熔渣、熔剂性质熔渣、熔剂性质第三章第三章 合金元素的氧化还原反应合金元素的氧化还原反应第四章第四章 合金熔体内杂质的去除合金熔体内杂质的去除第五章第五章 典型合金的熔炼工艺典型合金的熔炼工艺第六章第六章 金属的现代冶金熔炼技术金属的现代

2、冶金熔炼技术4 参考书：参考书：物理化学物理化学程兰征程兰征冶金过程热力学冶金过程热力学魏寿昆魏寿昆 铸造合金熔炼原理铸造合金熔炼原理董若璟董若璟 钢铁冶金原理钢铁冶金原理黄希祜黄希祜 铸造手册铸造手册铸钢铸钢 第第3版版 有色金属熔池熔炼有色金属熔池熔炼任鸿九任鸿九 金属材料冶炼工艺学金属材料冶炼工艺学王惠王惠本课程是研究冶金反应规律的科学本课程是研究冶金反应规律的科学 冶金熔炼的原理冶金熔炼的原理5 研究冶金反应研究冶金反应：1 1、在给定的条件下、在给定的条件下 反应的可能性、方向、限度。反应的可能性、方向、限度。 冶金反应的热力学规律冶金反应的热力学规律2 2、冶金反应的机理、速度、进

3、程、冶金反应的机理、速度、进程 创造条件控制反应的进行创造条件控制反应的进行 动力学规律动力学规律学习的内容与方法学习的内容与方法铸造合金熔炼主要涉及的熔体铸造合金熔炼主要涉及的熔体： 熔配合金、炉渣或熔剂熔配合金、炉渣或熔剂6国外国外19201932年，年，黑色冶金中引入物理化学理论；黑色冶金中引入物理化学理论；1920年，年，P.Oberhoffer（奥伯霍夫）首次发表钢液奥伯霍夫）首次发表钢液中中Mn-O平衡问题的论文；平衡问题的论文；1925年，年，Farady Society（法拉第学会）在（法拉第学会）在英国伦英国伦敦召开炼钢物理化学学术年会。敦召开炼钢物理化学学术年会。1926年

4、，年，C.H.Herty（赫蒂）在美国发表平炉炼钢赫蒂）在美国发表平炉炼钢过程中过程中C、S、Mn等元素变化规律论文，且专门等元素变化规律论文，且专门领导建立一个研究平炉冶炼过程问题的小组。领导建立一个研究平炉冶炼过程问题的小组。71932年，年，德国德国R.Schenk发表专著：钢铁冶金物理化发表专著：钢铁冶金物理化学导论学导论（Physical Chemistry of Steel Manufacture Processes）其他：德国的其他：德国的Korber和和Olsen等。等。冶金物理化学体系冶金物理化学体系 ：19321958 创立创立 J. Chipman （启普曼）启普曼）,

5、逸度和活度理论逸度和活度理论1926年毕业于加里福尼亚大学，物理学博士；年毕业于加里福尼亚大学，物理学博士；1932年发表年发表H2O，CO2，CO，CH4的自由能及在冶金学上的意的自由能及在冶金学上的意义（密西根大学，研究工程师）；义（密西根大学，研究工程师）；1937年任麻省理工学院教师；年任麻省理工学院教师；1942年出版年出版1600化学一书；化学一书；1948年发表金属溶液的活度论文，奠定了活度基础；年发表金属溶液的活度论文，奠定了活度基础；1951年出版碱性平炉炼钢一书。年出版碱性平炉炼钢一书。8C.Wagner 1952年出版合金热力学提出活度相互作用系年出版合金热力学提出活度相

6、互作用系数，使活度更加理论化；数，使活度更加理论化；1958年出版炼钢中的动力学问题创立较完整年出版炼钢中的动力学问题创立较完整的冶金动力学研究体系；的冶金动力学研究体系；S.Darken1953年出版金属物理化学，较系统地论述了年出版金属物理化学，较系统地论述了“冶金动力学及热力学冶金动力学及热力学”问题。问题。 9(19051971)，湖北人，南开大学毕业。湖北人，南开大学毕业。1931年进入年进入美国密歇根大学研究院，师从美国著名学者美国密歇根大学研究院，师从美国著名学者J.Chipman教授，教授，获冶金工程博士学位。获冶金工程博士学位。 1937年发表年发表H2-H2S混合气体与混合

7、气体与Fe中中S的平衡，论述了铁液的平衡，论述了铁液中中S的行为。的行为。10（19072014)，天津人，中国科学院院士，北京科技大，天津人，中国科学院院士，北京科技大学教授。德国德累斯顿工科大学工学博士学教授。德国德累斯顿工科大学工学博士,冶金过程热力学、冶金过程热力学、活度在冶金中的应用。活度在冶金中的应用。在冶金热力学理论及其应用中获得多项重大成果。运用活度理论在冶金热力学理论及其应用中获得多项重大成果。运用活度理论为红土矿脱铬、金川矿提镍等反应中金属的提取和分离工艺奠定为红土矿脱铬、金川矿提镍等反应中金属的提取和分离工艺奠定了理论基础。了理论基础。11（19151987），），浙江省

8、平湖市浙江省平湖市人，中国科学院学部人，中国科学院学部委员，委员，中科院上海冶金研究所。发表一系列熔体活度测定方法中科院上海冶金研究所。发表一系列熔体活度测定方法论文，如测定论文，如测定CaO-SiO2-Al2O3渣系的活度。渣系的活度。我国冶金物理化学活度理论研究的先驱，将冶金物理化学对象我国冶金物理化学活度理论研究的先驱，将冶金物理化学对象从钢铁冶金、有色冶金延伸到高纯金属和半导体材料冶金。从钢铁冶金、有色冶金延伸到高纯金属和半导体材料冶金。 12（19121992），河北保定人，），河北保定人，中国科学院学部委员中国科学院学部委员。1952年他受命筹建中南矿冶学院，是中国有色金属冶金教育

9、的年他受命筹建中南矿冶学院，是中国有色金属冶金教育的开拓者。他对火法冶金、湿法冶金、氯化冶金及熔体热力学理论开拓者。他对火法冶金、湿法冶金、氯化冶金及熔体热力学理论有深入的研究。他的有深入的研究。他的“金属金属氧系热力学和动力学氧系热力学和动力学”、“高温熔高温熔体物理化学性质体物理化学性质”的研究成果，为中国有色金属的开发和综合利的研究成果，为中国有色金属的开发和综合利用提供了理论依据。用提供了理论依据。l1947年与年与J.Chipman共同发表共同发表H2-H2O混合气体与混合气体与Fe液中液中Cr的的平衡。平衡。13（1937），广东潮阳人，中国科学院），广东潮阳人，中国科学院院士，北

10、京院士，北京科技大学教授。科技大学教授。用用Gibbs-Duhem方程计算熔体热力学性质。方程计算熔体热力学性质。14 获得具有一定性能，质量优良的铸件，或原材料，获得具有一定性能，质量优良的铸件，或原材料，须提高熔体的冶金质量：须提高熔体的冶金质量： 1 1、准确的合金成份；、准确的合金成份； 2 2、减少非金属夹杂物、气体；、减少非金属夹杂物、气体； 3 3、足够的过热温度。、足够的过热温度。 铸造合金熔炼是熔配、废料重熔过程：铸造合金熔炼是熔配、废料重熔过程： 改变金属料的物态，改变金属料的物态， 发生复杂的冶金反应（物理化学现象）。发生复杂的冶金反应（物理化学现象）。 参加反应的物质：

11、参加反应的物质： 金属、燃料、熔剂、精炼剂、变质剂、炉气、炉渣、炉衬金属、燃料、熔剂、精炼剂、变质剂、炉气、炉渣、炉衬 15 CO2OCFeO2OFe222 COCu2OCuCCOFeFeOCl2sls FeOCaSFeSCaOFe9OPCaO3CaO3FeO5PFe2l522 ls3222lCu6OAl2OCu3Al2SiOFe2FeO2Si1.1.金属相与气相反应金属相与气相反应2.2.金属燃料与固相反应金属燃料与固相反应3.3.金属熔体与炉渣、熔剂反应金属熔体与炉渣、熔剂反应4.4.金属熔体内组元之间的反应金属熔体内组元之间的反应16 RP % % KPH理想溶液理想溶液：组元蒸气压与其

12、浓度的关系。：组元蒸气压与其浓度的关系。 稀溶液稀溶液：溶剂溶剂遵守遵守，溶质溶质摩尔浓度摩尔浓度常数常数常数常数浓度浓度 合金熔炼中的合金熔体和熔融炉渣也是溶液，这些实际溶合金熔炼中的合金熔体和熔融炉渣也是溶液，这些实际溶液的热力学规律却不那么简单。引入活度后，理想溶液和稀溶液的热力学规律却不那么简单。引入活度后，理想溶液和稀溶液的热力学公式就可以适用于实际溶液，解决实际溶液存在的液的热力学公式就可以适用于实际溶液，解决实际溶液存在的问题就可以简化。问题就可以简化。17定义：定温定压下，稀溶液中定义：定温定压下，稀溶液中溶剂溶剂的蒸气压等于的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压与纯溶剂的蒸气压与溶剂溶剂

13、摩尔分数的乘积。摩尔分数的乘积。 a、拉乌尔定律（、拉乌尔定律（Raoults law）定义：稀溶液中，挥发性定义：稀溶液中，挥发性溶质溶质的平衡分压与的平衡分压与溶质溶质在溶液中的摩尔分数成正比。在溶液中的摩尔分数成正比。 b、亨利定律（、亨利定律（Henrys law）K K：比例系数。与溶质、溶剂性质有关。：比例系数。与溶质、溶剂性质有关。AAAPP*BBKPBBCKP1BBbKP218190RPPa实Ra一一、活度的定义、活度的定义 活度的物理意义：有效浓度活度的物理意义：有效浓度活度系数活度系数P实实蒸气压实测值；蒸气压实测值；P0标准态纯物质的蒸气压标准态纯物质的蒸气压P实实=P0

14、 aR20例例500oC时时Cd-Pb合金中合金中Cd的蒸气压的蒸气压该图为该图为500oC时时Cd-Pb合金中合金中Cd的蒸气压与其浓度间的关系。曲线为镉的的蒸气压与其浓度间的关系。曲线为镉的蒸气压实测值蒸气压实测值pCd实实，一条虚线表示按拉乌尔定律计算的理论值，一条虚线表示按拉乌尔定律计算的理论值pCdR，另一，另一条虚线表示按亨利定律（注：这里亨利定律中亨利常数为条虚线表示按亨利定律（注：这里亨利定律中亨利常数为k%）计算的理论）计算的理论值值pCdH。21500oC时时Cd-Pb合金中合金中Cd的蒸气压的蒸气压合金含合金含Cd20%亦即亦即xCd=0.316时，时，pCd实实=8.2

15、11/760 atm，如图中，如图中a点。但根据拉乌尔定律计算，得点。但根据拉乌尔定律计算，得如如c点所示。点所示。 pCd实实pCd0 xCd，即实际蒸气压不遵守拉，即实际蒸气压不遵守拉乌尔定律。由图还可看到，过乌尔定律。由图还可看到，过a点作水平线与拉乌尔点作水平线与拉乌尔直线交于直线交于b点，其摩尔分数点，其摩尔分数xCd=0.592。这就是说，以。这就是说，以xCd=0.592代入拉乌尔公式后，所得蒸气压就和实测代入拉乌尔公式后，所得蒸气压就和实测值相符。因此，只需要将浓度加以矫正，拉乌尔定律值相符。因此，只需要将浓度加以矫正，拉乌尔定律就适用于实际溶液。以就适用于实际溶液。以aR、C

16、d表示校正后的浓度，即表示校正后的浓度，即aR、Cd=0.592，则下式成立：，则下式成立： pCd实实=pCd0 aR、Cd。略去。略去下角标下角标Cd，变为，变为 或或 （1-1-1）现称校正后的浓度现称校正后的浓度aR为活度，由上式定义之。上式表为活度，由上式定义之。上式表明，以活度代替实际浓度，就可以保留拉乌尔公式，明，以活度代替实际浓度，就可以保留拉乌尔公式，使之用于实际溶液。使之用于实际溶液。0ppaR实Rapp0实在本例中，虽然镉的实际在本例中，虽然镉的实际浓度浓度xCd=0.316，但其蒸，但其蒸气压与活度气压与活度aR=0.592的效的效果一样。所以活度可以理果一样。所以活度

17、可以理解为有效浓度，这就是解为有效浓度，这就是活活度度的物理意义。的物理意义。22 既然活度既然活度aR是校正后的浓度，采用实际浓度是校正后的浓度，采用实际浓度x乘以校正系数乘以校正系数，即得活度即得活度aR= x。现称校正系数。现称校正系数为为活度系数活度系数。由此式和式（由此式和式（1-1-1）得）得 （1-1-2） =1时，时，P实实=PR，实际蒸气压和按拉乌尔定律计算的蒸气压为同一值，即，实际蒸气压和按拉乌尔定律计算的蒸气压为同一值，即实际溶液就是理想溶液。实际溶液就是理想溶液。 1时，时，p实实 pR，实际溶液偏离了理想溶液。，实际溶液偏离了理想溶液。R0ppxppxaR实实因此，因

18、此，值可以用来衡量值可以用来衡量实际溶液实际溶液偏离偏离理想溶液理想溶液的程度，的程度，这就是这就是活度系数活度系数的物理意义。的物理意义。以上将实际溶液和理想溶液进行了对比，也可以将其以上将实际溶液和理想溶液进行了对比，也可以将其和稀溶液进行对比。和稀溶液进行对比。由图可见，由图可见，根据亨利定律，当镉根据亨利定律，当镉Cd的质量分数为的质量分数为20%时，镉的时，镉的蒸气压蒸气压因而因而p实实 k%Cd。为了使亨利定律适用于实际溶。为了使亨利定律适用于实际溶液，同样也只须以活度液，同样也只须以活度a%, Cd代替浓度代替浓度%Cd， pCd实实=k%a%, Cd 。略去下角标。略去下角标C

19、d后得后得23500oC时时Cd-Pb合金中合金中Cd的蒸气压的蒸气压atmatmCdkpHCd76017 .1420760171. 0%atmk760171. 0%akp实%kpa实 或或 （1-1-3）上式为上式为a%的定义，其物理意义同的定义，其物理意义同aR，表示有效浓度。现用，表示有效浓度。现用f表示浓度表示浓度%i的校正的校正系数，即系数，即a%的活度系数，则的活度系数，则 a% =f %i，由此式和式（，由此式和式（1-1-3）得）得（1-1-4）f=1时，时，p实实=pH；f1时，时， p实实pH。故。故f值可用以衡量实际溶液偏离稀溶液的程度。值可用以衡量实际溶液偏离稀溶液的程

20、度。Hppikpiaf实实%240RR0bCd0CdCdPPaaPPPP实实实RaRRPPxPPxa实实0实测（实际）的曲线不符合拉乌尔定律，但采取浓度校正实测（实际）的曲线不符合拉乌尔定律，但采取浓度校正后，实际溶液可以使用拉乌尔定律了。后，实际溶液可以使用拉乌尔定律了。校正后的浓度（有效浓度）校正后的浓度（有效浓度）活度活度 校正系数，活度系数校正系数，活度系数 实际溶液浓度实际溶液浓度通式：通式：P0是纯物质的蒸气压。是纯物质的蒸气压。25RaRPP实 =1时，实际溶液时，实际溶液理想溶液理想溶液 11时，实际溶液偏离理想溶液时，实际溶液偏离理想溶液 衡量衡量实际溶液实际溶液偏离偏离理想

21、溶液理想溶液的程度的程度 的物理意义的物理意义 （活度系数）（活度系数）？26根据亨利定律根据亨利定律 yKPH760171420KCdKPHCd.% % % % %HCdCdPP实atm 图中图中d点点使适应亨利定律，用活度使适应亨利定律，用活度a a 代替浓度代替浓度%Cd%Cd % % %aKPCd实27% % %KPa实% %aRaifa% %aHPPiKPiaf实实%通式：通式： 的物理意义相同，表示有效浓度的物理意义相同，表示有效浓度 f: f: 表示浓度表示浓度%i的校正系数，的校正系数，的活度系数的活度系数 f=1 ， f1， f：衡量：衡量实际溶液实际溶液偏离偏离稀溶液稀溶液

22、的程度。的程度。HPP实HPP实与与28二、活度的参考态和标准态二、活度的参考态和标准态Ra% %a以理想溶液为参考以理想溶液为参考以稀溶液为参考以稀溶液为参考Ra1ifa% 1f 参考态参考态确定标准确定标准a=1时时,标实PP标实PPa 通式：通式：当活度系数为当活度系数为1时的状态就是参考态。时的状态就是参考态。活度活度a=1的状态就是标准态。的状态就是标准态。29 标准态：纯物质，拉乌尔定律基准。浓度表示方法活度活度系数实际溶液的三种范围的活度及活度系数xi 0 xi 10 xi 11, 1,*iRiiixaPP*/iiRiPPa iRiRiiixaPP/ix00*/iiiiiiHii

23、RixPxkPPa1/*iiiiiiiRixPxPPPa1/*iiiiiiiiiRixPxPPPa 标准态：假想纯物质，亨利定律基准。浓度表示方法活度活度系数实际溶液的三种范围的活度及活度系数xi 0 xi 10 xi 11, 1,iHiHixakPHiHikPa/iHiHiiixaPPf/ix1/iiHiHHiHifxkxkkPa00*/1/iiiiHiiHiHifxkxPkPa1/iiiHiiHHiHifxfkxfkkPa 标准态：质量1%溶液，亨利定律基准。浓度表示方法活度活度系数实际溶液的三种范围的活度及活度系数xi 0 xi 10 xi 11,%1,%iakPii%/kPaii)/(

24、%/%iaPPfiiiii%1%/ )(%/%iiifikikkPa1)(%/ )(%/%iiiiififkifkkPa32参考态参考态 浓度浓度标准态标准态（a=1a=1）活度活度活度系数活度系数适用对象适用对象理想溶液稀溶液 摩尔分数质量分数 纯物质1%溶液 合金熔体的溶剂，熔渣中的组元合金熔体的溶质）（标实PP）浓度活度（%KPa实0PPaR实Raiaf%活 度 间转换类别转换系数转换系数特 性浓度单位相同，参考态不同，故仅涉及/f的转变。浓度单位不相同，参考态亦不同，故涉及到两者均需转换。参考态相同，故无/f的转换；但浓度单位不同，故仅涉及到浓度单位的转换。HiRiaa /%/iRia

25、a%/iHiaa0iiiMMA0100iMMA10034 实际合金的熔体、溶渣都不是理想溶液和稀溶液实际合金的熔体、溶渣都不是理想溶液和稀溶液 熔体中有多个组元熔体中有多个组元 对于多元合金，组元溶质的活度系数也受其他溶对于多元合金，组元溶质的活度系数也受其他溶质组元的影响质组元的影响jiiiifff%lgijijijfe35M-i-j三元系中三元系中i元素的活度系数。元素的活度系数。引入活度相互作用系数：引入活度相互作用系数：的的物理意义物理意义：在三元系中，当第二元素：在三元系中，当第二元素i i的质量分数不变时，的质量分数不变时，每加入质量分数为每加入质量分数为1%1%的第三元素的第三元

26、素j j到溶液内，引起第二元素到溶液内，引起第二元素活度系数对数的变化值。活度系数对数的变化值。 称为活度的相互作用系数。称为活度的相互作用系数。jiejie表示表示M-i二元系中溶质二元系中溶质i的活度系数。的活度系数。iifif第三元素第三元素j的加入影响的加入影响i的活度的活度系数，系数，i的校正系数。的校正系数。jif 推导：jefjiji%lg%lgiiiiiife36jeffjiiii%lglgjeiefjiiii%lg 表示表示M-i二元系中，每加入质量分数为二元系中，每加入质量分数为1%的的i时，引起它自时，引起它自身活度系数对数的变化值。身活度系数对数的变化值。iie 类推到

27、类推到N元合金：元合金：mienimmiimef%lg37niiiiifffff 321neeeefniiiii%.3%2%1%lg321与温度等因素有关的系数与温度等因素有关的系数38假设假设 2O 为理想气体，化学位为：为理想气体，化学位为： 222ln0OOOPRT0O22O1P2O 的标准化学位，即的标准化学位，即 atm atm 时的化学位时的化学位 2222ln0OOOOPRT2O在分压为在分压为 时，与标准（时，与标准（1atm1atm时）的化学位差时）的化学位差2OP即即2O的相对化学位的相对化学位 2OPT 影响影响物理化学物理化学补充：补充：3940yx2OMy2OMyx2

28、yxOM2O2OP 一切能与一切能与O O2 2平衡的含氧物质都有氧位。平衡的含氧物质都有氧位。 1.1.气态氧化物的氧位气态氧化物的氧位由凝聚相由凝聚相 M 与与1mol O2生成氧化物生成氧化物，在一定温度下，反应达到平衡：在一定温度下，反应达到平衡： 与与处于平衡，此时平衡时处于平衡，此时平衡时, ,O2的分压为的分压为 则则, ,其氧位等于其氧位等于RTlnPO2412、凝聚相氧化物的氧位、凝聚相氧化物的氧位若若M 、MxOy均为凝聚相，则均为凝聚相，则 PO2为氧化物的分解压。为氧化物的分解压。 该氧化物的标准生成自由能该氧化物的标准生成自由能 2ln0OPRTG 即此时，氧化物的氧

29、位等于即此时，氧化物的氧位等于1mol生成该氧化物的标准自由能变化生成该氧化物的标准自由能变化若若M或或MxOy 处于溶液处于溶液(液相液相)时，氧位时，氧位0G3、含氧的熔体有氧位、含氧的熔体有氧位 22OO2lnOPRT2OP为与熔体平衡时，气相中为与熔体平衡时，气相中O2的分压的分压 42 利用利用化学位化学位判断物质转移方向和限度的依据。判断物质转移方向和限度的依据。 “ “转变转变”是由是由高高化学位相向化学位相向低低化学位相直到达到平衡的过程。化学位相直到达到平衡的过程。 氧位可以判断氧位可以判断氧氧在含氧各相之间转移（方向、限度）。在含氧各相之间转移（方向、限度）。 氧位冶金反应

30、进程？合金熔体氧化？氧化物分解？分析 若氧化物氧位高于气相氧位，氧化物分解，放出的若氧化物氧位高于气相氧位，氧化物分解，放出的O O2 2进入气相，进入气相，气相氧位上升，氧化物和气相处于平衡。气相氧位上升，氧化物和气相处于平衡。 若气相氧位高于熔液的氧位，那么气相中的若气相氧位高于熔液的氧位，那么气相中的O O2 2溶解于熔液中，溶解于熔液中，使熔液氧化，熔液氧位上升，直至二者相等，含使熔液氧化，熔液氧位上升，直至二者相等，含O O2 2气相与含氧熔气相与含氧熔液处于平衡。液处于平衡。432lnOPRT gyxg2gOMy2OMyx222CO2OCO2如图示如图示 氧位图，温度氧位图，温度氧

31、位氧位图中的线：氧位线图中的线：氧位线每条氧位线都对应一个冶金反应。每条氧位线都对应一个冶金反应。氧位线的类型：氧位线的类型：气相氧位线：气相氧位线：如：如： M、MxOy均为气相均为气相44 gyxgsOMyOMyx222 ggCOOC222s氧化物（气相）氧位线氧化物（气相）氧位线例：例：M为纯凝聚相为纯凝聚相，MxOy为气相。为气相。这时的这时的 PO2为氧的分压为氧的分压45 syxgOMyOMyx222s sgFeOOFe222s氧化物（凝聚相）氧位线氧化物（凝聚相）氧位线例：例： 几乎所有氧化物的氧位线均有拐点出现，这是表明发几乎所有氧化物的氧位线均有拐点出现，这是表明发生了相变。

32、生了相变。 相变包括：相变包括：熔化、蒸发、升华、晶型熔化、蒸发、升华、晶型转变等。转变等。 对应的温度即是相变温度。对应的温度即是相变温度。M、MxOy均为凝聚相均为凝聚相46氧位线的位置越高，氧位高，其氧化物的氧位线的位置越高，氧位高，其氧化物的氧化能力越氧化能力越强。强。 氧可以从氧可以从“高位高位”氧化物转移到其下部低氧位线的体系中氧化物转移到其下部低氧位线的体系中 应用到冶金反应中。应用到冶金反应中。2O，亲力增大向下倾斜：随，亲力减弱向上倾斜：随TT1.比较物质对氧的亲合力比较物质对氧的亲合力位于较下部的直线，物质对位于较下部的直线，物质对的亲合力高于上部的。的亲合力高于上部的。氧

33、位线的倾斜氧位线的倾斜-G的值大的值大472OM2MO22OP2OP2O2.分析氧化物分解热力学规律分析氧化物分解热力学规律 1) 求氧化物的分解压求氧化物的分解压 如如：-MO、M均为凝聚相，在均为凝聚相，在T T温度达到平衡时温度达到平衡时，O2的压力的压力为为MO的分解压（指的分解压（指MO、M和和O2处于平衡时处于平衡时O2的分压），从图可以计算。的分压），从图可以计算。在某在某O2分压位置，在氧势图中与参考分压位置，在氧势图中与参考“0”点作点作连线连线。在线下方表明发生氧化，在线上方表明发生分解，即不氧化。在线下方表明发生氧化，在线上方表明发生分解，即不氧化。大气大气分压分压0.2

34、1atm：绝大多数：绝大多数M线均在下方（氧化）。线均在下方（氧化）。3.分析合金的氧化分析合金的氧化 2) 2) 比较氧化物的稳定性（分解）比较氧化物的稳定性（分解）在氧位图中，某一温度下，作在氧位图中，某一温度下，作垂线垂线。数值位置较低的更稳定，位置较高的不稳定。数值位置较低的更稳定，位置较高的不稳定。热力学分析热力学分析484.定性分析合金元素氧化与还原：定性分析合金元素氧化与还原：判断合金元素是否氧化烧损判断合金元素是否氧化烧损 将合金氧化物的氧位线与熔剂合金氧化物的氧位线比较，处于将合金氧化物的氧位线与熔剂合金氧化物的氧位线比较，处于下方则氧化，上方则被还原。下方则氧化，上方则被还

35、原。Cu如：熔炼钢、铁，比较如：熔炼钢、铁，比较，比较，比较熔炼熔炼FeO线线OCu2线线 比较合金元素氧化顺序比较合金元素氧化顺序 根据氧位线比较与根据氧位线比较与 亲合力：大的优先发生氧化。亲合力：大的优先发生氧化。2O氧化转化温度氧化转化温度 两种合金元素的氧化物氧位线有交叉。两种合金元素的氧化物氧位线有交叉。 交叉点温度即是转化温度。交叉点温度即是转化温度。5.选择脱氧剂、比较与选择脱氧剂、比较与O2的亲合力的亲合力 对钢液进行脱氧，脱氧剂对氧的亲合力必须大于铁对氧的亲合力，对钢液进行脱氧，脱氧剂对氧的亲合力必须大于铁对氧的亲合力，这样才能使得脱氧剂把铁还原回熔体中，是对脱氧剂的热力学

36、基本要求。这样才能使得脱氧剂把铁还原回熔体中，是对脱氧剂的热力学基本要求。491、仅进行、仅进行热力学热力学分析，不涉及反应分析，不涉及反应动力学动力学。 仅关注反应的仅关注反应的“始始”“”“末末”状态，没有涉及中间步骤。状态，没有涉及中间步骤。 2、所有凝聚相都定为纯物质，、所有凝聚相都定为纯物质，不是溶液不是溶液。 氧为气态氧为气态 O2 ，不是，不是O。 3、氧位图假定：反应平衡时，除、氧位图假定：反应平衡时，除 O2 外，其余气体的平衡分压均为外，其余气体的平衡分压均为1atm. 实际情况：是不可能的。因此，实际情况：是不可能的。因此，氧位线发生偏转，存在误差氧位线发生偏转，存在误差

37、。4、除氧位图外，还有硫位图、氯位图等。具有不同的冶金用途。、除氧位图外，还有硫位图、氯位图等。具有不同的冶金用途。氧势图氧势图)/ln(2O*PPRTGf用途：用途：1. 比较稳定性；比较稳定性；2. 判断判断T反应开始反应开始；3. 判断分解压判断分解压T;4. 扩展标尺。扩展标尺。注意：标准状态。注意：标准状态。 O OC氧化生成氧化生成CO反应的反应的 fG*T 线线的斜率为负。的斜率为负。C氧化生成氧化生成CO2反应的反应的 fG*T 线的斜率约为线的斜率约为0。CO氧化生成氧化生成CO2反应的反应的 fG*T 线的斜率为正。线的斜率为正。特点特点对于反应对于反应 2H2 + O2

38、2H2O， fG*T 线的斜率为正，但较一般金属氧化线的斜率为正，但较一般金属氧化物的物的 fG* T 线的斜率为小。线的斜率为小。 H2 -H2O线与反应线与反应 2COO22CO2 的的 fG*-T线相交于线相交于1083K（810）。）。高于高于810，H2的还原能力强于的还原能力强于CO。52拉乌尔定律（拉乌尔定律（Raoults Law）: 物理化学的基本定律之一。是法国物理学家物理化学的基本定律之一。是法国物理学家F.-M.拉乌尔在拉乌尔在1887年年研究含有非挥发性溶质的稀溶液的行为时发现的，可表述为：研究含有非挥发性溶质的稀溶液的行为时发现的，可表述为：“在某在某一温度下，稀溶液的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压乘以溶剂的摩尔分一温度下，稀溶液的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压乘以溶剂的摩尔分数数”。其数学表达式为：。其数学表达式为： PA=P xA式中