冶金过程动力学

1、以前基础知识化学反应动力学传输原理（界面反应）（传质方程）（速度方程与速度常数）（传质方程与传质系数）1基本概念ZYBAZYBA0i化学反应：反应物 ；生成物0i反应进度： 。iiinnodtdndtdii1反应速率：dtdcvii1or2基本关系（1） 速率方程：BABAckcv（质量作用定律）kcdtdc k1 (cA0 - x) k-1(cB0+x) dtdxBAAckcadtdc一级反应：二级反应：3基本关系（2） 菲克第一、第二定律：)(dxdcDJAAAx22xCDtC（稳态）（非稳态）)(bsdCCAkAJN 传质方程： Sh = kdL/D (Sherwood) Re = uL

2、/(Reynolds） Sc =/D (Schmidt)4双膜理论-引出两者间联系)()(IIiIIIIIIiIIIICCAkNCCAkN)(iIIiIrCkkCAN/)(kkCCmeqIII5溶质渗透理论 - kd)(10AASxAAcctDxcDJ在te时间内平均扩散流：)(2bSeAcctDdtJetettM01edtDk26两个重要概念 稳态过程 控速环节rIIINNNkmkkIII/1/1/1kmkkIII/1/1/1IIImkk/1/1IIImkk/1/1（两个极限型概念）（简化 过程）7控速环节的浓度特征及其应用反应气体产物气体气体浓度界面化学反应控速气体边界层内传质控速产物层内

3、扩散控速r = k+A(ci-ci/K)xr = -DAdc/dxr = (A/v)dx/dt / v: 摩尔比容, m3/molr = kdA(cb-c0)CbC0反应界面反应界面反应界面8多相反应动力学建立恒等式 传 质 速 率 界面反应速率物 质 质 量变 化 速 率9气-固相部分涉及的内容反应气体产物气体碳的燃烧反应反应界面气体边界层O2CO2C+O2=CO2氧化物还原反应反应界面生成物层气体边界层CO2COMO+CO=M+CO210抽象化抽象化-未反应核模型未反应核模型 两点假设：（1）反应在同一界面上进行；（2）反应过程外径不变，未反应核与生成层结构均一。(1)反应物致密的 ，产物

4、层 多孔; (2) 扩散速度 化学反应速度。11 外扩散：反应：A(g) + bB(s) = gG(g) + sS(s)rg= 4r02kg(cAbcAs) iAdrdcrD= 4ri2Deff 内扩散：rc= 4ri2krea (cAi-cGi/K ) 界面反应：dtdrbMrbdtdniiBB2B4dtdnA稳态过程：rg = rD = rccij控速环节：rg or rD or rc =bdtdnB12利用各种关系XB = 1-(ri/r0)3 eqGeqAbGbACCCCsgbasSgGsBgA时：当根据化学反应)()()()()/11 (1)()/(/)(0020KkrDrrrkrr

5、bMCCdtdreffiifiBBeqAbAi)/11 (4144120020KrkrrDrrrkCCdtdnireaieffifeqAbAA反应率：简化：13活性孔隙半径的上限rrRpcos2)180cos(22附p静lgh hrlgcos2max14气液相部分主体思路N O C H钢液气泡 2N N2 2H H2 2O O2C+O CON2 H2 O2CO（1）氧、碳等穿过钢液边界层扩散到气泡表面，即 OOs, CCs， HHs, NNs等（2）气泡表面上发生化学反应: OsCsCO, 2Hs H2, 2Ns N2 等（3）生成气体从表面扩散到气泡内部，并随气泡上浮排出。钢液边界层内扩 散

6、是控制环节15吹氩脱碳-气泡内压力变化 低碳钢脱碳：)()(sOdCsCdCOwOwMAkdtdnCwCwMAkdtdn 高碳钢脱碳：dtdpRTVdtdnCOArCO10/C4sCOwKppwCOC10/O4sCOwKppwCO16例：低碳钢脱碳)O10/(4ArCOwKppCwMAkdtdpRTVCOCdCOpwKDOwOwCwCVMARTkBCOCdO101)(43400)(COCODpCBdtdpBDtDpCCCOln11lnlnCODpCCO1011lnAr4wtpMVKARTkCCOd17吹氩脱碳-氩气需要量 高碳钢脱碳：dtOdMWdtdVRTpOArCO103dtCdMWdtd

7、VRTpCArCO103410OCpKppCOeqCOCO 低碳钢脱碳：ln14. 027300,OOCKWTVVCOArArln187. 027300,CCOKWTVVCOArAr18吹氩脱氢-脱氢与脱碳关系 脱氢吹氩量：32102HArMHWdRTdVpH421022pHwKpHHdtHdHKOCKdtCdHCO62300,/)11(12. 12732mHHKWTVVtHArAr 脱碳与脱氢关系：19真空脱气)(sdccAkdtdnAdtdcVdtdnAA)(sAAdcckVAdtdcAtkVAccccdsAoAsAAln20液-液相反应步骤 （1）A 由金属液内穿过金属液一侧边界层 向金

8、属液-熔渣界面迁移； （2）(Bz+)由渣相内穿过渣相一侧边界层向熔 渣-金属液界面的迁移； （3）在界面上发生化学反应 ； （4）(Az+)*由熔渣-金属液界面穿过渣相边界 层向渣相内迁移； （5）B* 由金属液/熔渣界面穿过金属液边界 层向金属液内部迁移。 A + (B z+ ) = (Az+ ) + B21反应： Mn+(FeO)=(MnO)+Fe (1) 钢中锰原子向钢渣界面迁移； (2) 渣中Fe2+向渣钢界面迁移； (3) 钢渣界面上发生化学反应： Mn+(Fe2+)=(Mn2+)+Fe (4) 生成的Mn2从界面向渣中扩散； (5) 生成的Fe原子从界面向钢液内扩散。 22第1步

9、骤为控速环节)()(*MnMnMnMn*MnMnccDAccAkNdMn)Fe(*MnFe)(Mn*)Fe(*Mn*Fe*)(Mn+22+22ccccccccK)1()(FeFe)(MnMnMnMnMn22cccKcDAN23其它步骤为控速环节 第2步骤：) 1()(Mn)(Mn)(Mn)(Mn2222QKcDAN) 1(QKcDANFeFeFeFe.)(Fe)()(Fe)(Fe)1 (2222KQcDANFe 第4步骤： 第5步骤：Qcccc(Mn)FeMn(Fe)22dtdcVNMnstMn24eq*MnMnww)(*MnMnMnMnMnccDAN)(eqMn,MnMnMnMnccDANdtdcVNMnstMn)MnMn(MneqMnstMnwwVADdtdwtVADwwwwMnstMneqeq0MnMnMnMnlnistiMiwc25多相反应动力学一般研究思路 （1）根据反应特点，提出假设条件，建立动力学步