冶金熔炼原理及工艺讲义活及氧位图修订方案.pptx

1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2目目录录 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冶金熔炼技术3 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4 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5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（奥奥伯伯霍霍夫夫）首首次次发发表表钢钢液液中中Mn-O平衡问题的论文；平衡问题的论文；1925年年，FaradySociety（法法拉拉第第学学会会）在在英英国国伦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。冶金物理化学的发展历程冶金物理化学的发展历程 1926年年，C.H.Herty（赫赫蒂蒂）在在美美国国发发表表平平炉炉炼炼钢钢过过程程中中C、S、Mn等等元元素素变变化化规规律律论论文文，且且专专门门领领导建立一个研究平炉冶炼过程问题的小组。导建立一个研究平炉冶炼过程问题的小组。61932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（PhysicalChemistryofSteelManufactureProcesses）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）,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年年发发表表H2O，CO2，CO，CH4的的自自由由能能及及在在冶冶金金学学上上的的意意义（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。7C.Wagner1952年年出出版版合合金金热热力力学学提提出出活活度度相相互互作作用用系系数数，使活度更加理论化；使活度更加理论化；1958年年出出版版炼炼钢钢中中的的动动力力学学问问题题创创立立较较完完整整的的冶金动力学研究体系；冶金动力学研究体系；S.Darken1953年年出出版版金金属属物物理理化化学学，较较系系统统地地论论述述了了“冶金动力学及热力学冶金动力学及热力学”问题。问题。8李李李李公公公公达达达达(19051971)，湖湖北北人人，南南开开大大学学毕毕业业。1931年年进进入入美美国国密密歇歇根根大大学学研研究究院院，师师从从美美国国著著名名学学者者J.Chipman教教授授，获冶金工程博士学位。获冶金工程博士学位。1937年年发发表表H2-H2S混混合合气气体体与与Fe中中S的的平平衡衡，论论述述了了铁铁液液中中S的行为。的行为。国内的著名学者国内的著名学者9魏魏魏魏寿寿寿寿昆昆昆昆（19072014)，天天津津人人，中中国国科科学学院院院院士士，北北京京科科技技大大学学教教授授。德德国国德德累累斯斯顿顿工工科科大大学学工工学学博博士士,冶冶金金过过程程热热力力学学、活度在冶金中的应用。活度在冶金中的应用。在在冶冶金金热热力力学学理理论论及及其其应应用用中中获获得得多多项项重重大大成成果果。运运用用活活度度理理论论为为红红土土矿矿脱脱铬铬、金金川川矿矿提提镍镍等等反反应应中中金金属属的的提提取取和和分分离离工工艺艺奠奠定定了理论基础。了理论基础。10邹邹邹邹元元元元爔爔爔爔（19151987），浙浙江江省省平平湖湖市市人人，中中国国科科学学院院学学部部委委员员，中中科科院院上上海海冶冶金金研研究究所所。发发表表一一系系列列熔熔体体活活度度测测定定方方法法论文，如测定论文，如测定CaO-SiO2-Al2O3渣系的活度。渣系的活度。我我国国冶冶金金物物理理化化学学活活度度理理论论研研究究的的先先驱驱，将将冶冶金金物物理理化化学学对对象象从钢铁冶金、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。11陈陈新新民民（19121992），河河北北保保定定人人，中中国国科科学学院院学学部部委委员员。1952年年他他受受命命筹筹建建中中南南矿矿冶冶学学院院，是是中中国国有有色色金金属属冶冶金金教教育育的的开开拓拓者者。他他对对火火法法冶冶金金、湿湿法法冶冶金金、氯氯化化冶冶金金及及熔熔体体热热力力学学理理论论有有深深入入的的研研究究。他他的的“金金属属氧氧系系热热力力学学和和动动力力学学”、“高高温温熔熔体体物物理理化化学学性性质质”的的研研究究成成果果，为为中中国国有有色色金金属属的的开开发发和和综综合合利利用用提供了理论依据。提供了理论依据。l1947年年与与J.Chipman共共同同发发表表H2-H2O混混合合气气体体与与Fe液液中中Cr的的平衡。平衡。12周周国国治治（1937），广广东东潮潮阳阳人人，中中国国科科学学院院院院士士，北北京京科技大学教授。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。很多工作在冶金行业的专很多工作在冶金行业的专很多工作在冶金行业的专很多工作在冶金行业的专家、学者。家、学者。家、学者。家、学者。为冶金科学发展做出突出为冶金科学发展做出突出为冶金科学发展做出突出为冶金科学发展做出突出贡献。贡献。贡献。贡献。131.1.活度和氧位图活度和氧位图 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：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 141.1.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反反反反 应应应应 类类类类 型型型型1.1活度活度15理想溶液理想溶液：组元蒸气压与其浓度的关系。：组元蒸气压与其浓度的关系。遵守遵守遵守遵守拉乌尔定律拉乌尔定律拉乌尔定律拉乌尔定律稀溶液稀溶液：溶剂溶剂遵守遵守拉乌尔定律拉乌尔定律拉乌尔定律拉乌尔定律，溶质溶质遵守遵守遵守遵守亨利定律亨利定律亨利定律亨利定律。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。简化问题简化问题简化问题简化问题16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（Raoultslaw）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（Henryslaw）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。线性关系线性关系线性关系线性关系！17181、活度的定义、活度的定义 处理实际溶液的一个工具处理实际溶液的一个工具处理实际溶液的一个工具处理实际溶液的一个工具活度的物理意义：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=P0aR19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。20500oC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=8.211/760 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点点所所示示。pCd实实pCd0 xCd，即即实实际际蒸蒸气气压压不不遵遵守守拉拉乌乌尔尔定定律律。由由图图还还可可看看到到，过过a点点作作水水平平线线与与拉拉乌乌尔尔直直线线交交于于b点点，其其摩摩尔尔分分数数xCd=0.592。这这就就是是说说，以以xCd=0.592代代入入拉拉乌乌尔尔公公式式后后，所所得得蒸蒸气气压压就就和和实实测测值值相相符符。因因此此，只只需需要要将将浓浓度度加加以以矫矫正正，拉拉乌乌尔尔定定律律就就适适用用于于实实际际溶溶液液。以以aR、Cd表表示示校校正正后后的的浓浓度度，即即aR、Cd=0.592，则则下下式式成成立立：pCd实实=pCd0 aR、Cd。略略去去下下角角标标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。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。21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，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。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。因此，因此，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Cd后得后得22500oC时时Cd-Pb合金中合金中Cd的蒸气压的蒸气压或或（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度。23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。24 =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）实际溶液与稀溶液比较怎样呢实际溶液与稀溶液比较怎样呢？25根据亨利定律根据亨利定律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%26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的程度。的程度。与与27二、活度的参考态和标准态二、活度的参考态和标准态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 参考态参考态确定标准确定标准a=1时时,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。28 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 1实际溶液的三种范围的活度及活度系数（一）实际溶液的三种范围的活度及活度系数（一）实际溶液的三种范围的活度及活度系数（一）实际溶液的三种范围的活度及活度系数（一）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 1实际溶液的三种范围的活度及活度系数（二）实际溶液的三种范围的活度及活度系数（二）实际溶液的三种范围的活度及活度系数（二）实际溶液的三种范围的活度及活度系数（二）实际溶液的三种范围的活度及活度系数（三）实际溶液的三种范围的活度及活度系数（三）实际溶液的三种范围的活度及活度系数（三）实际溶液的三种范围的活度及活度系数（三）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 131参考态参考态 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活度的标准态活度的标准态活 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。不同标准态活度转换的关系式及特性不同标准态活度转换的关系式及特性不同标准态活度转换的关系式及特性不同标准态活度转换的关系式及特性各种标准态之间的关系各种标准态之间的关系331.2熔体中组元的活度熔体中组元的活度实际合金的熔体、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例：例：M-i-j三元合金系三元合金系34M-i-j三元系中三元系中i元素的活度系元素的活度系数。数。引入活度相互作用系数：引入活度相互作用系数：的的物物理理意意义义：在在三三元元系系中中，当当第第二二元元素素i i的的质质量量分分数数不不变变时时，每每加加入入质质量量分分数数为为1%1%的的第第三三元元素素j j到到溶溶液液内内，引引起起第第二二元元素素活活度系数对数的变化值。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。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。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。推导：35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，引起它自身时，引起它自身活度系数对数的变化值。活度系数对数的变化值。类推到类推到N元合金：元合金：36与温度等因素有关的系数与温度等因素有关的系数371.3氧位图氧位图 分析冶金反应热力学简便实用的工具分析冶金反应热力学简便实用的工具分析冶金反应热力学简便实用的工具分析冶金反应热力学简便实用的工具1 1、氧位的定义、氧位的定义、氧位的定义、氧位的定义假设假设 为理想气体，化学位为：为理想气体，化学位为：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）的化学位差即即的相对化学位的相对化学位氧位氧位T影响影响物理化学物理化学补充：补充：3839二、具有氧位的物质二、具有氧位的物质 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RTlnPO2402、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即此时，氧化物的氧位等于即此时，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3、含氧的熔体有氧位、含氧的熔体有氧位为与熔体平衡时，气相中为与熔体平衡时，气相中O2的分压的分压41三、三、氧位的意义氧位的意义 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）。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。42四、氧位图四、氧位图如图示如图示 氧位图，温度氧位图，温度氧位氧位图中的线：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43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44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，这是表明发生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。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45五五五五、氧位图的应用、氧位图的应用、氧位图的应用、氧位图的应用氧位线的位置越高，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。1.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。氧位线的倾斜氧位线的倾斜-G的值大的值大462.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0.21atm：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474.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，上方则被还原。如：熔炼钢、铁，比较如：熔炼钢、铁，比较，比较，比较熔炼熔炼线线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。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。48六、六、六、六、氧位图的局限性氧位图的局限性氧位图的局限性氧位图的局限性1、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。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。51拉乌尔定律（拉乌尔定律（RaoultsLaw）:物物理理化化学学的的基基本本定定律律之之一一。是是法法国国物物理理学学家家F.-M.拉拉乌乌尔尔在在1887年年研研究究含含有有非非挥挥发发性性溶溶质质的的稀稀溶溶液液的的行行为为时时发发现现的的，可可表表述述为为：“在在某某一一温温度度下下，稀稀溶溶液液的的蒸蒸气气压压等等于于纯纯溶溶剂剂的的蒸蒸气气压压乘乘以以溶溶剂剂的的摩摩尔尔分分数数”。其数学表达式为：其数学表达式为：PA=PxA式中，式中，PA是溶液中是溶液中溶剂溶剂的蒸汽分压；的蒸汽分压；P是是纯溶剂纯溶剂的蒸气压；的蒸气压；xA是溶剂的是溶剂的物质的量分数。物质的量分数。对对于于不不同同的的溶溶液液，虽虽然然定定律律适适用用的的浓浓度度范范围围不不同同，但但在在xA1的的条条件件下下任任何何溶溶液液都都能能严严格格遵遵从从上上式式。拉拉乌乌尔尔最最初初是是在在研研究究不不挥挥发发性性非非电电解解质质的的稀稀薄薄溶溶液液时时总总结结出出来来的的，后后来来发发现现，对对于于其其它它稀稀薄薄溶溶液液的的溶溶剂剂也也是是正正确确的的。在在任任意意满满足足xA1的的溶溶液液中中，溶溶剂剂分分子子所所受受的的作作用用力力几几乎乎与与纯纯溶溶剂剂中中的的分分子子相相同同。所所以以，在在一一个个溶溶液液中中，若若其其中中某某组组分分的的分分子子所所受受的的作用与纯态时相等，则该组分的蒸气压就服从拉乌尔定律。作用与纯态时相等，则该组分的蒸气压就服从拉乌尔定律。52亨利定律（亨利定律（HenrysLaw）:物物理理化化学学的的基基本本定定律律之之一一。是是英英国国的的W.亨亨利利在在1803年年研研究究气气体体在在液液体体中中的的溶溶解解度度规规律律时时发发现现的的，可可表表述述为为：“在在一一定定温温度度下下，某某种种气气体体在在溶溶液液中中的的浓浓度度与与液液面面上上该该气气体体的的平平衡衡压压力力成成正正比比”。实实验验表表明明，只只有有当当气气体体在在液液体体中中的的溶溶解解度度不不很很高高时时该该定定律律才才是是正正确确的的，此此时时的的气气体体是是稀稀溶溶液液中中的的挥挥发发性性溶溶质质，气气体体压压力力则则是是溶溶质质的的蒸蒸气气压压。所所以以亨亨利利定定律律还还可可表述为：在一定温度下，稀薄溶液中表述为：在一定温度下，稀薄溶液中溶质溶质的蒸汽分压与溶液浓度成正比：的蒸汽分压与溶液浓度成正比：PB=kxB式式中中，PB是是稀稀薄薄溶溶液液中中溶溶质质的的蒸蒸汽汽分分压压；xB是是溶溶质质的的物物质质的的量量分分数数；k是是亨亨利利常常数数，其其值值与与温温度度、压压力力以以及及溶溶质质和和溶溶剂剂的的本本性性有有关关。xB还还可可以以是是mB（质质量量摩摩尔尔浓浓度度）或或cB（物物质质的的量量浓浓度度）等等，此此时时的的k值值将将随随之之变化。变化。只只有有溶溶质质在在气气相相中中和和液液相相中中的的分分子子状状态态相相同同时时，亨亨利利定定律律才才能能适适用用。在在总总压压力力不不大大时时，若若多多种种气气体体同同时时溶溶于于同同一一个个液液体体中中，亨亨利利定定律律可可分分别别适适用用于于其其中中的的任任一一种种气气体体。一一般般来来说说，溶溶液液越越稀稀，亨亨利利定定律律愈愈准准确确，在在xB0时溶质能严格服从定律。时溶质能严格服从定律。2024/8/12周一532024/8/12周一542024/8/12周一552024/8/12周一56O 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