4熱力學(xué)在冶金中的應(yīng)用

1、14. 熱力學(xué)在冶金中的應(yīng)用熱力學(xué)在冶金中的應(yīng)用 4.1 4.1 最高反應(yīng)溫度（理論溫度）計(jì)算最高反應(yīng)溫度（理論溫度）計(jì)算 4.2 4.2 煉鋼過(guò)程中元素氧化發(fā)熱能力計(jì)算煉鋼過(guò)程中元素氧化發(fā)熱能力計(jì)算 4.3 4.3 選擇性氧化選擇性氧化奧氏體不銹鋼的去碳保鉻奧氏體不銹鋼的去碳保鉻4.4 4.4 選擇性還原選擇性還原從紅土礦中提取鈷和鎳從紅土礦中提取鈷和鎳 2研究化學(xué)反應(yīng)、溶液生成，物態(tài)變化（如晶型轉(zhuǎn)變研究化學(xué)反應(yīng)、溶液生成，物態(tài)變化（如晶型轉(zhuǎn)變 、熔化或、熔化或蒸發(fā)等）以及其他物理變化和化學(xué)過(guò)程產(chǎn)生熱效應(yīng)的內(nèi)容，蒸發(fā)等）以及其他物理變化和化學(xué)過(guò)程產(chǎn)生熱效應(yīng)的內(nèi)容，稱為熱化學(xué)。稱為熱化學(xué)。冶金

2、反應(yīng)焓變冶金反應(yīng)焓變的計(jì)算實(shí)際上是冶金熱化學(xué)的主的計(jì)算實(shí)際上是冶金熱化學(xué)的主要內(nèi)容。要內(nèi)容。 4.1 最高反應(yīng)溫度（理論溫度）計(jì)算最高反應(yīng)溫度（理論溫度）計(jì)算冶金反應(yīng)焓變及標(biāo)準(zhǔn)自由能變化計(jì)算冶金反應(yīng)焓變及標(biāo)準(zhǔn)自由能變化計(jì)算 高爐煉鐵以及電爐、閃速爐熔煉銅锍為半自熱熔煉，其熱量來(lái)源既有物理高爐煉鐵以及電爐、閃速爐熔煉銅锍為半自熱熔煉，其熱量來(lái)源既有物理熱，又有化學(xué)熱；電爐煉鋼則需要電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，而轉(zhuǎn)爐煉鋼、吹煉銅熱，又有化學(xué)熱；電爐煉鋼則需要電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽D(zhuǎn)爐煉鋼、吹煉銅锍、鎳锍則為自熱熔煉，主要的熱源是化學(xué)熱。以氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼為例，锍、鎳锍則為自熱熔煉，主要的熱源是化學(xué)熱。以氧氣頂吹轉(zhuǎn)

3、爐煉鋼為例，把把1350的鐵水升溫到的鐵水升溫到1650，主要依賴于鐵水中的，主要依賴于鐵水中的Si 、Mn 、C等元素氧化反應(yīng)放熱；即由化學(xué)能轉(zhuǎn)變成熱能。要控制氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐等元素氧化反應(yīng)放熱；即由化學(xué)能轉(zhuǎn)變成熱能。要控制氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐的溫度，需要進(jìn)行冶金熱化學(xué)計(jì)算（熱平衡計(jì)算），溫度偏高加降溫劑，的溫度，需要進(jìn)行冶金熱化學(xué)計(jì)算（熱平衡計(jì)算），溫度偏高加降溫劑，如廢鋼等；溫度偏低則要加入提溫劑，如硅鐵等，以達(dá)到控制冶煉過(guò)程的如廢鋼等；溫度偏低則要加入提溫劑，如硅鐵等，以達(dá)到控制冶煉過(guò)程的目的。總之，金屬的提取過(guò)程一般都伴有吸熱或放熱現(xiàn)象。因此，計(jì)算冶目的。總之，金屬的提取過(guò)程一般都伴有吸熱或放熱

4、現(xiàn)象。因此，計(jì)算冶金反應(yīng)焓變，不僅有理論意義，還有實(shí)際意義金反應(yīng)焓變，不僅有理論意義，還有實(shí)際意義 。3焓變計(jì)算方法焓變計(jì)算方法 物理熱的計(jì)算物理熱的計(jì)算: 純物質(zhì)的焓變計(jì)算，一是利用熱容；二是應(yīng)用相對(duì)焓。純物質(zhì)的焓變計(jì)算，一是利用熱容；二是應(yīng)用相對(duì)焓。1. 用恒壓熱容計(jì)算純物質(zhì)的焓變用恒壓熱容計(jì)算純物質(zhì)的焓變: 對(duì)于成分不變的均相體系，在等壓過(guò)程中的熱容稱為定壓對(duì)于成分不變的均相體系，在等壓過(guò)程中的熱容稱為定壓熱容（熱容（Cp），在等容過(guò)程中的熱容稱為定容熱容（），在等容過(guò)程中的熱容稱為定容熱容（Cv）. ppTHC）（dTCHTTp214當(dāng)物質(zhì)在加熱過(guò)程中發(fā)生相變時(shí)當(dāng)物質(zhì)在加熱過(guò)程中發(fā)生相

5、變時(shí): 21) s (tr) s (TTpTTptrtrdTCHdTCH將固態(tài)將固態(tài)1mol某純物質(zhì)在恒壓下由某純物質(zhì)在恒壓下由298K加熱到溫度加熱到溫度T時(shí)，經(jīng)液時(shí)，經(jīng)液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，其所需的全部熱量的計(jì)算式為態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，其所需的全部熱量的計(jì)算式為: rtTTTlHdTCHdTCHtmr298msm(s)p,mtrm(s)p,mBMm(g)p,mg)(mp,TTTTllBdTCHdTCtrT、MT、BT分別為晶型轉(zhuǎn)變溫度、熔點(diǎn)和沸點(diǎn)；mtrH、msHl 、fusHm、mgHl分別為摩爾晶型轉(zhuǎn)變焓、摩爾熔化焓和摩爾蒸發(fā)焓，Cp,m(s)、Cp,m(l)和 Cp,m(g)分別為固、液、氣態(tài)下物質(zhì)

6、的恒壓摩爾熱容。 5利用摩爾標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)焓（298,mm,HHT）計(jì)算純物質(zhì)的焓變 2.在絕大多數(shù)情況下，量熱給出了純物質(zhì)在在絕大多數(shù)情況下，量熱給出了純物質(zhì)在298K時(shí)的熱化學(xué)常數(shù)時(shí)的熱化學(xué)常數(shù) TpTdTCHH298m,298,m,m稱為摩爾標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)焓，即一摩爾物質(zhì)在常壓下從稱為摩爾標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)焓，即一摩爾物質(zhì)在常壓下從298K加熱到加熱到K時(shí)所吸收的熱量。時(shí)所吸收的熱量。若物質(zhì)的量為若物質(zhì)的量為n摩爾，其相對(duì)焓為摩爾，其相對(duì)焓為 n298,m,mHHTTpdTCn298m, 6若該物質(zhì)在所研究的溫度下為固體，且有固態(tài)相變，則相對(duì)焓若該物質(zhì)在所研究的溫度下為固體，且有固態(tài)相變，則相對(duì)焓298,m,

7、mHHTtrt298m(s),mtr)m(s,TTTpprdTCHdTC 若在所研究溫度下該物質(zhì)為液態(tài)，則相對(duì)焓若在所研究溫度下該物質(zhì)為液態(tài)，則相對(duì)焓298,m,mHHTtrTTTlppHdTCHdTC298ms)m(s,mtr)m(s,Mtr TTlpdTCtr)(m,若在所研究溫度下該物質(zhì)為氣態(tài)，則相對(duì)焓為若在所研究溫度下該物質(zhì)為氣態(tài)，則相對(duì)焓為 298,m,mHHTtrMtr298ms)m(s,mtrm(s),TTTlppHdTCHdTCTTplTTlpdTCHdTCBBM)m(g,mg)m(,74.1 最高反應(yīng)溫度（理論溫度）計(jì)算最高反應(yīng)溫度（理論溫度）計(jì)算利用基爾霍夫公式計(jì)算化學(xué)反應(yīng)

8、焓變，前提是反應(yīng)物與生成利用基爾霍夫公式計(jì)算化學(xué)反應(yīng)焓變，前提是反應(yīng)物與生成物的溫度相同，為了使化學(xué)反應(yīng)溫度保持恒定，過(guò)程放出的物的溫度相同，為了使化學(xué)反應(yīng)溫度保持恒定，過(guò)程放出的熱要及時(shí)散出；對(duì)吸熱反應(yīng)則必須及時(shí)供給熱量。熱要及時(shí)散出；對(duì)吸熱反應(yīng)則必須及時(shí)供給熱量。如果化學(xué)反應(yīng)在絕熱條件下進(jìn)行，或因反應(yīng)進(jìn)行得快，過(guò)程如果化學(xué)反應(yīng)在絕熱條件下進(jìn)行，或因反應(yīng)進(jìn)行得快，過(guò)程所放出的熱量不能及時(shí)傳出，此時(shí)也可視為絕熱過(guò)程。所放出的熱量不能及時(shí)傳出，此時(shí)也可視為絕熱過(guò)程。對(duì)于放熱反應(yīng)，生成物將吸收過(guò)程發(fā)出的熱，使自身溫度高對(duì)于放熱反應(yīng)，生成物將吸收過(guò)程發(fā)出的熱，使自身溫度高于反應(yīng)溫度。如果已知反應(yīng)的焓

9、變，以及生成物熱容隨溫度于反應(yīng)溫度。如果已知反應(yīng)的焓變，以及生成物熱容隨溫度變化的規(guī)律，即可計(jì)算該體系的最終溫度，該溫度稱為最高變化的規(guī)律，即可計(jì)算該體系的最終溫度，該溫度稱為最高反應(yīng)溫度（又叫理論最高反應(yīng)溫度）。反應(yīng)溫度（又叫理論最高反應(yīng)溫度）。絕熱過(guò)程是理想過(guò)程，實(shí)際上和環(huán)境發(fā)生能量交換總是不可絕熱過(guò)程是理想過(guò)程，實(shí)際上和環(huán)境發(fā)生能量交換總是不可避免的。因此，反應(yīng)所能達(dá)到的實(shí)際溫度總是低于理論最高避免的。因此，反應(yīng)所能達(dá)到的實(shí)際溫度總是低于理論最高溫度。溫度。 8計(jì)算放熱反應(yīng)的理論最高溫度，實(shí)際上是非等溫過(guò)程焓變計(jì)算放熱反應(yīng)的理論最高溫度，實(shí)際上是非等溫過(guò)程焓變的計(jì)算。的計(jì)算。一般假定反應(yīng)

10、按化學(xué)計(jì)量比發(fā)生，反應(yīng)結(jié)束時(shí)反應(yīng)器中不一般假定反應(yīng)按化學(xué)計(jì)量比發(fā)生，反應(yīng)結(jié)束時(shí)反應(yīng)器中不再有反應(yīng)物。再有反應(yīng)物?？烧J(rèn)為反應(yīng)熱全部用于加熱生成物，使生成物溫度升高?？烧J(rèn)為反應(yīng)熱全部用于加熱生成物，使生成物溫度升高。實(shí)標(biāo)上，反應(yīng)結(jié)束時(shí)總還殘留未反應(yīng)的反應(yīng)物。因此，也實(shí)標(biāo)上，反應(yīng)結(jié)束時(shí)總還殘留未反應(yīng)的反應(yīng)物。因此，也證實(shí)了證實(shí)了實(shí)際能達(dá)到的溫度比理論最高溫度要低。實(shí)際能達(dá)到的溫度比理論最高溫度要低。9例題：例題： 鎂還原制鈦的總反應(yīng)為鎂還原制鈦的總反應(yīng)為TiCl4 (g)+2Mg(s)=Ti(s)+2MgCl2 (s) （1）當(dāng)反應(yīng)在）當(dāng)反應(yīng)在298K、恒壓下發(fā)生；、恒壓下發(fā)生；（2）當(dāng)反應(yīng)物）當(dāng)反

11、應(yīng)物TiCl4和和Mg分別預(yù)熱至分別預(yù)熱至1000K，再使它，再使它們接觸發(fā)生反應(yīng)。們接觸發(fā)生反應(yīng)。試用第一節(jié)的數(shù)據(jù)表，試用第一節(jié)的數(shù)據(jù)表，用試算法計(jì)算最高反應(yīng)溫度用試算法計(jì)算最高反應(yīng)溫度。10解解 （1）計(jì)算反應(yīng)）計(jì)算反應(yīng) TiCl4 (g)+2Mg(s)=Ti(s)+2MgCl2 (s) 在在298K發(fā)生反應(yīng)時(shí)，所能達(dá)到的最高溫度。發(fā)生反應(yīng)時(shí)，所能達(dá)到的最高溫度。該反應(yīng)在 298K 時(shí)的反應(yīng)焓為298rH519.65kJ。 此反應(yīng)全部用于加熱生成物此反應(yīng)全部用于加熱生成物TiTi和和MgClMgCl2 2，使其溫度升至，使其溫度升至TKTK，運(yùn)用理論熱平衡方程得，運(yùn)用理論熱平衡方程得: :

12、11由相對(duì)焓定義式積分可得到各純物質(zhì)的相對(duì)焓。由相對(duì)焓定義式積分可得到各純物質(zhì)的相對(duì)焓。鈦的相對(duì)焓計(jì)算如下：鈦的相對(duì)焓計(jì)算如下：70501015. 513.22)(23Ti298m,m,TTHHaT(2981155K) 當(dāng)T1155K 時(shí)，Tia轉(zhuǎn)變成Ti，4140mtr H1molJ 25360m,298m,1155HH1molJ 23Tim,298m,1095. 383.191320)(TTHHT (11551933K) 當(dāng)T1933K 時(shí)，Ti熔化，18620ms Hl J mol1 54430m,298m,1933HH J mol1 THHlT56.354300)()Ti(298,m,

13、m (19333575K) 12MgCl2的相對(duì)焓計(jì)算如下：的相對(duì)焓計(jì)算如下：1523(s)MgClm,298m,1062. 81097. 210.7926720)(2TTTHHT（298987K）當(dāng)T987K 時(shí) 55100m,298m,987HH J mol1 THHlT47.926930)()(MgClm,298m,2 （9841691K） 163290m,298m,1691HH J mol1 當(dāng)T1691K 時(shí)， 1523(g)MgClm,298,m1031. 51015. 061.57221360)(2TTTHHT（16912000K）13計(jì)算生成物相對(duì)焓之和：計(jì)算生成物相對(duì)焓之和：

14、 2MgClm,298m,Tim,298m,298m,m,2)(）（）（生成物HHHHHHvTTiTi1523,m,298m,1024.171011.0729.18060480)(TTTHHviTi生成物當(dāng)當(dāng)T=298987K 當(dāng)T987K 時(shí)，129980)(,m,298m,生成物iTiHHv J mol1 當(dāng)當(dāng)T= 9871155K 23,m,298m,1013. 507.2076800)(TTHHviTi生成物當(dāng)T1155K 時(shí)，252800)(,m,298m,1155生成物iiHHv J mol1 23,m,298m,1095. 377.20415170)(TTHHviTi生成物當(dāng)當(dāng)T

15、=11551691K 當(dāng)T1691K 時(shí)，372730)(,m,298m,1691生成物iiHHv J mol1 141523,m,298m,1063.101025. 406.135444040)(TTTHHviTi生成物當(dāng)當(dāng)T=16911933K 當(dāng)T1691K 時(shí)，685190)(,m,298m,1691生成物iiHHv1molJ 由上述計(jì)算可以看出，298K 時(shí) Mg（s）還原 TiCl4（g） ，反應(yīng)放出的熱量（519.65kJ）大于加熱生成物 2MgCl2(l)和Ti到 1691K 所吸收的熱量 （372.73kJ） ， 但小于加熱生成物Ti和 2MgCl2(g)到 1691K 氣化

16、所需吸收的熱量（685.19kJ） 。因此，最高反應(yīng)溫度介于MgCl2液態(tài)與氣化溫度之間，即生成物的最終溫度為 1691K。 1691)73.37265.519(73.37219.68516911691maxT用內(nèi)插法說(shuō)明用內(nèi)插法說(shuō)明 =1691K15（2） 計(jì)算當(dāng)計(jì)算當(dāng)TiCl4(g)和和Mg均預(yù)熱到均預(yù)熱到1000K，再使其接觸，再使其接觸引發(fā)反應(yīng)，所能達(dá)到的最高反應(yīng)溫度引發(fā)反應(yīng)，所能達(dá)到的最高反應(yīng)溫度Mgm,298m,1000TiClm,298m,1000,m,298m,1000)(2)()(4HHHHHHvii反應(yīng)物=131.271molkJ 2MgClm,298m,Tim,298m,

17、m,298m,)(2)()(HHHHHHvTTiTi生成物=131.27+519.65=650.931molkJ 16用試差法計(jì)算最高反應(yīng)溫度。用試差法計(jì)算最高反應(yīng)溫度。若生成物加熱至若生成物加熱至T=1600K時(shí)，則時(shí)，則 2MgClm,298m,1600Tim,298m,1600)(2)(HHHH353.061molkJ，此值小于 650.931molkJ 若生成物加熱至若生成物加熱至T=1700K時(shí)，則時(shí)，則 2MgClm,298m,1700Tim,298m,1700)(2)(HHHH686.541molkJ，此值大于 650.931molkJ 因此，生成物的最高反應(yīng)溫必定在因此，生成物

18、的最高反應(yīng)溫必定在16001700K之間，之間，用內(nèi)插法計(jì)算此溫度：用內(nèi)插法計(jì)算此溫度： Tmax=)16001700(06.35354.68606.35393.650+1600 =1689 K 17鎂熱還原鎂熱還原TiCl4制取海綿鈦的反應(yīng)，若不排出余熱，反應(yīng)所制取海綿鈦的反應(yīng)，若不排出余熱，反應(yīng)所能達(dá)到的最高理論溫度已接近能達(dá)到的最高理論溫度已接近MgCl2的沸點(diǎn)（的沸點(diǎn)（1691K），遠(yuǎn)），遠(yuǎn)超過(guò)了超過(guò)了Mg的沸點(diǎn)。的沸點(diǎn)。反應(yīng)開(kāi)始后，排出余熱是控制工藝過(guò)程的重要條件之一。反應(yīng)開(kāi)始后，排出余熱是控制工藝過(guò)程的重要條件之一。在生產(chǎn)實(shí)踐中，鎂熱還原在生產(chǎn)實(shí)踐中，鎂熱還原TiCl4工藝通?？刂?/p>

19、在工藝通常控制在900左右，左右，防止了鎂的蒸發(fā)和高溫下防止了鎂的蒸發(fā)和高溫下Ti與反應(yīng)器作用生成與反應(yīng)器作用生成Fe-Ti合金。合金。18氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼過(guò)程所需的熱量來(lái)源氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼過(guò)程所需的熱量來(lái)源:(1) 加入轉(zhuǎn)爐內(nèi)加入轉(zhuǎn)爐內(nèi)1350左右的鐵水帶來(lái)的物理熱左右的鐵水帶來(lái)的物理熱(2) 主要是在吹煉過(guò)程中，鐵水中各元素主要是在吹煉過(guò)程中，鐵水中各元素C、Si、Mn、P、Fe等氧化反應(yīng)放出的化學(xué)熱。等氧化反應(yīng)放出的化學(xué)熱。雖然爐渣、爐氣、爐襯等升溫消耗一定熱量，但過(guò)程產(chǎn)生雖然爐渣、爐氣、爐襯等升溫消耗一定熱量，但過(guò)程產(chǎn)生的化學(xué)熱仍過(guò)剩。因此，在氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼過(guò)程中要加入冷的化學(xué)熱仍過(guò)剩。因此，在

20、氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼過(guò)程中要加入冷卻劑，借以消耗多余的熱量。卻劑，借以消耗多余的熱量。 4.2 煉鋼過(guò)程中元素氧化發(fā)熱能力計(jì)算煉鋼過(guò)程中元素氧化發(fā)熱能力計(jì)算19例題例題1-4 要計(jì)算鐵水的總化學(xué)熱，必須了解各元素氧化要計(jì)算鐵水的總化學(xué)熱，必須了解各元素氧化發(fā)熱能力。當(dāng)轉(zhuǎn)爐開(kāi)吹后，吹入發(fā)熱能力。當(dāng)轉(zhuǎn)爐開(kāi)吹后，吹入298K的氧，溶解在鐵水的氧，溶解在鐵水中中Si、Mn優(yōu)先氧化，并釋放化學(xué)熱，使鐵水溫優(yōu)先氧化，并釋放化學(xué)熱，使鐵水溫度升高。當(dāng)爐溫達(dá)到度升高。當(dāng)爐溫達(dá)到1400左右時(shí)，大量溶解在鐵水當(dāng)左右時(shí)，大量溶解在鐵水當(dāng)中的中的C開(kāi)始氧化，約開(kāi)始氧化，約90的的C被氧化成被氧化成CO，10被氧化成被氧化成

21、CO2?，F(xiàn)?，F(xiàn)以以C氧化成氧化成CO為例，計(jì)算當(dāng)鐵為例，計(jì)算當(dāng)鐵水中碳由水中碳由wC為為1降至降至0.1將使煉鋼熔池溫度升高多將使煉鋼熔池溫度升高多少度少度?并計(jì)算添加廢鋼的冷卻效果。并計(jì)算添加廢鋼的冷卻效果。20解解: 該問(wèn)題屬非等溫條件下焓變的計(jì)算該問(wèn)題屬非等溫條件下焓變的計(jì)算(1) 計(jì)算計(jì)算C氧化放出的熱量氧化放出的熱量1673298 21673COO21Cr H 1H 1673C 3H 4H 2H 829298r298 2298COO21C H4298r21rHHHHH21由熱力學(xué)數(shù)據(jù)表查得：1H21.34kJ；用表中 1400K、1800K 的數(shù)據(jù)，以線性內(nèi)插求出2H27.57kJ；

22、3H0；298rH110.46kJ； 用線性內(nèi)插法求出4H45.06kJ。將這些數(shù)據(jù)代入上式計(jì)算得 Hr114.31kJ。 將 1molC氧化放熱量折合成 1kgC的放熱量H 83.952512100031.114H kJ 22 (2) 計(jì)算氧化計(jì)算氧化1C時(shí)，煉鋼熔池溫升值時(shí)，煉鋼熔池溫升值 碳氧化所產(chǎn)生的化學(xué)熱不僅使鋼水升溫， 而且也使?fàn)t渣、 爐襯同時(shí)升溫。 通常， 渣量 （Qsl）約為鋼水量（Qst）的 15，被熔池加熱部分爐襯（frQ）約為鋼水量的 10，并忽略其他的熱損失。 已知：鋼水比定壓熱容cp, st=0.84kg)kJ/(K，渣與爐襯比定壓熱容cp,sl, fr =1.23

23、kg)kJ/(K，熱平衡方程為 HQstcp,stT+( Qsl+ Qfr) cp,sl,frT將有關(guān)數(shù)據(jù)代入上式, 得 T84K, 即氧化1C可使煉鋼熔池的溫度升高84度。因此，碳氧化使wC 由1%降至0.1，可使熔池溫度升高8.4度。 23(3) 計(jì)算冷卻劑的冷卻效應(yīng)計(jì)算冷卻劑的冷卻效應(yīng)冷卻劑通常有廢鋼、礦石、氧化鐵皮等。冷卻效應(yīng)是指加入 1kg 冷卻劑后，在熔池內(nèi)能吸收的熱量。 下面計(jì)算加入 1kg、 298K 的廢鋼升溫到煉鋼溫度 1873K 所吸收的熱量 （H） 。 巳知：廢鋼的比定壓熱容 cp, scr0.699kg)kJ/(K；鋼水比定壓熱容 cp,st0.837 kg)kJ/(

24、K，廢鋼在 1773K 熔化，其熔化焓MfusH271.96 kJ。 吸收熱量吸收熱量 )()298(Mst,MfusMscr,TTcHTcHppH1386.69kJ 244.3 選擇性氧化選擇性氧化奧氏體不銹鋼的去碳保鉻奧氏體不銹鋼的去碳保鉻奧氏體不銹鋼是一種重要的金屬材料，其特點(diǎn)是具有良好的奧氏體不銹鋼是一種重要的金屬材料，其特點(diǎn)是具有良好的抗晶間腐蝕能力。其含碳量越低，抗腐蝕能力越強(qiáng)?？咕чg腐蝕能力。其含碳量越低，抗腐蝕能力越強(qiáng)。奧氏體不銹鋼的一般鋼號(hào)為奧氏體不銹鋼的一般鋼號(hào)為1Cr18Ni9（Ti），即，），即，C0.12%，Cr17%19%，Ni8%9.5%，Mn1%2%，S0.02

25、%，P0.035%。鋼號(hào)為鋼號(hào)為0Cr18Ni9的不銹鋼，的不銹鋼，C0.08%。對(duì)于超低碳優(yōu)質(zhì)不銹鋼，對(duì)于超低碳優(yōu)質(zhì)不銹鋼，C0.02%。 25第一個(gè)階段第一個(gè)階段配料熔化法（配料熔化法（1926年上一世紀(jì)年上一世紀(jì)40年代）年代） 方法特點(diǎn)方法特點(diǎn)就是使用各種低碳原料，如工業(yè)純鐵、就是使用各種低碳原料，如工業(yè)純鐵、純鎳、低碳鉻鐵及低碳廢鋼等。按鋼號(hào)要求事先純鎳、低碳鉻鐵及低碳廢鋼等。按鋼號(hào)要求事先配好料，然后在電爐內(nèi)熔化生產(chǎn)不銹鋼。所以該配好料，然后在電爐內(nèi)熔化生產(chǎn)不銹鋼。所以該法在電爐中只是個(gè)單純的熔化過(guò)程。法在電爐中只是個(gè)單純的熔化過(guò)程。 26由于在熔化過(guò)程中，電極會(huì)向熔池滲碳，因此必

26、須使用低碳由于在熔化過(guò)程中，電極會(huì)向熔池滲碳，因此必須使用低碳原料。原料。配料熔化法存在如下兩個(gè)主要問(wèn)題配料熔化法存在如下兩個(gè)主要問(wèn)題: （1）不能使用不銹鋼返回料。不銹鋼生產(chǎn)中會(huì)產(chǎn)生大約）不能使用不銹鋼返回料。不銹鋼生產(chǎn)中會(huì)產(chǎn)生大約30%50%的返回料。的返回料。如果使用這些返回料，那么由于熔化過(guò)程中，電極會(huì)向熔池滲如果使用這些返回料，那么由于熔化過(guò)程中，電極會(huì)向熔池滲碳碳0.08%左右，因此將造成鋼水中含碳量超標(biāo)。左右，因此將造成鋼水中含碳量超標(biāo)。（2）如果使用返回料，不能用鐵礦石氧化去碳。）如果使用返回料，不能用鐵礦石氧化去碳。在當(dāng)時(shí)，吹氧氧化去碳技術(shù)還未產(chǎn)生，氧化劑主要是鐵礦在當(dāng)時(shí)，吹

27、氧氧化去碳技術(shù)還未產(chǎn)生，氧化劑主要是鐵礦石。然而，若想使用返回料，用鐵礦石作氧化劑，只會(huì)造石。然而，若想使用返回料，用鐵礦石作氧化劑，只會(huì)造成鉻的大量氧化，而碳并不氧化，從而達(dá)不到去碳保鉻的成鉻的大量氧化，而碳并不氧化，從而達(dá)不到去碳保鉻的目的。目的。?27第二個(gè)階段第二個(gè)階段返回吹氧法（返回吹氧法（1939年）年） 該法在該法在1939年由美國(guó)發(fā)明，稱為不銹鋼冶煉史的年由美國(guó)發(fā)明，稱為不銹鋼冶煉史的一次革命。一次革命。該法的優(yōu)點(diǎn)該法的優(yōu)點(diǎn)是可以使用返回料，并是可以使用返回料，并通通過(guò)吹氧的方法達(dá)到去碳的目的過(guò)吹氧的方法達(dá)到去碳的目的? 28該法同樣存在下面兩個(gè)問(wèn)題該法同樣存在下面兩個(gè)問(wèn)題:

28、（1）吹氧時(shí)，鋼水中的）吹氧時(shí)，鋼水中的Cr也要氧化一部分，大約也要氧化一部分，大約2%2.5%，造成一定的浪費(fèi)。造成一定的浪費(fèi)。 （2）配料時(shí)）配料時(shí)Cr不能一次配足。不能一次配足。即，生產(chǎn)即，生產(chǎn)1Cr18Ni9不銹鋼時(shí)，不銹鋼時(shí)，Cr不能一次配到不能一次配到18%，而只能配到，而只能配到12%13%。 ?這樣停吹后，由于吹氧損失這樣停吹后，由于吹氧損失2%2.5%的的Cr，熔池中含，熔池中含Cr只有只有10%左右。所以必須在氧化期末補(bǔ)加一定量的低碳鉻鐵，從而左右。所以必須在氧化期末補(bǔ)加一定量的低碳鉻鐵，從而提高了生產(chǎn)成本。提高了生產(chǎn)成本。 29第三個(gè)階段第三個(gè)階段高碳真空吹煉法高碳真空吹

29、煉法 60年代發(fā)展起來(lái)的一種新方法，被稱為不銹鋼冶煉史上的新年代發(fā)展起來(lái)的一種新方法，被稱為不銹鋼冶煉史上的新紀(jì)元。紀(jì)元。 該工藝具有如下四個(gè)特點(diǎn)：該工藝具有如下四個(gè)特點(diǎn)： （1）原材料不受任何限制，各種高碳材料均可以使用；）原材料不受任何限制，各種高碳材料均可以使用；（2）配料時(shí)）配料時(shí)Cr可以一次配足可以一次配足?（3）采用真空或半真空吹煉，或者先在常壓下吹氧脫碳到）采用真空或半真空吹煉，或者先在常壓下吹氧脫碳到一定程度后，再進(jìn)行真空或半真空處理；一定程度后，再進(jìn)行真空或半真空處理；（4）鋼液中）鋼液中Cr的回收率高，可達(dá)的回收率高，可達(dá)97%98% 304.3 選擇性氧化選擇性氧化奧氏體

30、不銹鋼的去碳保鉻奧氏體不銹鋼的去碳保鉻在煉鋼溫度下碳和鉻同時(shí)與氧相遇，氧化作用必在煉鋼溫度下碳和鉻同時(shí)與氧相遇，氧化作用必有先后。這決定于元素同氧的親和力的大小，親有先后。這決定于元素同氧的親和力的大小，親和力大的先氧化。按照同氧親和力大小決定氧化和力大的先氧化。按照同氧親和力大小決定氧化或還原順序，這就是選擇性氧化和還原理論核心?；蜻€原順序，這就是選擇性氧化和還原理論核心。31從埃林漢圖可知，從埃林漢圖可知，吹煉吹煉溫度必須高于氧化轉(zhuǎn)化溫度必須高于氧化轉(zhuǎn)化溫度溫度，才能使鋼水中的，才能使鋼水中的C氧化而氧化而Cr不氧化，不氧化，也就是可以達(dá)到去碳保也就是可以達(dá)到去碳保鉻的目的。鉻的目的。 3

31、21473K331). 1). 標(biāo)態(tài)下的氧化順序標(biāo)態(tài)下的氧化順序 223ss42CrO =Cr O330-11746840 173.22 J molGT 2s2CO =2CO0-12232630 167.78 J molGT 23 sss24Cr O+2C=Cr +2CO330-1514210340.79 J molGTG0=0時(shí)，時(shí)，T1508K(1235C)。( (固態(tài)下固態(tài)下) )341). 標(biāo)態(tài)下的氧化順序標(biāo)態(tài)下的氧化順序 234 s42CrO =Cr O330-11746430223.51 J molGT 22 CO =2CO0-1228117084.18 J molGT 34 s1

32、3Cr O+2 C =Cr +2CO220-1465260307.69 J molGTG0=0時(shí)，時(shí)，T1570K(1297C)。(溶于鋼液溶于鋼液)352). 2). 非標(biāo)態(tài)下的氧化順序非標(biāo)態(tài)下的氧化順序 34 s31Cr +2CO=Cr O+2 C220-1465260307.69 J molGT 非標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下，碳和鉻的氧化順序由等溫方程決定。非標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下，碳和鉻的氧化順序由等溫方程決定。Cr9%Cr9%時(shí)，渣中鉻氧化物為時(shí)，渣中鉻氧化物為CrCr3 3O O4 4。所以冶煉不銹鋼的反應(yīng)如下：。所以冶煉不銹鋼的反應(yīng)如下：22C0332022CrCO%Cln%CrfGGRTfpp 非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，

33、碳和鉻的反應(yīng)決定于溫度、非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，碳和鉻的反應(yīng)決定于溫度、C C和和CrCr的含量、的含量、p pCOCO。36非標(biāo)態(tài)下氧化轉(zhuǎn)化溫度計(jì)算非標(biāo)態(tài)下氧化轉(zhuǎn)化溫度計(jì)算 因?yàn)樵械模–r3O4）處于飽和狀態(tài)，所以其活度為 1。Cf和Crf分別按下式計(jì)算： lgfC= %NiC%CrC%CCNiCrCwewewe lgfCr=%NiCr%CCr%CrCrNiCCrwewewe rG= )/lg(2Crlg5 . 1Clg2Ni0237. 0Cr0476. 0C46. 014.1940.307464816CO%ppwwwwwTT 吹煉溫度必須高于氧化轉(zhuǎn)化溫度吹煉溫度必須高于氧化轉(zhuǎn)化溫度，才能使鋼水中的

34、，才能使鋼水中的C氧化而氧化而Cr不氧化，也就是可以達(dá)到去碳保鉻的目的。不氧化，也就是可以達(dá)到去碳保鉻的目的。 37 表表 C和和Cr的氧化轉(zhuǎn)化溫度計(jì)算結(jié)果的氧化轉(zhuǎn)化溫度計(jì)算結(jié)果實(shí) 鋼水成分 COp Gr（J/mol） 氧化轉(zhuǎn)化溫度 例 wCr% wNi% wC% （Pa） TG40.307464816r （） 1 12 9 0.35 101325 -464816+255.15T 1549 2 12 9 0.10 101325 -464816+232.24T 1728 3 12 9 0.05 101325 -464816+220.29T 1837 4 10 9 0.05 101325 -464

35、816+224.05T 1802 5 18 9 0.35 101325 -464816+244.82T 1626 6 18 9 0.10 101325 -464816+221.92T 1821 7 18 9 0.05 101325 -464816+209.79T 1943 8 18 9 0.35 67550 -464816+251.47T 1575 9 18 9 0.05 50662 -464816+221.29T 1827 10 18 9 0.05 20265 -464816+236.63T 1691 11 18 9 0.05 10132 -464816+248.04T 1601 12 18

36、 9 0.02 5066 -464816+244.07T 1631 13 18 9 1.00 101325 -464816+267.98T 1461 14 18 9 4.50 101325 -464816+323.53T 1164 38氧氣或鐵礦石氧化時(shí)，鋼水升降溫的計(jì)算：氧氣或鐵礦石氧化時(shí)，鋼水升降溫的計(jì)算： a. 用氧氣氧化用氧氣氧化1%Cr提高鋼水溫度的計(jì)算提高鋼水溫度的計(jì)算 23Cr+O2（g）=21Cr3O4（s） rG= -746426+223.51T Jmol-1 rH= -746426 J 在含 1%Cr的鋼水中，23mol 的Cr被 1mol 的 O2氧化生成21mol Cr

37、3O4時(shí)，產(chǎn)生的熱為746426 J。 23Cr= 2352 = 78g 所以所以78g wCr 為為1%的鋼水中含的鋼水中含F(xiàn)e為為 85.559978=138 mol 吹入的氧氣溫度為室溫。吹入的氧氣溫度為室溫。 39 表表 計(jì)算鋼水升降溫所需數(shù)據(jù)計(jì)算鋼水升降溫所需數(shù)據(jù) Cp（J/Kmol） HT-H298（kJ/mol） kg/mol 1800K 1800K Cr3O4 22010-3 131.80 Fe2O3 159.710-3 158.16 217.07 Cr 5210-3 45.10 Fe 55.8510-3 43.93 C 1210-3 24.89 30.67 CO 2810-3

38、 35.94 O2 3210-3 37.24 51.71 物質(zhì) iM Cp（J/Kmol） HT-H298（kJ/mol） kg/mol 1800K 1800K Cr3O4 22010-3 131.80 Fe2O3 159.710-3 158.16 217.07 Cr 5210-3 45.10 Fe 55.8510-3 43.93 C 1210-3 24.89 30.67 CO 2810-3 35.94 O2 3210-3 37.24 51.71 t=（746426-51710）（13843.93+21131.8） t=113 即吹氧氧化即吹氧氧化1%Cr時(shí)，可使鋼水溫度提高時(shí)，可使鋼水溫度提

39、高113。40b用氧氣氧化用氧氣氧化1%C提高鋼水溫度的計(jì)算提高鋼水溫度的計(jì)算 2C+O2（g）= 2CO（g） rG= -281165-84.18T Jmol-1 rH= -281165 J 24gCw為 1%的鋼水中含F(xiàn)e為 85.559924= 42.6 mol t=（281165-51760）（42.643.93+235.94） t=118 即氧化即氧化1%C時(shí)，可使鋼水溫度提高時(shí)，可使鋼水溫度提高118。41c用鐵礦石氧化用鐵礦石氧化1%Cr提高鋼水溫度的計(jì)算提高鋼水溫度的計(jì)算 32Fe2O3（s）+2 C=34Fe+2 CO（g） rG = -202506+54.85T Jmol-

40、1 rH= -202506 J t =（202506-32217070）8 .1312193.43)34138( t=8 即用鐵礦石氧化即用鐵礦石氧化1%Cr時(shí)，只能使鋼水溫度提高時(shí)，只能使鋼水溫度提高8。42d用鐵礦石氧化用鐵礦石氧化1%C提高鋼水溫度的計(jì)算提高鋼水溫度的計(jì)算 32Fe2O3（s）+2 C=34Fe+2 CO（g） rG= 262755-252.00T Jmol-1 rH= 262755 J 該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，只能使鋼水溫度降低。該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，只能使鋼水溫度降低。 t=（-262755-32217070）94.35293.43)346 .42( t=-204 即用鐵礦石氧

41、化即用鐵礦石氧化1%C時(shí)，可使鋼水溫度降低時(shí)，可使鋼水溫度降低204。 43(1) 為什么吹氧發(fā)明前不能使用不銹鋼返回料？即為什為什么吹氧發(fā)明前不能使用不銹鋼返回料？即為什么用鐵礦石作氧化時(shí)不能達(dá)到去碳保鉻的目的？么用鐵礦石作氧化時(shí)不能達(dá)到去碳保鉻的目的？ 回答問(wèn)題回答問(wèn)題 如若使用返回料，將如若使用返回料，將Cr配到配到12%左右，則左右，則wC從從0.35%降到降到0.1%時(shí)，吹煉溫度必須從時(shí)，吹煉溫度必須從1549升高到升高到1728。若使若使wC再降到再降到0.05%時(shí)，吹煉溫度必須達(dá)到時(shí)，吹煉溫度必須達(dá)到1837。即降。即降低低wC必須在高溫下完成，而高溫的獲得靠的是鋼液中必須在高溫

42、下完成，而高溫的獲得靠的是鋼液中Cr的氧化。的氧化。當(dāng)使用鐵礦石作氧化劑時(shí)，每氧化當(dāng)使用鐵礦石作氧化劑時(shí)，每氧化1%Cr只能使鋼液溫度提只能使鋼液溫度提高高8，這個(gè)溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)抵消不了氧化，這個(gè)溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)抵消不了氧化0.1%C使鋼液降低的溫使鋼液降低的溫度度20.4。加入鐵礦石只能大量氧化加入鐵礦石只能大量氧化Cr而不能去而不能去C。所以，如果使用返回料，由于電極增碳，用鐵礦石氧化又不所以，如果使用返回料，由于電極增碳，用鐵礦石氧化又不能去掉所增加的碳，故在吹氧發(fā)明前不能使用返回料。能去掉所增加的碳，故在吹氧發(fā)明前不能使用返回料。 44(2) 為什么吹氧時(shí)可使用返回料而不怕增碳？為什么吹氧時(shí)可使用返

43、回料而不怕增碳？熔池中的熔池中的wC從從0.35%降到降到0.05%時(shí)，熔池溫度必須從時(shí)，熔池溫度必須從1549升至升至1837。為了滿足去碳保鉻，吹煉溫度必須大于。為了滿足去碳保鉻，吹煉溫度必須大于氧化轉(zhuǎn)化溫度。氧化轉(zhuǎn)化溫度。上述所升高約上述所升高約290，主要靠吹氧氧化鋼液中的，主要靠吹氧氧化鋼液中的Cr來(lái)實(shí)現(xiàn)。來(lái)實(shí)現(xiàn)。因?yàn)槊垦趸驗(yàn)槊垦趸?%Cr可使鋼水溫度升高可使鋼水溫度升高118，那么氧化約，那么氧化約2%2.5%的的Cr可使鋼水溫度升高約可使鋼水溫度升高約236295。wC從從0.35%降至降至0.05%氧化掉氧化掉0.3%，也可使鋼水升溫約，也可使鋼水升溫約36。為了使用返回料并

44、達(dá)到去碳保鉻的目的，必須首先損失掉為了使用返回料并達(dá)到去碳保鉻的目的，必須首先損失掉2%2.5%的的Cr，以滿足，以滿足wC降至降至0.05%所需要的所需要的290熱。熱。當(dāng)當(dāng)wC降到要求后，再補(bǔ)加一部分低碳鉻鐵，使降到要求后，再補(bǔ)加一部分低碳鉻鐵，使wCr達(dá)到達(dá)到鋼號(hào)要求的鋼號(hào)要求的18%。因此，返回吹氧法吹煉不銹鋼時(shí)，必須做到因此，返回吹氧法吹煉不銹鋼時(shí)，必須做到“吹氧提溫吹氧提溫”。 45(3) 為什么在返回吹氧法中，為什么在返回吹氧法中，Cr不能一次配足至不能一次配足至18%， 而只能配到而只能配到12%13%？若若wCr一次配足到一次配足到18%，那么當(dāng)，那么當(dāng)wC為為0.35%時(shí)，

45、開(kāi)吹時(shí)，開(kāi)吹溫度必須高于溫度必須高于1626。wC降至降至0.1%時(shí)，吹煉溫度必須高于時(shí)，吹煉溫度必須高于1822。wC繼續(xù)降到繼續(xù)降到0.05%時(shí)，吹煉溫度必須高于時(shí)，吹煉溫度必須高于1943。高的吹煉溫度爐襯設(shè)備是難以承受的。因此，氧化轉(zhuǎn)化高的吹煉溫度爐襯設(shè)備是難以承受的。因此，氧化轉(zhuǎn)化溫度太高是造成溫度太高是造成Cr不能一次配足的主要原因。不能一次配足的主要原因。 46(4) 為什么高碳真空吹煉法為什么高碳真空吹煉法Cr可以一次配足？可以一次配足？當(dāng)一氧化碳分壓小于標(biāo)準(zhǔn)壓力當(dāng)一氧化碳分壓小于標(biāo)準(zhǔn)壓力101325Pa時(shí)，氧化轉(zhuǎn)化溫度時(shí)，氧化轉(zhuǎn)化溫度可降低。越小，氧化轉(zhuǎn)化溫度越低?？山档?。越

46、小，氧化轉(zhuǎn)化溫度越低。例如，當(dāng)例如，當(dāng)PCO=10132 Pa時(shí)，時(shí)，wCr =18%、wC =0.05%，氧化轉(zhuǎn)化溫度只有氧化轉(zhuǎn)化溫度只有1601，這個(gè)溫度在生產(chǎn)中可以達(dá)到的。，這個(gè)溫度在生產(chǎn)中可以達(dá)到的。為了吹煉超低碳不銹鋼，如為了吹煉超低碳不銹鋼，如wC =0.02%，從實(shí)例，從實(shí)例12可以看可以看出，當(dāng)出，當(dāng)PCO=5066 Pa時(shí)，氧化轉(zhuǎn)化溫度為時(shí)，氧化轉(zhuǎn)化溫度為1631，仍是可行，仍是可行的。因此，采用真空或半真空吹煉，可以將的。因此，采用真空或半真空吹煉，可以將Cr一次配足。一次配足。當(dāng)當(dāng)C含量越高時(shí)，氧化轉(zhuǎn)化溫度越低。所以，吹煉開(kāi)始時(shí)，含量越高時(shí)，氧化轉(zhuǎn)化溫度越低。所以，吹煉開(kāi)

47、始時(shí)，可以先在常壓下吹氧脫碳。但當(dāng)可以先在常壓下吹氧脫碳。但當(dāng)wC下降到一定程度時(shí)，下降到一定程度時(shí)，必須采用真空吹煉。必須采用真空吹煉。 47 34 s31Cr +2CO=Cr O+2 C2222C0332022CrCO%Cln%CrfGGRTfpp 1). 溫度越高，碳含量越低，去碳保鉻效果越好；溫度越高，碳含量越低，去碳保鉻效果越好；2). 獲得不同溫度下的獲得不同溫度下的Cr和和C的平衡曲線；的平衡曲線；由圖中可知，冶煉不銹鋼時(shí)，碳由圖中可知，冶煉不銹鋼時(shí)，碳越低則需要熔池溫度越高，而且越低則需要熔池溫度越高，而且Cr要求越高，去碳保鉻所需溫要求越高，去碳保鉻所需溫度就越高。所以一般是

48、在電爐中度就越高。所以一般是在電爐中為提高溫度而先期氧化掉一些為提高溫度而先期氧化掉一些Cr進(jìn)入熔渣，在去掉進(jìn)入熔渣，在去掉C后，再將后，再將熔渣中的熔渣中的Cr3O4部分還原回收。部分還原回收。48 34 s31Cr +2CO=Cr O+2 C2222C0332022CrCO%Cln%CrfGGRTfpp 3). 對(duì)某一定的平衡對(duì)某一定的平衡C和和Cr，pCO愈低，轉(zhuǎn)化溫度愈低，即吹氧溫愈低，轉(zhuǎn)化溫度愈低，即吹氧溫度也愈低，根據(jù)這些結(jié)果可知，利用真空或半真空技術(shù)冶煉高度也愈低，根據(jù)這些結(jié)果可知，利用真空或半真空技術(shù)冶煉高碳金屬料沒(méi)有問(wèn)題。碳金屬料沒(méi)有問(wèn)題。49紅土礦因以赤鐵礦和褐鐵礦為主而得

49、名，包括古巴、希臘、阿紅土礦因以赤鐵礦和褐鐵礦為主而得名，包括古巴、希臘、阿爾巴尼亞等產(chǎn)地的紅土礦都富含爾巴尼亞等產(chǎn)地的紅土礦都富含NiNi、CoCo、CrCr等重要合金元素，等重要合金元素，但無(wú)法進(jìn)入高爐進(jìn)行冶煉，原因可以從埃林漢圖中得到。但無(wú)法進(jìn)入高爐進(jìn)行冶煉，原因可以從埃林漢圖中得到。如果將紅土礦放如果將紅土礦放到高爐內(nèi)冶煉，到高爐內(nèi)冶煉，所有的有用元素所有的有用元素NiNi、CoCo、CrCr都將都將進(jìn)入生鐵并且影進(jìn)入生鐵并且影響后面的煉鋼過(guò)響后面的煉鋼過(guò)程的成分控制，程的成分控制，所以必須在紅土所以必須在紅土礦進(jìn)入高爐以前礦進(jìn)入高爐以前對(duì)對(duì)NiNi、CoCo等進(jìn)行等進(jìn)行分離。分離。4

50、.4 選擇性還原選擇性還原從紅土礦中提取鈷和鎳從紅土礦中提取鈷和鎳50直接還原與間接還原直接還原與間接還原在高爐內(nèi)，直接用在高爐內(nèi)，直接用C C還原的反應(yīng)稱為還原的反應(yīng)稱為，而用，而用COCO還原的還原的反應(yīng)稱為反應(yīng)稱為。主要發(fā)生在爐腰爐缸的高溫區(qū)，而且在這些高溫區(qū)主要發(fā)生在爐腰爐缸的高溫區(qū)，而且在這些高溫區(qū)發(fā)生的反應(yīng)生成物主要是發(fā)生的反應(yīng)生成物主要是COCO，然后，然后COCO在上升過(guò)程中進(jìn)入爐料的加在上升過(guò)程中進(jìn)入爐料的加熱段，于是發(fā)生熱段，于是發(fā)生，生成物為，生成物為COCO2 2，顯然，爐內(nèi)大部分區(qū)，顯然，爐內(nèi)大部分區(qū)域進(jìn)行的主要反應(yīng)是間接反應(yīng)。域進(jìn)行的主要反應(yīng)是間接反應(yīng)。 ssgsC

51、M OCOMxyyyx 2ssgsCM OCOM22xyyyx 2gsgsCOM OCOMxyyyx51原礦原礦破碎篩分破碎篩分還原焙燒（回轉(zhuǎn)窯或還原焙燒（回轉(zhuǎn)窯或）惰性氣氛下冷卻焙砂惰性氣氛下冷卻焙砂NiNi、CoCo以金屬態(tài)存在。以金屬態(tài)存在。：還原順序：還原順序：CoCo、NiNi、FeFe、CrCr。進(jìn)行選。進(jìn)行選擇性還原的擇性還原的目的是使目的是使NiONiO、CoOCoO全部或大全部或大部被還原，部被還原，F(xiàn)eFe的氧化物的氧化物不能或少還不能或少還原為金屬原為金屬FeFe。52紅土礦中鐵的還原紅土礦中鐵的還原 鐵的還原為逐級(jí)還原。即鐵的還原為逐級(jí)還原。即Fe2O3Fe3O4FeO

52、。 為了提高紅土礦中總含鐵量，應(yīng)控制還原條件使為了提高紅土礦中總含鐵量，應(yīng)控制還原條件使礦石中的礦石中的Fe2O3還原為還原為FeO，但不能還原成，但不能還原成Fe，以便與已經(jīng)還原成以便與已經(jīng)還原成Co、Ni等金屬分離。等金屬分離。關(guān)鍵問(wèn)題：選擇適當(dāng)?shù)倪€原溫度和還原氣相組成。關(guān)鍵問(wèn)題：選擇適當(dāng)?shù)倪€原溫度和還原氣相組成。 53繪制繪制CO氣體還原氧化鐵平衡圖（氣體還原氧化鐵平衡圖（ COT） 23342sgsg3Fe O+CO2Fe OCO 342sgsgFe O+CO3FeOCO 2sgsgFeO+COFeCO 342sgsg13Fe O+COFeCO44 (1) (2) (3) (4)r1G

53、=-26520-57.03T Jmol-1 r2G=35120-41.55T Jmol-1 r3G= -17500+21.00T Jmol-1 r4G= 0.17T Jmol-1 17. 21834lg2TK10. 1914lg3TK009. 0lg4K lgK= 98. 21440T 54如何作出氧化鐵還原的平衡圖？如何作出氧化鐵還原的平衡圖？ 10. 1914lg3TK10. 1914/lglg3TppppKCOCO2代入上式得：1COCO2pppp10. 1914/1lgCOCOTpppp在壓力不高時(shí)，用 CO 氣體的體積分?jǐn)?shù)CO代替分壓CO/ pp，則 10. 19141lgCOCOT取不同的 T 即可得到 不同的CO值 氧化鐵還原平衡圖氧化鐵還原平衡圖 55 23342sgsg3Fe O+CO2Fe OCO 342sgsgFe O+CO3FeOCO 2sg