冶金熔炼原理及工艺讲义-第三章-修订资料
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原理：当元素在溶剂如铁液中溶解有限，形成饱和溶液时，加 入第3组分，其溶解度改变，但其活度未变，因为第3组 分引起活度系数发生了变化。 B[B ]饱和
K a[ B]
B BK f w [ B ] f f w [ B ] B Fe B B B Fe B K
K f w [ B ] / w [ B ] B Fe B Fe B K
j i
异类相互作用系数之间的关系
j i
M M M M 1 j j i j j j i e [( 1 ) 1 ] 230 e i i i 230 M M M j i i
2.1.4 相互作用系数的温度关系式
A i B T
j
12
2
2.化学平衡法
6 3 1 m H l /100g 0 . 089 10 10 / 100 0 . 89 ppm 2
6 3 1 ml N /100 1 . 25 10 10 / 100 12 . 5 ppm 2
23
溶解特点
●H2、N2在铁液中的溶解服从平方根定律 ●溶解包括气体分子的离解及离解后原子的溶解两步。 铁液中：
18
2
Si lg fC e 0 .03 w [Si ] Si C
课外2
19
3
铁液中元素的溶解及存在的形式
3.1 Mn、Ni、Co、Cr、Mo
在铁液内的溶解焓为0，可近似将其溶液视为理想 溶液。 在高温的晶型与δ Fe大致相同，原子半径与铁原子 相差很小，与铁能无限互溶，形成置换式熔体。 熔体的物性可由纯金属的物性加和求得。
13
2
[ C ] CO 2 CO 2
2 pCO 1 K pCO fCw [C] 2
K a[ B]
B BK f w [ B ] f f w [ B ] B Fe B B B Fe B K
K f w [ B ] / w [ B ] B Fe B Fe B K
j i
异类相互作用系数之间的关系
j i
M M M M 1 j j i j j j i e [( 1 ) 1 ] 230 e i i i 230 M M M j i i
2.1.4 相互作用系数的温度关系式
A i B T
j
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2
2.化学平衡法
6 3 1 m H l /100g 0 . 089 10 10 / 100 0 . 89 ppm 2
6 3 1 ml N /100 1 . 25 10 10 / 100 12 . 5 ppm 2
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溶解特点
●H2、N2在铁液中的溶解服从平方根定律 ●溶解包括气体分子的离解及离解后原子的溶解两步。 铁液中：
18
2
Si lg fC e 0 .03 w [Si ] Si C
课外2
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3
铁液中元素的溶解及存在的形式
3.1 Mn、Ni、Co、Cr、Mo
在铁液内的溶解焓为0，可近似将其溶液视为理想 溶液。 在高温的晶型与δ Fe大致相同，原子半径与铁原子 相差很小，与铁能无限互溶，形成置换式熔体。 熔体的物性可由纯金属的物性加和求得。
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2
[ C ] CO 2 CO 2
2 pCO 1 K pCO fCw [C] 2
铸造合金及其熔炼(铸铁熔炼)
第三章 铸造合金及其熔炼
以上均为氧化放热反应，根据上述反应及 图3-13可见，在氧化带内：
①焦炭燃烧生成的炉气，既有二氧化碳，也有一 氧化碳，但主要是二氧化碳。
②从主排风口开始，随着炉气的上升，反应不断 进行，炉气中的氧逐渐减少，二氧化碳不断增 加。当上升到氧化带顶面时，炉气的氧基本耗 尽，氧化反应终止，二氧化碳达到最高值。
图3-13 冲天炉熔炼过程原理图
25
铸造工(高级)
第三章 铸造合金及其熔炼
1）预热区 从加料口下沿料面到铁料开始熔化这 段高度为预热区。预热区的炉料在下降过程中， 与上升的炉气之间的热交换方式以对流为主，金 属料逐渐被加热至熔化温度。
预热区高度受有效高度、底焦高度、炉内料面的 实际位置、炉料块度、炉料下落速度、炉气分布、 铁焦比等许多因素的影响，波动很大。其中金属 料的块度特别重要。金属料的块度愈大，预热所 需的时间愈长，预热区高度愈大，严重时金属料 块可能进入风口区，造成“落生”现象，妨碍冲 天炉的正常操作。因此应限制金属料的块度。但 金属料的块度也不能过小，以免造成严重氧化。
铸铁熔炼可以用冲天炉、非焦化铁炉、电炉、 反射炉、坩锅或冲天炉与电炉双联等方法，其 中以冲天炉熔炼的应用最为广泛。
1
铸造工(高级)
第三章 铸造合金及其熔炼
1. 冲天炉的结构（图3-12）
冲天炉的类型很多，但基本结构大体相 同。常用的冲天炉由四部分组成：炉底部 分、炉身部分（包括送风系统）、前炉部 分、炉顶部分（烟囱及除尘系统）。
修炉完毕，用木柴或烘干器慢火充分烘干前、后 炉。前炉必须烘透，以保证铁液温度。
6
铸造工(高级)
第三章 铸造合金及其熔炼
（3）点火与加底焦 烘炉后，加入木柴，引
冶金原理3金属熔体43页PPT
• fFek > fFeB ，k 的加入增加了组元B 的活度系
数 f B，降低了组元B 的溶解度
eBk 0
例如：eC Si0.080 eC P0.0510
3.2.2 相互作用系数的特征及其转换关系
2、活度相互作用系数之间的关系 1）同类相互作用系数
Bk kB
eB k213 (2 03 ek B 01)M M B k 1
或
B B 0 B B B 3 B 4 B 5
3.2 铁液中组分活度的相互作用系数
3.2.2 相互作用系数的特征及其转换关系
1、活度相互作用系数的特征
• fk>B f k ， FeB 的加入降低了组元B 的活度系数 ，
从而f B增加了组元B 的溶解度
eBk 0
例如：eN Cr0.046 eC M n0.0120 eC Cr0.0240
Hebei Polytechnic University
内容大纲
3.1 熔铁及其合金的结构 3.2 铁液中组分活度的相互作用系数 3.3 铁液中元素的溶解及存在形式 3.4 熔铁及其合金的物理性质
3.2 铁液中组分活度的相互作用系数
思考：铁液中各组分之间是否相互影响？
存在相互影响
例如：1600℃时，纯铁中 w[S]0.25，fS 0.98 ；1600℃时，
金属原子外层价电子为整个晶体共有
金属 晶体
金属键：金属离子和价电子的结合力
特
无方向性和饱和性
中性
征 金属离子：不互相排斥，为单独离子 原子
晶体中原子：排列—远程序性
构成
运动—围绕晶格结点作微小振动
原子振动的平衡位置
3.1 熔铁及其合金的结构
冶金工艺的熔炼原理
冶金工艺的熔炼原理冶金工艺的熔炼原理是指通过升温将金属和非金属物质转化为熔融状态，并利用其不同的物理和化学性质进行分离、提纯和合金化的过程。
冶金熔炼是冶金工艺的核心环节，它广泛应用于金属提取、金属精炼和合金制备等领域。
熔炼是将原料加热至高温并加入一定的熔剂，使原料熔化并与熔剂发生相互作用，从而完成金属和非金属的分离和提纯。
熔炼过程中，主要涉及到物料、炉料和炉气以及温度、气氛和反应动力学等方面的互相作用。
首先，物料和炉料的选择对熔炼过程至关重要。
物料包括矿石、废料等原料，而炉料则是用于提高熔融体的流动性或还原性能的添加剂。
物料的选择不仅取决于理化性质，还取决于金属的品位、矿石中的杂质含量以及石炭、焦炭和石油焦等炉料供热价值的高低。
其次，温度和气氛对熔炼过程也有重要影响。
温度是熔融过程的基本条件，一般具有合适的温度可以提高反应速率、降低粘度、促进溶质在溶剂中的扩散。
气氛则指的是熔炼过程中用于调节氧化还原性能的气体。
不同的气氛和温度可以对金属的熔融、氧化、还原和挥发等过程起到关键的调控作用。
例如，在熔炼铁矿石的过程中，通过调节气氛可以控制铁矿石的氧化还原反应，从而提高金属的回收率。
再次，反应动力学非常重要。
不同的反应需要不同的反应条件。
熔炼过程中的反应一般涉及到物料的熔化、扩散和传质作用。
熔炼的一些重要反应包括金属矿石的还原、硫化物的氧化、氧化物的还原以及金属的溶解和析出等。
这些反应的速率和平衡程度直接影响到熔炼的效率和产品质量。
另外，炉型和熔炼操作条件也对熔炼过程有重要影响。
常见的炉型包括电炉、重力炉和高炉等。
不同的炉型有不同的加热方式和反应区域，以及不同的熔炼效果。
熔炼操作条件包括炉温、料量、气压、搅拌强度等，这些条件可以直接影响到熔炼过程的控制水平和产品的特性。
总的来说，冶金工艺的熔炼原理是通过升温将物质转化为熔融状态，并利用其不同的物理和化学性质进行分离、提纯和合金化的过程。
这一过程涉及到物料、炉料和炉气以及温度、气氛和反应动力学等方面的互相作用，需要综合考虑各种因素才能达到所需的熔炼效果和产品质量。
冶金原理复习
的相对位置关系来确定该无变点的性质。
低共熔点 —— E 转 熔 点 —— P
熔体冷却过程分析小结
根据给定熔体M的百分组成，在浓度三角形中找到M点的 位置； 由M点所在的等温线，确定熔体开始结晶的温度； 由M点所在的初晶面，确定初晶组成； 按M点所在的子三角形确定熔体结晶终了的固相组成及冷 却过程的终点。 原始体系组成点、液相组成点和固相组成点三者始终在同 一条直线上，而且体系组成点必在固、液二组成点之间， 它们的质量关系遵守杠杆规则。 液相组成和固相组成的变化是沿两条不同的路径进行的。 结晶终了时，这两条路径首尾相连，合为一条折线。
电导率为电阻率（，单位· m）的倒数：
= 1/
电导率的单位：S· m1（西门子每米）
二、电导率与其他性质的关系 1、电导率与熔体组成的关系
2、电导率与温度的关系 金属熔体及熔锍——第一类导体 当温度升高时，它们的电导率下降。 温度升高，离子的运动加剧，阻碍了自由电 子的定向 运动。 熔盐和熔渣——第二类导体 当温度升高时，它们的电导率增大。 3、电导率与粘度的关系 对于一定组成的熔盐或熔渣，降低粘度有利于离子的运动，从 而使电导率增大。
第五章 冶金熔体的化学性质 与热力学性质
• 1、熔渣的碱度、熔渣的酸度 • 2、熔渣中氧化渣及还原渣
一、熔渣的碱度
钢铁冶金中，习惯上用碱度表示熔渣的酸碱性。 碱度 —— 熔渣中主要碱性氧化物含量与主要酸性氧化 物含量（质量）之比，用R（B、V）表示。 碱度有多种表达式。 可在氧化物的质量百分数前引入根据化学计量关系或 通过实际观测得到的系数。 各种碱度表达式中氧化物的量可用其摩尔数或摩尔分 数表示。 对于高炉渣，碱度大于 1 的渣是碱性渣，碱度小于 1 的 渣是酸性渣。 对于炼钢渣，碱性渣的碱度约为2~3.5。
冶金原理第三章-20页精选文档
2） 以质量1％溶液为标准态时活度相互作用系数
3.1.2 相互作用系数的特性及其转换关系
1）相互作用系数的特性
由相互作用系数的定义可知：相互作用系数BK或eBK能大于0或小
于0。这决定于第3组元在多元体系中质点间作用力的特性。或者 说相互作用系数反映了组元K与组元B间作用力性质。 对于A（溶 剂）、K、B质点，
相互作用系数BK或eBK表示组元K对组元B活度的影响。
其中
BK表示以纯物质为标准态时（与拉乌尔定律比较）的活度相互作用系数；
eBK表示以质量1％溶液为标准态时（与亨利定律比较）的活度相互作用系数。 可按泰勒级数展开式定义相互作用系数。
1） 以纯物质为标准态时活度相互作用系数 （A－B－K多元系）
(2) 氢、氮对钢质量的影响
氢、氮在铁中的溶解度不仅随温度变化，而且与铁的晶型及状态有关。
• 1873K时： wH2.61 03% ， wN 0.04% 4
，
氮的溶解度比。
氢：氢脆，塑性、韧性显著下降，变脆。另外，白点（发裂），实际为细 小裂缝，降低机械性能。 氮：可作为某些钢种有益元素，耐磨性强 （替代某些合金）：不锈钢，高氮钢，研究热点。 更多情况下使塑性、 韧性下降，硬度、脆性提高，降低加工性能。
因此，冶炼过程中存在脱氢、脱氮任务。
2）氧
（1）氧的溶解度
（2）氧对钢质量的影响
• 铁液中氧在1873K时的最大溶解度为0.23%（随温度升高而增大）， 但在铁液凝固时急剧地减小，在室温下接近于0。因此，铁液中溶解 的氧将会以FeO形式在铁的晶界析出，破坏晶粒间的连续性，加重S 引起的热脆危害。
3 金属熔体
3.1 金属熔体中组分活度的相互作用系数
3.1.1熔铁中活度相互作用系数
钢铁冶金原理01 (3)
★
9
2.1.1 浓度三角形 含义
三顶点A、 、 ：表示体系的纯组分。 三顶点 、B、C：表示体系的纯组分。 三条边：分别为三个二元系。 三条边：分别为三个二元系。 三角形内的点：三元系的组成点。 三角形内的点：三元系的组成点。
物系点浓度的读取方法
边的垂线， (1)过O作BC、CA、AB边的垂线，长度为 、b、c ) 作 、 、 边的垂线 长度为a、 、
26
2.3 三元相图中线和无变量点的性质及确定法
2.3.1 线的种类 相界线（边界线），连接线 相界线（边界线），连接线 ）， 2.3.2 相界线（边界线） 相界线（边界线） 液相面的交线称为相界线，有两类： 液相面的交线称为相界线，有两类： 共晶线：L→S1+S2 共晶线： 包晶线： 包晶线：L+ S1→S2 性质确定： 性质确定：切线规则 N分相界线 1为两部分：PN段和 1段 分相界线Pe 段和Ne 分相界线 为两部分： 段和 Ne1段：共晶线 PN段：包晶线 段
3
●分类
冶炼渣（还原渣）：以矿石为原料进行还原熔炼， 冶炼渣（还原渣）：以矿石为原料进行还原熔炼，得到粗金属的同时形 ）：以矿石为原料进行还原熔炼 成的炉渣，称为冶炼渣。 冶炼铁矿石得到的高炉渣。 成的炉渣，称为冶炼渣。如：冶炼铁矿石得到的高炉渣。 富集渣：将原料的某些有用成分富集于炉渣中， 富集渣：将原料的某些有用成分富集于炉渣中，以利用下道工序将其回 收的炉渣称为富集渣。 钛精矿还原熔炼所得的高钛渣， 收的炉渣称为富集渣。如：钛精矿还原熔炼所得的高钛渣，吹炼含 生铁得到的钒渣、铌渣等。 钒、生铁得到的钒渣、铌渣等。 精炼渣（氧化渣）：精炼粗金属如用生铁冶炼成钢产生的炉渣，称为精炼渣。 精炼渣（氧化渣）：精炼粗金属如用生铁冶炼成钢产生的炉渣，称为精炼渣。 ）：精炼粗金属如用生铁冶炼成钢产生的炉渣 合成渣：按炉渣所起的冶金作用， 合成渣：按炉渣所起的冶金作用，用各种造渣材料预先配制的炉渣 称为合成渣。 电渣重熔用渣，保护渣，炉外精炼用渣。 称为合成渣。如：电渣重熔用渣，保护渣，炉外精炼用渣。
熔炼技术的工作原理及应用
熔炼技术的工作原理及应用1. 熔炼技术的定义熔炼技术是一种将固体材料加热至其熔点，并使其转变为液态状态的工艺。
它是一项重要的采矿和冶金工艺，广泛应用于金属、非金属和合金等材料的生产过程中。
2. 熔炼技术的工作原理熔炼技术的工作原理基于材料的物理性质，主要包括以下几个步骤：2.1 加热熔炼过程最初需要对固体材料进行加热，通常使用高温燃烧器、电弧炉或感应炉等热源加热材料，使其达到熔点。
2.2 熔化一旦材料达到熔点，分子间的结构稳定性发生改变，固体材料逐渐熔化成液体，继续受热并保持液态。
2.3 分离杂质在熔融过程中，材料中的杂质往往会出现分离现象。
由于杂质的熔点通常与纯净材料的熔点不同，熔融过程中可以通过分离、过滤等方法将杂质从熔体中去除。
2.4 变形与凝固通过控制熔融材料的冷却速度，可以使其发生结晶凝固。
凝固过程中，熔体的物理性质会发生改变，从液态变为固态，形成具有特定形状和结构的固体材料。
3. 熔炼技术的应用熔炼技术在各个领域都有广泛的应用，以下是几个常见的应用领域：3.1 金属冶炼熔炼技术在金属冶炼领域中应用广泛。
金属冶炼过程中，熔炼技术可以将金属矿石中的有用金属分离出来，并通过精炼和铸造等工艺制备成所需的金属制品。
3.2 玻璃制造玻璃制造过程中，通过熔炼技术将各种原料，如石英砂、碳酸钠等加热至熔点，使其熔化成透明的液体玻璃，并通过调控冷却速度将其固化成均匀的玻璃制品。
3.3 陶瓷生产陶瓷制造过程中，熔炼技术可以将陶瓷材料中的矿石矿粉和助剂熔化为陶瓷基体，然后通过模具或成型工艺制作成各种陶瓷制品。
3.4 金属合金制备熔炼技术在金属合金制备中发挥重要作用。
通过将两种或多种金属材料加热至熔点并混合熔融，可以制备出具有特定性能和成分的金属合金。
3.5 半导体制造在半导体制造过程中，熔炼技术用于制备单晶硅材料，通过将硅石加热至熔点并逐渐降温，可制得高纯度、无共晶的单晶硅材料，用于制造半导体器件。
4. 结论熔炼技术是一种将固体材料加热至其熔点并转变为液态状态的工艺。
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第三章
合金元素的氧化还原反应
1
合金元素可能被各种形态的氧所氧化。
1. 被自由氧 O 2（纯氧、空气或富氧空气中的氧等）氧化。
2E O 22EO
直 接
2. 被气相氧化物（ CO 2 、H2Og ……）氧化。
E C2 O E O CO
氧 化
3. 被溶于合金中的氧所氧化。
EOEO
E F eE O F O le
图5-1为1500-2000K铁液内溶解元素E按下式
2E O 22EO
直接氧化的 ΔG-T图 [E] 的标准态是其质量分数为1%的溶液，EO为纯凝聚相或1atm气体。
4
[E] 的标准态是其质量1%的溶液， EO为纯凝聚相或1atm气体。
RTlnP5O2=ΔG
在标准状态 aE 1 PEO=1
返回
RT lnPO2 G0
11
举例阐述
1、硅
S 2 i F e S O 2 i2 F O l e
硅的分配系数η Siχ %SSi2O iKSiaγ 2FeSO if2O Si
分析Si氧化还原规律：
① 温度越低，K Si↑，Si氧化程度大
∵Si氧化为放热反应（强）， ΔH0389J112
② 渣的氧化能力影响硅的氧化还原程度
[Mn] + (FeO) = (MnO) + Fe
对锰而言，锰氧化成 MnO，故为氧化反应；但对铁 而言，铁从 FeO 中还原出来，它又是还原反应。有 时叫它是氧化反应，有时又叫还原反应，只是研究对 象不同而已。
在碱性炼钢炉中，如果熔池有足够高的温度，上述 反应可逆向进行，锰又重新被还原到钢水内。换句话 说，对于锰，上述反应本来是氧化反应，但是条件改 变后，又变成了还原反应。
ΔG0MO
⑵
ΔG0FeO
⑶
式⑴=式⑵-式⑶ Δ G 0Δ G 0 M O Δ G 0 FeO ⑴进行，则 ΔG00
Δ G 0 M OΔ G 0 Fe O 热力学条件
若 FeO 、MO 均以纯物质为标准态， 则 ΔG0MO、ΔG0FeO 分别与他们的氧位相等。
可以利用氧位图，判断是否发生氧化。
9
对于式⑴反应，受到温度、组元的活度影响！
同理推广： PO2EO PO2MO
对于
E M E O O M
即：还原剂的氧化物的分解压小于被还原氧化物的分解压。
8
§3.3 金属元素在Fe熔液中的氧化
在钢铁熔炼过程中，金属元素主要是被渣中的FeO氧化。
M F e M O F O l e
⑴
考虑反应式
FMel 12O 122O2M FOeO
2M O 22MO
ΔG0MO
E M E O O M ΔG0
⑴
ΔG01ΔG0EO1ΔG0MO
2
2
⑴式，氧化还原反应，在标准态下，自发进行的热力学条件：ΔG00
ΔG0 EO ΔG0 MO
Δ G 0 EO Δ G 0 M O
即：E元素对氧的亲和力大于M元素 此时，MO为氧化剂，[E]为还原剂。 MO是被还原的氧化物。 由氧位图，可以比较元素与氧的亲和力，判断标准态的氧化-还原反应方向。 这种判断只适用于标准态，实际情况一般须利用等温方程计算。
间
E C 2 O u E 2 O C l u
4. 被渣相中 Fe O氧化。
接 氧 化
E F e E O F O l e
5. 被另一合金氧化物中的氧氧化。
E E O E O E
2
氧化-还原反应 在氧化-还原反应中，氧化和还原是不可分割的，当 一个元素被氧化时，另一个元素必然被还原。例如铸 钢熔炼过程中，锰的氧化反应为
因此，此图是E溶于铁液，而EO仍为纯凝聚相或
1atm的气体时，氧化物的氧位。
铁液内元素直接氧化的ΔG-T图（氧化图），可以用来 分析铸铁、铸钢等中，合金元素按反应式（下式），被 氧气直接氧化的能力。
2E O 22EO
如：与FeO的氧化线比较， 直线下部
Ce、Al……Mn、Cr等，在标准态下会被O 2氧化烧损； 直线上部
7
二、对于如下类的反应。
M C2O MO CO ⑵
2MO22M O
2C O O22C2O Δ G 0Δ G 1 0Δ G 0 2
ΔG10 ΔG02
⑵式，自发进行的热力学条件，ΔG0 0
又由 Δ G 0RlT nPO 2
氧分压
RlT n P O 2M O RlT n P O 2C2O
∴热力学条件： PO2EO PO2CO 2
反应的平衡常数 K M
KM aaFMeOOaaFMe
对于钢铁熔炼而言，熔液中主要是Fe，接近纯物质aFe 1
合金元素：aM fM % M
aMO γ MO χ MO
KMaγ FM eOO fχ MM %O M 1
设
η
η M 为元素M在渣中和合金（铁液）中的分配系数
M
表述了合金元素氧化的程度。
Cu、Ni、W……等，在标准状态下会被Fe保护不氧化。
局限性：只判断氧化-还原反应的方向。 只适用于标准态，[E]为1%溶液，凝聚相氧化物
为纯物质，气体分压为 1atm 。 否则仍须用（物理化学）等温方程分析。
6
§3.2 氧化还原的热力学条件
一、对金属被 O直2 接氧化的反应。
2E O 22EO
ΔG0EO
3
§3.1 形成溶液时氧化物的氧位
设金属E熔于溶液中，直接氧化，生成 EO为纯凝聚相，
则 2EO 22EOΔG0RTl na2E1PO2
氧位 RlP n T O 2 Δ G 0 2 Rla n T E
若 EO 为气体 则氧位 RT lnPo2=ΔG0 - 2RT lna[E] + 2RT lnPEO 氧位与温度、[E]的活度、EO 的分压有关。
4、炉渣的碱度：
其影响取决于“MO”的“酸碱性”。 MO为酸性（氧化物）：炉渣的碱度越高， MO ↓，合金烧损严重； MO为碱性（氧化物）：炉渣的碱度越低, MO ↓，合金烧损严重。
5、合金成分组成：
元素M的活度系数 f M 受其他元素成分的影响， 若使 f M （M的活度系数）增大，则元素M的氧化程度增大，烧损↑
M
MO
%M
M
KM
aFeO fM
MO
10
影响元素氧化程度的分析 1、对氧的亲和力：
合金和Fe对氧的亲和力“差”越大， ΔG0 大，反应常数 K M 越大，氧化程度大，与氧位图的顺序相同。
2、温度：
T影响反应热，进而影响 K M ，程度不同。
M
KM
aFeO fM
MO
3、炉渣的氧化能力：
炉渣氧化能力越高，a FeO ↑，合金元素烧损严重（氧化）。
合金元素的氧化还原反应
1
合金元素可能被各种形态的氧所氧化。
1. 被自由氧 O 2（纯氧、空气或富氧空气中的氧等）氧化。
2E O 22EO
直 接
2. 被气相氧化物（ CO 2 、H2Og ……）氧化。
E C2 O E O CO
氧 化
3. 被溶于合金中的氧所氧化。
EOEO
E F eE O F O le
图5-1为1500-2000K铁液内溶解元素E按下式
2E O 22EO
直接氧化的 ΔG-T图 [E] 的标准态是其质量分数为1%的溶液，EO为纯凝聚相或1atm气体。
4
[E] 的标准态是其质量1%的溶液， EO为纯凝聚相或1atm气体。
RTlnP5O2=ΔG
在标准状态 aE 1 PEO=1
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RT lnPO2 G0
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举例阐述
1、硅
S 2 i F e S O 2 i2 F O l e
硅的分配系数η Siχ %SSi2O iKSiaγ 2FeSO if2O Si
分析Si氧化还原规律：
① 温度越低，K Si↑，Si氧化程度大
∵Si氧化为放热反应（强）， ΔH0389J112
② 渣的氧化能力影响硅的氧化还原程度
[Mn] + (FeO) = (MnO) + Fe
对锰而言，锰氧化成 MnO，故为氧化反应；但对铁 而言，铁从 FeO 中还原出来，它又是还原反应。有 时叫它是氧化反应，有时又叫还原反应，只是研究对 象不同而已。
在碱性炼钢炉中，如果熔池有足够高的温度，上述 反应可逆向进行，锰又重新被还原到钢水内。换句话 说，对于锰，上述反应本来是氧化反应，但是条件改 变后，又变成了还原反应。
ΔG0MO
⑵
ΔG0FeO
⑶
式⑴=式⑵-式⑶ Δ G 0Δ G 0 M O Δ G 0 FeO ⑴进行，则 ΔG00
Δ G 0 M OΔ G 0 Fe O 热力学条件
若 FeO 、MO 均以纯物质为标准态， 则 ΔG0MO、ΔG0FeO 分别与他们的氧位相等。
可以利用氧位图，判断是否发生氧化。
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对于式⑴反应，受到温度、组元的活度影响！
同理推广： PO2EO PO2MO
对于
E M E O O M
即：还原剂的氧化物的分解压小于被还原氧化物的分解压。
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§3.3 金属元素在Fe熔液中的氧化
在钢铁熔炼过程中，金属元素主要是被渣中的FeO氧化。
M F e M O F O l e
⑴
考虑反应式
FMel 12O 122O2M FOeO
2M O 22MO
ΔG0MO
E M E O O M ΔG0
⑴
ΔG01ΔG0EO1ΔG0MO
2
2
⑴式，氧化还原反应，在标准态下，自发进行的热力学条件：ΔG00
ΔG0 EO ΔG0 MO
Δ G 0 EO Δ G 0 M O
即：E元素对氧的亲和力大于M元素 此时，MO为氧化剂，[E]为还原剂。 MO是被还原的氧化物。 由氧位图，可以比较元素与氧的亲和力，判断标准态的氧化-还原反应方向。 这种判断只适用于标准态，实际情况一般须利用等温方程计算。
间
E C 2 O u E 2 O C l u
4. 被渣相中 Fe O氧化。
接 氧 化
E F e E O F O l e
5. 被另一合金氧化物中的氧氧化。
E E O E O E
2
氧化-还原反应 在氧化-还原反应中，氧化和还原是不可分割的，当 一个元素被氧化时，另一个元素必然被还原。例如铸 钢熔炼过程中，锰的氧化反应为
因此，此图是E溶于铁液，而EO仍为纯凝聚相或
1atm的气体时，氧化物的氧位。
铁液内元素直接氧化的ΔG-T图（氧化图），可以用来 分析铸铁、铸钢等中，合金元素按反应式（下式），被 氧气直接氧化的能力。
2E O 22EO
如：与FeO的氧化线比较， 直线下部
Ce、Al……Mn、Cr等，在标准态下会被O 2氧化烧损； 直线上部
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二、对于如下类的反应。
M C2O MO CO ⑵
2MO22M O
2C O O22C2O Δ G 0Δ G 1 0Δ G 0 2
ΔG10 ΔG02
⑵式，自发进行的热力学条件，ΔG0 0
又由 Δ G 0RlT nPO 2
氧分压
RlT n P O 2M O RlT n P O 2C2O
∴热力学条件： PO2EO PO2CO 2
反应的平衡常数 K M
KM aaFMeOOaaFMe
对于钢铁熔炼而言，熔液中主要是Fe，接近纯物质aFe 1
合金元素：aM fM % M
aMO γ MO χ MO
KMaγ FM eOO fχ MM %O M 1
设
η
η M 为元素M在渣中和合金（铁液）中的分配系数
M
表述了合金元素氧化的程度。
Cu、Ni、W……等，在标准状态下会被Fe保护不氧化。
局限性：只判断氧化-还原反应的方向。 只适用于标准态，[E]为1%溶液，凝聚相氧化物
为纯物质，气体分压为 1atm 。 否则仍须用（物理化学）等温方程分析。
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§3.2 氧化还原的热力学条件
一、对金属被 O直2 接氧化的反应。
2E O 22EO
ΔG0EO
3
§3.1 形成溶液时氧化物的氧位
设金属E熔于溶液中，直接氧化，生成 EO为纯凝聚相，
则 2EO 22EOΔG0RTl na2E1PO2
氧位 RlP n T O 2 Δ G 0 2 Rla n T E
若 EO 为气体 则氧位 RT lnPo2=ΔG0 - 2RT lna[E] + 2RT lnPEO 氧位与温度、[E]的活度、EO 的分压有关。
4、炉渣的碱度：
其影响取决于“MO”的“酸碱性”。 MO为酸性（氧化物）：炉渣的碱度越高， MO ↓，合金烧损严重； MO为碱性（氧化物）：炉渣的碱度越低, MO ↓，合金烧损严重。
5、合金成分组成：
元素M的活度系数 f M 受其他元素成分的影响， 若使 f M （M的活度系数）增大，则元素M的氧化程度增大，烧损↑
M
MO
%M
M
KM
aFeO fM
MO
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影响元素氧化程度的分析 1、对氧的亲和力：
合金和Fe对氧的亲和力“差”越大， ΔG0 大，反应常数 K M 越大，氧化程度大，与氧位图的顺序相同。
2、温度：
T影响反应热，进而影响 K M ，程度不同。
M
KM
aFeO fM
MO
3、炉渣的氧化能力：
炉渣氧化能力越高，a FeO ↑，合金元素烧损严重（氧化）。