07310680冶金物理化学

冶金物理化学
Physical Chemistry of Metallurgy
课程编号：07310680
学 分：5
学 时：75 （其中：讲课学时：75 实验学时： 上机学时：0）
先修课程：高等数学、物理化学、无机化学
适用专业：冶金工程
教 材：《钢铁冶金原理》；黄希祜主编；冶金工业出版社（第三版），2006
开课学院：材料科学与工程学院
一、课程的性质与任务：
《冶金物理化学》是冶金工程专业主要的专业基础课。它在数学、物理学、无
机化学、物理化学、计算机技术等课程知识的基础上，将物理化学原理应用到冶金
过程中，为冶金工程专业课程的学习奠定必要的理论基础。本课程强调理论与工程
实际的结合，提高分析问题、解决问题的能力。
《冶金物理化学》的基本任务是：
1. 掌握冶金过程各环节的基本物理化学原理；
2. 学会对主要的冶金反应进行热力学及动力学的分析；
3. 利用化学热力学原理研究反应的可能性，利用化学动力学原理研究反应的机
理及限速环节，从而优化冶金工艺，提高反应速率，强化冶炼，实现清洁高效
生产等。该课程的主要内容是冶金过程动力学、冶金过程热力学及冶金熔体，
以冶金工业过程为背景，按其冶炼过程分为还原冶炼、氧化冶炼、二次精炼三
环节，探讨其物理化学原理。
二、课程的基本内容及要求：
第一章 绪论
1.教学内容
（1） 本课程的性质、研究对象与方法、目的、任务
（2） 冶金物理化学的研究内容
（3） 冶金物理化学的发展及在冶金学科的地位
2.学习要求
（1）了解本课程的性质、研究对象与方法、任务；
（2）掌握学习本课程的几个基础概念；
（3）了解冶金物理化学的研究内容。
第二章 冶金热力学基础
1.教学内容
（1） 化学反应的标准吉布斯自由能
（2） 理想气体的变化 化学反应的等温方程式
（3） 冶金反应的标准吉布斯自由能计算 包括：标准平衡常数法、电动势法等
（4） 溶液的热力学性质 基本物理化学定律、活度及活度系数、活度的计算等
（5） 标准溶解吉布斯自由能及溶液中反应的标准吉布斯自由能计算
2.学习要求
（1）熟练地掌握化学反应的标准吉布斯自由能求法；
（2）理解活度的定义，掌握活度的计算方法；
（3）掌握标准溶解吉布斯自由能的计算方法。
3.重难点
（1）重点是理解活度的定义，掌握活度的计算方法；
（2）难点是溶解吉布斯自由能的计算方法。
第三章 冶金动力学基础
1.教学内容
（1） 化学反应的速率式；
（2） 分子扩散及对流传质；
（3） 气-凝聚相间气体吸附反应的动力学；
（4） 反应过程动力学方程的建立 稳态原理；
（5） 液—液相反应的动力学模型 双膜理论；
（6） 气—固相间反应的动力学模型 未反应核模型和多孔体积反应模型；
（7） 速率限制环节的确定方法；
（8） 新相形成的热力学及动力学。
2.学习要求
（1）掌握化学动力学的速率式、反应级数的确定；
（2）掌握分子扩散定律、扩散系数的确定，对流传质及对流系数的确定；
（3）了解稳态原理及动力学研究的一般方法；
（4）了解双膜理论及未反应核模型和多孔体积反应模型；
（5）了解均相形核、异相形核原理。
3.重难点
（1）重点是冶金过程动力学方程的建立方法；
（2）难点是不同固液气间的反应模型并能计算相关动力学参数。
第四章 金属熔体
1.教学内容
（1） 铁液中组分活度的相互作用系数 测定方法；
（2） 铁液中元素的溶解及存在形式铁液中氢、氮、氧、硫和磷的存在形式及
影响；
（3） 熔铁及其合金的物理性质 熔点 、粘度等；
2.学习要求
（1）掌握金属熔体中组元活度系数的计算；
（2）了解相互作用系数及熔铁的物理性质。
3.重难点
（1）重点是金属熔体中组元活度系数的计算；
（2）难点是相互作用系数计算。
第五章 冶金炉渣
1.教学内容
（1） 相图的基本知识 相律、冶金中常用的相图
（2） 熔渣的结构理论 结构假说、离子结构理论和分子离子共同作用理论
（3） 熔渣的化学性质 酸碱性、碱度、过剩碱、光学碱度，氧化还原性
（4） 熔渣的物理性质 熔化温度、熔渣的粘度、表面张力等
2.学习要求
（1）了解熔渣的结构理论；
（2）熔渣的物理化学性质及影响因素；
（3）看懂冶金中常见的炼铁炉渣相图及炼钢渣相图。
3.重难点
（1）重点是掌握熔渣的综合理化性能；
（2）难点是冶金中常见的炼铁炉渣相图及炼钢渣相图。
第六章 化合物的形成分解及碳、氢的燃烧反应
1.教学内容
（1） 化合物形成-分解反应的热力学原理，分解压及其热力学方程；
（2） 碳酸盐的分解反应 热力学、分解机理及动力学；
（3） 氧化物的形成-分解反应 氧化物的氧势、氧势图及应用；
（4） 可燃气体的燃烧反应 可燃气体物和氧反应的热力学；
（5） 固体碳的燃烧反应。
2.学习要求
（1）掌握氧化物的形成-分解反应 氧化物的氧势、氧势图及应用；
（2）掌握可燃气体的燃烧反应 可燃气体物和氧反应的热力学；
（3）掌握固体碳的燃烧反应。
3.重难点
（1）重点是氧化物的氧势、氧势图及应用；
（2）难点是燃烧反应。
第七章 氧化物还原熔炼反应
1.教学内容
（1） 氧化物还原的热力学条件；
（2） 氧化物的间接还原反应；
（3） 氧化物的直接还原反应，固体碳还原氧化物的热力学原理；
（4） 金属热还原法；
（5） 铁的渗碳及含碳量 高炉内铁的渗碳过程及生铁的含碳量；
（6） 熔渣中氧化物的还原反应 SiO2的还原、MnO的还原、特殊矿物中氧化
物的还原；
（7） 高炉冶炼的脱硫反应；
2.学习要求
（1）掌握氧化物还原反应的热力学及动力学原理；
（2）掌握炼铁反应中氧化物还原过程及影响因素。
3.重难点
（1）重点是氧化物还原反应的热力学；
（2）难点是炼铁反应中氧化物还原过程。
第八章 氧化熔炼反应
1.教学内容
（1） 炼钢熔池中元素氧化的物理化学原理，元素氧化反应的mrG及氧势图、
元素氧化的热力学条件；
（2） 锰、硅、铬、钒、铌、钨的氧化反应；
（3） 脱碳反应 碳氧化的反应及碳氧积、碳氧化反应的热效应、脱碳过程中
钢液的碳氧积和氧浓度、钢液的实际氧浓度、脱碳反应的速率；
（4） 脱磷反应 脱磷反应的热力学、熔渣中磷酸盐的还原、还原脱磷；
（5） 脱硫反应 炼钢渣的脱硫反应、影响炼钢脱硫的因素；
（6） 脱氧反应 脱氧反应的热力学、锰、硅、铝的脱氧反应、脱氧剂用量的
计算、复合脱氧反应、扩散脱氧、真空脱氧；
2.学习要求
（1）了解氧化精炼过程的基本原理；
（2）掌握元素氧化的热力学条件、元素氧化反应的动力学，特别是脱碳反应、
脱磷反应、脱硫反应、脱氧反应的热力学及动力学。
（3）掌握炼铁反应中氧化物还原过程及影响因素。
3.重难点
（1）重点是通过控制反应条件实现元素含量控制是冶金过程中的关键技术；
（2）难点是如何控制冶金熔体中的碳、硫、磷、氧和锰、铬等合金元素的含量。
三、课程学时分配
章节 讲课 实验 上机
第一章、绪 论 2
第二章、冶金热力学基础 8
第三章、冶金动力学基础 8
第四章、金属熔体 4
第五章、冶金炉渣 12
第六章、化合物的形成分解及燃烧反应 13
第七章、氧化物还原熔炼反应 14
第八章、氧化熔炼反应 14
四、大纲说明
1、每次课后布置1~2题作业，作业总量约为80题计算题。此外另行布置一些
思考题供学生理解教学内容。
2、本课程采用多媒体教学
五、参考书目
（1） 《炼钢学原理》；曲英；冶金工业出版社，1980
（2） 《冶金过程热力学》；魏寿昆；冶金工业出版社，1980
（3） 《钢铁冶金物理化学》；陈襄武；冶金工业出版社，1990
（4） 《冶金与材料物理化学》；李文超；冶金工业出版社，2001
（5） 《冶金原理》；赵俊学；西北工业大学出版社，2003

制定人：王宏明 审定人： 批准人：
2013年4月18日
课程简介
课程编码：07310680
课程名称：冶金物理化学
英文名称：Physical Chemistry of Metallurgy
学 分：5
学 时：75 （其中：讲课学时：75 实验学时：0 ）
课程内容：《冶金物理化学》是将物理化学原理应用到冶金过程中，对钢铁冶金和有
色冶金中主要化学进行热力学和动力学分析，主要内容涉及到金属熔体、
冶金炉渣、化合物的形成分解以及燃烧反应、氧化物还原熔炼反应等，为
冶金工程专业其他后续课程的学习奠定必要的理论基础。
选课对象：冶金工程
先修课程：高等数学、物理化学、无机化学
教 材：《钢铁冶金原理》；黄希祜主编；冶金工业出版社（第三版），2002