固体碳还原熔渣中FeO反应的动力学研究
上海市普陀区2023-2024学年高三下学期质量调研(二模)化学试题(含解析)
上海市普陀区2023-2024学年高三下学期质量调研（二模）化学试题学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________一、解答题1．Ⅰ.立方氮化硼(BN)、立方金刚石、碳化硅(SiC)等都是莫氏硬度高的超硬材料，在工业上有广泛应用。
(1)C、N、O三种元素中第一电离能最大的是，电负性最大的是。
A．碳元素B．氮元素C．氧元素(2)下列有关Si说法正确的有___________。
A．基态Si原子核外有3种能量的电子B．Si原子由基态变为激发态时会释放能量C．基态Si原子的价层电子排布式为3p2D．Si在元素周期表中属于p区元素Ⅱ.立方氮化硼(BN)可由硼酸(H3BO3)和尿素[CO(NH2)2]反应制得，下图是立方氮化硼(BN)的晶胞示意图，立方金刚石、碳化硅(SiC)结构均与其相似，三者晶体中键长数据如下表。
晶体键长(pm)立方氮化硼(BN)157立方金刚石154碳化硅(SiC)184(3)已知尿素[CO(NH2)2]结构中，碳、氮、氧原子均在同一平面，判断碳原子的杂化方式(4)依据相关数据，比较上述三种晶体的莫氏硬度，并说明原因。
(5)立方氮化硼(BN)晶胞中含有个硼原子，距离硼原子最近的氮原子有个。
已知立方氮化硼晶体的密度为3.20g·cm−3，N A为阿伏加德罗常数，则该晶体晶胞边长的表达式为cm。
(用含N A的式子表达)已知：M(B) =10.8 g·mol−1，M(N)=14.0 g·mol−1(6)六方氮化硼(BN)的结构与石墨相似，俗称“白石墨”，其结构如下图所示，若要区分某BN 样品是六方氮化硼(BN)还是立方氮化硼(BN)下列方法可行的是___________。
A．晶体X射线衍射B．原子发射光谱C．质谱D．测定晶体的莫氏硬度2．Ⅰ.甲醇是一种理想的储氢载体，我国科学家研发的全球首套太阳能燃料合成项目被称为“液态阳光”计划，可利用太阳能电解水产生H2，再将CO2与H2转化为甲醇，以实现碳中和。
钢铁冶金原理试题及答案
且反应 级数 与反应物的 计量系数 相等，这样的反应称为基元反应。
7.气体分子在 分子（或范得华）引力 的作用下被吸附到固体或液体的表面上称为物理吸附；在 化学键力 的作用下被吸附到固体或液体的表面上，称为化学吸附。
三、分析题（共2题，每题12分，共24分）1．请写出图1中各条曲线所代表的反应，各区域稳定存在的氧化物，利用热力学原理分析各氧化物稳定存在的原因。
2. 钢液中[C]和[Cr]之间存在化学反应：344[C](Cr O )3[Cr]4CO +=+，试用热力学原理分析有利于实现去碳保铬的热力学条件。
图1四、计算题（共3题，每题12分，共36分）1. 测得温度1873K 还原渣及GCrl5钢的表面张力分别为及1-⋅m N ，两者的接触角 38=α。
试求钢--渣的界面张力，并确定此种还原渣能否在钢液中乳化? 解：305.138cos 45.063.1245.063.1cos202222=⨯⨯⨯-+=-+=s m s m ms σσσσσ 铺展系数：125.0305.145.063.1-=--=--=ms s m S σσσ 铺展系数小于0，说明此熔渣不易在钢渣中乳化。
2.在用CO 还原铁矿石的反应中，l173K 的速率常数12110987.2--⨯=s k ，1273K 的速率常数12210623.5--⨯=s k 试求：(1)反应的活化能；(2)1673K 的速率常数k 值；(3)1673K 的可逆反应的速率常数：)11(0Kk ++。
反应为()2CO FeO CO s FeO +=+； T G mr 26.24228000+-=∆ 1-⋅mol J 解：（1）由⎪⎭⎫ ⎝⎛-=RT E k k a exp 0 可得： ⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯-=⨯-1173314.8exp 10978.202a E k⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯-=⨯-1273314.8exp 10623.502a E k 先对上两式取对数，而后在相减，可得：⎪⎭⎫ ⎝⎛--=⨯⨯--1273111731147.1910623.510978.2lg 22a E12278923127311173110623.510978.2lg 147.19---⋅=-⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯-=mol J E a（2）1673K 下的k774.01673112731147.197892310623.5lg2-=⎪⎭⎫ ⎝⎛--=⨯-k 48.0774.010623.5lg lg 2-=+⨯=-k所以 1331.0-=s k（3）1673K 的可逆反应的速率常数：)11(0K k ++ 331.0==+k k00ln K RT G M r -=∆555.0147.1926.241673147.1922800lg 0-=-⨯=K ,278.00=K所以：1052.1278.011331.0)11(-+=⎪⎭⎫ ⎝⎛+⨯=+s K k 3.求下列反应的0m r G ∆及温度为1273K 时反应的平衡常数。
高温氧化还原反应动力学在金属冶炼中的应用研究
活化能：描述反应速率与温度的关系
PART THREE
添加标题
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还原反应：金属氧化物在高温下与还原剂反应生成金属
氧化反应：金属与氧气在高温下反应生成金属氧化物
氧化还原反应动力学：研究氧化还原反应的速率和机理
应用：优化金属冶炼工艺，提高金属产量和质量
模型建立：基于高温氧化还原反应动力学原理，建立数学模型
模型应用：用于预测金属冶炼过程中的反应速率、温度、压力等参数
优化设计：根据模型预测结果，优化金属冶炼工艺参数，提高生产效率
控制策略：根据模型预测结果，制定金属冶炼过程中的控制策略，保证产品质量和生产安全
PART FIVE
实验设计：选择合适的反应体系和温度条件
01
数据采集：使用仪器设备记录反应过程中的数据，如温度、压力、反应速率等
02
数据处理：对采集到的数据进行处理，如去除异常值、平滑处理等
03
数据分析：使用统计方法对数据进行分析，如线性回归、方差分析等
04
结果解释：根据数据分析结果，解释反应动力学特性，如反应速率、反应机理等
05
模型建立：根据实验数据和分析结果，建立反应动力学模型，如Arrhenius方程、Langmuir-Hinshelwood方程等
研究高温氧化还原反应动力学在金属冶炼中的环保问题，降低环境污染
研究高温氧化还原反应动力学在金属冶炼中的节能问题，提高能源利用效率
汇报人：
汇报人：
,
CONTENTS
PART ONE
PART TWO
高温氧化还原反应动力学：研究高温下氧化还原反应的速率和机理
氧化还原反应：电子转移引起的化学反应
第二章 铁氧化物还原
第二章铁氧化物还原一、还原反应基本原理1、金属氧化物的还原反应：金属氧化物还原反应通式MeO+B=BO+Me (+或-)Q式中：MeO 金属氧化物B 还原剂Me 金属元素Q 反应热效应高炉冶炼用CO、H2和固体碳还原剂2、氧化物的还原顺序：高炉冶炼条件下，各种氧化物由易到难的还原顺序：Cu O→P bO→FeO→MnO→SiO2→Al2O3→MgO→CaO其中：Cu、P b、Fe的氧化物都能被还原。
SiO2、MnO只有部分被还原。
Al2O3、MgO 、CaO不能被还原。
二、铁氧化物还原（一）铁氧化物的还原顺序：1、铁的氧化物在还原时，是从高价铁氧化物逐级还原成低价氧化物，最后还原成金属铁。
＞570℃时：Fe2O3→Fe3O4→FeO→FeO＜570℃时：Fe2O3→Fe3O4→FeO(FeO→Fe3O4+FeO)2、铁氧化物顺序还原的原因：是受铁氧化物中的铁与氧的亲合力大小决定的。
一般：与氧亲合力大，分解压就小，难还原。
与氧亲合力小，分解压就大，易还原。
各种铁氧化物不同温度的分解压（见图）（二）用CO还原铁氧化物：1、还原反应式：＞570℃时：3Fe2O3+CO=2Fe3O4+ CO2+QFe3O4+CO=3FeO+ CO2-QFeO +CO=Fe+ CO2+Q＜570℃时: 3Fe2O3+CO=2Fe3O4+ CO2+QFe3O4+4CO=3Fe+ CO2+Q2、反应特点：①以放热反应为主。
②是间接还原，气相产物为CO2间接还原：在高炉中以CO（H2）为还原剂，气相产物为CO2（或H2O）的还原反应。
③反应是可逆的。
（三）用固定碳还原铁氧化物：1、还原反应式：＞570℃时：3Fe2O3+C=2Fe3O4+ CO +QFe3O4+C=3FeO+ CO -QFeO +C=Fe+ CO +Q ＜570℃时: 3Fe2O3+C=2Fe3O4+ CO +QFe3O4+4C=3Fe+ 4CO +Q2、特点：①都是吸热反应，并且直接消耗固定碳。
炼钢工—论述题 131
1.提高炉龄的措施？答案：（1）采用溅渣护炉技术。
（2）提高炉衬耐火材料质量。
（3）采用综合砌筑技术。
（4）炉渣配适量的氧化镁。
（5）采用计算机动态控制，即采用最佳冶炼控制，提高终点命中率，缩短冶炼周期。
（6）进行有效喷补及合理维护。
（7）改进喷枪结构。
（8）尽可能降低出钢温度。
（9）减少停炉时间。
2.分析冶炼终点硫高的原因及处理措施?答案：一般有以下原因：（1）铁水、废钢硫含量高；（2）造渣剂、冷却剂含硫高；（3）冶炼不正常，化渣不好等。
处理措施：（1）进行铁水预脱硫处理；（2）多倒终渣，再加石灰造高碱度高温炉渣；（3）终点加一定锰铁合金，炉内发生[FeS]+[Mn]=[MnS]+[Fe]反应脱一部分硫；（4）出钢在钢包中加入脱硫剂；（5）采用炉外精炼脱硫等。
3.炉衬损坏原因？答案：由于炉衬工作条件恶劣，损坏原因是多方面的，其主要原因是：（1）废钢、铁水对炉衬冲击及机械磨损；（2）钢液及炉渣的搅动及气体冲刷；（3）炉渣对炉衬的化学侵蚀；（4）炉衬温度激冷激热变化和组织变化的开裂剥落；（5）开炉初期的机械剥落；（6）炉衬内部碳素的氧化。
4.转炉出钢为什么要挡渣？目前挡渣方法有那些？答案：挡渣出钢的主要目的是净化钢水，同时还可以减少合金和脱氧剂的消耗量；减少回磷；减轻耐材侵蚀；有利于钢水二次精炼。
目前国内外普遍采用挡渣挡渣方法有：挡渣球、挡渣棒（塞）、挡渣锥、气动阀（气动挡渣）等。
5.炉渣“返干”及成因？答案：在顶吹转炉吹炼的中期，冶炼温度足够高，碳氧反应激烈，此时枪位比较低，已形成的炉渣的流动性往往会突然减低，甚至会造成结块，即炉渣“返干”出现炉渣“返干”的钢渣组成：钢渣基本代表组成成分SiO2、CaO、FeO三元相图可知，在R=2.33时，当（FeO）比较高时，炉渣是一个均匀的液体；但当（FeO）<16%以后，便有固相的2CaO.SiO2析出；当R=4时，当（FeO）<16%以后，便有固相的3CaO.SiO2及固相的CaO析出。
冶金原理(9.3)--金属氧化物还原动力学
金属氧化物还原动力学一、实验目的和要求用气体还原剂还原金属氧化物，属于气—固多相反应体系。
是一个复杂的物理化学变化过程。
还原热力学公研究反应过程达到平衡时的热力学条件。
而动力学则研究还原反应过程进行的快慢。
即研究影响反应速度大小有关的条件。
其目的在于：查明在冶炼条件下反应速度最慢的步骤（即限制性环节）是什么？以便针对该环李的影响因素，改变冶炼条件，加快反应速度，从而提高生产率。
具体要求如下：1．通过实验说明还原反应的有关机理。
加深课堂讲授内容的理解、巩固和提高。
2．研究还原温度，气体性质及流量，矿石的物理化学性质对还原速度的影响。
3．验证用气体还原剂还原金属氧化物的纯化学反应控制模型和纯扩散控制模型。
4．学习实验数据处理方法及实验操作技术。
分析金属氧化物还原动力学的一般规律。
二、实验原理用气体还原原氧化物是多相反应机理最完整的，如及H2气还原金属氧化物（MeO）的反应式如下：MeO+H2=Me+H2O其反应模型如图9—1所示，在反应物（MeO）外层，生成一层产物层（Me），Me外表存在一边界层，（又称为气膜），最外面为包括反应气体（H2）和生成物气体（H2O）的气流。
反应机理包括以下环节：（1）H2的外扩散；（2）H2的内扩散；（3）结晶化学反应；（4）H2O穿过Me层的内扩散；（5）气体H2O穿过界层的外扩散。
还原反应是由上述各环节完成的。
然而各环节的速度是不相等的，总的速度取决于最慢的一个环节。
即限制环节。
而影响限制性环节的主要因素是：还原温度、矿石孔隙度、矿石粒度、还原气体的性质及流量等。
如果氧化矿结构很致密，还原反应将是自外向内逐渐深入的，存在开头规整的连续反应相界面，对于球形或立方体颗粒而言，这样的反应界面通常是平行于外表面，同时随时间的延续，反应界面将不断向固体内部推进，金属（MeO）内核逐渐缩小。
还原反应遵循结晶化学反应和阻力相似的收缩核模型。
因为H2气需通过生成物层扩散。
以及在MeO、Me 界面上的结晶化学反应。
固相反应
6
• 随着科学发展，金斯特林格等人提出，固态反应中，
反应物可能转为气相或液相，然后通过颗粒外部扩
散到另一固相的非接触表面上进行反应。 指出了气相或液相也可能对固态反应过程起重要 作用
热分解反应
• 热分解反应总是从晶体中某一点开始，形成反 应的核。晶体中容易成为初始反应核心的地方， 就是晶体的活性中心，它总是处于晶体中缺少 对称性的地方。如：点缺陷、位错、晶体表面、 晶粒间界、晶棱等。 • 核的形成速率以及核的生长和扩展速率决定了 固相分解反应的动力学。 • 一般而言，核的形成活化能>生长活化能，因 此当核一旦形成，就能迅速的生长和扩散。
热分解反应
• 热分解反应机理 例：CaCO3的分解 • 不同碳酸盐的分解温度有着比较大的差异： CaCO3 CaMg(CO3)2 MgCO3 1000C 820C 640C • 通常认为，碳酸盐的热稳定性取决于碳酸根 基团的热稳定性。Ca2+离子半径大，对碳酸 根中的O2-离子吸引力弱，因此相应它所形成 的碳酸盐分解温度较高。
第一节 固相反应特征及分类
一、定义：
广义：凡是有固相参与的化学反应。
例：固体的分解 氧化 固体与固体的化学反应 固体与液体的化学反应 狭义：常指固体与固体间发生化学反应生成新固体产 物的过程.
BaCO3 (s) TiO2 (s) BaTiO3 (s) CO2 ( g )
一般定义：
反应产物之一必须是固态物质的反应
根据多晶转变的方向，可分为：
可逆转变（双向转变） ： 指在一定温度下，
同质多晶变体可以相互转变。
冶金原理复习试题(分章)
第一章 热力学基础一、名词解释：（溶液的）活度，溶液的标准态，j i e （活度的相互作用系数），（元素的）标准溶解吉布斯自由能，理想溶液，化合物的标准摩尔生成吉布斯自由能。
二、其它1、在热力学计算中常涉及到实际溶液中某组分的蒸汽压问题。
当以纯物质为标准态时，组分的蒸汽压可表示为＿＿＿＿＿＿；当以质量1%溶液为标准态时，组分的蒸汽压可表示为＿＿＿＿＿＿；前两种标准态组分的活度之比为＿＿＿＿。
2、反应MnO(s)+C(s)=Mn(s)+CO(g)，G θ∆=268650-158.4T 1J mol -⋅，在标准状态下能进行的最低温度为＿＿＿＿＿＿K 。
该反应为（填“吸或放”）＿＿＿＿＿＿热反应。
当T=991K ，总压为101325Pa 时，该反应＿＿＿＿＿＿(填“能或否”)向正方向进行；在991K 时，若要该反应达到化学平衡的状态，其气相总压应为＿＿＿＿＿＿Pa ；若气相的CO 分压为Pa 5102⨯，则开始还原温度为＿＿＿＿＿＿。
反应MnO(s)+C(s)=Mn(s)+CO(g)，14.158268650-⋅-=∆mol TJ G θ,在标准状态下能进行的最低温度为＿＿＿＿＿＿。
3、理想溶液是具有＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿性质的溶液；理想溶液形成时，体积变化为＿＿＿＿，焓变化为＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
实际溶液与理想溶液的偏差可用＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿参数来衡量。
4．判断冶金生产中的化学反应能否向预想的方向进行，在等温、等压下用＿＿＿＿热力学函数的变化值；若该反应在绝热过程中进行，则应该用＿＿＿＿函数的变化值来判断反应进行的方向。
5．冶金生产中计算合金熔体中杂质元素的活度常选的标准态是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
对高炉铁液中[C]，当选纯物质为标准态时，其活度为＿＿＿＿，这是因为＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
6．物质溶解的标准吉布斯自由能是指＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿；纯物质为标准态时，标准溶解吉布斯自由能为＿＿。
低温非平衡条件下氧化铁还原顺序研究
under various conditions
图 4 还原气体成分对赤铁矿( 澳矿) 还原产物物相的 影响
Fig. 4 Influence of compositions of reducing gas on min2 eralogical phases of products of hematite reduc2 tion
第 41 卷 第 8 期 2 0 0 6 年 8 月
钢
铁
Iron and Steel
Vol. 41 , No . 8 August 2006
低温非平衡条件下氧化铁还原顺序研究
赵 沛 , 郭培民 , 张殿伟
(钢铁研究总院先进钢铁流程及材料国家重点实验室 , 北京 100081)
摘 要 : 研究了低温条件下 ( < 570 ℃) CO 和 H2 还原氧化铁的动力学机理 。结果表明 :实际还原过程属于非平衡 态过程 ,它的还原机理与还原气体的成分相关 。当还原气体中 CO (或 H2 ) 的含量不能满足 Fe3 O4 + CO ( H2 ) → 3 FeO + CO2 ( H2 O) 反应进行的要求时 ,氧化铁的还原顺序为 Fe2 O3 →Fe3 O4 →Fe ;如果还原气体成分满足此要求 , Fe2 O3 →Fe3 O4 →Fe 和 Fe2 O3 →Fe3 O4 →FeO →Fe 两种还原顺序将同时存在 。 关键词 : 氧化铁 ; 低温 ; 还原动力学 中图分类号 : TF538. 6 文献标识码 : A 文章编号 : 04492749X(2006) 0820012204
铁矿粉烧结理论
烧结速度/mm/min
21 20 19 18 17 16 15 14 1.6 1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 1.0 29 28 27 26 25 24 23 22 21 4.1 4.0 3.9 3.8 3.7 3.6 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5
一般来说，碳的燃烧在较低温度和氧含量较高的条件下，以生成CO2为主；在较高 温度和氧含量较低的条件下，以生成CO为主。烧结废气中，碳的氧化物是以CO2为 主，只含少量的CO。
图4－2 在烧结试验过程测得废气中的 氧气、二氧化碳和一氧化碳的变化
(试验所用燃料量为7％)
通常用燃烧比(CO/CO+CO2)来衡量烧结过程中碳的化学能利用程度，用废气成分 来衡量烧结过程的气氛。燃烧比大则碳的利用差，还原性气氛较强，反之碳的利用 好，氧化气氛较强。还原性气氛较强时，CO可以将Fe2O3还原为Fe3O4，因此，烧结 混合料中配碳量越过，烧结矿亚铁含量越高。 影响燃烧比的因素有： a.燃料粒度 (图4-3) b.混合料中燃料含量 (图4-4) c.烧结负压 (图4-5) d.料层高度 (图4-6) e.返矿量 (图4-7)
R
当扩散速率与化学反应同步，即 = 时，整个反应稳定进行， 则碳粒燃烧的总速度为：
V VR KD KR S CO2 KCO2 KD KR
VD
VR
K K K ≈ ，此时，过程的总速度取决于化学 在低温下， K ﹤﹤ ， 反应速度，称燃烧处于“动力学燃烧区”。
R D R
在高温下， ﹤﹤ ， ≈ ，此时，过程的总速度取决于氧的 扩散速度，称燃烧处于“扩散燃烧区”。 当燃烧处于动力燃烧区时，燃烧速度受温度影响较大，随温 度升高而增加，而不受气流速度、压力和固体燃料粒度的影响。 当燃烧处于扩散燃烧区时，燃烧速度取决于气体的扩散速度， 而温度的改变影响不大。 烧结过程在点火后不到一分钟，料层温度升高到1200℃～ 1350℃，故其燃烧反应基本上是在扩散区内进行，因此，一切 能够增加扩散速度的因素，如减小燃料粒度、增加气流速度 （改善料层透气性、增加风机风量）和气流中的氧含量，都能 提高燃烧反应速度，强化烧结过程。
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附
东北大学学报
总第
期
腿
固体碳还原
熔渣中反应的动力学
研究
黄宗泽肖兴国肖泽
强
钢
铁冶金系
摘要在℃通过测定渣中浓度随时间的变化关系确定了固体碳还原熔
融渣系中的反应速度得出该反应为一级反应在不同的温
度范
围内有不同的表观活化能和经验速度表达式研究表明在界面化学反应为
固体碳还原熔渣中反应速度的限制环节而在
渣中的对流扩散
为
其限制步骤此外还在估算了渣中对流扩散的有效边界层厚度及其与转速的对
应关系
关键词
熔融还原动力学对流扩散
分
类
号
熔渣中还原反应是熔融还原炼铁工艺中的主要反应对其反应动力学进行研究具有
实际意义由于实验困难前人在这方面所做工作不多‘一本文在一℃测定
了固
体
碳还原含较低的熔渣中的的反应速度确定了反应级数反应速度的限制环节
同时
研
究了温度搅拌等因素对还原反应速度的影响在不同温度范围内给出了其经验速度表达
式并对反应机理进行了探讨从而为熔融还原炼铁工艺的开发提供理论依据
实
验装置与方法
实验在高温炉中进行用经碱石灰硅胶净化干燥的高纯氮气保护气体
流
量为使用内径高为的石墨增祸作还原剂实验在
一
下
进行控温仪的控温精度士℃配制渣料的试剂均为分析纯是用。和铁粉按
摩
尔
比充分混匀后于℃下平衡制得加入以
前的初始渣由和
组
成
其重量百分
比
均为
‘
实验达到所需温度后恒温再用石英加样管加入粉用不锈钢棒搅匀后蘸
取
初始渣样急冷之后每隔几分钟取样淬冷经干燥磁选后分析试样中量
实验结果及数
据
处
理
典型的实验结果见图其中为同一温度下不同初始浓度时的浓度时间关系
图
为不同温度下的浓度时间
图
熔渣中被碳还原的反应为
收到第一作者男博士研究
生
国家自然科学基金资助项目
第卷第
期
黄宗泽等固体碳还原熔渣中反应的动力学研
究
斗
一
︵
次
︺
山
卜
卜
次
山
丫
图
不同实验条件下渣中浓度与时间的关系曲线
一时的图一
不同实验温
度下的图
一弘一佑一一一铸一
一
一
‘一弘一一。
一
弘
式为直接还原式为间接还原高温下这三个反应同时进行总的反应速度
式为
一一又一
芬
式中为渣中的还原速度为渣重量。为渣中的百
分
浓
度为反应界面积则为反应速度常数为反应级数由实验测定由式可得
一
‘
号鲁
其中由于渣中含量较小反应过程中消耗的渣量少故可近似取值为常数由式
可
得
一
对实验结果进行数据处理由各组实验的一对时间作图见图图中各条曲线
的线性关系较好其相关系数均大于可见熔渣中的还原反应为一级反应
即
“
对式积分有
一
‘
一
故由图中各条直线的斜率可得出各组实验的值取渣石墨接触面积为界面反应面积
则
由式可求出不同实验的反应速度常数值八图为温度对反应速度常数的
影响即对关系图其关系曲线具有明显的阶段性分段作直线回归得到两条线
性
关
系较好的直线交点温度为不同温度段的表观活化能值及经验速度表达式在温
度
为一时
一丫“一
东北大学学报
年
在温度为一℃时
一
一一
。
此外实验还分别在℃及℃考察了搅拌
对反应速度的影响由图可见
℃
时反应速度常数随搅拌转速的增加而显著增大而在℃当搅拌转速为时
其
反应速度常数只由增加到显然此时搅拌对还原反应速度的提高见效甚
微
二
砰
叁
一
…
…
卜
卜﹂
以乐乐
切
工
一
一
匕
沮度对反应速度常数的影响
奋
一
川
图
弋
工
图不同温度下的一‘。图
①
一一
一
丁
一
一
一
一
,
工
甲
百
图搅拌对还原反应速度的
影响一尺一尺①一二一图渣中的对流扩散边界层厚度
占
和搅拌转速。的关系
第
卷
第
期
黄宗泽等固体碳还原熔渣中反应的动力学研
究
反
应机理探讨
固
体碳还原熔渣中的的反应可简化为以下几个步骤渣中向反应界面
扩
散在熔渣石墨界面处发生还原反应同时伴随气泡的形核逸出反应产物离开反
应界面本研究结果表明含熔渣的还原反应受温度的影响较大温度高于
℃
反
应的活化能值较小且搅拌可明显加快反应速度可以认为这阶段反应速度受渣中对流
扩散控制其反应速度可表
示为
一。占一
六
。
式中为渣体积。‘由于对流扩散阻力远大于化学反应阻力界面上化学反应很快达
到
平衡即为界面上的平衡浓度因。命远小于。、并假设川为常数即为渣中
的传质系数
。
这样式可写为
一
、
从式看渣中的还原反应为一级反应由式及可得
‘
占
即为实验测得的反应速度常数值为熔
渣密度
利用本实验的数据根据式可估算有效边界层厚度占计算中取
一
又
‘
,
℃匡
不同转速下其边界层厚度是不同的作超和田关系图见
图图中
直线的线性关系较好在搅拌转速为零即没有搅拌的条件下其边界层厚度小于由图中直
线外推到。一。时的值可以认为是由此时气体
的搅拌作用的影响
实际上对固液界面有化学反应的对流扩散过程假定固体表面液体流动为层流在旋转
搅拌
下有
〔
占一
婿
城
。
当熔体成分变化不大时均为常数这时占与。翅有如下对应关系
占
一
。
巧
此即为图所示的关系式其中为常数
在温度低于℃时反应的表观活化能较大搅拌对反应速度影响很小可以认为这时
界面化学反应为过程的限制环节界面化学反应阻力远大于对流扩散阻力一部分研究人员对
此做了一些假设’更详细的反应机理有待进一步探讨证实
结论
固体碳还原熔渣中的的反应为一级反应
固体碳还原熔渣中的反应受温度影响较大在一
℃
下反应的表观活
化
能为其经验
速度方程式为
一‘一丫’一
在一℃反应的表观活化能为其经验速度方程式
为
一
。
。
一
一
固
体碳还原。熔渣中的反应的扩散的有效边界
层
厚度与搅拌转速。翅成正比实验估算的占的取值
范围在
在一它的温度范围内反应速度由界面化学反应速度控制在一
℃
时还原反应速度由渣中的对流扩散控制这时提高搅拌转速可显著加快反应
速度
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北大学学才陡
年
参考文献
入
仪
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周渝生杜挺金属学
报
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工
韩其勇冶金反应动力学北京冶金工业出版社
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℃
℃
一
℃
占
一
尸勺“‘