2第一章冶金反应焓变及标准自由能变化计算.ppt

绪论 绪论 引言 物理冶金和化学冶金 化学冶金研究的特点和内容 当今形势对化学冶金的要求 怎样学好冶金物理化学 冶金物理化学的发展 引言 问题:什么性能的材料才是好材料? 强度高、韧性好、不宜破碎的钢是不是好钢 ？ 按用途来要求材料 工具钢→硬度 切削钢→切削流畅，比较软 随着科技的发展，对材料提出了各种要求： 力学性能：材料的强度、硬度、延展性、刚性等 电性能：介电常数、电磁性、电导率等 化学性能： 耐酸、耐碱、耐腐蚀 引言 影响材料性能的因素： 1.成分： 工具钢→硬度→C元素 电工钢→磁性→Si元素 2.组织和结构 例如：调节材料的硬度，可以调节碳，也可以调节晶粒细化 物理冶金方面的内容 主要研究材料的成分、组织结构与材料性能之间的关系 引言 如何获得一定性能的材料 矿石 燃料 反应器 化学元素 化学冶金 物理冶金 产品 物理冶金和化学冶金 化学冶金 研究内容:从原料到产品的过程,研究的是状态的变化 方法和手段：宏观的方法，基础理论：“热力学”与“动力学”。 特点: 时间参数很重要 物理冶金 研究内容:主要研究材料的成分、组织结构与材料性能之间的关系 方法和手段:重视微观方法(各类显微镜);运用量子力学理论 特点:时间参数不是很重要 化学冶金的内容和特点 以铁矿石炼铁为例 FeO+C=Fe+CO 需要能量 FeO+C→Fe+CO 反应的方向和限度 如何控制外界反应向右进行? 温度:升温→吸热反应 降压 如何加快反应速度? 升温:正活化能 抽真空 加大颗粒接触面积(球团矿) 化学冶金的内容和特点 反应过程的能量与转化关系：热力学第一定律 反应过程的方向和限度 外界条件对方向和限度的影响 反应过程的速率 热力学第二定律 动力学内容 找出控制反应过程的基本参数（T，P，Ci）。 化学冶金研究的几大问题 热力学内容 当今形势对化学冶金的要求 现有冶金存在的问题? 能量消耗高 冶金是能量消耗大户 8亿吨钢 2.4＊1010焦耳/吨 环境污染重 能源利用差 2吨温室气体/吨钢 50-200kg渣/吨钢 钢渣含铁:20-25%,有的达到40% 质量难以突破 当今形势对化学冶金的要求 现有冶金流程为何无法解决上述问题 西方发达工业国创立的 基于富矿设计的 当时没有考虑能源危机 更没有考虑环境污染问题 解决方案 建立新流程-可持续发展的与环境友好的新流程 冶金物理化学起到关键的作用 当今形势对化学冶金的要求 冶金动力学与冶金热力学的研究目的 1．改进冶金工艺，提高产品质量，扩大品种，增加产量。 2．探索新的流程，提供理论依据。 注意：由于高温的特点，宏观测定难度大，微观就更难，有时只能使用常温数据外推，误差较大。 本学科尚在不断完善发展中。应学会灵活应用，依据冶金物化理论，创造有利反应进行条件，抑制不利反应，提出合理工艺流程。 学好冶金物理化学 如何学好冶金物理化学？ 深入理解：物理化学不可能一次学好，至少学三次→多做题 灵活掌握：学中用，用中学 积极创新：无形对有形，只有束缚思想的框框，没有发展到头的理论。 国外 冶金物理化学体系 ：1932－1958 创立 J. Chipman （启普曼）, 逸度和活度理论 1926年毕业于加里福尼亚大学，物理学博士； 1932年发表H2O，CO2，CO，CH4的自由能及在冶金学上的意义（密西根大学，研究工程师）； 1937年任麻省理工学院教师； 1942年出版《1600℃化学》一书； 1948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。   冶金物理化学的发展 C.Wagner 1952年出版《合金热力学》提出活度相互作用系数，使活度更加理论化； 1958年出版《炼钢中的动力学问题》创立较完整的冶金动力学研究体系； S.Darken 1953年出版《金属物理化学》，较系统地论述了“冶金动力学及热力学”问题   冶金物理化学的发展 国内 李公达(1905~1971),湖北人，南开大学毕业。1931年进入美国密歇根大学研究院，师从美国著名学者J.chipman教授，获冶金工程博士学位。 1937年发表《H2-H2S混合气体与Fe中S的平衡》，论述了铁液中s的行为。   冶金物理化学的发展 国内 魏寿昆（1907~)，天津人，中国科学院院士。德国德累斯顿工科大学工学博士,《冶金过程热力学》、《活度在冶金中的应用》。 在冶金热力学理论及其应用中获得多项重大成果。运用活度理论为红土矿脱铬、金川矿提镍、等多反应中金属的提取和分离工艺奠定了理论基础。  冶金物理化学的发展 国内 邹元爔 （中科院上海冶金研