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目录 1

符号表 1

1 绪论 1

1.1 冶金过程及其分类 1

1.2 冶金过程动力学及其特点 1

1.3 冶金过程动力学的研究方法 3

1.4 冶金动力学数据库 5

参考文献 5

2 化学反应动力学基础 6

2.1 化学反应速率 6

2.2 化学反应速率方程 8

2.3 基元反应的速率公式 10

2.3.2 一级反应的速率公式 11

2.3.1 零级反应的速率公式 11

2.3.3 二级反应的速率公式 12

2.3.4 三级反应的速率公式 13

2.3.5 n级反应的速率公式 14

2.4 测定反应级数的一般方法 15

2.4.1 积分法 15

2.4.2 微分法 15

2.4.3 半衰期法 18

2.4.4 孤立法 18

2.5 复杂反应的速率方程 19

2.5.1 串联反应 19

2.5.2 并行反应 21

2.5.3 对峙反应 22

2.6 稳态近似原理 24

2.7 温度对反应速率的影响 27

2.7.1 范特荷夫规则 28

2.7.2 阿仑尼乌斯公式 28

2.7.3 活化能 29

2.8 化学反应速率理论 30

2.8.1 有效碰撞理论 30

2.8.2 过渡状态理论 33

参考文献 37

3 分子传质 38

3.1 传质的速率与通量 38

3.1.1 传质速度 38

3.1.2 传质通量 39

3.1.3 费克第一定律 41

3.2 传质微分方程 42

3.3 稳态分子传质（扩散） 46

3.3.1 等分子逆扩散 47

3.3.2 组分A通过滞止组分B的扩散 47

3.3.3 组分A通过滞止组分B的准稳态扩散 51

3.3.4 气体通过金属膜的扩散 53

3.4 伴有化学反应的稳态分子传质 55

3.4.1 伴有均相化学反应的稳态分子传质 55

3.4.2 伴有非均相化学反应的稳态分子传质 59

3.5 非稳态分子传质 61

3.5.1 在有限厚度平板内的非稳态扩散 62

3.5.2 在半无限大介质中的非稳态扩散 64

3.5.3 几何面源，全无限长的一维非稳态扩散 68

3.5.4 扩散系数与浓度有关的非稳态扩散 69

3.6.1 科肯道尔效应 71

3.6 科肯道尔效应与达肯公式 71

3.6.2 达肯公式 72

3.7 扩散的热力学解释 74

3.8 气体中的扩散 77

3.8.1 二元气体混合物中的扩散 77

3.8.2 气体的扩散系数计算 78

3.9 液体中的扩散 84

3.9.1 液态扩散理论 84

3.9.2 液体中的扩散系数 86

3.10 固体中的扩散 89

3.10.1 固态扩散机理 90

3.10.2 金属晶体的扩散系数 91

3.10.3 离子晶体的扩散系数 94

3.11.1 分子扩散 96

3.11 气体通过多孔介质的扩散 96

3.11.2 克努森扩散 97

3.11.3 表面扩散 99

参考文献 100

4 对流传质 101

4.1 对流传质的速率方程 101

4.2 边界层理论与传质系数 102

4.2.1 速度边界层 102

4.2.2 浓度边界层与传质系数 104

4.2.3 速度边界层与速度边界层的关系 106

4.3 对流传质问题的分析求解 108

4.3.1 沿平壁降落液膜内的稳态传质 108

4.3.2 圆管内的稳态层流传质 111

4.4.1 量纲与量纲分析 116

4.4 量纲分析在对流传质中的应用 116

4.4.2 强制对流传质 117

4.3.3 自然对流传质 118

4.5 动量、热量与质量传递之间的类比 121

4.5.1 雷诺类比 121

4.5.2 普兰特泰勒类比 123

4.5.3 卡门类比 124

4.5.4 奇尔顿-柯尔本类比 124

4.6 对流传质系数的经验公式 126

4.7 相间传质理论 127

4.7.1 双膜理论 128

4.7.2 渗透理论 131

4.7.3 表面更新理论 132

4.7.4 薄膜-渗透理论 134

参考文献 135

5 气-固相反应动力学 136

5.1 固体表面的吸附与表面反应速率 137

5.1.1 固体表面的吸附 137

5.1.2 表面单分子反应 139

5.1.3 表面双分子反应 140

5.2 成核限制的界面化学反应 141

5.3 无固体产物层的致密颗粒与气体反应 144

5.4 有固体产物层的致密颗粒与气体反应 148

5.4.1 一般动力学方程的建立 148

5.4.2 几种极端情况下的动力学方程 151

5.4.3 不同颗粒形状的动力学方程 153

5.4.4 颗粒尺寸变化时的动力学方程 154

5.4.5 过程限制步骤的鉴别方法 157

5.5 多孔颗粒与气体反应 158

5.5.1 多孔颗粒的气化反应 158

5.5.2 有固体产物层生成的多孔固体与气体反应 162

5.6 相继发生的气-固相反应 166

5.7 同时发生多个反应的气-固相反应动力学 171

5.7.1 物理模型 171

5.7.2 数学模型 173

5.7.3 模型检验 175

5.8 固体结构变化对气-固相反应动力学的影响 177

5.8.1 化学反应引起的结构变化 177

5.8.2 烧结引起的结构变化 181

5.9.1 吸热过程 182

5.9 气-固相反应中的非等温过程 182

5.9.2 放热过程 184

参考文献 186

6 液-固相反应动力学 188

6.1 浸出过程动力学 188

6.1.1 无固态产物层的浸出反应 188

6.1.2 有固态产物层的浸出反应 191

6.1.3 块矿的浸出反应 195

6.2 电极反应动力学 198

6.2.1 电极反应的速率 199

6.2.2 电极反应的活化能 199

6.2.3 电极反应速率与电极电位 201

6.2.4 扩散控制的电极反应速率 203

6.2.5 电极过程的液相传质系数 205

6.3.1 混合电位 207

6.3 金属、硫化矿和氧化矿的浸出动力学 207

6.3.2 金属的浸出 208

6.3.3 硫化矿的浸出 210

6.3.4 氧化矿的浸出 213

6.4 置换过程动力学 213

6.5 液相结晶动力学 218

6.5.1 均相成核热力学及成核速率 218

6.5.2 异相成核热力学及成核速率 220

6.5.3 晶核的长大 221

6.6 合金的熔解动力学 222

6.7 金属的凝固动力学 226

6.8 合金凝固时的偏析动力学 227

6.8.2 非平衡凝固时溶质在固相中的浓度分布 228

6.8.1 合金凝固过程中溶质的分配系数 228

6.8.3 区域熔炼 230

6.8.4 有效分配系数与伯顿方程 231

参考文献 233

7 气液相反应动力学 234

7.1 液相中气泡的形成 234

7.1.1 通过气相核心形成气泡 234

7.1.2 通过喷嘴形成气泡 236

7.2 气泡的形状与上浮速度 238

7.2.1 气泡的形状 238

7.2.2 气泡的上浮速度 239

7.3 气泡与液体间的传质 239

7.3.1 传质系数计算 240

7.3.2 传质速率方程 241

7.3.3 速率控制步骤 242

7.4 双膜理论在气-液相反应中的应用 243

7.4.1 反应过程的基础方程式 244

7.4.2 各种情况下的浓度分布及反应速率公式 245

7.4.3 气-液相反应体系中的几个重要参数 249

7.5 液态金属吸收或析出气体的动力学 251

7.5.1 液态金属吸收或析出气体的速率限制环节 251

7.5.2 钢液吸气和脱气的速率方程 254

7.6 有化合物生成的气-液相反应动力学 256

7.6.1 脱碳过程的速率方程 256

7.6.2 速率限制环节的确定 258

7.7 冰铜吹炼动力学 261

7.7.1 造渣期的反应动力学 261

7.7.2 造铜期的反应动力学 263

7.8.1 真空脱气 265

7.8 真空冶金动力学 265

7.8.2 真空条件下元素的挥发 267

7.8.3 元素的分离系数 270

7.9 元素在反应性气氛中的挥发动力学 272

参考文献 274

8 液-液相反应动力学 276

8.1 熔渣与金属间的反应动力学 276

8.1.1 一般情况下的反应动力学方程 276

8.1.2 特殊情况下的反应动力学方程 278

8.1.3 速率方程的应用 279

8.2 熔渣与金属间的界面电化学反应动力学 281

8.2.1 电化学反应机理 281

8.2.2 熔渣中SiO2的还原速率 282

8.3.1 金属或熔锍液滴在渣层的停留时间 285

8.3 液滴反应动力学 285

8.3.2 金属或熔锍液滴的传质 286

8.3.3 金属液滴与熔渣之间的反应速率 287

8.4 不同液-液相接触方式的反应动力学 291

8.4.1 两相分批接触方式操作 291

8.4.2 半分批熔渣流通式操作 294

8.4.3 半分批金属流通接触方式操作 295

8.4.4 逆流接触方式操作 296

参考文献 298

9 固-固相反应动力学 299

9.1 固-固相间的扩散及反应机理 299

9.1.1 加成反应 300

9.1.2 置换反应 302

9.2.1 界面化学反应控制模型 304

9.2 固-固相反应动力学模型 304

9.2.2 扩散控制模型 306

9.2.3 化学反应和扩散混合控制模型 310

9.2.4 其他动力学方程 311

9.3 固-固相反应速率的影响因素 312

9.3.1 粒度分布的影响 312

9.3.2 添加剂的影响 313

9.3.3 气体的影响 313

9.3.4 其他因素的影响 314

9.4 CaO-FeO体系的固-固相反应动力学 314

9.4.1 实验数据及参数计算 314

9.4.2 机理分析 318

参考文献 322

附录 323