钢铁冶金原理 第4版PDF电子书下载

绪言 1

1 冶金热力学基础 4

1.1 化学反应的标准吉布斯自由能变化及平衡常数 4

1.1.1 理想气体的吉布斯自由能变化 4

1.1.2 化学反应的等温方程式及等压方程式 5

1.1.3 标准吉布斯自由能（△rG？）的温度关系式 7

1.1.4 冶金反应的△rG？的求法 11

1.2 溶液的热力学性质——活度及活度系数 18

1.2.1 溶液组分浓度的单位及其相互转换关系 19

1.2.2 溶液的基本物理化学定律 20

1.2.3 活度及活度系数 22

1.2.4 活度标准态的选择及转换 28

1.3 溶液的热力学关系式 30

1.3.1 偏摩尔量及化学势 31

1.3.2 理想溶液 34

1.3.3 稀溶液 35

1.3.4 实际溶液 36

1.3.5 正规溶液 37

1.3.6 总结 40

1.4 活度的测定及计算方法 41

1.4.1 蒸气压法 41

1.4.2 分配定律法 41

1.4.3 化学平衡法 43

1.4.4 电动势测定法 46

1.4.5 用G-D方程计算组分的活度法 48

1.4.6 用偏摩尔热力学函数计算活度法 58

1.5 标准溶解吉布斯自由能及溶液中反应的△rGm？及△rGm的计算 59

1.5.1 标准溶解吉布斯自由能 59

1.5.2 铁液中元素的标准溶解吉布斯自由能的计算法 60

1.5.3 有溶液参加的反应△rG？及△rGm的计算 64

1.6 化学反应等温方程式的总结及应用举例 66

1.6.1 △rGm？ 66

1.6.2 △rGm 67

1.6.3 △rG？＝△rH？-T△S？ 67

1.6.4 促使反应正向进行（△rGm＜O）的手段 68

1.6.5 等温方程式的应用举例 69

1.7 二元系相图的分析与热力学函数 73

1.7.1 二元系相图的识别 74

1.7.2 二元系溶液的摩尔吉布斯自由能-组成图 77

1.7.3 由热力学方程绘制二元系相图 81

1.7.4 由相图计算热力学性质 87

1.7.5 由二元系相图计算及绘制三元系相图 93

习题 96

复习思考题 100

2 冶金动力学基础 102

2.1 化学反应的速率 103

2.1.1 化学反应的速率式 103

2.1.2 反应级数的确定及反应速率常数式 105

2.1.3 可逆反应的速率式 108

2.1.4 多相化学反应的速率式 109

2.2 分子扩散及对流传质 110

2.2.1 分子扩散 110

2.2.2 对流扩散 117

2.2.3 结论 129

2.3 吸附化学反应的速率 130

2.3.1 朗格缪尔吸附等温式 130

2.3.2 化学反应成为限制环节的速率式 131

2.3.3 吸附成为限制环节的速率式 132

2.4 反应过程动力学方程的建立 132

2.4.1 反应过程动力学方程建立的原则 132

2.4.2 液-液相反应的动力学模型——双膜理论 135

2.4.3 气-固相间反应的动力学模型 137

2.4.4 反应过程速率的影响因素 142

2.4.5 速率限制环节的确定法 144

2.5 新相形成的动力学 148

2.5.1 均相形核 148

2.5.2 异相形核 150

2.5.3 新相核的长大及排出 152

2.5.4 钢液的结晶动力学 155

2.6 固体料溶解的动力学 157

2.6.1 固体物在熔体中溶解的动力学方程 157

2.6.2 石灰在熔渣中溶解的动力学 159

2.6.3 废钢块的溶解动力学 159

2.6.4 熔渣对耐火材料炉衬的侵蚀 162

习题 163

复习思考题 165

3 金属熔体 167

3.1 熔铁及其合金的结构 167

3.1.1 金属晶体的结构 167

3.1.2 金属熔体的结构 168

3.1.3 金属熔体的结构模型 170

3.1.4 液体金属结构敏感性质计算的方程 172

3.2 铁液中组分活度的相互作用系数 174

3.2.1 相互作用系数 174

3.2.2 相互作用系数的特性及其转换关系 175

3.2.3 相互作用系数的测定法 176

3.2.4 相互作用系数的温度关系及二级相互作用系数 182

3.3 铁液中元素的溶解及存在形式 184

3.4 熔铁及其合金的物理性质 194

3.4.1 熔点 194

3.4.2 密度 195

3.4.3 黏度 196

3.4.4 表面张力 199

3.4.5 扩散 205

3.4.6 电阻率 206

3.4.7 热导率 206

习题 206

复习思考题 208

4 冶金炉渣 210

4.1 钢铁冶金的主要二元渣系相图 212

4.1.1 CaO-SiO2系相图 212

4.1.2 Al2O3-SiO2系相图 214

4.1.3 CaO-Al2O3系相图 215

4.1.4 FeO-SiO2系相图 215

4.1.5 CaO-FeO系相图 216

4.1.6 CaO-Fe2O3系相图 216

4.1.7 其他几个二元渣系相图 216

4.2 三元系相图的基本知识及基本类型 217

4.2.1 三元系相图的基本知识 217

4.2.2 三元系相图的基本类型 223

4.2.3 三元系相图中相界线和无变量点的确定法（总结） 232

4.3 三元渣系的相图 233

4.3.1 实际三元系相图的分析方法 233

4.3.2 CaO-SiO2-Al2O3渣系相图 234

4.3.3 CaO-SiO2-FeO渣系相图 239

4.3.4 Cu-Fe-S系相图 243

4.4 熔渣的结构理论 244

4.4.1 分子结构假说 245

4.4.2 离子结构理论 248

4.5 金属液与熔渣的电化学反应原理 256

4.5.1 电化学的离子反应式 256

4.5.2 电化学反应的热力学方程 258

4.5.3 电化学反应的动力学方程 259

4.6 熔渣的离子溶液结构模型 261

4.6.1 完全离子溶液模型 261

4.6.2 正规离子溶液模型 265

4.6.3 离子聚合反应模型——马松模型 268

4.6.4 作为凝聚电子相的熔渣组分活度模型 270

4.6.5 离子反应平衡商模型 273

4.6.6 准化学平衡模型及修正准化学平衡模型 278

4.6.7 离子-分子共存理论模型 283

4.6.8 林和佩尔顿（Lin and Pelton）模型 285

4.6.9 总结 288

4.7 熔渣的活度曲线图 288

4.7.1 二元硅酸盐渣系组分的活度 289

4.7.2 CaO-SiO2-Al2O3渣系组分的活度 289

4.7.3 CaO-SiO2-FeO渣系组分的活度 291

4.7.4 含MnO渣系MnO的活度 294

4.8 熔渣的化学性质 295

4.8.1 酸-碱性 295

4.8.2 氧化-还原性 300

4.8.3 熔渣吸收有害物质的能力（渣容量） 302

4.9 熔渣的物理性质 314

4.9.1 熔点 314

4.9.2 密度 315

4.9.3 黏度 316

4.9.4 电导率（比电导） 321

4.9.5 表面性质 323

4.9.6 扩散 332

4.9.7 熔渣的比热容和导热性 332

习题 333

复习思考题 336

5 化合物的形成-分解及碳、氢的燃烧反应 338

5.1 化合物形成-分解反应的热力学原理 338

5.1.1 分解压及其热力学方程 338

5.1.2 分解反应的热力学参数状态图 339

5.1.3 分解压的影响因素 341

5.2 碳酸盐的分解反应 344

5.2.1 碳酸盐分解的热力学 344

5.2.2 碳酸盐分解的机理及动力学 346

5.3 氧化物的形成-分解反应 349

5.3.1 氧势∶πo＝RTlnpo2 349

5.3.2 氧势图 353

5.3.3 氧势图的应用 354

5.3.4 氧化物形成-分解的热力学原理 359

5.3.5 氧化铁分解的优势区图 362

5.3.6 Fe-O状态图 363

5.4 金属（铁）氧化的动力学 365

5.4.1 晶体结构的缺陷 366

5.4.2 金属氧化过程的组成环节及电化学性质 369

5.4.3 氧化物膜（层）的结构及形成 370

5.4.4 金属氧化的速率 373

5.5 硫化物的形成-分解反应 375

5.5.1 硫化物的硫势与硫化物、硫酸盐的形成 375

5.5.2 硫化物氧化焙烧的热力学（平衡图） 378

5.5.3 硫化物氧化焙烧的动力学 380

5.5.4 造锍熔炼及吹炼 380

5.6 氯化物的形成-分解反应 381

5.6.1 氯化物的氯势及氯势图 381

5.6.2 氯化焙烧的热力学 382

5.6.3 硫酸渣的氯化焙烧 385

5.7 化学迁移反应 385

5.7.1 化学迁移反应及其热力学分析 385

5.7.2 化学迁移反应的类型 386

5.8 可燃气体的燃烧反应 388

5.8.1 可燃气体物和氧反应的热力学 389

5.8.2 H2和CO燃烧反应的机理 393

5.8.3 超高温气体物质的结构 394

5.9 固体碳的燃烧反应 397

5.9.1 固体碳的性质及结构 397

5.9.2 固体碳燃烧反应的热力学 397

5.9.3 固体碳燃烧的机理及动力学 400

5.10 燃烧反应体系气相平衡成分的计算 407

习题 410

复习思考题 412

6 氧化物还原熔炼反应 413

6.1 氧化物还原的热力学条件 413

6.2 氧化物的间接还原反应 415

6.2.1 CO及H2还原氧化物的热力学 415

6.2.2 间接还原反应的机理 422

6.2.3 铁矿石还原的数学模型 424

6.2.4 影响还原速率的因素 431

6.3 氧化物的直接还原反应 433

6.3.1 固体碳还原氧化物的热力学原理 433

6.3.2 固体碳还原氧化铁的平衡图 436

6.3.3 复杂氧化物的还原 438

6.3.4 铁以外的其他金属氧化物的还原 438

6.3.5 固体氧化物直接还原反应的动力学 440

6.3.6 高炉中氧化物的还原 442

6.4 金属热还原反应 444

6.5 铁的渗碳及碳含量 447

6.5.1 碳化物及碳势 447

6.5.2 碳在固体Fe-C系中的存在状态 449

6.5.3 CO＋CO2气体对铁的渗碳反应 449

6.5.4 CH4对铁的渗碳反应 452

6.5.5 高炉内铁的渗碳过程及生铁的碳含量 452

6.6 熔渣中氧化物的还原反应 454

6.6.1 还原反应的分配系数及其影响因素 454

6.6.2 SiO2的还原 455

6.6.3 MnO的还原 458

6.6.4 TiO2的还原 460

6.6.5 其他氧化物的还原 461

6.6.6 结论 464

6.7 高炉冶炼的脱硫反应 464

6.7.1 气-固相的脱硫反应 464

6.7.2 熔渣-铁液间的脱硫反应 465

6.7.3 熔渣脱硫的动力学 467

6.8 铁浴熔融还原反应 468

6.8.1 过程概述 468

6.8.2 还原反应的动力学 469

习题 471

复习思考题 473

7 氧化熔炼反应 474

7.1 氧化熔炼反应的物理化学原理 474

7.1.1 熔池中氧化剂的种类及传递、反应的方式 474

7.1.2 溶解元素氧化反应的△rG？及氧势图 475

7.1.3 元素氧化的分配系数 478

7.1.4 元素氧化反应的动力学 481

7.2 锰、硅、铬、钒、铌、钨的氧化反应 484

7.2.1 锰 484

7.2.2 硅 490

7.2.3 铬 491

7.2.4 钒 495

7.2.5 铌 496

7.2.6 钨 497

7.3 脱碳反应 497

7.3.1 碳氧化反应的热力学 497

7.3.2 脱碳反应过程的机理 501

7.3.3 脱碳反应的速率 506

7.4 脱磷反应 513

7.4.1 脱磷反应的热力学 513

7.4.2 磷和碳、铬的选择性氧化 521

7.4.3 熔渣中磷酸盐的还原 522

7.4.4 还原脱磷 522

7.4.5 脱磷反应的动力学 523

7.5 脱硫反应 524

7.5.1 炼钢脱硫反应的热力学 524

7.5.2 炼钢的气化脱硫 530

7.5.3 脱硫反应的动力学 530

7.6 吸气及脱气反应 532

7.6.1 钢液的吸收气体 532

7.6.2 钢液中溶解气体的排出 534

7.6.3 钢液脱碳过程中溶解气体的排出 535

7.7 氧气转炉炼钢过程的反应 537

7.7.1 氧气转炉炼钢法的类型 537

7.7.2 转炉吹炼过程熔渣成分的变化 538

7.7.3 吹炼过程中钢水成分的变化 539

7.7.4 吹氧炼钢过程反应的热力学特征 541

7.7.5 总结 541

7.8 脱氧反应 541

7.8.1 脱氧反应的热力学原理 542

7.8.2 脱氧反应的动力学 546

7.8.3 锰、硅、铝等的脱氧反应 549

7.8.4 复合脱氧反应 551

7.8.5 脱氧剂用量的计算 556

7.8.6 扩散脱氧 559

7.8.7 钢液的合金化 559

7.9 钢液凝固过程的反应 560

7.9.1 钢坯的结构 560

7.9.2 钢液凝固的偏析 561

7.9.3 钢液凝固过程中的凝固收缩 568

7.9.4 凝固过程的气体 569

7.9.5 凝固过程的夹杂物 570

习题 570

复习思考题 573

8 铁水及钢液的炉外处理反应 575

8.1 铁水的预处理 576

8.1.1 铁水的预脱硅处理 576

8.1.2 铁水的预脱磷处理 578

8.1.3 铁水的预脱硫处理 579

8.1.4 铁水的同时脱磷、脱硫 583

8.2 钢液的真空处理 584

8.2.1 挥发性杂质的去除 584

8.2.2 真空脱气 588

8.2.3 真空脱碳（氧） 592

8.2.4 真空处理时钢液和耐火材料的反应 593

8.3 吹氩处理 594

8.3.1 吹氩脱气 594

8.3.2 吹氩脱氧 596

8.3.3 氩-氧混合气体脱碳（AOD法） 598

8.4 合成渣处理 599

8.4.1 钢液-渣间反应的动力学 599

8.4.2 合成渣系及其性能 600

8.4.3 合成渣脱氧 600

8.4.4 合成渣脱硫 601

8.5 喷吹粉料处理 604

8.5.1 喷吹粉料过程的组成环节 605

8.5.2 喷吹反应的动力学方程 605

8.5.3 钢液内杂质排出的总速率式 607

8.6 钢中夹杂物的变形处理 610

8.6.1 夹杂物的性能及其对钢性能的影响 610

8.6.2 硫化物夹杂的变形处理 611

8.6.3 Al2O3夹杂物的变形处理 613

8.7 总结 614

习题 615

复习思考题 616

附录 617

附录1 本书中某些公式的导出 617

附录2 化合物的标准生成吉布斯自由能（△fG？（B）＝A＋BT,J/mol） 630

附录3 一些物质的熔点、熔化焓、沸点、蒸发焓、转变点、转变焓 635

附录4 某些物质的基本热力学函数 637

附录5 常用物理化学常数表 638

附录6 物理量的单位及两种单位制的转换关系 639

附录7 本书采用的部分符号说明 639

习题答案 641

参考文献 649

编后记 651