冶金宏观动力学基础

1 绪论 1

1.1 化学反应动力学基础 1

1.1.1 反应速度的表示方法 1

1.1.2 反应速度与物质浓度的关系——反应级数 2

1.1.3 反应速度与温度的关系——反应活化能 3

1.1.4 反应速度式的确定 3

1.2 冶金宏观动力学概述 8

1.2.1 宏观动力学与微观动力学 8

1.2.2 冶金宏观动力学的特点 9

本章符号列表 13

思考与练习题 14

2 气-固界面反应——缩核模型 16

2.1 模型的建立 16

2.2 综合反应速度方程 18

2.3 模数与转化率函数 20

2.3.1 模数的意义——扩散时间与反应时间之比 21

2.3.2 转化率函数的实质——无因次时间 21

2.3.3 两种无因次时间——t＊和t＋ 22

2.4 转化率与时间及反应速度的关系 23

2.4.1 转化率与时间的关系 23

2.4.2 转化率与反应速度的关系 25

2.5 过程限制环节的推断 26

2.5.1 利用转化时间与颗粒半径间的关系推断 26

2.5.2 根据准数或模数值的大小推断 26

2.5.3 利用实验观察及计算结果推断 28

2.5.4 考察过程机理时的注意点 29

2.6 固体颗粒形状的广义化 31

2.6.1 广义半径及形状系数 31

2.6.2 广义颗粒的反应速度方程式 31

2.6.3 颗粒形状对反应速度的影响 34

2.6.4 过程限制环节判据的验证 35

2.6.5 颗粒形状对反应界面移动速度的影响 36

本章符号列表 41

思考与练习题 42

3 气-固界面反应——模型扩展 44

3.1 无产物层生成的气-固反应 44

3.1.1 模型的建立 44

3.1.2 综合速度方程式 45

3.1.3 过程限制环节的判断 48

3.2 体积变化的校正 53

3.3 可逆气-固反应 55

3.3.1 浓度及速度常数项的修正 55

3.3.2 反应速度方程式 56

3.4 非线性气-固反应 57

3.5 传热的影响 60

3.5.1 非恒温体系的速度方程 60

3.5.2 传热控制的吸热分解反应 63

3.5.3 扩散控制的放热最高温升 66

3.6 多界面气-固反应 69

3.6.1 铁氧化物还原过程热力学特征 69

3.6.2 铁氧化物还原过程动力学特征 69

3.6.3 铁氧化物还原三界面缩核模型 71

3.7 三界面缩核模型解析 72

3.7.1 还原率及速度方程式 72

3.7.2 一界面模型 73

3.7.3 二界面模型 74

3.7.4 三界面模型 76

本章符号列表 78

思考与练习题 80

4 气-固区域反应 83

4.1 微粒模型 83

4.1.1 微粒模型的数学描述 83

4.1.2 不同条件下微粒模型的解 86

4.2 区域模型 92

4.2.1 多孔颗粒均匀气化反应模型 93

4.2.2 孔隙扩散和化学反应混合控制模型 96

4.2.3 考虑外表面反应和外部传质阻力的综合模型 100

本章符号列表 101

思考与练习题 103

5 气-液反应 104

5.1 相间传质理论概述 104

5.1.1 膜理论 104

5.1.2 渗透理论 105

5.1.3 表面更新理论 106

5.2 气泡与液体间的传质 107

5.2.1 气泡的形成 107

5.2.2 气泡在液体中的运动 113

5.2.3 气泡与液体间的传质 115

5.3 持续接触的气-液反应 117

5.3.1 气-液反应分类 117

5.3.2 气-液反应速度 118

5.4 冶金气-液反应动力学分析举例 124

5.4.1 铁水脱碳反应 124

5.4.2 铁水脱气与吸气反应 129

本章符号列表 132

思考与练习题 135

6 液-液反应 136

6.1 渣金反应动力学 136

6.1.1 渣金反应的特点 136

6.1.2 渣金传质通量方程 138

6.1.3 渣金传质速度方程 142

6.2 渣金反应操作解析 144

6.2.1 分批式持续接触操作 145

6.2.2 半分批金属流通式操作 147

6.2.3 半分批熔渣流通式操作 148

6.2.4 渣金连续逆流接触操作 149

6.3 液滴反应动力学 152

6.3.1 液滴运动 152

6.3.2 液滴传质 154

6.3.3 液滴反应 155

本章符号列表 159

思考与练习题 160

7 液-固反应 162

7.1 固体熔解 162

7.1.1 废钢的熔解 162

7.1.2 渣料的熔解 166

7.1.3 耐材的熔解 167

7.2 金属凝固 169

7.2.1 凝固速度 169

7.2.2 凝固偏析 171

7.3 固体浸出 177

7.3.1 浸出反应过程 177

7.3.2 浸出过程解析 178

本章符号列表 180

思考与练习题 182

8 固-固反应 183

8.1 固-固加成反应 183

8.1.1 反应控制模型 183

8.1.2 扩散控制模型 185

8.1.3 单独控制模型通式 187

8.1.4 混合控制模型 188

8.2 双气-固反应 191

8.2.1 模型表达式 191

8.2.2 极限情况的讨论（渐近解） 194

本章符号列表 198

思考与练习题 200

9 基于Excel的解析举例 201

9.1 引言 201

9.2 连串反应组元浓度随时间的变化 202

9.2.1 问题 202

9.2.2 分析 203

9.2.3 求解 204

9.3 广义化颗粒的气-固反应动力学 211

9.3.1 问题 211

9.3.2 分析 211

9.3.3 求解 212

9.4 渣金反应级数及活化能的确定 217

9.4.1 问题 217

9.4.2 分析 217

9.4.3 求解 218

9.5 无产物层生成的气-固反应 222

9.5.1 问题 222

9.5.2 分析 222

9.5.3 求解 223

9.6 反应级数对反应速度的影响 227

9.6.1 问题 227

9.6.2 分析 227

9.6.3 求解 227

9.7 氧化铁三界面还原反应模型 232

9.7.1 问题 232

9.7.2 分析 232

9.7.3 求解 234

9.8 气-固反应微粒模型的数值解 240

9.8.1 问题 240

9.8.2 分析 242

9.8.3 求解 242

9.9 多孔颗粒均匀气化反应 247

9.9.1 问题 247

9.9.2 分析 247

9.9.3 求解 248

9.10 钢液中锰的氧化脱除 250

9.10.1 问题 250

9.10.2 分析 250

9.10.3 求解 251

9.11 扩散控制的放热最高温升 255

9.11.1 问题 255

9.11.2 分析 255

9.11.3 求解 256

9.12 废钢的熔解速度 261

9.12.1 问题 261

9.12.2 分析 261

9.12.3 求解 261

参考文献 263