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1、冶金过程动力学,总结,1,以前基础知识,（界面反应）,（传质方程）,（速度方程与速度常数）,（传质方程与传质系数）,2,基本概念,化学反应：,反应物,；生成物,反应进度：,。,反应速率：,or,3,基本关系（1）,速率方程：,（质量作用定律）,k1 (cA0 - x) k-1(cB0+x),一级反应：,二级反应：,4,基本关系（2）,菲克第一、第二定律：,（稳态）,（非稳态）,传质方程：,Sh = kdL/D (Sherwood) Re = uL/(Reynolds） Sc =/D (Schmidt),5,双膜理论-引出两者间联系,6,溶质渗透理论 - kd,在te时间内平均扩散流：,7,两个
2、重要概念,稳态过程 控速环节,（两个极限型概念）,（简化 过程）,8,控速环节的浓度特征及其应用,反应气体,产物气体,气体浓度,界面化学反应控速,气体边界层内传质控速,产物层内扩散控速,r = k+A(ci-ci/K),x,r = -DAdc/dx,r = (A/v)dx/dt / v: 摩尔比容, m3/mol,r = kdA(cb-c0),Cb,C0,反应界面,反应界面,反应界面,9,多相反应动力学,建立恒等式,传 质 速 率 界面反应速率,物 质 质 量 变 化 速 率,10,气-固相部分涉及的内容,11,抽象化-未反应核模型,两点假设： （1）反应在同一界面上进行； （2）反应过程外径
3、不变，未反应核与生成层结构均一。,(1)反应物致密的 ，产物层 多孔; (2) 扩散速度 化学反应速度。,12,外扩散：,反应：A(g) + bB(s) = gG(g) + sS(s),rg= 4r02kg(cAbcAs),rD= 4ri2Deff,内扩散：,rc= 4ri2krea (cAi-cGi/K ),界面反应：,稳态过程：rg = rD = rc,cij,控速环节：rg or rD or rc =,13,利用各种关系,XB = 1-(ri/r0)3,反应率：,简化：,14,活性孔隙半径的上限,p静lgh,15,气液相部分主体思路,（1）氧、碳等穿过钢液边界层扩散到气泡表面，即 OOs
4、, CCs， HHs, NNs等 （2）气泡表面上发生化学反应: OsCsCO, 2Hs H2, 2Ns N2 等 （3）生成气体从表面扩散到气泡内部，并随气泡上浮排出。,钢液边界层内扩 散是控制环节,16,吹氩脱碳-气泡内压力变化,低碳钢脱碳：,高碳钢脱碳：,17,例：低碳钢脱碳,18,吹氩脱碳-氩气需要量,高碳钢脱碳：,低碳钢脱碳：,19,吹氩脱氢-脱氢与脱碳关系,脱氢吹氩量：,脱碳与脱氢关系：,20,真空脱气,21,液-液相反应步骤,（1）A 由金属液内穿过金属液一侧边界层 向金属液-熔渣界面迁移； （2）(Bz+)由渣相内穿过渣相一侧边界层向熔 渣-金属液界面的迁移； （3）在界面上发
5、生化学反应 ； （4）(Az+)*由熔渣-金属液界面穿过渣相边界 层向渣相内迁移； （5）B* 由金属液/熔渣界面穿过金属液边界 层向金属液内部迁移。,A + (B z+ ) = (Az+ ) + B,22,反应： Mn+(FeO)=(MnO)+Fe,(1) 钢中锰原子向钢渣界面迁移； (2) 渣中Fe2+向渣钢界面迁移； (3) 钢渣界面上发生化学反应： Mn+(Fe2+)=(Mn2+)+Fe (4) 生成的Mn2从界面向渣中扩散； (5) 生成的Fe原子从界面向钢液内扩散。,23,第1步骤为控速环节,24,其它步骤为控速环节,第2步骤：,第4步骤：,第5步骤：,25,26,多相反应动力学一般研究思路,（1）根据反应特点，提出假设条件，建立动力学步骤； （2）写出各步骤传输速率和界面反应速率； （3）找出反应控速环节简化动力学步骤，或应用稳态过程求出界面上浓度； （4）写出反应速率表达式； （5）写出反应物质量随时间的变化表达式； （6）建立反应速率与反应物质量随时间的变化的恒等式，即动力学方程。 （7）通过实验结果验证方程的适用性。,27,