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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 △rGm67

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＝RTlnpo2349

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