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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