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摘要：采用化学平衡法研究了Fe-Mn-C体系在1873K下与CO2气体的氧化反应动力学过程，得到了金属液-渣-气化学平衡反应过程中的反应级数，反应速率和表观活化能等动力学参数。通过实验获得的结果表明：（1）Mn的氧化反应由金－气界面上的CO2吸附后所进行的氧化反应和Mn在Fe液中的传质混合控制；（2）Fe液中Mn与CO2的氧化还原反应的反应级数为1.5，并且具有巨大的表观反应活化能，表明其反应具有复杂的多步反应机理；（3）按照1.5级反应和Fe液内Mn传质混合控制机理导出了反应过程的速率方程。34839
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毕业论文关键词：动力学；Fe-Mn-C熔体；
Kinetics of Fe-Mn-C melts oxidation reaction by CO2
Abstract：It had been studied that oxidation reaction kinetics of Fe-Mn-C melts by CO2 at 1873K using chemical equilibrium method. The reaction order, the reaction rate and kinetics parameters such as apparent activation energy had been obtained while metal liquid-slag - gas reached chemical equilibrium in the system. The results show that, (1) Mn oxide reaction is controlled by both the reactions after CO2 adsorption at melt - gas interface and the mass transfer of Mn in Fe liquid; (2) The reaction order of Fe-Mn-C oxidation reaction is 1.5, and apparent reaction activation energy is so gigantic, so that it is inferred that the reaction may be of complex multistep reaction mechanism; (3) according to the 1.5 magnitude response and the liquid Fe-Mn and mass transfer mechanism of hybrid control the reaction rate equation was derived.
Key words：kinetics; Fe-Mn-C melt; oxidation reaction
目 录
1 前言 1
2 课题研究背景及意义 7
2.1 冶金反应工程学及其发展历史 7
2.2 本课题的研究目标 9
3 实验研究方法 12
4 实验结果和分析讨论 15
4.1 反应级数和表观速率常数 15
4.2 Mn与CO+CO2反应的表观活化能 18
4.3 Mn与CO+CO2反应机理探讨 18
4.4 Mn与CO+CO2反应过程动力学数学模型 19
5 结论 21
致谢 22
参考文献 23
1 前言
由物质转化的综合反应速度式，结合物料平衡、热量平衡及动量平衡建立的冶金过程数学模型是冶金反应工程学的关键性问题。将钢铁冶金中的多组分同时反应作为一个综合的反应体系进行研究，考虑其中各反应间的影响。根据冶金热力学和动力学原理建立多组分渣-金-气反应体系同时反应动力学模型，编制计算程序，得出成分对时间的变化曲线，并用含Fe-Cr-Mn-C的渣-金反应体系的实验进行了验证。早在上世纪60年代，冶金过程数学模型的研究已开始进行。1969年召开了第一次冶金过程数学模型国际会议。1973年召开了第一次钢铁冶金过程数学模型国际会议。鞭岩和森山昭合写的第一本命名为《冶金反应工程学》[1]的专著于1972年问世，对钢铁冶金过程及其反应设备进行了较系统的分析。1971年赛凯伊（J.Szekely）和西梅利斯(N.J. Themelis)所著的《冶金过程中的速率现象》和1979年孙（H.Y.Sohn）和沃兹沃斯(M.E. Wadsworth)合写的《提取冶金过程的速率》二书，对火法及湿法冶金过程动力学作了较全面的论述。这些专门著作对冶金反应工程学的建立发展起了促进的作用[2]。中国冶金学家叶绪沛在1960年代初期就明确提出把传输现象的概念及计算机技术应用到冶金过程研究的建议。1970年代后期，中国冶金工作者开展了喷射冶金、高炉炼铁、真空脱气、连铸等方面的数学模型工作，取得了一些成果。钢铁冶金中的反应体系为同时发生多个反应的多相反应体系。在研究其中某一反应的特征时，以往的方法多是将该反应独立出来，孤立地研究其反应的热力学和动力学特征。实际上，体系内某一反应发生时，必然相伴着其他反应发生。同时，体系内各组分的自由能变化虽各异，但多有很高的可能性。现阶段仍处于利用经验的传统数据对冶金反应设备进行设计，而对现有冶金过程体系及设备的最优化操作及全面的自动控制，有许多问题尚待研究解决[3]。
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