华北理工冶金原理课程教学大纲

附件2：冶金原理课程教学大纲课程名称：冶金原理课程编号：H02001英文名称：MetallurgicalPrinciple课程属性：必修课学时：64学分：4先修课程：物理化学后续课程：钢铁冶金学适用专业：冶金工程一、课程简介冶金原理是冶金工程专业重要的专业基础课之一，是冶金工程专业学生必修的核心课程，是基础课和专业课的重要桥梁和纽带。冶金原理紧密结合冶金工程专业特点，主要介绍冶金过程的物理化学原理，并利用那个这些原理对冶金过程的主要反应进行热力学及动力学分析，从而使学生全面认识冶金过程的原理与本质，掌握各生产工艺过程的基本原理及其计算方法，树立工程观念，为今后学习冶金工程专业课打下理论基础。课程教学全面采用多媒体教学系统，加强了实践环节的教学，将课堂教学、实验、讨论、实践和课外作业有机结合，形成多层次教学体系。二、课程内容及学时分配教学环节课时安排讲课习题课讨论课实验课上机其它合计6464第一单元：绪论（建议学时数：4学时）【学习目的和要求】使学生概括地了解冶金过程理论的概念、重要意义和作用、主要内容、与专业课的区别及联系、发展历史、学习方法及参考书目等。【重点】（1）冶金原理的主要内容，包括冶金过程理论（冶金物理化学）的定义、冶金过程理论研究的对象、冶金过程理论包含的主要内容；（2）冶金原理的地位和作用，包括冶金过程理论对冶金科研及生产的重要作用、冶金过程理论课与冶金专业课的关系；（3）冶金原理的局限性；（4）钢铁冶金生产工艺流程的特点；（5）冶金原理在冶金生产过程的应用。【难点】冶金过程理论（冶金物理化学）的含义、冶金原理的地位和作用、冶金过程理论对冶金科研及生产的重要作用、冶金原理在冶金生产过程中的应用。第二单元：冶金热力学基础（建议学时数：10学时）【学习目的和要求】使学生掌握热力学第二定律在冶金中的应用。重点使学生掌握应用热力学第二定律分析、研究冶金反应在一定条件下进行的可能性、方向及限度，进而能够控制或创造条件，使冶金反应朝有利的方向进行，并且达到最大限度，以获得最大产率。【重点】（1）化学反应的标准吉布斯能及平衡常数；（2）溶液的热力学性质——活度及活度系数；（3）溶液的热力学关系式；（4）活度的测定及计算方法；（5）标准溶解吉布斯能及溶液中反应的吉布斯能计算方法。【难点】化学反应的标准吉布斯能的获得方法（计算和测定）、活度及活度系数理论、活度的计算方法、标准溶解吉布斯能的理论及计算方法。第三单元：冶金动力学基础（建议学时数：8学时）【学习目的和要求】使学生掌握冶金反应在各种条件下的组成环节（机理）及其速率表达式（速率方程式）、推导冶金反应总速率方程式的方法及确定冶金反应过程的限制环节的方法、分析和确定影响冶金反应速率的因素的方法。最终使学生掌握如何为冶金反应选择合适的反应条件，控制反应速率，达到强化冶炼过程，缩短冶炼时间及提高单时产率的方法。【重点】（1）化学反应的速率；（2）分子扩散及对流传质；（3）液—液两相反应动力学——双膜理论（模型）；（4）气—固两相反应动力学——未反应核理论（模型）；（5）新相形成动力学。【难点】分子扩散、对流传质、双膜理论（模型）和未反应核理论（模型）。第四单元：金属熔体（建议学时数：4学时）【学习目的和要求】使学生了解，金属熔体不仅是冶金过程的最终产品，而且也是冶金过程中多元多相反应的主要参加者和重要的物质基础，其物理化学性质或结构对冶金反应的热力学和动力学有重要的影响。在使学生了解和掌握金属熔体的相关理论的基础上，使学生进一步掌握通过控制金属熔体的物理化学性质来控制冶金反应的方法，以实现冶金生产的优质、高产、低耗和长寿。【重点】（1）铁液中组分（组元）活度的相互作用系数；（2）铁液中元素的溶解及存在形式；（3）金属熔体的物理性质。【难点】铁液中组分（组元）活度的相互作用系数。第五单元：冶金炉渣（建议学时数：10学时）【学习目的和要求】使学生了解，冶金炉渣不仅是冶金过程的副产品，而且也是冶金过程中多元多相反应的主要参加者和重要的物质基础，其物理化学性质或结构对冶金反应的热力学和动力学有重要的影响。在使学生了解和掌握冶金炉渣的相关理论的基础上，使学生进一步掌握通过控制冶金炉渣的物理化学性质来控制冶金反应的方法，以实现冶金生产的优质、高产、低耗和长寿。【重点】（1）冶金炉渣的重要性及主要作用；（2）钢铁冶金炉渣的化学成分及其来源；（3）二元相图及主要二元炉渣相图；（4）三元系相图的基本知识及基本类型；（5）熔渣的结构理论；（6）熔渣的等活度曲线图；（7）熔渣的理化性质；【难点】三元系相图的基本知识、熔渣的等活度曲线图、熔渣的理化性质。第六单元：化合物的分解—生成及C—H—O系的燃烧反应（建议学时数：8学时）【学习目的和要求】使学生了解冶金过程中的物料大多为化合物；使学生掌握这些化合物的分解—生成反应的热力学规律，并能确定影响这些化合物的分解—生成反应的热力学条件；使学生掌握发生在C—H—O系的燃烧反应的热力学规律，并能确定影响这些燃烧反应的热力学条件，学会计算这些燃烧反应的平衡气相成分的方法。【重点】（1）化合物生成—分解反应的热力学；（2）氧化物生成—分解反应的热力学；（3）C—H—O系的燃烧反应的热力学；（4）燃烧反应的平衡气相成分的计算。【难点】氧化物生成—分解反应的热力学、燃烧反应的平衡气相成分的计算。第七单元：氧化物还原熔炼反应（建议学时数：8学时）【学习目的和要求】使学生掌握，在炼铁过程中，氧化物的间接还原、直接还原及金属热还原的热力学规律，并学会确定影响这些还原反应的热力学条件的方法；使学生掌握高炉内铁的渗碳和高炉内生铁脱硫的热力学规律，并学会确定影响铁的渗碳和生铁脱硫的热力学条件的方法。【重点】（1）氧化物的间接还原和直接还原反应的热力学；（2）铁的渗碳及生铁的含碳量；（3）熔渣中氧化物还原反应的热力学；（4）高炉冶炼的脱硫反应的热力学。【难点】氧化物的间接还原和直接还原反应的热力学、高炉冶炼的脱硫反应的热力学。第八单元：氧化熔炼反应（建议学时数：8学时）【学习目的和要求】使学生掌握，炼钢过程中，生铁中杂质元素的脱除反应的热力学规律；分析和确定影响这些杂质元素脱除反应的热力学条件的方法。【重点】（1）生铁中元素氧化反应的一般热力学；（2）Mn、Si、Cr氧化反应的热力学；（3）脱碳反应；（4）脱磷反应的热力学；（5）脱硫反应的热力学；（6）脱氧反应的热力学。【难点】Mn、Si、Cr氧化反应的热力学；脱碳、脱磷、脱硫及脱氧反应的热力学。第九单元：钢液的二次精炼反应（建议学时数：4学时）【学习目的和要求】使学生掌握二次精炼的重要性，二次精炼的目的和手段，掌握各种精炼方法的原理和方法。【重点】（1）二次精炼的概念；（2）二次精炼的目的和任务；（3）二次精炼的手段；（4）真空精炼；（5）吹氩处理；（6）合成渣处理；（7）夹杂物的变性处理。【难点】二次精炼的任务和手段；各种精炼的原理和工艺。三、考核方式及要求本课程考试采用闭卷闭卷形式，测试题型包括选择、填空、简答、计算及论证等题型。期末考试成绩占总成绩的70~80%，平时成绩占总成绩的20%~30%。平时成绩根据出勤、作业、课上互动、课下答疑等综合评价构成。四、教材及参考书1.黄希祜编.《钢铁冶金原理》（第3版），冶金工业出版社2005；2.王常珍主编.《冶金物理化学研究方法》，冶金工业出版社，2002；3.张羡夫，李运刚编著。《冶金原理习题解》，冶金工业出版社，2008；4.陈国发，李运刚编著。《相图原理与冶金相图》，冶金工业出版社，2002；5.赵俊学等编，冶金原理，西北工业大学出版社，2002；6.李洪桂，冶金原理，科学