鋼鐵冶金原理考試試題

1、內(nèi)蒙古科技大學(xué)2008 /2009學(xué)年第 1學(xué)期鋼鐵冶金原理考試試題A考試標(biāo)準(zhǔn)答案及評分標(biāo)準(zhǔn)課程名稱：鋼鐵冶金原理考試班級：冶金2006考試時間：2009 年1 月13 日15 時0 分至17 時0 分標(biāo)準(zhǔn)制訂人：羅果萍、宋希文一、簡答題（共 5 題，每題 4 分，共 20 分）1. 請給出活度的定義及冶金中常用的三種標(biāo)準(zhǔn)態(tài)?；疃鹊亩x aB=pB/p(標(biāo)) （1 分）活度的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)有3 種，分別為純物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)態(tài)，假想純物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)態(tài)和質(zhì)量1%溶液標(biāo)準(zhǔn)態(tài)。（3 分）2. 什么是酸性氧化物、堿性氧化物和兩性氧化物？如何表示爐渣的堿度？堿性氧化物：能供給氧離子 O2-的氧化物（ 1 分）酸性氧化物：能吸收

2、 O2-而形成復(fù)合陰離子的氧化物（ 1 分）兩性氧化物：在酸性渣中能提供O2-、在堿性渣中能吸收O2-的氧化物（ 1 分）。堿度 熔渣中主要堿性氧化物含量與主要酸性氧化物含量之比來表示堿度，用R 表示。（1 分）3. 何為化合物的分解壓、開始分解溫度及沸騰分解溫度？分解壓：化合物分解反應(yīng)達(dá)平衡時，氣體的平衡分壓； （2 分）開始分解溫度：當(dāng)化合物的分解壓等于環(huán)境中相應(yīng)氣體的分壓時的溫度；（1 分）沸騰分解溫度：當(dāng)化合物的分解壓等于環(huán)境中氣體的總壓時的溫度。（1 分）4.何為溶液中組分的標(biāo)準(zhǔn)溶解吉布斯自由能？寫出形成質(zhì)量1%標(biāo)準(zhǔn)溶液的標(biāo)準(zhǔn)溶解吉布斯自由能計算式。標(biāo)準(zhǔn)溶解吉布斯自由能： 某純組分溶

3、解于熔劑中， 形成標(biāo)準(zhǔn)溶液時吉布斯自由能的變化值；（ 2 分）形成質(zhì)量 1%標(biāo)準(zhǔn)溶液的標(biāo)準(zhǔn)溶解吉布斯自由能計算式：0RT ln(0M j)G i i100M i分)。 (25. 何為氧化物的氧勢？氧化物的氧勢與其穩(wěn)定性關(guān)系如何？氧化物的氧勢：在一定溫度下氧化物分解反應(yīng)達(dá)平衡時，反應(yīng)的RT ln Po 2 (平）；（2 分）氧化物的氧勢與其穩(wěn)定性關(guān)系：氧化物的氧勢值越大，其穩(wěn)定性越差。（2 分）二、填空題（共20 空，每空 1 分，共 20 分）1.在恒溫、恒壓下，溶液的 熱力學(xué)性質(zhì)對某一組元 摩爾量的 偏微分值稱為溶液中該組元的偏摩爾量。2.在任意溫度下，各組元在全部濃度范圍內(nèi)均服從拉烏爾定律

4、的溶液稱為理想溶液。3.按照熔渣離子結(jié)構(gòu)理論，熔渣由簡單的陽離子、陰離子和復(fù)合陰離子團(tuán)所組成。4.熔渣的氧化性表示熔渣向金屬液（或鋼液）提供氧的能力，用熔渣中FeO的活度表示。5.在一定溫度下，把熔渣具有相等粘度的組成點(diǎn)連成線，稱為熔渣的等粘度曲線。6.若化學(xué)反應(yīng)的速率與反應(yīng)物濃度的若干次方成正比，且反應(yīng)級數(shù)與反應(yīng)物的計量系數(shù)相等，這樣的反應(yīng)稱為基元反應(yīng)。7.氣體分子在 分子（或范得華）引力的作用下被吸附到固體或液體的表面上稱為物理吸附； 在化學(xué)鍵力的作用下被吸附到固體或液體的表面上，稱為化學(xué)吸附。三、分析題（共 2 題，每題 12 分，共 24 分）1請寫出圖 1 中各條曲線所代表的反應(yīng)，各

5、區(qū)域穩(wěn)定存在的氧化物，利用熱力學(xué)原理分析各氧化物穩(wěn)定存在的原因。圖 1（標(biāo)出 1 個反應(yīng)或 1 個穩(wěn)定存在的氧化物得1 分，共 6 分）固體碳的還原氧化鐵可以認(rèn)為是鐵氧化物的間接還原反應(yīng)和碳?xì)饣磻?yīng)的組合。在 a 溫度以上，由于碳的存在，體系中CO 的濃度永遠(yuǎn)高于各級氧化鐵還原的平衡 CO 的濃度，將發(fā)生 Fe2O 3Fe3O4FeOFe 的轉(zhuǎn)變。在 ab 溫度之間，由于體系中 CO 高于 Fe3O4 間接還原反應(yīng)的平衡濃度，而低于FeO 間接還原的 CO平衡濃度，故將發(fā)生以下 Fe2O 3 Fe3O 4FeO 和 Fe FeO 的轉(zhuǎn)變。在b 點(diǎn)溫度以下，體系 CO 的濃度低于間接還原反應(yīng)的平

6、衡濃度， 將發(fā)生 Fe2 O3Fe3 O 4 和Fe FeO Fe3 O4 的轉(zhuǎn)變。所以當(dāng)體系達(dá)到平衡時， a 點(diǎn)溫度以上穩(wěn)定存在的為Fe，在 ab 點(diǎn)溫度之間，穩(wěn)定存在的為 FeO，在 b 點(diǎn)溫度以下，穩(wěn)定存在的為 Fe O 。34（6 分）2. 鋼液中 C 和Cr 之間存在化學(xué)反應(yīng)： 4C (Cr3O 4 ) 3Cr4CO ，試用熱力學(xué)原理分析有利于實(shí)現(xiàn)去碳保鉻的熱力學(xué)條件。反應(yīng)方程式為：4C (Cr3O4 )3Cr 4COaCr3 pCO4（3 分）KaC4由此可知有利于去碳保鉻的熱力學(xué)條件為：（ 1）去碳保鉻的最低溫度為鋼液中 Cr 和C 氧化轉(zhuǎn)化溫度，由于以上反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，故提高溫

7、度，有利于提高 K 。（3 分）（ 2）降低 pCO，可在 Cr 不變得條件下，降低 C 。采用真空冶煉或氬氧混合氣體的減壓操作， 不僅降低了 pCO，而且利于 CO 氣泡的形成，可加強(qiáng)脫碳。（ 3 分）（ 3）提高 C 的活度系數(shù)，如 Ni 和 Cr 等元素的存在能提高 C 的活度系數(shù)。（3分）四、計算題（共 3 題，每題 12 分，共 36 分）1. 測得溫度 1873K還原渣及 GCrl5 鋼的表面張力分別為 0.45 及 1.63 N m 1 ，兩者的接觸角38 。試求鋼 -渣的界面張力，并確定此種還原渣能否在鋼液中乳化 ?在電爐冶煉的還原期，測得鋼液中硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)由 0.035%下降

8、到 0.030%，在1580所需要的時間為 60min，在 1600需要 50min，試計算脫硫反應(yīng)的活化能和在 1630下脫除同樣的硫所需要的時間。解：（ 1）鋼液中脫硫?yàn)橐患壏磻?yīng)： v=kCsv1 =-dwS/dt=(0.035-0.030)/60=0.005/60=k0 exp(-Ea/RT1)v2 =-dwS/dt=(0.035-0.030)/50=0.005/50=k0 exp(-Ea/RT2) (2 分 )由于 v1/v2=k1/k2，于是：50/60=exp-Ea/8.314(1/1873-1/1853)（ 2 分）0.833= exp-6.9310-7EaEa=260 kJ （

9、2 分）（ 2）由于 v=0.005/t=k0exp(-Ea/RT)t =0.005/k0exp(-Ea/RT)（2 分）又 0.005/50=k0exp(-260000/8.314 1873)所以 k0-1（2分）=1786minv=0.005/t=0.05/1786exp(-260000/8.3141903)=36min（2 分）2. 在 1873K 時與純氧化鐵渣平衡的鐵液的氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.211%，與成分為w(CaO)=36.4%， w(MgO)=3.2%，w(MnO)=3.6%， w(SiO2)=36.6%，w(FeO)=20.2%的熔渣平衡的鐵液的氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.052%。試

10、計算熔渣中 FeO的活度與活度系數(shù)。解： FeO FeO(1分)L O% O0.211 0.211（2 分）aFeO1aFeO% O0.0520.246（1 分）L O0.211FeOaFeO0.246（2 分）X FeOX FeOn CaO36.40.65（ 0.5分）56n MgO3.20.08（ 0.5分）40nSiO236.60.61（ 0.5分）60n FeO20.20.28（0.5分）72n MnO3.60.05（ 0.5分）71n1.67（0.5分）X FeOn FeO0.280.168（1 分）n1.67FeO0.2461.46(2分)0.1683. 用不銹鋼返回料吹氧熔煉不銹

11、鋼時，采用氧壓為 1.5 104 Pa 的真空度，鋼液中鉻的活度 aCr10.85 及碳的活度系數(shù) f C0.74 ，試求吹煉溫度為 2023K 時鋼液的碳含量 wC 。已知：反應(yīng) 4 C( Cr3O 4 )3 Cr4CO 的G 0934706 617.22T (Jmol 1 ) 。解： 4C( Cr3O 4 )3 Cr4COKaCr3PCO4(3分)aC4lg K3lg aCr4lg PCO4 lg aClg KG 0934706617.222023 8.10 （3 分）RT19.1472023PCO0.15atm ， aCr10.85 ， f C0.743lg 10.854lg 0.154 lg aC8.10lg aC2.071（2 分）aC0.0084