鋼鐵冶金原理考試試題

1、內(nèi)蒙古科技大學2008 /2009學年第 1學期鋼鐵冶金原理考試試題A考試標準答案及評分標準課程名稱：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 分標準制訂人：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準態(tài)?；疃鹊亩x aB=pB/p(標) （1 分）活度的標準態(tài)有3 種，分別為純物質(zhì)標準態(tài)，假想純物質(zhì)標準態(tài)和質(zhì)量1%溶液標準態(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：化合物分解反應達平衡時，氣體的平衡分壓； （2 分）開始分解溫度：當化合物的分解壓等于環(huán)境中相應氣體的分壓時的溫度；（1 分）沸騰分解溫度：當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準溶解吉布斯自由能？寫出形成質(zhì)量1%標準溶液的標準溶解吉布斯自由能計算式。標準溶解吉布斯自由能： 某純組分溶

3、解于熔劑中， 形成標準溶液時吉布斯自由能的變化值；（ 2 分）形成質(zhì)量 1%標準溶液的標準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達平衡時，反應的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、陰離子和復合陰離子團所組成。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連成線，稱為熔渣的等粘度曲線。6.若化學反應的速率與反應物濃度的若干次方成正比，且反應級數(shù)與反應物的計量系數(shù)相等，這樣的反應稱為基元反應。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； 在化學鍵力的作用下被吸附到固體或液體的表面上，稱為化學吸附。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，各

5、區(qū)域穩(wěn)定存在的氧化物，利用熱力學原理分析各氧化物穩(wěn)定存在的原因。圖 1（標出 1 個反應或 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為是鐵氧化物的間接還原反應和碳氣化反應的組合。在 a 溫度以上，由于碳的存在，體系中CO 的濃度永遠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 點溫度以下，體系 CO 的濃度低于間接還原反應的平

6、衡濃度， 將發(fā)生 Fe2 O3Fe3 O 4 和Fe FeO Fe3 O4 的轉(zhuǎn)變。所以當體系達到平衡時， a 點溫度以上穩(wěn)定存在的為Fe，在 ab 點溫度之間，穩(wěn)定存在的為 FeO，在 b 點溫度以下，穩(wěn)定存在的為 Fe O 。34（6 分）2. 鋼液中 C 和Cr 之間存在化學反應： 4C (Cr3O 4 ) 3Cr4CO ，試用熱力學原理分析有利于實現(xiàn)去碳保鉻的熱力學條件。反應方程式為：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，由于以上反應為吸熱反應，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)量分數(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）鋼液中脫硫為一級反應： 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)量分數(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)量分數(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 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