冶金试题2

一 解释下列名词(共10分，每题5分)

①理想溶液：在一定温度下，溶液中所有组元都服从拉乌尔定律，称为理想溶液。

②二元碱度：渣中的碱性氧化物CaO含量与酸性氧化物SiO2含量之比为炉渣的二元碱度。

二 简答题(共35分)

①(6分)写出脱氧化脱磷反应的分子反应式及离子反应式，分析有利于脱磷反应进行的热力学条件。 2[P]5(FeO)4(CaO)(4CaOP2O5)5[Fe]

3 2[P]5(Fe2)8(O2)2(PO4)5[Fe]

有利条件：中温，高碱度，高氧化亚铁。

②(6分)什么是金属热还原？常用的金属热还原方法有哪些？写出反应通式。

利用和氧亲和力强的金属去还原和氧亲和力弱的金属的氧化物，制取不含碳的纯金属或合金的方法，称为金属热还原。

常用的金属热还原法有：硅热法、铝热法。 反应通式为：

111x22xMxOyAlAl2O3M MxOySiMSiO2 y33yyy

③(6分)写出扩散系数与温度的关系式，说明其中每个符号的意义，讨论活化能的大小对扩散系数随温度变化的影响关系。

温度对于扩散系数影响的关系式就是阿累尼乌斯关系式，即：) DAeEDRT

式中：D扩散系数； ED扩散活化能；A频率因子；T温度；R理想气体常数。 当频率因子一定的条件下，ED愈大，则D愈小，反之ED愈小，则D愈大。 由于： lnDlnAEDEdlnDD2 所以：

RTdTRTdlnDdlnD值越大，当温度升高时，D随温度升高而增大得多；ED越小，值越小，当温度dTdT升高时，D随温度升高而增大得少。

ED越大，

④(7分)H2还原FeO的过程包括哪几个环节？限制性环节一般是什么？

包括五个环节：H2的外扩散，H2的内扩散，界面化学反应，H2O的内扩散，H2O的外扩散。 限制性环节一般是：H2的内扩散和界面化学反应。

⑤(6分) 什么是反应度？对于球形反应物，推导反应度R与半径r的关系（初始半径为r0）；对于立方体反应物，推导反应度R与边长a的关系（初始边长为a0）。

已反应了的物质重量占原始重量的百分数，称为反应度，一般用R表示。

1

RW0W W0434r0；Wr3 33设密度为。对于球形反应物： W0r03r3 R rr0(1R)1/3 3r0对于立方体反应物：

3 W0a0；Wa3

3a0a31/3 R aa(1R)03a0

⑥(4分)冰铜、铅冰铜、镍冰铜、钴冰铜的主要成分是什么？

冰铜的主体为Cu2S，其余为FeS及其它MeS；铅冰铜主体为PbS，还含有Cu2S、FeS及其它MeS；镍冰铜（冰镍）为Ni3S2﹒FeS；钴冰铜为CoS﹒FeS等。

三 作图题(共18分)

下图是具有一个不稳定二元化合物的三元系相图，回答下列问题： ①(6分)P点是什么点？写出P点发生的反应。

E点是什么点？写出E点发生的反应。

②(6分)分析图中m点在温度降低过程中液相及固相的变化，

并在图中标出结晶路线。

③(6分)分析图中O点在温度降低过程中液相及固相的变化，

并在图中标出结晶路线。 ①P点是包晶点，LPACD E点是共晶点，LEBCD

②对于m点

2

③对于O点

LCLAC液相变化：OO1PLPACD液相变化：CO2O

四 计算题（共37分）

1（共10分）1540℃，CO－CO2混合气体与钢液的平衡反应为： [C] + CO2 = 2CO ，

2PCOFe-C系中，与2.10% C平衡的混合气体分压比为= 1510 ，维持C含量不变，加入2%Si，与Fe-C-Si

PCO22PCOSi三元系平衡的气相分压比为= 2260，计算Si对C的相互作用系数eC。

PCO22PCO1解：[C] + CO2 = 2CO K PCO2a[C] 钢液中的C以1%溶液为标准态。

2PCO1C(fC) 对于Fe-C二元系： K1( fC)

[%C]PCO2fC2PCO1CSi 对于Fe-C-Si三元系：K2 fCfCfC [%C][%C] PCO2fC[%C]CCCCC 所以，lg(fC )lgfCeC[%C] (fC)fC 温度一定时，K一定，即K1K2，即：

22PCOPCO11 (= )CSiPCO2fC[%C]PCO2fCfC[%C]22

PCOPCO

)=1.4967 /(PCO2PCO2

∴fSiCSiSi ∵lgfCeC[%Si] ∴eClgfC/[%Si]0.0876

SiSi

2（10分）计算高炉中炉气的CO2为16％的区域内，总压为126656.25Pa时，石灰石分解的开始温度和沸腾温度。

已知： CaCO3(s)CaO(s)CO2 G170577144.19T J

3

解： P126656.25Pa1.25atm P CO21.2516%0.2atm CaCO3(s)CaO(s)CO2 G170577144.19T J JPCO2实际

0等温方程为： GGRTlnJGRTlnJ 当JPCO2实际0.2atm、G0时，对应的温度为开始分解温度。

GGRTlnJ170577144.19TRTln0.20 T开始1083K8100C 当JPCO2实际1.25atm、G0时，对应的温度为沸腾温度。

GGRTlnJ170577144.19TRTln1.250 T开始1198K925C

3（10分）在真空中向含Cr18%、Ni 9%的不锈钢吹氧，使含碳量降低到0.02%，而钢液的温度不高于1630℃。计算所需要的真空度(即PCO)。已知：

0解：4[C]Cr3O4(S)3[Cr]4CO G934706617.22T

当T16302731903K时

G934706617.221903239804 又：GRTlnK

所以：K3.82410 （1） K4a[3Cr]PCO6a[4C]

1 PCOKa3a[Cr]4[C]4 （2）  a[Cr]fCr[%Cr] （3）

j lgfCreCr 9 fCr0.9863 （4） [%j]0.0059 a[C]fC[%C] （5）

j lgfCeC （6） [%j]0.3212 fC0.477 3 4

联立式（1）～式（6）得到： PCO0.0488atm4945Pa

4（7分）在均相形核过程中，假设形成的半径为r的球体，形成单位体积晶核的吉布斯自由能为GV，

单位表面吉布斯自由能为。计算：①半径r；②形成临界晶核所需能量GV。

形成球体晶核时，吉布斯能变化为： G4r3G23V4r 式中，GV－单位体积晶核的吉布斯能变化； －单位表面的表面吉布斯能。

令：

dGdr0 r2G V G163 3G

V

5