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)。活度的定義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 02-的氧化物（1分）酸性氧化物：能

2、吸收02-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 02-、在堿性渣中能吸收 02-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(jì)算式。標(biāo)準(zhǔn)溶解

3、吉布斯自由能： 某純組分溶解于熔劑中， 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(jì)算式：G0 RTln（ 0 需7）。（2 分）5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 In P02（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

4、定律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 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(jì)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)

5、，各區(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。1UU謁+ CO = 3HF&+ COj600t t 800675 7371 (XJO1：W溫度/ °C（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Fe2O3FesO4FeO Fe的轉(zhuǎn)變。在ab溫度之間，由于體系中CO高于F&O4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Fe2O3 Fe3O4 FeO

6、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)的平衡濃度，將發(fā)生Fe2O3 Fe3O4和Fe FeO FesOq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FesO4 （6分）2.鋼液中C和Cr之間存在化學(xué)反應(yīng)：4C （63O4） 3Cr 4CO，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 4CO34K魚學(xué)（3分）ac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(jì)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%下降到 0.030%，在 1580E所需要的時間為

8、60min,在1600C需要50min,試計(jì)算脫硫反應(yīng)的活化能 和在1630 r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=k0exp(-Ea/RT1) v2=-dwS/dt=(0.035-0.030)/50=0.005/50=k0exp(-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-6.93X 10-7EaEa=260 kJ ( 2 分)( 2)由于 V=0.005/t

9、=k0exp(-Ea/RT)t =0.005/k0exp(-Ea/RT)( 2 分)又 0.005/50=k0exp(-260000/8.314X 1873)所以 k0=1786min-1(2 分)v=0.005/t=0.05/1786X exp(-260000/8.314X 1903)=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%勺熔渣平衡的鐵液的氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.052%。試計(jì)算熔渣中FeO的活度與活度系

10、數(shù)。解：FeO Fe O,%O0.211L o%O0.052aFeOLo0.211aFeO0.246匚cCFeoXFeOXFeO36.4n CaO0.65563.2n MgO0.084036.6n SiO20.616020.2n FeO0.28723.6n MnO0.0571n1.67n FeO0.28XFeOn1.670.246 .一FeO1.46aFeO10.168（1分）0.211（ 2 分）0.246（ 1 分）（2分）（0.5 分）（0.5 分）（0.5 分）（0.5 分）（0.5 分）（0.5 分）0.168（ 1 分）（2分）3.用不銹鋼返回料吹氧熔煉不銹鋼時，采用氧壓為41.5 10 Pa的真空度，鋼液中鉻的活度aCr 10.85及碳的活度系數(shù)fC 0.74，試求吹煉溫度為2023K時鋼液的碳含量wC。已知：反應(yīng) 4C (Cr3O4)3Cr4C0 的G0934706 617.22TQ mol 1）解：4C （Cr3O4）3Cr4COKIg K 3lg acr4lg Pco 4lgaclgKG 934706 617222023 8.10（3 分）RT19.147 2023Pco0.15atm, acr10.85 , f c 0.743lg10.85 4lg 0.15 4lgac8.10lgac 2.071（2 分）