河北工程大学材料成型理论基础练习题第9章

第9章液态金属的净化与精炼一、填空题1、钢液的沉淀脱氧是将脱氧剂直接加入液态金属中与[FeO]起作用，其脱氧产物析出转入熔渣的一种脱氧方式。这种脱氧方式的优点是脱氧速度快，脱氧彻底，其缺点是脱氧产物难以彻底清除。2、脱氧产物的酸碱性质应与熔渣的相反，以利于熔渣吸收并中和脱氧产物，因此酸性焊条可采用Mn作为脱氧元素而不适宜采用Si进行脱氧。3、常规熔炼钢水的脱碳反应，工艺方法上常采用如吹氧或加Fe的高价氧化物（如铁矿石、锈蚀严重的铁屑等），利用其与[Fe]反应所生成的CO气泡(同时生成[FeO])，随气泡析出过程降低钢液中有害气体及夹杂物的含量，其主要目的是净化钢液。4、为提高钢液熔渣（扩散）脱磷的效果，希望大量的低粘度碱性渣，同时渣中含有高浓度的（FeO），即强氧化性渣，且在较低温度下进行。5、FeO在熔渣及钢液中的分配常数L随温度升高而减小，焊接时FeO在熔滴阶段和熔池前部高温区容易向钢液中过渡；酸性氧化物使熔渣中FeO活度减小，因此酸性渣有利于熔渣中脱氧元素的扩散脱氧。6、炼钢过程熔渣（扩散）脱硫的反应式为（CaO）＋（FeS）→（CaS）＋（FeO），且为吸热反应。那么，如何控制下列因素，以提高脱硫效果和速率？（1）温度：较高温度（2）熔渣性质（酸碱性）：碱性（3）熔渣粘度：降低（4）熔渣氧化或还原性：还原性二、简答题1、沉淀脱氧及其优、缺点沉淀脱氧是指溶解于液态金属中的脱氧元素直接和熔池中的[FeO]反应，使其转化为不溶于液态金属的氧化物，并转入熔渣中的脱氧方式。优点：脱氧速度快，脱氧彻底。缺点：脱氧产物不能清除时易形成夹杂。2、简述扩散脱氧的原理。说明熔渣碱度对扩散脱氧的影响？答：在液态金属与熔渣的界面上进行的，以分配定律为理论基础：L=[FeO]/(FeO)通过减少熔渣中的(FeO)含量使金属液中的[FeO]向熔渣中扩散，从而脱去金属中的氧的方法。酸性渣中的酸性氧化物与FeO生成复合物使其活度减小，而有利于液态金属的氧向熔渣扩散，因此脱氧能力强，相反碱性渣中FeO的活度大，扩散脱氧的能力小。3、通过熔渣进行脱硫和脱磷有何矛盾（请写出相应的冶金反应式）？在炼钢过程中是如何解决这一矛盾的？（1）通过熔渣脱硫：渣中的碱性氧化物MnO、CaO、MgO等都具有脱硫作用：吸热反应提高温度，提高碱度，减少（FeO）含量（熔渣氧化性），有利脱硫。（2）通过熔渣脱磷：降低温度、提高碱度、增加（FeO）含量（熔渣氧化性），有利脱磷。（3）矛盾：脱磷加强氧化性和降低温度与脱硫的提高温度和熔渣氧化性的要求相矛盾的。（4）在炼钢时解决这一矛盾的办法是采取分阶段的措施。脱磷可在氧化期进行，然后扒出含磷高的氧化性渣，另造新渣进入还原期，此时进行脱氧和脱硫。4、请写出炼钢时扩散脱氧和沉淀脱氧的表达式，并简述熔渣碱度对脱氧效果的影响。（1）扩散脱氧：[FeO]→（FeO），熔渣碱度提高，不利于扩散脱氧；（2）沉淀脱氧：[M]+[FeO]→（MO）+[Fe]a.Mn脱氧时：[Mn]+[FeO]→（MnO）+[Fe]，熔渣碱度提高，不利于脱氧；b.Si脱氧时：[Si]+2[FeO]→（SiO2）+2[Fe]，熔渣碱度提高，有利脱氧。5、沉淀脱氧应具备的三个条件？①对氧亲和力较大的元素；②脱氧产物应不溶于金属而成为独立液相转入熔渣；③熔渣的酸碱性质应与脱氧产物的性质相反，以利于熔渣吸收脱氧产物。6、扩散脱氧的优缺点？实现扩散脱氧的条件？扩散脱氧的优点：脱氧产物留在熔渣中，液态金属不会因脱氧而造成夹杂缺点：扩散过程进行缓慢，脱氧时间长。条件：还原性炉气，高的炉温，炉渣粘度小。7、脱磷的有利条件是。高碱度和强氧化性的、粘度小的熔渣，较大的渣量和较低的温度。8、熔渣脱硫的影响因素：还原性炉渣、熔渣的高碱度、粘度小的炉渣、高的炉温、硫的活度大。9、为什么酸性焊条常采用锰铁作为脱氧元素？答：酸性渣中含有较多的SiO2和TiO2，它们容易与锰的脱氧产物MnO生成复合物MnO·SiO2和MnO·TiO2，使MnO的活度系数减小，因此脱氧效果较好。相反，在碱性渣中MnO的活度较大，不利于锰脱氧。碱度越大，锰的脱氧效果越差。10、为什么碱性焊条不单独采用硅铁作为脱氧元素？答：硅的脱氧能力比锰大，但生成的SiO2熔点高，通常认为处于固态，不易聚合为大的质点；同时SiO2与钢液的界面张力小，润湿性好，不易从钢液中分离，易造成夹杂。因此，碱性焊条一般不单独用硅脱氧。11、何谓沉淀脱氧？试述生产中常用的几种沉淀脱氧反应。答：（1）沉淀脱氧是指溶解于液态金属中的脱氧剂直接和熔池中的[FeO]起作用，使其转化为不溶于液态金属的氧化物，并析出转入熔渣的一种脱氧方式。（2）生产中几种常用的沉淀脱氧反应：a锰的脱氧反应，[Mn]+[FeO]=[Fe]+(MnO)b硅的脱氧反应，[Si]+2[FeO]=2[Fe]+(SiO2)c硅锰联合脱氧反应。12、综合分析熔渣的碱度对脱氧、脱磷、脱硫的影响。脱氧在熔渣脱氧时，碱度高不利于脱氧，但在用硅沉淀脱氧时，碱度高可以提高硅的脱氧效果。脱硫熔渣的还原性和碱度渣中氧化钙的浓度高和氧化亚铁的浓度低都有利于反应的行因此，在还原期中脱硫是有利的。熔渣碱度高也有利于脱硫。脱磷脱磷的有利条件是高碱度和强氧化性的、粘度小的熔渣，较大的渣量和较低的温度。13、试述熔渣脱硫的原理及影响因素。答：（1）熔渣脱硫的原理与扩散脱氧相似,。根据它是利用FeS在熔渣中和金属液中的分配定律，通过在熔渣中脱S，达到对金属的脱S作用。CaO、CaC2、MnO、MgO与熔渣中的FeS反应而进行脱硫，当熔渣中的FeS含量减少时，钢液中的FeS就向熔渣中扩散，这样就间接达到了脱去钢液中FeS的目的。（2）影响因素a、熔渣的还原性和碱度。在熔渣还原期中和熔渣的碱度高时都有利于脱硫。b、粘度。粘度小有利于脱硫。c、温度。脱硫反应是吸热反应，因此温度高有利于脱硫。d、硫的活度。硫的活度大，容易从金属液中析出，有利于脱硫。