冶金原理复习题

1、什么是钢液的脱氧？沉淀脱氧、扩散脱氧、复合脱氧定义，并说明复合脱氧的优点。脱氧：向钢中加入与氧亲和力比铁大的元素，使溶解于钢液中的氧转变为不溶解氧，自钢液中排出，称脱氧。沉淀脱氧：向钢液中加入与氧形成稳定氧化物的元素（脱氧剂），而形成的氧化物（脱氧产物）能借自身的浮力或钢液对流运动而排出。扩散脱氧：利用氧化铁含量很低的熔渣处理钢液，使钢液中的氧经过扩散进入熔渣中，而不断降低。真空脱氧：利用真空的作用降低与钢液平衡的CO分压，从而降低钢液的氧和碳量。复合脱氧：采用两种或两种以上脱氧元素同时使钢液脱氧，称为复合脱氧。优点：1）提高元素的脱氧能力；2）形成低熔点复杂化合物，使脱氧产物易于聚合及排出。2、简述脱硫的热力学条件脱硫的热力学条件：1）高温；2）高碱度；3）低氧化性脱硫的主要途径是钢—渣间反应，按离子理论反应方程式为：[S]+(O2-)=(S2-)+[O]ΔG﹥0，所以高温有利于脱硫反应的发生；碱性渣有利于提高(O2-)以及降低γs2-，增加反应物浓度，利于脱硫反应的正向进行；降低钢液中的氧化性，即减少[O]，也有利于脱硫反应的正向进行。3、简述脱磷的热力学条件。脱磷的热力学条件：1）较高的氧化性；2）高碱度；3）适合低的温度脱磷反应2[P]+5[O]=(P2O5)ΔG0=-704410+559.22T;钢液中高碱度有利于提供更多的[O]，较高的氧化性利于反应向正方向进行，要使ΔG﹤0，应该要较低的温度，同时为保证分子有热运动，反应的顺利进行，温度不能控制过低。4、真空脱气处理过程中，说明为什么脱氢比脱氮容易？热力学方面：氮在钢液中的溶解度大于氢在钢液中的溶解的；动力学方面：氢的原子比氮小，氢原子在钢液中的扩散速度比氮快。5、不同标准态活度间的转换。纯物质标准态的活度与假想纯物质标准态活度之间的转换：aR/aH=(P/P0)/(P/KH)aR=γ0aH假想纯物质标准态的活度与重量1%溶液标准态活度之间的转换:aH/a%=(P/PH)/(P/K%)=M/(100Mi)aH=Ma%/(100Mi)纯物质标准态的活度与重量1%溶液标准态活度之间的转换：aR=(Mγ0a%)/(100Mi)6、按离子理论定义碱性氧化物和酸性氧化物。离子理论认为，熔渣是由带电质点（原子或者原子团），即离子所组成，但并不否认其内有氧化物或者复合化合物的出现，这些不是分子，而是带电荷的离子群聚团。碱性氧化物是指能够给出M2+及O2-，酸性氧化物则是能吸收O2-，形成络合离子。7、碳氧化反应在冶炼中的作用。1）碳氧化形成大量的CO气泡，它的体积远超过了金属熔体体积的许多倍，大量的CO气泡的放出，经过熔池时，能使熔池受到强烈的搅拌，加强了整个熔池内的对流传质及传热，从而提高了反应的速率及熔池的温度。2）熔池中上浮的CO气泡能从钢液中富集溶解的[H]、[N]，并从熔池中带走。3）由上浮气泡引起的强烈搅拌，也促进了钢液温度及成分的均匀，并促使其中非金属夹杂物排出。4）提供热量。8、碳氧积的定义及影响碳氧积的因素。在钢液中进行下列反应：[C]+[O]=COΔG0=-22364-39.63TJ/mol碳氧积m=ω[C]ω[O]=1/Kθ1）碳氧积随着PCO的降低而减小，所以在真空下，钢液的碳及氧浓度可进一步降低。2）温度的影响，温度会影响Kθ，进而影响m；3）O在钢中的溶解量。9、从热力学原理说明降碳保铬可采用的两种方法。4[C]+(Cr3O4)=3[Cr]+4COΔG0=934706-617.22TJ/molΔG=ΔG0+PCO4·aCr3/(aC4·aCr3O4)1）提高aCr3O4，降低fCr能达到“降碳保铬”的目的。为此，应在钢液中碳量较高的条件下,能降低fCr，造aCr3O4高的熔渣下进行。2）降低PCO，在真空条件下，氩氧精炼。3）提高碳的活度系数，例如Ni能提高碳的活度系数。10、描述气固相反应未反应核模型并写出气固相反应和模型五个简化了的次过程。未反应和模型：当固体反应物是致密时，化学反应从固体物的表面开始逐渐向中心推移，反应物和产物层间有较明显的界面存在，反应在相界面上进行，形成的固相产物则出现在原来固相反应物处，而原固形物内部则是未反应部分，这成为未反应和模型。反应过程5个次过程：气体反应物的外扩散；气体反应物的内扩散；气体与固体的界面化学反应；气体产物的内扩散；气体产物的外扩散11、给出活度、活度系数、活度标准态的定义。活度：组分实际蒸汽压与标准蒸汽压之比。活度系数：表示实际溶液对选作标准溶液偏差的方向（正或负偏差）及程度。活度标准态：具有代表PB*,KH(x),KH(%)的蒸汽压或两定律的比例常数的状态。活度标准态有拉乌尔标准态和亨利标准态两大类。拉乌尔标准态以纯物质为标准态；亨利标准态是以假想纯物质为标准态；重量1%溶液标准态是以重量1%溶液为标准态；12、钢铁冶金中用什么代表渣的氧化性？渣中氧化铁的活度。13、什么是冶金过程热力学？冶金过程的热力学，回答了反应的可能性、方向性和限度的问题，它只考虑体系过程的始末状态，而不考虑过程中的瞬时状态，并没有考虑到时间因素和反应机理。14、什么是冶金过程动力学？动力学研究的是体系变化过程中的速率和机理，它不仅考虑过程的始末状态，而且还要探讨变化的历程和反应机理。可分为微观动力学和宏观动力学。微观动力学：利用物理化学的动力学从分子论研究化学反应本身的速率和机理，称为微观动力学；宏观动力学：在有流体流动，并考虑体系几何特征条件下，宏观地研究反应过程的速率和机理，称为宏观动力学。15、研究冶金动力学的目的了解反应在各种条件下组成环节及其速率表达式；导出总反应的速率方程，确定反应过程限制环节；讨论反应的机理以及各种因素对速率的影响；选择合适的反应条件，控制反应的进行，强化冶炼过程，缩短冶炼时间及提高生产效率。16、简述炼钢过程的竞争氧化原理炼钢熔池中元素的氧化反应式为：[M]+[O]=(MO)FeO是炼钢熔池的氧化剂，比较FeO的直线和其他氧化物直线的相对位置，就能确定熔池中溶解元素在标准状态([M]、[O]和(MO)的活度为1)下不同温度氧化的特性。CO线的位置，碳与其它元素的竞争氧化。1)不氧化：FeO直线以上的元素基本上不氧化，如铜，镍等。不能氧化去除，可在炉料中加入；2）基本不氧化：Mo、W等，也可在炉料中加入；3）氧化程度随温度变化：与碳的竞争氧化，Cr、Mn、V等，元素，氧化反应的转向温度。4）易氧化；Si、Al、Ti等17.试分析当铁水中的硅含量增加时，铁液中碳的饱和浓度是增加还是减少？因为当w[Si]增加时，其他参数不变，则fSi减小，所以碳的饱和浓度减少。18.钢铁冶金中用什么表示炉渣的氧化性渣中氧化铁的活度。19.什么是钢中夹杂物的变性处理？硫化物夹杂物变性处理过程对变性剂的基本要求是什么？指在钢中加入少量变性剂，改变非金属夹杂物的结构、组成和形态，从而改变其性质的过程。钢中非金属夹杂物是不可能完全消除的，在尽量降低其在钢中含量的同时，科学地控制夹杂物的类型、尺寸、分布和形态，尽量降低其对钢材质的危害就是变性处理的目的。由于钢中夹杂物的组成、结构等不同，在各种温度下的塑性情况也不相同，常用相对变形率表示其差异：v=ε1/ε2凡能使硫化物生成熔点高、塑性小、硬度大的化合物元素的均可作为硫化物的变性剂，如Ca.Ti.Zr.Mg.Be.RE，但是，稀土元素（RE）常是用作硫化物夹杂的最有效的变性剂。20.何谓浓度边界层？如何确定固体表面浓度边界层的厚度？边界层或气膜层：在流速较大的气流作用下，远离相界面的气体内没有浓度差出现，保持了体积浓度Co，但在紧接相界面处有一厚度不大的、而浓度差很大的气层存在。边界层厚度确定：浓度分布曲线与相界面交点处做曲线的切线，切线与扩散边界层外2'22[]1()SiOSiSiSiCOwSiLKwSiOfP流体浓度延长线的交点到相界面的距离21.何谓氧化物分解形成的歧化反应和歧化温度？铁氧化物分解形成的歧化反应是什么？对应的歧化温度是多少？歧化反应：低价氧化物在一定温度下发生分解，转变为其相邻的高价氧化物，并析出金属的反应。歧化温度：歧化反应发生的温度铁氧化物分解反应：4FeO(S)=Fe3O4(s)+Fe(s)t=570OC22.在氧化反应熔炼中，氧气和熔池金属接触发生哪两类氧化反应，分别写出其反应式？直接氧化反应：2[M]+O2=2(MO)间接氧化反应：[M]+(FeO)=[Fe]+(MO)[M]+[O]=(MO)23.什么叫做热力学参数状态图？它们直观表示出什么信息？凡能明确指出处于热力学平衡单元及多元体恤中各不同相稳定区域的几何图形，都成为热力学参数状态图。