钢铁冶金原理试题1

内蒙古科技大学2008/2009学年第1学期《钢铁冶金原理》考试试题A考试标准答案及评分标准课程名称：钢铁冶金原理考试班级：冶金2006考试时间：2009年1月13日15时0分至17时0分标准制订人：罗果萍、宋希文一、简答题（共5题，每题4分，共20分）1.请给出活度的定义及冶金中常用的三种标准态。活度的定义aB=pB/p(标)（1分）活度的标准态有3种，分别为纯物质标准态，假想纯物质标准态和质量1%溶液标准态。（3分）2.什么是酸性氧化物、碱性氧化物和两性氧化物？如何表示炉渣的碱度？碱性氧化物：能供给氧离子O2-的氧化物（1分）酸性氧化物：能吸收O2-而形成复合阴离子的氧化物（1分）两性氧化物：在酸性渣中能提供O2-、在碱性渣中能吸收O2-的氧化物（1分）。碱度——熔渣中主要碱性氧化物含量与主要酸性氧化物含量之比来表示碱度，用R表示。（1分）3.何为化合物的分解压、开始分解温度及沸腾分解温度？分解压：化合物分解反应达平衡时，气体的平衡分压；（2分）开始分解温度：当化合物的分解压等于环境中相应气体的分压时的温度；（1分）沸腾分解温度：当化合物的分解压等于环境中气体的总压时的温度。（1分）4.何为溶液中组分的标准溶解吉布斯自由能？写出形成质量1%标准溶液的标准溶解吉布斯自由能计算式。标准溶解吉布斯自由能：某纯组分溶解于熔剂中，形成标准溶液时吉布斯自由能的变化值；（2分）形成质量1%标准溶液的标准溶解吉布斯自由能计算式：)M100Mln(RTGij0i0]i[。(2分)5.何为氧化物的氧势？氧化物的氧势与其稳定性关系如何？氧化物的氧势：在一定温度下氧化物分解反应达平衡时，反应的平）(2oPlnRT；（2分）氧化物的氧势与其稳定性关系：氧化物的氧势值越大，其稳定性越差。（2分）二、填空题（共20空，每空1分，共20分）1.在恒温、恒压下，溶液的热力学性质对某一组元摩尔量的偏微分值称为溶液中该组元的偏摩尔量。2.在任意温度下，各组元在全部浓度范围内均服从拉乌尔定律的溶液称为理想溶液。3.按照熔渣离子结构理论，熔渣由简单的阳离子、阴离子和复合阴离子团所组成。4.熔渣的氧化性表示熔渣向金属液（或钢液）提供氧的能力，用熔渣中FeO的活度表示。5.在一定温度下，把熔渣具有相等粘度的组成点连成线，称为熔渣的等粘度曲线。6.若化学反应的速率与反应物浓度的若干次方成正比，且反应级数与反应物的计量系数相等，这样的反应称为基元反应。7.气体分子在分子（或范得华）引力的作用下被吸附到固体或液体的表面上称为物理吸附；在化学键力的作用下被吸附到固体或液体的表面上，称为化学吸附。三、分析题（共2题，每题12分，共24分）1．请写出图1中各条曲线所代表的反应，各区域稳定存在的氧化物，利用热力学原理分析各氧化物稳定存在的原因。图1（标出1个反应或1个稳定存在的氧化物得1分，共6分）固体碳的还原氧化铁可以认为是铁氧化物的间接还原反应和碳气化反应的组合。在a温度以上，由于碳的存在，体系中CO的浓度永远高于各级氧化铁还原的平衡CO的浓度，将发生2334FeOFeOFeOFe的转变。在ab温度之间，由于体系中CO高于Fe3O4间接还原反应的平衡浓度，而低于FeO间接还原的CO平衡浓度，故将发生以下2334FeOFeOFeO和FeFeO的转变。在b点温度以下，体系CO的浓度低于间接还原反应的平衡浓度，将发生2334FeOFeO和34FeFeOFeO的转变。所以当体系达到平衡时，a点温度以上稳定存在的为Fe，在ab点温度之间，稳定存在的为FeO，在b点温度以下，稳定存在的为Fe3O4。（6分）2.钢液中[C]和[Cr]之间存在化学反应：344[C](CrO)3[Cr]4CO，试用热力学原理分析有利于实现去碳保铬的热力学条件。反应方程式为：344[C](CrO)3[Cr]4CO34CrCO4CapKa（3分）由此可知有利于去碳保铬的热力学条件为：（1）去碳保铬的最低温度为钢液中[Cr]和[C]氧化转化温度，由于以上反应为吸热反应，故提高温度，有利于提高K。（3分）（2）降低pCO，可在[Cr]不变得条件下，降低[C]。采用真空冶炼或氩氧混合气体的减压操作，不仅降低了pCO，而且利于CO气泡的形成，可加强脱碳。（3分）（3）提高[C]的活度系数，如Ni和Cr等元素的存在能提高C的活度系数。（3分）四、计算题（共3题，每题12分，共36分）1.测得温度1873K还原渣及GCrl5钢的表面张力分别为0.45及1.631mN，两者的接触角38。试求钢--渣的界面张力，并确定此种还原渣能否在钢液中乳化?在电炉冶炼的还原期，测得钢液中硫的质量分数由0.035%下降到0.030%，在1580℃所需要的时间为60min，在1600℃需要50min，试计算脱硫反应的活化能和在1630℃下脱除同样的硫所需要的时间。解：（1）钢液中脱硫为一级反应：v=kCsv1=-dw[S]/dt=(0.035-0.030)/60=0.005/60=k0exp(-Ea/RT1)v2=-dw[S]/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[-6.93×10-7Ea]Ea=260kJ（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=1786min-1（2分）v=0.005/t=0.05/[1786×exp(-260000/8.314×1903)=36min（2分）2.在1873K时与纯氧化铁渣平衡的铁液的氧的质量分数为0.211%，与成分为w(CaO)=36.4%，w(MgO)=3.2%，w(MnO)=3.6%，w(SiO2)=36.6%，w(FeO)=20.2%的熔渣平衡的铁液的氧的质量分数为0.052%。试计算熔渣中FeO的活度与活度系数。解：]O[]Fe[FeO(1分)211.01211.0a]O[%LFeOO（2分）246.0211.0052.0L]O[%aOFeO（1分）FeOFeOFeOFeOX246.0Xa（2分）65.0564.36nCaO（0.5分）08.0402.3nMgO（0.5分）61.0606.36n2SiO（0.5分）28.0722.20nFeO（0.5分）05.0716.3nMnO（0.5分）67.1n（0.5分）168.067.128.0nnXFeOFeO（1分）46.1168.0246.0FeO(2分)3.用不锈钢返回料吹氧熔炼不锈钢时，采用氧压为4105.1Pa的真空度，钢液中铬的活度85.10aCr及碳的活度系数74.0fC，试求吹炼温度为2023K时钢液的碳含量w[C]。已知：反应CO4]Cr[3)OCr(]C[443的)molJ(T22.617934706G10。解：CO4]Cr[3)OCr(]C[4434C4CO3CraPaK(3分)CCOCralg4Plg4alg3Klg10.82023147.19202322.617934706RTGKlg0（3分）atm15.0PCO，85.10aCr，74.0fC10.8alg415.0lg485.10lg3C071.2algC（2分）00849.0aC（2分）011.074.000849.0fa]C[wCC（2分）