2009-10冶金物理化学2标准答案和评分标准格式

钢液的总脱氧量是 Si 与 Mn 两者脱氧量的总和， 总脱氧量 = Si 脱氧量 + Mn 脱氧量 (1 分) (1 分)
即 32/28 * w[Si] + 16/55 * w[Mn] = 0.14 – 0.012 = 0.128 则 1.14 w[Si] + 0.29 *5* w[Si] = 0.128 (1 分) (2)
= 0.028[%S] + 0.112×4.90+0.063×0.30-0.026×0.50+0.290×0.2 =0.613
f S =4.102
(1 分) (1 分)
[% S ]
1 1 =0.882×10-6 Kf S 276500 4.102
五(10 分)、在 1600℃，使钢液中 w[O]从 0.14%降低到 0.012%，而最终平衡的 w[Mn]=0.70%，w[Si]= 0.24%，脱氧产物的 w[Mn]/ w[Si]=5，试求 需要加入的硅铁(w[Si]=75%)及锰铁(w[Mn]=80%)量。 解：w[Mn]/ w[Si]=5，w[Mn]=5 w[Si]， (1 分)
fCr =0.985
aCr =0.985×18=17.73
(2 分) (2 分)
C Cr Ni aC ： lg fC eC [%C ] eC [%Cr ] eC [% Ni] ＝0.14×0.025＋(－0.024)×18＋0.012×9＝－0.3205
1
fC 0.478
aC =0.478 0.025=11.95 ×10-3
(1 分)
fCr=0.9515
aCr=0.9515×18= 17.127
C Cr Ni lg f C eC w[C ] eC w[Cr] eC w[ Ni ]
=0.14×0.15-0.024×18+0.012×9= -0.303 (1 分) (1 分)
fC=0.4977
aC=0.4977×0.15=0.0747
GM = -819989 + 448.59T + 8.314Tln
3 aCr2O3 aC 2 3 aCr pCO
(2 分)
式中 aCr2O3 =1，pCO=1，
Cr C Ni lg f Cr eCr w[Cr ] eCr w[C] eCr w[ Ni ]
= -0.0003×18 -0.12×0.15+0.0002×9= -0.0216 (1 分)
2. 冶金过程使用的还原剂主要有 3. 化合物分解需要在一定的 4. 铁氧化物的还原顺序为 Fe2O3
压力 、 或
下进行，实际生产中要使化合物分解，必须把它加热到 FeO 纯金属 ，其中 Fe2O3 最容易还原， 。 稀贵金属 FeO
沸腾
最难还原。
5. 用硅和铝作还原剂还原氧化物制取
的方法称为
金属热还原法
……………………………… 装 ……………………………… 订 ………………………………… 线 ………………………………
2009~2010 学年第二学期期末考试《冶金物理化学 1》试卷（A）
标准答案和评分标准
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计算所需数据：
C Si P Si C C Si P eC =0.140， eC =0.080， e Si 0.18 ， eC = - 0.053， eP = 0.13， eSi =0.110， eP =0.120， eSi 0.11
= 1460 + 8314 lnJ ≤0
(2 分)
(2 分) (1 分) (2 分)
+ φ
CO
CO
=100%，
CO2
所以 ：φ
= 54.4%，φ
= 45.6 %
三(15 分). 在真空中向含 Cr18％，Ni9％的不锈钢吹氧，使含碳量降低到 0.025％，钢液的温度不高于 1650℃，问需要多大的真空度？ 已知：4[C]＋Cr3O4(s)＝3[Cr]＋4CO，Δ Gθ ＝934706－617.22T J/mol 解：反应的平衡常数 K 1650℃
2 2 aC aCaS aC 1 K a S aCaC 2 a S f S [% S ]
(1 分) (1 分) (1 分) (忽略[%S]，[%S]=0)
(2 分)
[% S ]
1 Kf S
S C Si Mn P lg f S eS [% S ] eS [%C ] eS [% Si] eS [% Mn] eS [% P]
6. 火法精炼的目的主要有除去 有害杂质 7. 脱硫反应发生的有利条件是 高温 、
、生产规定含量 合金元素的金属 高碱度 、 低氧化性 、
、回收有经济价值的 。
大渣量
8. 炼钢脱磷反应的分子方程式为：2[P] + 3(CaO) + 5(FeO) = (3CaO.P2O5) + Fe ，离子方程式为 9. 钢液真空处理时发生的主要反应有 脱氧 、 脱气 、 脱硫 、夹杂物及挥发元素的去除。
2[P] + 8(O2-) + 5(Fe2+) = 2(PO43-) + 5[Fe]
。
10. 未反应核模型中，半径为 r0 的矿球的还原度 R 和穿透度 f 与反应界面处的矿球半径 r 的关系分别为 R=1-(r/r0)3 和 f= 1-(r/r0)。
二(15 分)、FeO 与 CO 发生间接还原反应，试求气相成分为φ 始温度不高于 1000K，求所需要的 CO、CO2 气相成分。 已知： FeO(S) + CO = Fe(S) + CO2 ，△G0 = -22800 + 24.26 T △G = △G0 + RTlnJ = -22800 + 24.26 T + 8.314 T ln(φ T 开 = 22800 / 17.22 = 1324 K 若 T 开 ≤1000 K，则 △G = △G0 + RTlnJ = -22800 + 24.26 T + 8.314 T lnJ = -22800 + 24.26 * 1000 + 8.314*1000 lnJ lnJ ≤ -0.1756， J ≤ 0.839 又φ
2
0.07473 所以 GM =-819989 + 448.59T +8.314Tln = -819989 + 336.65 T (2 分) 17.127 2
当 GM =0 时，T= 819989/336.65 = 2435 K(2162 ℃)
(2பைடு நூலகம்分)
1 2 3 七(10 分). 钢-渣之间发生如下过程， [A] [A]* (A)* (A) ，三个步骤的传质阻力都考虑的总过程速率公式为
原子量：Ca : 40，Si: 28，Fe:56，Mg: 24，V: 51，Mn:55，P: 31，Al: 27，S: 32，O: 16，Ni:58.7 一、填空题(每小题 3 分，共 30 分) 1. 水煤气反应式为 CO2 + H2 = CO + H2O 固体 C 温度 、 和 Fe3O4 低碳合金 ，压力对该反应 、 CO 、 没有/无 H2 ，其中 影响 。 C 的还原能力最强，又称为 万能还原剂 温度。 。
w[Si] = 0.049，w[Mn] = 0.245
将上述各值加上脱氧后各自的平衡浓度，即为脱氧元素的浓度 应加入的 Si 的质量分数= 0.049 + 0.24 = 0.289% 应加入的 Mn 的质量分数= 0.245 + 0.70 = 0.945%
0.289 *1000/0.75 = 3.853 kg/t 钢 100 0.945 相应地加入硅铁= *1000/0.80 = 11.813 kg/t 钢 100
(2 分) (2 分)
PCO 4 7.096 106 (11.95 103 ) 4 /17.733 =0.0714
当假定从熔池中放出的 CO 的分压和真空室中的压力相等时，真空度＝7233 Pa。 (2 分) 四(10 分). 向温度为 1673 K，组成为 0.30%Si、0.50%Mn、0.20%P、0.10%S 的碳饱和铁水中加入 CaC2 进行炉外脱硫处理，试求脱硫后铁水的 最低含硫量。已知：CaC2(S) + [S] = CaS(S) + 2[C] △G0 = -352794 + 106.70T (J) 铁水中碳饱和溶解度为[%C]sat = 1.34 + 2.54×10-3 t (/℃) 。[C]的标准态为石墨，[S]的标准态为质量 1%浓度溶液。 解. T=1673 K，铁水中碳的饱和溶解度为[%C]sat = 1.34 + 2.54×10-3×1400= 4.90 (1 分) lnK= - △G0/RT = 352794 -106.70T / (8.314 T) = 12.535 (1 分) K= 276500 (1 分) 对碳饱和溶液，铁水中[C]的标准态为石墨， a C =1
C[A] C(A) / K 1/ k[A] 1/ k(A) .K
(2 分)
标准答案和评分标准制定人：______________________________ 任课教师：______________________________________________ 系（教研室）主任：______________________________________
CO2
CO
= 70%，φ
CO2
= 30%，总压为 120 kPa 时，FeO 的还原开始温度。若使还原开
J/mol /φ
CO)
解：解：该反应前后气体组分的摩尔数代数和=0，因此反应与体系总压无关。
CO2
(2 分) (2 分)
= -22800 + 24.26 T + 8.314 T ln(30 /70) = -22800 + 17.22 T = 0 (2 分) (2 分)
(1 分) (1 分) (1 分) (1 分)
相应地加入硅铁=
六(10 分). 溶解于钢液中[Cr]的选择性氧化反应为 2[Cr]+3CO＝(Cr2O3)+3[C]。试求钢液成分为 w[Cr]=18％、w[Ni]＝9％、w[C]＝0.15％及 p'CO ＝100kPa 时，[Cr]和[C]氧化的转化温度。 已知： 解： (1)求[Cr]-[C[氧化的转化温度，根据反应 2[Cr]+3CO＝(Cr2O3)+3[C]，Δ Gθ ＝-819989+448.59 T J/mol
Ti Si V Mn P S C eTi =0.013， eTi =0.05， eTi =0， eTi =0.0043， eTi = -0.064， eTi = -0.11， eTi = -0.165
C Si Mn P S e S =0.112， e S =0.063， e S = - 0.026， e S =0.290， e S = - 0.028。
JA
C[A] C(A) / K 1/ k[A] 1/ k 1/ k(A) .K
1. 试说明式中分子和分母中各项的物理意义； 2. 若界面反应不是整个过程的限制性环节，即界面反应的速率很快，界面反应达到了平衡，试写出总过程的速率公式。 解. 1. 分子项：整个过程的推动力 (2 分)； 分母项：整个过程的阻力，其中 1/k[A] 钢中传质的阻力(2 分)，1/k+ 界面反应的阻力(2 分)，1/k(A).K 渣中传质的阻力(2 分)。 2. 界面反应很快时，反应速率公式简化为 J A
年 年 年
月 月 月
日 日 日
……………………………… 装 ……………………………… 订 ………………………………… 线 ………………………………
3
2009~2010 学年第一学期期末考试《冶金物理化学 2》试卷（B）
标准答案和评分标准
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计算所需数据：
3 4 aCr PCO 4 3 ，故 PCO 4 KaC / aCr 4 aC
934706 617.22 l nK 1 5 . 7 8 8 . 3 14 1 9 2 3 8 . 3 1 4
K=7.096×106
(3 分) (2 分)
Cr C Ni aCr ： lg fCr eCr [%Cr ] eCr [%C ] eCr [% Ni] ＝－0.0003×18＋(－0.12)×0.025＋0.0002×9＝－6.6×10－3