冶金物理化学答案

一、解释下列概念（每题5分，共20分）

1、扩散脱氧：在炼钢过程中，根据分配定律钢液中的[O]向熔渣中扩散，而与加入渣相中的脱氧元素进行的脱氧反应称为扩散脱氧。

2、炉渣：炉渣是火法冶金中以氧化物为主要成分形成的多组分熔体，是金属提炼和精炼过程中除金属熔体以外的另一产物。

3、硫容量：炉渣容纳或溶解硫的能力，即2/122)/()(%S O S P P S C ⨯=。

4、偏摩尔量：在恒温、恒压及其他组分的物质的量保持不变的条件下，溶液的广度性质X （X 代表U 、H 、V 、S 、G ）对其组分摩尔量的偏微商值。

二、简答题（共60分）

1、简述热力学计算中活度标准态之间的转换关系。

答：（1）纯物质标准态活度与假想纯物质标准态活度之间的转换：

][0

][0

*

)()

(*

]

[][//H B B R B B

B

x H x H B B B H B R B a r a r p

K K p p p a a ===

=

故

（2）纯物质标准态活度与质量1%溶液标准态活度之间的转换：

*

)(*

(%)(%)

*

[%]

][100100//B B

A B

x H B

A B

H H B B B B R B r M

M

p K M

M

p K K p p p a a ⨯=

⨯

=

=

=

（3）假想纯物质标准态活度与质量1%溶液标准态活度之间的转换：

B

A x H H H

B x H B B H B M

M

K K K p K p a a 100//)

((%)(%)

)([%]

][=

==

2、简述炉渣氧化脱磷的热力学条件。 答：由炉渣脱磷反应可知：

9

24

524

52

52)(%)(%]

[%)(%O CaP

CaO

FeO P

P P f

CaO FeO K P O P L γγγ⋅==

由上述公式可知，为使脱磷反应进行完全，必要的热力学条件是： （1） 较高的炉渣碱度； （2） 较高的氧化铁含量； （3） 较低的熔池温度；

大渣量。

3、铁氧化物被CO 还原的顺序是什么？写出反应方程式（配平）。

答：氧化铁被CO 还原在570℃以上及其下有不同的转变顺序，因此氧化铁还原是逐级的，反应如下：

2

532

43322

2

432

4332)(4

3)(4

1)(2)(3570)()()(3)()(2)(3570CO

s Fe CO s O Fe CO s O Fe CO s O Fe C

t CO

s Fe CO s FeO CO s FeO CO s O Fe CO s O Fe CO s O Fe C

t o

o

+=

++=+<+=++=++=+>

4、正规溶液的定义及其热力学特征。

答：混合焓不为零，但混合熵等于理想溶液混合熵的溶液称为正规溶液。

正规溶液的热力学特征为： ∑-=∆=∆≠∆i i R m m m x x R S S H ln ,0)(

5、简述双膜传质理论的基本要点。 答：双膜传质理论的基本要点如下：

（1）在两个相（液-液、气-液）的相界面两侧都有一层边界薄膜，这层薄膜对物质从一相进入另一相建立了基本的传质阻力。

（2）在两层薄膜之间的界面上处于动态平衡。 （3）每相中组元的扩散质流（j ）

()i l l C C k j -=

或 ()g i g p p k j -= 其中：l

l

l D k δ=

，g

g g RT p k δ=

（4）薄膜中的流体是静止不动的，不受流体体内流动状态的影响，各相中传质独立进行，互不影响。

6、不锈钢冶炼时Cr 和C 存在选择性氧化，怎样才能做到“去C 保Cr”？

答： 不锈钢冶炼时有如下反应：

4

4

30

4322.6179347064][3)(][4C

CO

Cr p

a p a K

T

G

CO

Cr O Cr C =

-=∆+=+

根据对上述反应的分析可知：

（1）“去C 保Cr”的最低温度是钢液中[Cr]与[C]氧化的转化温度，提高熔

池温度，使反应00<∆G ，则反应向[Cr]还原方向进行，达到去C 保Cr 。

（2）降低CO p ，可在][Cr ϖ不变时，降低][C ϖ，达到去C 保Cr 。

7、从氧势图上（T G -∆0

）可以得到哪些信息？

答：（1）T G -∆0的关系是直线，直线的斜率是氧化物生成反应熵的负值（-0

反S ∆）。

1）当反应的0

反S ∆为负值时，直线的斜率为正，表明氧化物的稳定性随温度

升高而减小（或氧化物的氧势随温度升高而升高）。

2）当反应的0反S ∆为正值时，直线的斜率为负，表明氧化物的稳定性随温度

升高而增大（或氧化物的氧势随温度升高而降低）。

3）当反应的0反S ∆接近于零时，直线的斜率趋于零，表明氧化物的稳定性不

随温度而改变（或氧化物的氧势不随温度而改变）。

（2）在已知温度和气相中氧的压力时，可以确定金属或氧化物的稳定性。 （3）可以求氧化物在某温度的分解压。

（4）在指定的温度下可以比较各种氧化物的相对稳定性。 （5）可以确定CO/CO 2或H 2O/H 2混合气对金属的氧化还原作用。

8、叙述氧气转炉吹炼过程脱碳速度的变化情况，并写出相应的关系式。 答：氧气转炉脱碳过程可以分为三个阶段：

（1） 吹炼初期因钢水中硅含量很高，而钢水温度较低，以硅的氧化为主，而脱

碳反应受到抑制，硅的氧化速度由快变慢，而脱碳速度由慢到快，最后达到最大值；