《冶金原理》课程试题(B卷)答案

《冶金原理》试题B 卷答案

一 解释下列名词(共10分，每题5分)

①理想溶液：在一定温度下，溶液中所有组元都服从拉乌尔定律，称为理想溶液。

②二元碱度：渣中的碱性氧化物CaO 含量与酸性氧化物SiO 2含量之比为炉渣的二元碱度。

二 简答题(共35分)

①(6分)写出脱氧化脱磷反应的分子反应式及离子反应式，分析有利于脱磷反应进行的热力学条件。 ][5)4()(4)(5][252Fe O P CaO CaO FeO P +⋅=++

][5)(2)(8)(5][23422Fe PO O Fe P +=++--+

有利条件：中温，高碱度，高氧化亚铁。

②(6分)什么是金属热还原？常用的金属热还原方法有哪些？写出反应通式。

利用和氧亲和力强的金属去还原和氧亲和力弱的金属的氧化物，制取不含碳的纯金属或合金的方法，称为金属热还原。

常用的金属热还原法有：硅热法、铝热法。

反应通式为：

M y x O Al Al O M y y x +=+3231311 222SiO M y x Si O M y y x +=+

③(6分)写出扩散系数与温度的关系式，说明其中每个符号的意义，讨论活化能的大小对扩散系数随温度变化的影响关系。

温度对于扩散系数影响的关系式就是阿累尼乌斯关系式，即：)

RT E D

e A D -⋅=

式中：D −扩散系数； D E −扩散活化能；A −频率因子；T −温度；R −理想气体常数。

当频率因子一定的条件下，D E 愈大，则D 愈小，反之D E 愈小，则D 愈大。

由于： RT E A D D -=ln ln 所以：2ln RT

E dT D d D

= D E 越大，

dT D d ln 值越大，当温度升高时，D 随温度升高而增大得多；D E 越小，dT

D d ln 值越小，当温度升高时，D 随温度升高而增大得少。

④(7分)H 2还原FeO 的过程包括哪几个环节？限制性环节一般是什么？

包括五个环节：H 2的外扩散，H 2的内扩散，界面化学反应，H 2O 的内扩散，H 2O 的外扩散。

限制性环节一般是：H 2的内扩散和界面化学反应。

⑤(6分) 什么是反应度？对于球形反应物，推导反应度R 与半径r 的关系（初始半径为r 0）；对于立方体反应物，推导反应度R 与边长a 的关系（初始边长为a 0）。

已反应了的物质重量占原始重量的百分数，称为反应度，一般用R 表示。

0W W W R -= 设密度为ρ。对于球形反应物： ρπρπ33003434r W r W ==

； 30

3

30r r r R -= 3/10)1(R r r -= 对于立方体反应物：

ρρ3300a W a W ==；

30

3

30a a a R -= 3/10)1(R a a -=

⑥(4分)冰铜、铅冰铜、镍冰铜、钴冰铜的主要成分是什么？

冰铜的主体为Cu 2S ，其余为FeS 及其它MeS ；铅冰铜主体为PbS ，还含有Cu 2S 、FeS 及其它MeS ；镍冰铜（冰镍）为Ni 3S 2﹒FeS ；钴冰铜为CoS ﹒FeS 等。

三 作图题(共18分)

下图是具有一个不稳定二元化合物的三元系相图，回答下列问题：

①(6分)P 点是什么点？写出P 点发生的反应。

E 点是什么点？写出E 点发生的反应。

②(6分)分析图中m 点在温度降低过程中液相及固相的变化，

并在图中标出结晶路线。

③(6分)分析图中O 点在温度降低过程中液相及固相的变化，

并在图中标出结晶路线。

①P 点是包晶点，D C A L P +=+

E 点是共晶点，D C B L E ++=

②对于m 点

③对于O 点

()

O

O C D C A L P O O P C A L C L −→−−→−+=+−−−→−−−→−+→→21液相变化：液相变化：

四 计算题（共37分）

1（共10分）1540℃，CO －CO 2混合气体与钢液的平衡反应为：

[C] + CO 2 = 2CO ， Fe-C 系中，与2.10% C 平衡的混合气体分压比为2

2CO CO P P = 1510 ，维持C 含量不变，加入2%Si ，与Fe-C-Si 三元系平衡的气相分压比为2

2CO CO P P = 2260，计算Si 对C 的相互作用系数Si C e 。 解：[C] + CO 2 = 2CO ]

[212C CO CO a P P K ⋅= 钢液中的C 以1%溶液为标准态。

对于Fe-C 二元系： ][%1)(221''⋅'=C f P P K C

CO CO )('='C C C f f 对于Fe-C-Si 三元系：]

[%1222C f P P K C CO CO ⋅= Si C C C C f f f = ][%][%C C =' 所以，][%lg )lg(C e f f C C C C C C ==' C C

C C f f =')( 温度一定时，K 一定，即21K K =，即： ][%1)(22'⋅'C f P P C C CO CO =]

[%122C f f P P Si C C CO CO ⋅ ∴=Si C f 22CO CO P P /)(22'CO CO P P =1.4967 ∵][%lg Si e f Si C Si C = ∴0876.0]/[%lg ==Si f e Si

C Si C

2（10分）计算高炉中炉气的CO 2为16％的区域内，总压为126656.25Pa 时，石灰石分解的开始温度和沸腾温度。

已知： 2)()(3CO CaO CaCO s s += T G 19.144170577-=∆ο

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