《冶金原理》课程试题(B卷)答案

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一解释下列名词(共10分，每题5分)

①抱负溶液：在一定温度下，溶液中全部组元都听从拉乌尔定律，称为抱负溶液。

②二元碱度：渣中的碱性氧化物CaO含量与酸性氧化物SiO2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举行的热力学条件。][5)4()(4)(5][252FeOPCaOCaOFeOP+?=++

][5)(2)(8)(5][23422FePOOFeP+=++--+

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？常用的金属热还原办法有哪些？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办法，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：

MyxOAlAlOMyyx+=+3231311222SiOMyxSiOMyyx+=+

③(6分)写出蔓延系数与温度的关系式，说明其中每个符号的意义，研究活化能的大小对蔓延系数随温度变化的影响关系。

温度对于蔓延系数影响的关系式就是阿累尼乌斯关系式，即：)

RTED

eAD-?=

式中：D?蔓延系数；DE?蔓延活化能；A?频率因子；T?温度；R?抱负气体常数。

当频率因子一定的条件下，DE愈大，则D愈小，反之DE愈小，则D愈大。

因为：RTEADD-=lnln所以：2lnRT

EdTDdD

=DE越大，

dTDdln值越大，当温度上升时，D随温度上升而增大得多；DE越小，dT

Ddln值越小，当温度上升时，D随温度上升而增大得少。

④(7分)H2还原FeO的过程包括哪几个环节？限制性环节普通是什么？

包括五个环节：H2的外蔓延，H2的内蔓延，界面化学反应，H2O的内蔓延，H2O的外蔓延。

限制性环节普通是：H2的内蔓延和界面化学反应。

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r0）；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a0）。

已反应了的物质分量占原始分量的百分数，称为反应度，普通用R表示。

0WWWR-=设密度为ρ。对于球形反应物：ρπρπ33003434rWrW==

；30

3

30rrrR-=3/10)1(Rrr-=对于立方体反应物：

ρρ3300aWaW==；

30

3

30aaaR-=3/10)1(Raa-=

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Cu2S，其余为FeS及其它MeS；铅冰铜主体为PbS，还含有Cu2S、FeS及其它MeS；镍冰铜（冰镍）为Ni3S2﹒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，DCALP+=+

E点是共晶点，DCBLE++=

②对于m点

③对于O点

()

O

OCDCALPOOPCALCL?→??→?+=+???→???→?+→→21液相变化：液相变化：

四计算题（共37分）

1（共10分）1540℃，CO－CO2混合气体与钢液的平衡反应为：

[C]+CO2=2CO，Fe-C系中，与2.10%C平衡的混合气体分压比为2

2COCOPP=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

2COCOPP=2260，计算Si对C的互相作用系数SiCe。解：[C]+CO2=2CO]

[212CCOCOaPPK?=钢液中的C以1%溶液为标准态。

对于Fe-C二元系：][%1)(221''?'=CfPPKC

COCO)('='CCCff对于Fe-C-Si三元系：]

[%1222CfPPKCCOCO?=SiCCCCfff=][%][%CC='所以，][%lg)lg(CeffCCCCCC=='CC

CCff=')(温度一定时，K一定，即21KK=，即：][%1)(22'?'CfPPCCCOCO=]

[%122CffPPSiCCCOCO?∴=SiCf22COCOPP/)(22'COCOPP=1.4967∵][%lgSiefSiCSiC=∴0876.0]/[%lg==SifeSi

CSiC

2（10分）计算高炉中炉气的CO2为16％的区域内，总压为126656.25Pa时，石灰石分解的开头温度和沸腾温度。

已知：2)()(3COCaOCaCOss+=TG19.144170577-=?ο

J

解：atmPaP25.125.126656==atm

PCO2.0%1625.12=?=2)()(3COCaOCaCOss+=TG19.144170577-=?οJ

()实际2

COPJ=等温方程为：JRTGJRTGGlnln0+?=+?=?ο

当()atmPJCO2.02==实际、0=?G时，对应的温度为开头分解温度。

02.0ln19.144170577ln=+-=+?=?RTTJRTGGο

CKT08101083==开头

当()atmPJCO25.12==实际、0=?G时，对应的温度为沸腾温度。

025.1ln19.144170577ln=+-=+?=?RTTJRTGGο

CKT09251198==开头

3（10分）在真空中向含Cr18%、Ni9%的不锈钢吹氧，使含碳量降低到0.02%，而钢液的温度不高于1630℃。计算所需要的真空度(即PCO)。已知：解：COCrOCrCS4][3][4)(43+=+TG22.617934706-=?ο

当KT19032731630=+=时

239804190322.617934706-=?-=?οG

又：KRTGln-=?ο

所以：6

10824.3?=K（1）

4][43][CCOCraPaK=

41

3][4][???

???=CrCCOaKaP（2）][%][CrfaCrCr=（3）

0059

9.0][%lg-==∑jefjCrCr9863.0=Crf（4）][%][CfaCC=（5）

3212.0][%lg-==∑jefjCC4773

.0=Cf（6）

联立式（1）～式（6）得到：PaatmPCO49450488.0==

4（7分）在均相形核过程中，假设形成的半径为r的球体，形成单位体积晶核的吉布斯自由能为VG?，

单位表面吉布斯自由能为σ。计算：①半径*

r；②形成临界晶核所需能量*?VG。形成球体晶核时，吉布斯能变化为：

σππ2