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 。2/12)()%SOSPC4、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： 00*)()(*/ HBRBBxHxBHR arrpKpa 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： 0*)(*(%)()*% 110/ BABxHABHBR rMpKpKpa （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：BAxHBxHpa10/)(%()%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：92454525 )(%)(%)( OCaPFePP fFeOKL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： 253432 243 2432)()(41570)()(COsFesOFeCt CseseFFtoo 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：iiRmm xSHln,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）或 ilCkgigpkj其中： ，llDggRT（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：43043 2.617934)(COrpaKTGrC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 ，则反应向Cr还原方向进行，达到去 C 保 Cr。0G（2）降低 ，可在 不变时，降低 ，达到去 C 保 Cr。COpr7、从氧势图上（ T0）可以得到哪些信息？答：（1） 的关系是直线，直线的斜率是氧化物生成反应熵的负值（-G） 。0反S1）当反应的 为负值时，直线的斜率为正，表明氧化物的稳定性随温度0反S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 为正值时，直线的斜率为负，表明氧化物的稳定性随温度0反升高而增大（或氧化物的氧势随温度升高而降低） 。3）当反应的 接近于零时，直线的斜率趋于零，表明氧化物的稳定性不0反S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/CO2 或 H2O/H2 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；（2） 在吹炼中期，随着钢水温度上升，钢水中的碳以极大的速度转移到点火区，供给的氧气几乎 100%消耗于脱碳，因此脱碳速度始终保持最高水平，几乎为定值；（3） 吹炼后期，脱碳反应继续进行，但随着钢水中含碳量的减少，脱碳速度也随着钢水中的碳含量减少不断降低。因此，整个脱碳过程中脱碳速度变化的曲线形成为台阶形。 各阶段的脱碳速度可以写出以下关系式：第一阶段： tkdC1第二阶段： 2t第三阶段： 3k其中：k 1决定于Si及熔池温度等因素的常数；t 吹炼时间；k2高速脱碳阶段由氧气流量所确定的常数； k3碳含量减低后，脱碳反应受碳的传质控制时，由氧流量、枪位等决定的常数。 三、计算题（四选二，共 20 分）1、试确定原始组成为 50%CO、20%O 2、30%CO 2 的混合气体燃烧后的气相组分的浓度。 （10 分）解：取 100m3 的混合气体为计算基础。该体系内的反应为：2CO+O 2=2CO2可知 CO 与 O2 反应的摩尔量比为 2：1。因此 20m3 的 O2 和 40m3 的 CO 反应，形成 40m3 的 CO2，而原始组成中 50m3CO 中，剩余 10m3CO，而氧气则全部反应。故平衡气相的总体积为：10m 3CO+70m3 CO2。因此，燃烧后的气相平衡成分为：CO=10/80×100%=12.5%CO2=70/80×100%=87.5%2、在 1540时，Fe-C 系内碳的溶解度为 5.2%，加入硅 2%后，碳的溶解度下降到 4.6%。求铁液内硅对碳的相互作用系数： 。 （10 分）SiCe解：铁液中碳的溶解反应为： 饱石 %C反应的平衡常数 。aK标准态相同时，FeC 系和 FeCSi 系的平衡常数应相等。即： %ffCSii13.64/2.5SiSiCf假定在 02%Si 浓度范围内， 成线性关系，可得：%lgSifiC21065.23.l%lgSififeiSiCSi3、在 1873K 时与纯氧化铁渣平衡的铁液的氧的质量分数为 0.211。与组分为（ CaO）=39.18% ，（MgO）=2.56%，（SiO2）=39.76%，（FeO ）=18.57%的熔渣平衡的铁液的氧的质量分数为 0.048%。试计算熔渣中 FeO 的活度及活度系数。 （10 分）解：氧在熔渣与铁液间的反应为：FeOe根据上述反应可知，氧以不同形式在铁液与熔渣间的分配常数为： FeOaL故得： e由题可知，对于纯氧化铁渣有： 21.0.FeOaL与熔渣平衡的铁液则有： 048.%Oa故： 27.1.FeL又 )(27.0)(.048)(%FeOxeOxrFeO其中 可根据 100g 熔渣组分的物质的量得出：)(x 63.07.9)(7.5618.392SinCan 2581042)( FeOMgO3.06.)()(8.1BBnxn故： 4.53.027FeOr4、高炉炉缸中硅的还原反应是： 。设炉缸内COSiSiOs22)()(， ， ，%C=4.0。kPaCO5.17097.2SiO1C已知： TGils 1.3760)( 01)()(2 ，Sl 25 2%)( 80CSie。1.0ie求：1500时生铁中平衡的硅含量。解：由题可知反应 的COSiSiOs22)()(TG35.9456100103 所以 60.23.24.8lgKCSiOipf20)/(%（1）20lg)/lg(llgSiOCOi pif 其中： %1.0428.% SiSiecfiCSii 将有关数据带入（1）式得： 097.lg)325.107lg(l.1.06.234 iiT整理后得： 394.lgSii解得平衡硅含量为：%Si=1.64