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冶金物理化学答案

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  • 卖家[上传人]:壹****1
  • 文档编号:29281871
  • 上传时间:2018-01-23
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    • 1、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 )(%)(

      2、%)( 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

      3、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

      4、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

      5、 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=10/80100%=12.5%CO2=70/80100%=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

      6、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

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