铸造冶金原理试题2015.doc

铸造冶金原理试题1. 钢渣的主要氧化物是：FeO、CaO、SiO2，而高炉渣的主要氧化物为：Al2O3、CaO、SiO2。为什么？钢渣主要来源于铁水与废钢中所含元素氧化后形成的氧化物，金属炉料带入的杂质，加入的造渣剂如石灰石、萤石、硅石等，以及氧化剂、脱硫产物和被侵蚀的炉衬材料等。钢渣的主要成分是FeO、CaO、SiO2。高炉渣是冶炼生铁时从高炉中排出的废物，当炉温达到14001600时，炉料熔融，矿石中的脉石、焦炭中的灰分和助溶剂和其他不能进入生铁中的杂质形成以硅酸盐和铝酸盐为主浮在铁水上面的熔渣。高炉渣中主要成分为CaO、SiO2、Al2O3。2. 碱性炉渣炼钢时为什么不能用石英（SiO2）材料作炉衬？碱性炉渣的主要成分是碱性氧化物，碱性氧化物能提高渣中的O2-的活度，而石英（SiO2）为酸性氧化物，会降低渣中的O2-的活度。3. 在竖炉（如鼓风炉）冶炼过程中，炉渣的熔化温度直接决定了炉缸的最高温度。要提高冶炼温度，就必须调整炉渣成分，提高其熔化温度。为什么？因为对于熔化温度低的炉渣，增加燃料消耗量只能增大炉料的熔化量而不能进一步提高炉子的最高温度，因此，若要提高冶炼过程的最高温度，必须选择熔化温度适当的渣型。4. 熔渣的密度、粘度等物理性质对金属液与脉石成分的分离有着重要影响。为什么？因为熔渣的密度和粘度均和温度有关，温度升高，原子热运动能量增加，供给质点移动的活化能增加，熔渣的密度和粘度降低。5. 用氧化铝电解生产纯铝，为什么电解熔盐的主要成分却是Na3AlF6，而Al2O3只占3-7%？Na3AlF6作为助熔剂，以降低电解时氧化铝熔化的温度，从而达到“节能”的目的。碱度一定时，当A12O3含量37% (质量) 时，渣的粘度较小，熔化性温度低。题12图6. 由CaO和SiO2构成的高炉炉渣，CaO含量一般控制在35-50%，而有色金属冶炼中CaO含量一般低于15%。为什么？高炉冶炼所需熔化温度较高，而有色金属冶炼所需熔化温度较低，CaO含量增加能提高渣的熔化温度进而提高冶炼温度。7. 氧气顶吹转炉炼钢过程中应当怎样控制熔渣成分的变化。在氧气顶吹转炉炼钢过程的吹炼初期，铁水中的硅、锰、铁氧化，迅速形成含FeO很高的炉渣，为了吹炼过程中脱除铁水中的P和S，需要在造渣料中加入石灰，随着吹炼的进行，熔池温度升高，石灰逐渐溶解初期渣中，随着石灰量的加入，炉渣中会出现固相C2S，阻碍石灰块进一步溶解，为了加速石灰块溶解和造渣，必须采取适当的措施，快速增加FeO含量，促进石灰块加速造渣，减小熔渣黏度，有利于快速脱磷和脱硫。8. 熔渣中氧离子的活度能够表示熔渣的哪种化学性质？为什么不能代表熔渣的氧化性？熔渣中氧离子的活度能够表示熔渣的酸碱度，熔渣中氧离子的活度不能代表熔渣的氧化性，因为熔渣中碱性氧化物将离解为氧阴离子O2-和相应的金属阳离子Men+，即碱性氧化物向渣中提供自由O2-，而酸性氧化物则于渣中的O2-结合为复合阴离子，即酸性氧化物吸收渣中的自由O2-。因此不能代表熔渣的氧化性。9. 钢铁冶炼的熔渣以什么表示氧化性？为什么？熔渣中FeO的活度a(FeO)表示熔渣的氧化性。熔渣的各种氧化物（如CaO、MgO、MnO、FeO等）中，FeO的稳定性最差，即FeO的供氧可能性最大；只有FeO能在金属液（钢液）中溶解。 10. 何为熔渣？简述冶炼渣和精炼渣的主要作用。熔渣主要由冶金原料中的氧化物或冶金过程中生成的氧化物组成的熔体。冶炼渣：汇集炉料（矿石或精矿、燃料、熔剂等）中的全部脉石成分、灰分以及大部分杂质，从而使其与熔融的主要冶炼产物（金属、熔锍等）分离。精炼渣：捕集粗金属中杂质元素的氧化产物，使之与主金属分离。熔渣覆盖金属液表面，防止氧化和吸气。11. 在三元系的浓度三角形中画出下列熔体的组成点，并说明其变化规律。X：A 10%，B 70%，C 20%；Y：A 10%，B 20%，C 70%；Z：A 70%，B 20%，C 10%；若将3kg X熔体与2kg Y熔体和5kg Z熔体混合，试依据杠杆规则用作图法或计算法求出混合后熔体的组成点。变化规律：三种物质的百分比之和始终为100%。一种物质所占的比例不变，其他物质含量比例不变。P14，例2-112. 右图为CaO-SiO2二元相图，其中有哪些化合物？哪几个是有偏熔融化合物？哪几个是无偏熔融化合物？写出熔体冷却过程中各水平线对应的反应方程式。化合物：3CaOSiO2、2CaOSiO2、3CaO2SiO2、CaOSiO2有偏熔融化合物：3CaO2SiO2、3CaOSiO2无偏熔融化合物：2CaOSiO2、CaOSiO2题13图13. 右图为右图为CaO-SiO2- Al2O3三元相图的1400等温截面图局部。请问x、y、z点所代表的熔渣组成在1400时分别有些什么物相？各物相的质量百分比是多少？图中C代表CaO，A代表Al2O3，S代表SiO214. 根据CaO-SiO2-FeO三元系相图，指出下列组成（wt%）的熔体冷却时，首先析出什么物质？冷却结晶结束后的固态物相组成是什么？（1）CaO 15、FeO 25、SiO2 60；（2）CaO 10、FeO 55、SiO2 35；（3）CaO 60、FeO 10、SiO2 20。首先析出CaO组成：（1）2CaOSiO2，CaO，SiO2，FeO，CaOFeOSiO2，3CaOSiO2（2） CaOSiO2，CaO，SiO2，FeO，CaOFeOSiO2（3） 3CaOSiO2，CaO，SiO2，FeO，2CaOSiO2，CaOFeOSiO215. 某炉渣的成分为（wt %）FeO 13.3、MnO 5.1、CaO 38.2、MgO 14.7、SiO2 28.1、P2O5 0.6。1）请用1600C下FeO- CaO- SiO2三元系等活度图确定该熔渣中FeO的活度； P115，图5-9 25%2） 请用理想离子熔体模型计算1600C下渣中FeO的活度。 P72，例11500下CaO-A12O3-SiO2系的等粘度图1900下CaO-A12O3-SiO2系的等粘度图16. 试用CaO-A12O3-SiO2系熔渣的等粘度曲线图估计组成（wt%）为CaO 38.0、SiO2 38.39、A12O3 16.0、MgO 2.83的高炉渣在1500C时的粘度。如果将温度提高到1900C，此熔渣的粘度降低到多大?P8717. 实验测得组成（wt %）为：CaO 42.5、SiO2 42.5、MgO 9.5、A12O3 5.5的熔渣在不同温度下的粘度如下表。试求出粘度与温度的指数方程及粘流活化能。P103，例6t / C/ Pas 13001.6313501.3414001.0914500.9115000.7518.根据 CaO-A12O3-SiO2系熔渣的等粘度曲线图讨论碱度分别为0.2和1.0时，增大A12O3含量对熔渣粘度的影响，并解释其原因。碱度为0.2时，增大Al2O3含量，粘度下降，因为在碱性介质中Al2O3表现为碱性氧化物性质。碱度为0.1时，增大Al2O3含量，粘度升高，因为在碱性介质中Al2O3表现为酸性氧化物性质。19. 已知某炉渣的组成（wt %）为：CaO 20.78、SiO2 20.50、FeO 38.86、Fe2O3 4.98、MgO 10.51、MnO 2.51、P2O5 1.67。试用四种不同的碱度表达式计算该炉渣的碱度。P10420. 利用CaO-SiO2-A12O3系等活度曲线图求1600C时组成（wt %）为：CaO 26、SiO2 43、MgO 4、Al2O3 20、P2O5 7的熔渣中SiO2和Al2O3的活度。P11421. 已知某熔渣的组成（wt %）为：CaO 35、SiO2 20、FeO 20、Fe2O3 4、MgO 5、MnO 8、P2O5 8。试利用CaO-FeO-SiO2系等活度曲线图求1600C时渣中FeO的活度及活度系数。P116，5-1122. 什么是炼钢熔渣的全氧化铁量？为什么可以用全氧化铁量表示熔渣的氧化性？熔渣中铁的氧化物是以FeO和Fe2O3两种不同的形式存在的，他们之间存在如下的化学平衡：2（FeO）+1/2O2=(Fe2O3),在讨论熔渣的氧化性的时候，还应考虑熔渣中Fe2O3的贡献。通常将Fe2O3的含量折合为FeO的含量，得到熔渣中全氧化铁的含量，并以之表示熔渣的氧化性。熔渣中的Fe2O3能促使熔渣从炉气中吸收氧，并能向金属液中传递氧，从而保证熔渣的氧化作用，熔渣中Fe2O3的含量越高，其氧化性越强。23. 试根据氧势图分析分别在1000和1800将MgO还原成金属镁时，可供选择的还原剂。P1331000：Ca、C1800：Ca、Al、Li、C24. 试解释氧势图上Na2O、MgO的线上各转折点的原因。P133 发生相变25. 要在1600下CO2-CO混合气体中将铁氧化，试根据氧势图确定气相中CO2/CO的比值。P133 比值10-226. 氧势图中反应2CO + O2 = 2CO2的氧势线与2H2 + O2 = 2H2O的氧势线交于810，试分析当温度高于810、等于810，低于810时，在标准状态下反应H2O(g) + CO(g) = H2 (g)+ CO2(g)进行的方向。温度高于810生成CO的反应优先进行，低于810时生成CO2的反应优先进行，等于810时，等效平衡。27. 求碳的气化反应在温度1273K、总压为2105Pa时气相中CO的平衡浓度。P199公式 P200例题28. 根据氧势图估算在温度1273K下用CO+CO2混合气体将Fe2O3还原成Fe3O4时平衡气相的氧分压和CO/CO2比值。P133 氧分压10-5比值10-429. 向温度为1500，含碳量5. 1%wt的铁水中加入CaC2作炉外脱硫处理。试求脱硫后铁水的最低的含硫量。已知1500时石墨在铁水中溶解度为5.1%，同时已知CaC2(s)+S=CaS(s)+2C，G0=-352794+103.7T (Jmol-1)。C的标准态为石墨，S的标准态为符合享利定律的质量浓度1%的假想溶液。30. 含H为5PPm的钢液在含水蒸气1013Pa（0.01atm）的大气（O2体积含量为21%）中进行浇注，温度为1600，试问钢液是否吸收氢？已知：H2(g)=2Hppm, G0=72970-92.22T(8720-11.02T)；2H2(g)+O2(g)=2H2O (g)，G0=-493700+111.92T。31. 在1563至1750温度范围内，实验测定反应H2+O=H2O(g)的平衡常数与温度的关系为。已知 ，G0=-251793+58.28T(J)。求1600时氧溶于铁液的标准溶解自由焓。32. 熔炼铜基合金时用磷铜脱氧的理论依据是什么？为什么熔炼黄铜（Cu-Zn合金）时不需要加磷铜脱氧？脱氧第一阶段，磷蒸气与铜液中的Cu 2 O作用 5Cu 2 O2PP 2 O 5 10Cu ? 反应产物P 2 O5 的沸点为347，在铜液中以气泡形式上浮，上浮过程 中继续与Cu 2 O反应，进入脱氧第二阶段 Cu 2 OP 2 O 5 2CuPO 3 当Cu 2 O含量较高，磷蒸气逸出较慢时，磷也可能直接与Cu 2 O反应 6Cu 2 O2P2CuPO 3 +10Cu偏磷酸铜CuPO 3 的熔点低，密度比铜小，容易上浮至液面而被除去。熔炼黄铜不需要加磷铜脱氧， 因为Zn本身就有脱氧作用。33. 熔炼铜合金时可用SiO2作炉衬材料，而熔炼镁合金时却不能，为什么？在熔炼温度范围内，Al、Mg能被H2O、 CO或CO2氧化，熔炼Al、Mg、Ti及其合金时，如果用SiO2 作炉衬，则熔体将与耐火材料发生氧化还原反应，结果炉衬被侵蚀，金属受污染。34. 名词解释：（1）物质的标准生成自由焓（或标准生成吉布斯自由能）；（2）氧势；（3）分解压；（4）化学位；（5）活度；（6）炉渣碱度。物质的标准生成自由焓（或标准生成吉布斯自由