冶金原理试卷与答案

1、2 y2 yE D 2 2 2 2 2 2 0 0 级金理试 卷答2 y2 yE D 2 2 2 2 2 2 0 0 一 解下列名(共 分，每题 5 分)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。二元碱度：渣中的碱性氧化物 CaO 含与酸性氧化物 含之比为炉渣的二元碱度。二 简题共 分)(6 分写脱氧化脱磷反应的分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。 2 FeO ) 4(CaO ) (4 Fe 2 2 O2 2( PO34 Fe有利条件：中温，高碱度，高氧化亚铁。(6 分什是金属热还原？常用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

2、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：1 1 x 2 xM O Al Al O M O 3 3 2(6 分写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) A D式中： D 扩系数； 扩活化能； A 频率因； 温度； R 理气体常数。D当频率因子一定的条件下，D愈大，则D愈小，反之D愈小，则D愈大。由于：ln D ln E ln D D 所： DRT RT D越大，d ln Dd ln D值越大，

3、当温度升高时，D 随度升高而增大得多； E 越， 值小，当温度升高时， 随度升高而增大得少。(7 分H 还原 的过程包哪几个环节？限制性环节一般是什么？包括五个环节： 的扩散H 的扩散，界面化学反应H 的扩散H O 的扩散。限制性环节一般是： 的扩散和界面学反应。(6 分 什是反应度？对于形反应物，推导反应度 R 与径 的系（初始半径为 r 于立方体 反应物，推导反应度 R 与长 a 关系（初始边长为 a 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。0 0 2 2 3 20 0 2 2 3 2设密度为W 0R W0。对于球形反应物：4 W 3 33 r rr r r (

4、1 ) / 3对于立方体反应物： 0 3 (1 ) / 3(4 分冰、铅冰铜、镍冰铜、冰铜的主要成分是什么？冰铜的主体为 Cu S，其余为 FeS 及它 ；冰铜主体为 PbS，还含有 Cu S、FeS 及它 ；镍冰 铜（冰镍）为 Ni S ；冰为 CoS 等三 作题共 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：(6 分 点什么点？写出 发生的反应。E 点什么点？写出 E 点生的反应。(6 分分图中 m 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。(6 分分图中 点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。 点包晶点，E 点是共晶点，L C PL E对

5、于 m 点2 2 2 2 2 2 2 COCOCO2 2 2 2 2 2 2 2 COCOCO2 对于 O 点相化： O 相化： 四 计题（共 37 分（共 10 混气体与钢液的平衡反应为 + CO 2CO ， 系，与 2.10% C 平的混合气体压比为 COPCO= 1510 ，维持 含不变，加入 2%Si与 三元系平衡的气相分压比为 COPCO= 2260，计算 对 C 的相互作用系数 e 。C解：C 2COP K CO P CO C 钢液中的 以 1%液为标准态。对于 Fe-C 二元系：K 1 CO ) P fCO% f fCCC)对于 Fe-C-Si 三元系：K 2P 1CO P f

6、%C CO f fCCCfC% 所以， fCC) fCCCC% ( fCC)CC温度一定时K 一定即K 12，即：(P 1 1 ) = P f % f f C CO C CO C fC P 2 CO / ( )P CO fCC eC fC/% 0.0876（ 分）计算高中炉气的 ，石灰石分解的开始温度和沸腾温度。已知：3( s )CaO( )CO 170577 144.19TJ解：P 126656.25Pa 1.251.25 16% J J PJ J PJ CO3( s )CaO( )CO TJ 际等温方程为： ln J 当 实际 、 时，对应的温度为开始分解温度。 ln J 170577 1

7、44.19T 0.2 0K 当 际、 时，对应的温度为沸腾温度。 RT ln J 170577 144.19T ln1.25 0K 0 C10 分空向含 9%的不锈钢吹氧碳降到 0.02%液的温度不高于 1630。 计算所需要的真空度即 )。已知：解 4 O4( S )3Cr CO 617.22当T 1630 时 617.22 239804又： ln 所以：K 3.824 a P 4Cr CO a C （1PCO 4C a 3Cr （） Cr % Cr Cr（3lg fe j% j fCr0.9863（） f % C（5lg f j % j C f （6联立式（）式（6）得到：P atm （

8、分在均相核过程中，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V，单位表面吉布斯自由能为。计算：半径r；形成临界晶核所需能量 V。形成球体晶核时，吉布斯能变化为：4 33 V2式中，V单位体积晶核的吉布斯能变化；单位表面的表面吉布斯能。令：drr2冶金反应工程学复习题一、填空题金产中 变形结过等程 ） 中进行，其热力学、动力学规律都符合（ ）理论研究成果。、冶金反应工程学是（ ）研究工业装置（反应器）中的（ 明确其对冶金反应过程的影响及其规律的科学运用解析手段分析所提出的数学模型 改进（ ）能、提高（ 高（ ）提供保证中观的技术科学。金反应工程学 究对象 目的确冶 ） 和各（ 的

9、础上研金属提炼过程中伴随的各传递规并二者密切结合 起来形成自己独特的学科体系。、微观动力学研究的主要内容是研究机理和预测速度。反应速度的预测是通过测定应的 ）求反应活能 E4给出反应速度表达式来实现的。 、冶金宏观动力学目的为1弄清化学反应本身的规律（热力学、动学清验 体系内物质的（ ）律3用（ ）衡关系联立求解1之 间的相互联系。、在实际反应中，反应速度受到压力、温度、物质的浓度、催化剂 ） 等因素影响，当温度、压力一定时，反应速度决定于（ ）和催化剂的素影响。 、在实际冶金过程的均相反应中，通常使用的反应器有（ ） 和（ ）四种基本型式。 、留时间分布可用应答技术中的（ ）（ ）测定；前者

10、测定的是停留时间 （ 者定的是停留间（ 、料混合分为（ ）（ ）的混合，后者是微元体之间均匀混合为一体， 并达到（ ）均匀；其形成原因为湍动、湍旋的分割加（ 10冶金反应过程中的数学模型有（ ）和（ ）模型三种。、用（ ）可直接检测出停留间分布（ （ ）直接检测出停留 时间（ t t in 12一级反应的混合早晚对反应结果（ ）响；二反应的混合早晚对反应结果（ ） 影响。13冶金过程中流体/流体之间的传质模型要用（ ）理论 ） ） 论和（ ）理论来描述。14铜镍闪速熔炼炉炉身部分属于非等温（ ）应器；炼铁高炉炉身部 分属于非等温逆流（ ）应器；炼钢用转炉、电炉熔池部分属于（ ） （ ）应器。1

11、5在炉/属脱除杂质元素的液/液相冶金反应装置中，有）间歇式持续接触炉 渣通过金属层的移动接触金属连续通过炉渣层的移动接触和d）炉/属逆流移动 接触等四种典型接触方式的理论模型据该类模型的理论计算结果四种典型接触方式 的杂质元素脱除率从大到小的排序为（ 二、名词解释、 间反应器及其点、 活流反应器的点、 全流反应器的特点、停留时间、固定床反应器的优缺点、移动床反应器的优点及其应用范、流化床反应器的特点、两相以上复杂冶金反应装置的特点、高温炉渣/属液液相反应的动力学特点、解释以下各反应器中无因次量的物理意义（含义）流体固体反应的逆流式移动床反应器：C ) / (CA A 0 / Lr / r ,c

12、 pA ) k u r p) D L r 2e bM u (C ) / 3G A 0 B ) (1K ) / u r r p）浸入式喷粉精炼反应器x / L s m y / mm / v p s in p in2 2 p 2 2 2 2 p 2 2 p 石 墨A AA t t s in / V t e 三、论述题1、阐述冶反应工程学的解析步骤2、试述反器中三传过程的各种物理量的衡算通式。3、试描述解反应器的最佳性能指标和操作条件时必须考虑的内容。4、试写出学反应速度式的确定的步骤。5、简述流固体反应的特点。6、试描述应器类型的选择原则（从理想反应器特性与化学反应机理上考虑 7试叙述活塞流反应器

13、的空时与停留时间之间的关系。8试论述把冶金过程变为数学模型的必备知识和步骤。9试论述精炼过程中炉渣/金属之间的化学反应动力学特点。10试描述流化床反应器的形成过程。、试描述钢液循环流量模型的建模条件及其示意图。四、计算题定量描流固体之间未反应收缩核模型的传质和化学反应过程数学模型。对流体多孔固体中扩散时、在以下 3 种况计算多孔介质中的散系数。）当固体的孔径远远大于 A 分的平均自由程（/2r10-3）时；）当 A 分的平均自由程远远大于固体的孔径（/2r）；）当 A 分的平均自由程几乎等于固体的孔径（/2r1时。表述活流反应器中均相反应时、反应率随时间的变化的数学模型。表述活流反应器中恒容体

14、系反应时、反应率随时间的变化的数学模型。表述全流反应器在恒容反应条件下、物料浓度随时间的变化的数学模型。一种方矿FeO）球体，直径为 2cm，用 H 流在 400时还原。如果 H 流线速度为 50cm/sec，试计算其传质系数。假设条件为，该气体以氢气主， g/cm，氢气与水蒸气的二元扩散系数为 3.46 cm/sec, -5g/cm。球形石颗 ， 900、10%O 的止气氛中燃烧，总压力为 101.325Kpa,应是 C+O =CO 的一级不可逆化学反计算完全反应时间判断反应控制环节重复计算当 r 的情况。已知条件： =/cm3，k=20cm/sec，17 用 间 反 应 器 进 行 等 温 定 反 应 ， 其 反 应 动 力 学 方 程 为 r 2 C =0.005Kmol/L.， K=/kmolminkmol/Lmin ，）求转化率为 ，0.9 时需的反应时间。）当转化率为 0.8 时日处理量为 20.4kmol,批操作的非生产时间为 1.5hr,计算反应 器的体积（设反应器装料系数为 J2P 中物系体积随转化率线性增加，当反应体系中加入0%惰性气体后，试计算该体