2025年冶金专业测试题及答案

2025年冶金专业测试题及答案一、单项选择题（每题2分，共30分）1.某冶金反应的吉布斯自由能变化ΔG=-RTlnKp+ΔG°，当体系总压由1atm增至2atm时，若反应前后气体分子数不变，则平衡常数Kp将（）A.增大B.减小C.不变D.先增后减2.金属熔体中某元素的活度系数γ=0.8，浓度x=0.1（摩尔分数），则其活度a为（）A.0.08B.0.1C.0.8D.1.253.高炉炼铁中，间接还原（FeO+CO→Fe+CO₂）与直接还原（FeO+C→Fe+CO）的主要区别在于（）A.反应温度B.还原剂类型C.产物中CO₂比例D.反应可逆性4.转炉炼钢脱磷反应（2[P]+5(FeO)+4(CaO)→(4CaO·P₂O₅)+5[Fe]）的有利条件是（）A.高温、高碱度、低氧化性B.低温、高碱度、高氧化性C.高温、低碱度、高氧化性D.低温、低碱度、低氧化性5.铝电解过程中，若电解质分子比（NaF/AlF₃摩尔比）由2.8降至2.4，会导致（）A.电解质初晶温度升高B.氧化铝溶解度增加C.阳极过电压降低D.电流效率下降6.铜锍吹炼第一阶段（造渣期）的主要反应是（）A.FeS+O₂→FeO+SO₂B.Cu₂S+O₂→Cu₂O+SO₂C.FeO+SiO₂→2FeO·SiO₂D.Cu₂O+Cu₂S→6Cu+SO₂7.真空冶金常用于处理易挥发金属或去除杂质，其核心原理是（）A.降低体系分压，促进反应向提供气体方向进行B.提高温度，加速扩散C.减少氧化损失D.增强熔体流动性8.连铸过程中，结晶器保护渣的主要作用不包括（）A.绝热保温B.润滑坯壳C.吸收夹杂物D.调节拉速9.钛冶金中，Kroll法制备海绵钛的关键反应是（）A.TiO₂+C→TiC+COB.TiCl₄+Mg→Ti+MgCl₂C.Ti+O₂→TiO₂D.TiN→Ti+N₂10.钢的时效强化主要通过（）实现A.位错增殖B.析出第二相粒子C.固溶原子钉扎位错D.晶粒细化11.某炼铁厂高炉煤气成分为CO23%、CO₂18%、N₂59%（体积分数），则CO利用率ηCO为（）A.44.0%B.49.3%C.55.0%D.61.5%12.电弧炉炼钢中，泡沫渣的形成主要依赖（）A.熔池碳氧反应提供COB.炉渣中FeO含量降低C.渣层厚度减薄D.电极功率降低13.镁合金熔炼时，通常加入SF₆气体保护，其主要目的是（）A.细化晶粒B.防止镁氧化燃烧C.提高熔体流动性D.增加合金强度14.海绵铁（直接还原铁）的典型金属化率（金属铁占总铁的质量分数）应不低于（）A.70%B.85%C.92%D.98%15.冶金动力学中，若反应速率由界面化学反应控制，其特征是（）A.速率随温度升高显著增加B.速率与反应物浓度无关C.速率受扩散层厚度影响大D.表观活化能较低二、填空题（每空1分，共20分）1.冶金熔体的黏度主要受温度、成分和__________影响，炉渣中MgO含量增加通常会__________（填“提高”或“降低”）黏度。2.高炉炼铁中，焦炭的作用包括提供热量、作为还原剂和__________。3.转炉炼钢的主要热源是铁水的物理热和__________。4.铝电解槽的阴极材料通常为__________，阳极材料为__________。5.铜火法精炼的主要目的是去除__________、铅、锌等杂质，最终得到阳极铜。6.钢的热处理工艺中，奥氏体化温度需高于__________线（用符号表示）。7.真空感应熔炼（VIM）适用于熔炼__________合金（如镍基高温合金），其优点是减少__________污染。8.红土镍矿火法冶炼的主要流程包括干燥、焙烧、__________和__________。9.连铸坯常见缺陷有表面裂纹、内部偏析和__________。10.钛合金β热处理的目的是通过控制β相的分解，获得__________组织以提高强韧性。11.冶金热力学中，标准状态下纯物质的活度定义为__________。12.铅鼓风炉还原熔炼时，炉料中的ZnO易与SiO₂结合提供__________，导致炉渣黏度升高。三、简答题（每题8分，共40分）1.简述熔渣碱度对炼钢脱磷和脱硫的影响差异，并说明原因。2.比较高炉炼铁中“高碱度烧结矿+酸性球团矿”与“自熔性烧结矿”两种炉料结构的优缺点。3.解释铝电解过程中“阳极效应”的现象、产生原因及控制措施。4.说明不锈钢冶炼中“返回吹氧法”（返回法）的工艺原理及适用场景。5.分析冶金过程中“成分过冷”对铸锭组织的影响，并列举两种抑制成分过冷的措施。四、计算题（每题10分，共30分）1.某高炉日产生铁4500t，铁水成分：C4.5%、Si0.6%、Mn0.3%、P0.12%（质量分数），其余为Fe。若入炉铁矿石的铁品位为62%（以FeO·Fe₂O₃形式存在），计算每日需加入的铁矿石量（假设铁回收率为98%，忽略其他铁损失）。2.某转炉炼钢终点钢水成分：C0.05%、O0.06%（质量分数），需加入硅铁（Si75%）进行脱氧。已知脱氧反应2[Si]+5[O]→(SiO₂)，平衡常数K=1.2×10¹⁰（以质量百分数为浓度单位），计算每吨钢水需加入的硅铁量（假设硅的收得率为85%，忽略其他元素影响）。3.某铜锍成分：Cu45%、Fe25%、S28%（质量分数），进行吹炼造渣期反应（FeS+1.5O₂→FeO+SO₂，FeO+0.5SiO₂→FeO·0.5SiO₂）。若每千克铜锍需形成含FeO·0.5SiO₂90%的炉渣（其余为杂质），计算每千克铜锍的氧气消耗量（标准状况下，O₂密度1.429kg/m³）。五、综合分析题（每题15分，共30分）1.针对电炉炼钢过程中“钢液增氮”问题，分析其可能的来源（至少3种），并提出3项控制措施（需结合热力学或动力学原理）。2.近年来，氢基直接还原炼铁（HDRI）因低碳特性受到关注。对比传统煤基直接还原（MDRI），分析HDRI在反应热力学、动力学及产物质量方面的优势，并讨论其工业应用的主要挑战。答案一、单项选择题1.C2.A3.B4.B5.D6.A7.A8.D9.B10.C11.A12.A13.B14.C15.A二、填空题1.结构（或“组成结构”）；降低2.料柱骨架3.元素氧化放热4.炭素材料；预焙阳极（或“石墨阳极”）5.硫（或“S”）6.Ac37.活性；气体（或“N₂、O₂”）8.还原焙烧；电炉熔炼9.缩孔（或“气孔”）10.片层状（或“魏氏组织”）11.112.硅酸锌（或“ZnO·SiO₂”）三、简答题1.熔渣碱度（R=CaO/SiO₂）对脱磷和脱硫的影响差异：-脱磷：高碱度有利。因脱磷反应提供4CaO·P₂O₅，需CaO提供O²⁻与P₂O₅结合成稳定磷酸盐，高碱度增加O²⁻浓度。-脱硫：中高碱度有利但非越高越好。脱硫反应[FeS]+(CaO)→(CaS)+(FeO)，需CaO提供O²⁻置换S²⁻，但过高碱度会使炉渣黏度增加，阻碍硫扩散；同时需一定FeO维持渣流动性。2.两种炉料结构对比：-高碱度烧结矿+酸性球团矿：优点是碱度调节灵活，烧结矿提供CaO，球团矿补充SiO₂，综合炉渣碱度合理；还原性好（球团矿气孔率高），利于降低焦比。缺点是需两种炉料配合，生产管理复杂。-自熔性烧结矿：优点是单一炉料，简化配料；炉渣碱度稳定。缺点是烧结矿还原性较差（高碱度导致结构致密），且碱度调整范围小，难以适应不同矿石条件。3.阳极效应现象：电解槽电压突然升高（由4-5V升至30-50V），阳极周围出现蓝紫色火焰，电解质沸腾停止。原因：电解质中Al₂O₃浓度过低（<1-2%），阳极表面被气体（CF₄、C₂F₆）膜覆盖，阻碍电子传递，导致极化电压升高。控制措施：及时添加Al₂O₃；适当提高电解质分子比（增加AlF₃含量）降低阳极气体吸附；采用智能加料系统稳定Al₂O₃浓度。4.返回吹氧法原理：利用不锈钢废钢（返回料）作为主要炉料（占比50-80%），加入部分生铁或铬铁，吹氧脱碳。因废钢中含Cr，脱碳时需控制温度（1600-1700℃）和氧分压，利用“选择性氧化”（C比Cr优先氧化），同时加入Si-Fe还原渣中Cr₂O₃，实现保铬脱碳。适用场景：不锈钢废钢资源丰富时（降低成本）；生产低碳或超低碳不锈钢（需配合VOD精炼）。5.成分过冷对铸锭组织的影响：成分过冷度较小时，形成胞状晶；过冷度增大，形成树枝晶；过冷度很大时，可能形成等轴晶。抑制措施：①提高浇注温度（减小固液界面前沿温度梯度）；②增加熔体搅拌（促进溶质扩散，减小成分过冷区）；③添加形核剂（增加形核率，细化晶粒）。四、计算题1.铁水含铁量=100%-(4.5%+0.6%+0.3%+0.12%)=94.48%每日铁水含Fe量=4500t×94.48%=4251.6t铁矿石中铁含量（以FeO·Fe₂O₃计，分子量231.5，Fe含量=3×55.85/231.5≈72.36%）需铁矿石量=4251.6t/(62%×98%)≈7023.5t2.脱氧反应平衡式：K=[Si]²[O]⁵/(aSiO₂)，假设aSiO₂=1（纯渣），则[Si]²[O]⁵=1/K=8.33×10⁻¹¹已知[O]=0.06%，代入得[Si]²=(8.33×10⁻¹¹)/(0.06⁵)=8.33×10⁻¹¹/(7.776×10⁻⁷)=1.07×10⁻⁴，故[Si]=0.0103%需加入Si量=1000kg×(0.0103%-初始Si含量，假设初始为0)=0.103kg硅铁加入量=0.103kg/(75%×85%)≈0.162kg3.1kg铜锍含Fe=0.25kg，FeS中Fe的摩尔数=0.25kg/55.85kg/kmol≈4.476kmolFeS→FeO需O₂=1.5×4.476=6.714kmol，对应O₂质量=6.714×32=214.85kg形成FeO·0.5SiO₂需SiO₂=0.5×4.476=2.238kmol，质量=2.238×60=134.3kg炉渣质量=(FeO质量+SiO₂质量)/90%=(4.476×71.85+134.3)/0.9≈(321.0+134.3)/0.9≈505.9kg氧气消耗量=214.85kg，体积=214.85kg/1.429kg/m³≈150.3m³五、综合分析题1.电炉钢液增氮来源及控制：来源：①大气中N₂溶解（电弧区高温促进N₂分解为N原子）；②炉料带入（废钢表面油污含氮化合物，铁合金如Mn-Fe含氮）；③造渣剂（石灰、白云石吸附空气中N₂）。控制措施：①采用泡沫渣埋弧操作（覆盖电弧，减少N₂与钢液接触）；②使用低氮炉料（废钢预处理除油，选用低氮铁合金）；③吹氩搅拌（促进钢液中N原子脱附，动力学上降低氮溶解度）；④控制炉内气氛（加入C粉或吹CO₂，形成还原性气氛抑制N₂溶解，热力学上降低N的活度）。2.氢基直接还原（HDRI）与煤基直接还原（MDRI）对比：优势：-