2008年钢铁冶金II本科考试A卷答案-北京科技大学

2008年北京科技大学金属学答案一．简述（6分/小题,共60分）1.扩散第一定律：菲克第一定律表明，只要材料中有浓度梯度，扩散就会由高浓度区向低浓度区进行，而且扩散通量与浓度梯度成正比J=-Ddc/dx2.位错：是晶体内的一种线缺陷，其特点是沿一条线方向原子有规律的发生错排，这种缺陷用一线方向和一个柏氏矢量共同描述。

3.二次再结晶：在结晶结束后正常长大被抑制而发生的少数晶类异常长大的现象4.晶体结构与空间点阵：晶体结构是晶体中原子，分子或离子等微观粒子的具体排列方式或聚集状态，排列方式不同即具有不同的晶体结构5.二级相变：若相变的时候两相的化学位相等，一次偏微商相等，但是二次偏微商不等，这样的相变称为二级相变6.孪生：晶体受力后，以产生孪晶的方式进行的切变过程7.成分过冷：合金凝固时由于液固界面前沿溶质浓度分布不均，使其实际温度低于理论熔点而所造成的一种特殊过冷现象8.对多层错：实际晶体结构中，原子面的正常堆垛顺序经常由于某种原因出现错误排列，这种原子错排区称为堆垛层错9.液固界面微观结构：10.临界分切应力：滑移系开动时所需的最小分切应力，它是一个定值，与材料的性质有关，与外力取向无关二．叙述相平衡，相平衡条件和相律概念答：相平衡：在指定的温度和压力下，若多相体系的各项中每一组元的浓度均不随时间而变，则体系达到相平衡。

相平衡条件：在无化学反应时，每一组元各自在各相中的化学位处处相等。

相律：判别相平衡的一个定律，在平衡条件下，系统的自由度数，组元数，和平衡相数之间的关系式，f=k-p 2三．分别画出点阵常数为a，具有A2晶体结构纯金属的八面体间隙、四面体间隙位置及（110）晶面原子的排列情况。

A2是指体心立方晶体（在宋维锡《金属学》27页表2-3中有备注）答案参考李见编著的《材料科学基础》第96页图3-24，97页图3-25四．（1）B图是Ⅱ，C图是Ⅰ（2）参考哈工大出版的《材料科学基础教程习题及解答》第71页4.6五．组织为退火孪晶，参考《金属学》214页第二自然段六．参考哈工大出版的《材料科学基础教程》127页（单晶曲线特点）131页图6-25（多晶曲线特点）七．《金属学》121页。

装 订 线 内 不 得 答 题自觉遵 守考 试 规 则，诚 信 考 试，绝 不作 弊（2）简单氧化物分子与复杂氧化物分子在高温时存在化学反应平衡，平衡时简单氧化物分子摩尔分数就是该氧化物的活度。

4.试写出正规溶液定义。

解：正规溶液定义：过剩混合热不为零（Δmix H m E ≠0），过剩混合熵为零的溶液(Δmix S m E＝0）叫做正规溶液。

5.试写出硫容量的一种表达式。

解：当气相分压小于0.1Pa 时，硫以硫化物的形式存在。

硫化物容量表示为：⎪⎪⎭⎫⎝⎛⋅⋅=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅=--∑2222)32()(2/1%S O S O S a n K p p S w C γθ 当体系的气相分压大于0.1Pa 时，渣中硫以硫酸盐形式存在，定义硫酸盐的容量为：2/12/3%22)(⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=θθp p p p S w C S O S6.简述有效边界层的定义。

答：当流体速度为u b 的粘性流体绕固体表面流动时，由于表面的摩擦作用在固体表面附近会形成具有很大速度梯度的区域。

在固体表面上流体速度u x 为零，而在距固体表面一小距离处，流体速度就等于99%的流体本体速度u b 。

这个区域叫速度边界层，距固体表面这一距离称为速度边界层厚度δu 。

当含某一组元A 浓度为C b 的流体绕固体表面流动时，如果由于流体与固体表面含组元A 的浓度不同，则会在固体垂直方向建立起浓度梯度。

在固体表面上组元A 的浓度为C s ，而在距固体表面一小距离处，组元A 的浓度就降到99%的流体本体浓度C b 。

这个区域叫浓度边界层，距固体表面这一距离称为浓度边界层厚度δc 。

为了数学上的处理方便，将分子扩散（D ）和湍流传质（ED ）折算成稳态的分子扩散，为此由浓度为C s 的固体表面点作浓度曲线的切线，使之与本体浓度C b 的延长线相交于一点，过这点作一平行于固体表面的平面，该平面与固体表面之间的区域称为有效边界层，其厚度用δc ′表示。

且反应 级数 与反应物的 计量系数 相等，这样的反应称为基元反应。

7.气体分子在 分子（或范得华）引力 的作用下被吸附到固体或液体的表面上称为物理吸附；在 化学键力 的作用下被吸附到固体或液体的表面上，称为化学吸附。

三、分析题（共2题，每题12分，共24分）1．请写出图1中各条曲线所代表的反应，各区域稳定存在的氧化物，利用热力学原理分析各氧化物稳定存在的原因。

2. 钢液中[C]和[Cr]之间存在化学反应：344[C](Cr O )3[Cr]4CO +=+，试用热力学原理分析有利于实现去碳保铬的热力学条件。

图1四、计算题（共3题，每题12分，共36分）1. 测得温度1873K 还原渣及GCrl5钢的表面张力分别为及1-⋅m N ，两者的接触角 38=α。

试求钢--渣的界面张力，并确定此种还原渣能否在钢液中乳化? 解：305.138cos 45.063.1245.063.1cos202222=⨯⨯⨯-+=-+=s m s m ms σσσσσ 铺展系数：125.0305.145.063.1-=--=--=ms s m S σσσ 铺展系数小于0，说明此熔渣不易在钢渣中乳化。

2.在用CO 还原铁矿石的反应中，l173K 的速率常数12110987.2--⨯=s k ，1273K 的速率常数12210623.5--⨯=s k 试求：(1)反应的活化能；(2)1673K 的速率常数k 值；(3)1673K 的可逆反应的速率常数：)11(0Kk ++。

反应为()2CO FeO CO s FeO +=+； T G mr 26.24228000+-=∆ 1-⋅mol J 解：（1）由⎪⎭⎫ ⎝⎛-=RT E k k a exp 0 可得： ⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯-=⨯-1173314.8exp 10978.202a E k⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯-=⨯-1273314.8exp 10623.502a E k 先对上两式取对数，而后在相减，可得：⎪⎭⎫ ⎝⎛--=⨯⨯--1273111731147.1910623.510978.2lg 22a E12278923127311173110623.510978.2lg 147.19---⋅=-⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯-=mol J E a（2）1673K 下的k774.01673112731147.197892310623.5lg2-=⎪⎭⎫ ⎝⎛--=⨯-k 48.0774.010623.5lg lg 2-=+⨯=-k所以 1331.0-=s k（3）1673K 的可逆反应的速率常数：)11(0K k ++ 331.0==+k k00ln K RT G M r -=∆555.0147.1926.241673147.1922800lg 0-=-⨯=K ,278.00=K所以：1052.1278.011331.0)11(-+=⎪⎭⎫ ⎝⎛+⨯=+s K k 3.求下列反应的0m r G ∆及温度为1273K 时反应的平衡常数。

钢铁冶金技术考试题库答案一、选择题1. 钢铁冶炼中，以下哪种元素是钢中的主要合金元素？A. 碳B. 硅C. 锰D. 铁答案：A2. 炼钢过程中，转炉炼钢主要使用的还原剂是什么？A. 焦炭B. 氧气C. 氢气D. 一氧化碳答案：B3. 钢铁材料的强度和硬度主要取决于什么？A. 碳含量B. 硅含量C. 锰含量D. 硫含量答案：A4. 钢铁材料的韧性和塑性主要取决于什么？A. 碳含量B. 硅含量C. 锰含量D. 磷含量答案：C5. 以下哪种工艺是钢铁冶炼中常用的脱硫方法？A. 空气吹炼B. 氧气吹炼C. 电炉炼钢D. 转炉炼钢答案：B二、填空题6. 钢铁材料中，碳含量的增加会导致材料的_________增加，但同时会降低材料的_________。

答案：硬度；韧性7. 钢铁冶炼过程中，铁矿石中的铁元素主要以_________的形式存在。

答案：氧化物8. 钢铁材料的热处理方法包括淬火、回火、_________等。

答案：正火9. 钢铁材料的焊接性与其_________含量有关。

答案：碳10. 钢铁材料的腐蚀性与其_________含量有关。

答案：硫三、判断题11. 钢铁材料的耐腐蚀性与其碳含量成正比。

（）答案：错误12. 转炉炼钢是一种利用氧气进行吹炼的工艺。

（）答案：正确13. 钢铁材料的焊接性与其硫含量成反比。

（）答案：正确14. 钢铁材料的强度和硬度只与碳含量有关。

（）答案：错误15. 钢铁材料的韧性和塑性只与锰含量有关。

（）答案：错误四、简答题16. 简述钢铁冶炼中的脱碳过程。

答案：脱碳过程是钢铁冶炼中将铁水中的碳含量降低到一定范围内的过程。

通常通过吹入氧气，使铁水中的碳与氧气反应生成CO和CO2气体，从而实现脱碳。

17. 描述钢铁材料的热处理工艺对材料性能的影响。

答案：热处理工艺包括淬火、回火、正火等，通过改变材料的微观结构来改善其宏观性能。

淬火可以提高材料的硬度和强度，但会降低韧性；回火可以降低淬火后的硬度，提高韧性和塑性；正火可以改善材料的塑性和韧性，降低硬度。

炼铁知识点复习第一章概论1、试述3种钢铁生产工艺的特点。

答：钢铁冶金的任务：把铁矿石炼成合格的钢。

工艺流程：①还原熔化过程（炼铁）：铁矿石→去脉石、杂质和氧→铁；②氧化精炼过程（炼钢）：铁→精炼（脱C、Si、P等）→钢。

高炉炼铁工艺流程：对原料要求高，面临能源和环保等挑战，但产量高，目前来说仍占有优势，在钢铁联合企业中发挥这重大作用。

直接还原和熔融还原炼铁工艺流程：适应性大，但生产规模小、产量低，而且很多技术问题还有待解决和完善。

2、简述高炉冶炼过程的特点及三大主要过程。

答：特点：①在逆流（炉料下降及煤气上升）过程中，完成复杂的物理化学反应；②在投入（装料）及产出（铁、渣、煤气）之外，无法直接观察炉内反应过程，只能凭借仪器仪表简介观察；③维持高炉顺行（保证煤气流合理分布及炉料均匀下降）是冶炼过程的关键。

三大过程：①还原过程：实现矿石中金属元素（主要是铁）和氧元素的化学分离；②造渣过程：实现已还原的金属与脉石的熔融态机械分离；③传热及渣铁反应过程：实现成分与温度均合格的液态铁水。

3、画出高炉本体图，并在其图上标明四大系统。

答：煤气系统、上料系统、渣铁系统、送风系统。

4、归纳高炉炼铁对铁矿石的质量要求。

答：①高的含铁品位。

矿石品位基本上决定了矿石的价格，即冶炼的经济性。

②矿石中脉石的成分和分布合适。

脉石中SiO2和Al2O3要少，CaO多，MgO含量合适。

③有害元素的含量要少。

S、P、As、Cu对钢铁产品性能有害，K、Na、Zn、Pb、F对炉衬和高炉顺行有害。

④有益元素要适当。

Mn、Cr、Ni、V、Ti 等和稀土元素对提高钢产品性能有利。

上述元素多时，高炉冶炼会出现一定的问题，要考虑冶炼的特殊性。

⑤矿石的还原性要好。

矿石在炉内被煤气还原的难易程度称为还原性。

褐铁矿大于赤铁矿大于磁铁矿，人造富矿大于天然铁矿，疏松结构、微气孔多的矿石还原性好。

⑥冶金性能优良。

冷态、热态强度好，软化熔融温度高、区间窄。

⑦粒度分布合适。

北京科技大学土木与环境工程学院地质学2003——2008工程流体力学2003——2005，2007——2008结构力学2004，2007——2008安全原理2008生物化学2005岩石力学2000——2005，2007——2008晶体光学2004——2006，2008普通化学2006——2008普通化学（A）2004——2005结晶学及矿物学2003——2005，2008材料力学2003（注：试卷上面标注的是：材料加工工程专业）材料力学B 2004——2005（注：试卷上面标注的是：材料加工工程、材料科学与工程专业）材料力学2003（注：试卷上面标注的是：车辆工程、机械制造及自动化、机械电子工程、机械设计及理论、固体力学专业）材料力学C 2004——2008（注：试卷上面标注的是：车辆工程、机械制造及自动化、机械电子工程、机械设计及理论、机械工程、物流工程、机械装备及控制专业）材料力学D 2004——2005，2007——2008（注：试卷上面标注的是：固体力学专业）电工技术2003——2005，2008化工原理2003——2005普通地质学2003，2005，2007流体力学2003——2008水处理原理2003——2008钢筋混凝土结构2003——2005工程地质学2003——2005微生物学A2008微生物学B2008微生物学2007环境微生物学2004——2005环境规划与管理2007——2008有机化学A（分析化学专业）2004有机化学（分析化学专业）2005有机化学（生物化工、环境科学专业）2004有机化学（生物化工专业）2003有机化学B（生物化工、环境科学、环境工程专业）2005有机化学（B）（分析化学、无机化学、有机化学、物理化学专业）2007——2008 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合同法2004民事诉讼法2004知识产权法2004社会学研究方法2007——2008社会学2003——2008马克思主义哲学原理2007——2008马克思主义政治经济学原理2007——2008文艺美学2004文艺学原理2004——2005，2007——2008中国文论史2005，2007——2008历史唯物主义2004——2005思想政治教育原理2003——2008科学技术史2007——2008科学技术概论2007——2008现代科学技术概论2005综合科技史2003——2008行政管理学2003——2008政治经济学2003——2005教育史2005（2005有答案）普通教育学2003——2005，2007——2008（2004——2005有答案）管理学原理2004——2008（2004——2005有答案）普通心理学2003——2005，2007——2008计算机基础2003——2005，2007——2008教育学专业基础综合（全国统考试卷）2007——2008单考数学2003——2004，2008单考俄语2008单考英语2008单考政治2008外国语学院二外德语2004——2008二外法语2004——2008二外日语2004——2008二外俄语2004——2008综合英语2003——2006，2008基础英语2004——2008新金属材料国家重点实验室物理化学（A）2003——2008物理化学（B）2005——2008金属学2003——2005，2007——2008材料力学2003（注：试卷上面标注的是：材料加工工程专业）材料力学B 2004——2005（注：试卷上面标注的是：材料加工工程、材料科学与工程专业）材料力学2003（注：试卷上面标注的是：车辆工程、机械制造及自动化、机械电子工程、机械设计及理论、固体力学专业）材料力学C 2004——2008（注：试卷上面标注的是：车辆工程、机械制造及自动化、机械电子工程、机械设计及理论、机械工程、物流工程、机械装备及控制专业）材料力学D 2004——2005，2007——2008（注：试卷上面标注的是：固体力学专业）钢筋混凝土结构2003——2005单考数学2003——2004，2008单考俄语2008单考英语2008单考政治2008。

（完整版）钢铁冶金学试题库.doc试题库一、填空题1.高炉生产的主要原料是___________________ 、_________ 和熔剂。

答案：铁矿石及其代用品；燃料2.炼铁的还原剂主要有三种，即__________ 、_________和_________ 。

答案：碳、一氧化碳、氢3.高炉内CO 不能全部转变成CO2 的原因是因为铁氧化物的____________需要过量的CO 与生成物平衡。

答案：间接还原4.钢、铁都是铁碳合金，一般把碳含量大于 2.00%叫_______________ 。

答案：铁5.硅的氧化反应是________反应，低温有利于硅的氧化。

答：放热6.钢中加入适量的铝，除了脱氧的作用以外，还具有___________ 的作用。

答案：细化晶粒7.在硫的分配系数一定的条件下，钢中含硫量取决于_______中硫含量和渣量。

答案：炉渣8. 要使炉况稳定顺行，操作上必须做到三稳定，即____________ 、____________ 、____________。

答案：炉温、碱度、料批9.钢中有害气体主要是_________ 、 _________。

答案： H； N10.炼钢的基本任务有脱碳、脱硫、脱氧合金化和__________。

答案：去气和去夹杂物11.造渣方法根据铁水成份和温度，冶炼钢种的要求选用_______、双渣法、留渣法。

措施。

答案：单渣12.12.铁矿石还原速度的快慢，主要取决于____________和____________的特性。

答案：煤气流；矿石13.生铁一般分为三大类，即____________ 、____________、____________。

答案：铸造铁、炼钢铁、铁合金14.在钢材中引起热脆的元素是____________ ，引起冷脆的元素是____________ 。

答案： Cu、 S；P、 As15.在Mn 的还原过程中，____________是其还原的首要条件, ____________ 是一个重要条件。

2008-2009学年《钢铁冶金学Ⅰ》教学内容和教学安排一、课程教学内容与学时分配课堂教学（45学时）1．概论（4学时）1.1钢铁工业的发展概况1.2钢铁生产流程和炼铁工艺特点1.3高炉炼铁过程概述（原、燃料，产品，技术经济指标，工艺流程，炉内主要过程）2．铁矿粉造块（6学时）2.1铁矿粉造块的目的和意义2.2烧结过程的理论及工艺（主要反应，固结机理，传输现象，工艺及新技术）2.3球团过程的理论及工艺（生球成型、干燥、焙烧，工艺过程，特种造块方法）2.4人造富矿的质量检验及高炉炉料结构3．高炉冶炼过程的物理化学（10学时）3.1蒸发、分解与气化反应3.2还原过程（铁的氧化物特性，还原热力学、动力学，间接、直接还原，耦合反应等）3.3炉渣（造渣的目的，造渣过程，炉渣的理化性能，炉渣脱硫，炉渣排碱）3.4高炉炉缸反应（固体碳气化的一般规律，风口区碳的燃烧，燃烧带及鼓风动能等）4．高炉冶炼过程的传输现象（4学时）4.1高炉中的动量传输（一般规律，有效重量，流态化，充液散料层的流体力学现象等）4.2高炉内的热量传输（炉内热量分布规律，水当量，上、下部热交换，传热方式等）5．高炉冶炼能量利用（6学时）5.1高炉能量利用指标5.2高炉能量利用计算分析（生产高炉的计算，设计高炉的计算，理论焦比计算）5.3高炉能量利用图解分析（rd-C图解，Rist操作线图解）6．高炉炼铁工艺及新技术（10学时）6.1高炉炼铁生产原则及基本操作制度6.2高压操作技术6.3高风温操作技术6.4喷吹煤粉技术6.5富氧和综合鼓风技术7．高炉过程的计算机应用概述（2学时）7.1高炉过程的计算机应用特点7.2高炉过程的数学模型及专家系统8．非高炉炼铁概述（2学时）8.1直接还原炼铁法原理及工艺8.2熔融还原炼铁法原理及工艺9．复习总结（1学时）二、教材与参考书教材1. 王筱留等编，《钢铁冶金学（炼铁部分）》，冶金工业出版社，2000年，第2版参考书1. 周取定等编，《铁矿粉造块理论与工艺》，冶金工业出版社，1989年，第2版2. A.K.比斯瓦斯著，齐宝铭等译，《高炉炼铁原理》，冶金工业出版社，1989年，第1版3. 秦民生编，《非高炉炼铁》，冶金工业出版社，1988年，第1版4. 周传典编，《高炉炼铁生产技术手册》，冶金工业出版社，2002年，第1版三、思考题和大作业思考题：第一章5-7题；第二章6-8题；第三章10-12题；第四章6-8题；第六章8-10题；第七章2-4题；第八章2-4题。

东 北 大 学 秦 皇 岛 分 校课程名称： 材料科学基础（上） 试卷： (A) 考试形式： 闭 卷授课专业： 材料科学与工程 考试日期：2008年06月25日 试卷：共 4 页一、 填空题（每空1分，共10分）1、Cu （原子序号29）的基态电子组态为 1s 22s 22p 63s 23p 63d 104s 1 。

2、聚乙烯高分子材料中C —H 化学键属于 共价键 。

3、金属的三种常见晶体结构中，密排六方 结构不能称作为一种空间点阵。

4、面心立方晶体的孪晶面是__（111） 。

5、在晶体中形成空位的同时又产生间隙原子，这样的缺陷是弗伦克尔缺陷 。

6、链段是用来描述高分子的柔顺 性。

7、固体金属内原子扩散的驱动力是 化学位梯度 。

8、既能提高硬度，又能降低其脆性的手段是 细晶强化 。

9、再结晶的驱动力是 储存能（应变能） 。

10、在金相试样表面上几组交叉滑移线的产生是由于多滑移 。

二、 选择题（每题1.5分，共30分）1、简单立方晶体的致密度为 。

（ C ） A 、100% B 、65% C 、52% D 、58%2、空间点阵是由 在空间作有规律的重复排列。

（ C ）A 、原子B 、离子C 、几何点D 、分子3、在SiO 2七种晶型转变中，存在两种转变方式：一种为位移转变，另一种为重构转变，位移转变需要的激活能____ 重构转变的激活能。

（ B ） A 、大于 B 、小于 C 、等于4、每一个面心立方晶胞中有八面体m 个，四面体间隙n 个，其中： 。

A 、m=4，n=8 B 、m=13，n=8 C 、m=1，n=4 （ A ）5、不能发生攀移运动的位错是 。

（ A ） A 、肖克莱不全位错 B 、弗兰克不全位错 C 、刃型全位错6、在一块晶体中有一根刃位错P 和一根相同长度的螺位错线Q ，比较两者的能量，有： 。

（ A ） A 、E （P ）>E （Q ） B 、E （P ）<E （Q ） C 、E （P ）=E （Q ）7、有两根右螺位错线，各自的能量都为E 1,当它们无限靠近时，总能量为： 。

（D ） 装订线内不得答题自觉遵 守 考 试 规 则，诚 信 考 试，绝 不 作 弊11、氧气转炉炼钢过程铁液升温所需热源主要来自（）。

（A）电弧加热（B）加入的发热材料（C）铁液中杂质组元氧化反应的热效应（D）炉渣成渣热12、氧气转炉炼钢中所谓“火点”区是指( )。

（A）氧气流股与周围炉气作用区域（B）转炉底吹气流与钢液作用区域（C）氧气流股与周围泡沫渣作用区域（D）氧气流股冲击金属熔池形成的作用区域13、氧气转炉炼钢过程发生的乳化、泡沫可以（），因而可以加快渣－铁间反应。

（A）增加渣－铁间接触面积（B）提高炉渣温度（C）提高炉渣氧化铁含量（D）减少渣－铁间接触面积14、氧气炼钢炉渣中以下铁氧化物哪种最稳定（）。

（A）Fe2O3（B）Fe3O4（C）FeO15、氧气炼钢过程铁液中杂质组元氧化以间接氧化为主，主要是因为（）。

（A）氧气同熔池接触的表面上大量存在的是铁原子（B）氧枪供氧速度不足（C）炉渣氧化铁含量低16、氧气转炉炼钢脱碳反应的限制性环节有可能是( )。

（A）反应界面的化学反应（B）钢液中CO的均质形核（C） [O]或[C]向反应区的扩散（D）CO 气泡在钢液中上浮去除17、以下措施中，（）可以加快脱碳反应。

（A）降低钢液温度（B）提高钢液温度（C）增加渣量（D）降低铁水碳含量18、通过以下哪种措施( )可以降低炉渣中P2O5的活度系数。

（A）提高炉渣碱度（B）增加渣量（C）提高温度（D）降低炉渣碱度19、降低炉渣氧化铁含量有利于（）反应。

（A）脱磷（B）脱碳（C）脱硫（D）脱硅20、（）有利于脱硫反应进行。

（A）降低冶炼温度（B）增加渣量（C）降低钢液中硫的活度21、以下脱氧元素中，哪一个（）脱氧能力最强？（A）Mn （B）Si （C）Al （D）Cr22、钢中内生类非金属夹杂物主要来自（）。

（A）炼钢炉内炉渣卷入（B）炉衬材料混入（C）连铸结晶器保护渣卷入（D）脱氧反应产物23、随着铁水预处理和钢水炉外精炼广泛采用，氧气炼钢转炉逐渐演变为（ )。

1高炉炼铁的本质是什么？高炉有哪些产品和副产品？高炉炼铁的本质是铁的还原过程，即焦炭做燃料和还原剂，在高温下将铁矿石或含铁原料的铁，从氧化物或矿物状态（如Fe2O3、Fe3O4、Fe2SiO4、Fe3O4·TiO2等）还原为液态生铁。

※高炉冶炼的主要产品是生铁。

炉渣和高炉煤气为副产品。

2高炉炼铁的工艺流程有哪些部分组成？高炉炼铁生产非常复杂，除了高炉本体以外，还包括有原燃料系统、上料系统、送风系统、渣铁处理系统、煤气处理系统。

※3根据物料存在形态的不同，可将高炉划分哪五个区域？各区域主要的反应和特征是什么？根据物料存在形态的不同，可将高炉划分为五个区域：块状带、软熔带、滴落带、燃烧带、渣铁盛聚带。

高炉的五个部分：炉缸、炉腹、炉腰、炉身、炉喉。

各区内进行的主要反应及特征分别为：块状带：炉料中水分蒸发及受热分解，铁矿石还原，炉料与煤气热交换；焦炭与矿石层状交替分布，呈固体状态；以气固相反应为主。

软熔带：炉料在该区域软化，在下部边界开始熔融滴落；主要进行直接还原反应，初渣形成。

滴落带：滴落的液态渣铁与煤气及固体碳之间进行多种复杂的化学反应。

回旋区：喷入的燃料与热风发生燃烧反应，产生高热煤气，是炉内温度最高的区域。

渣铁聚集区：在渣铁层间的交界面及铁滴穿过渣层时发生渣金反应。

※4硫和磷的危害？硫是对钢铁危害大的元素，它使钢材具有热脆性。

所谓“热脆”就是S几乎不熔于固态铁而与铁形成FeS，而FeS与Fe形成的共晶体熔点为988℃，低于钢材热加工的开始温度。

热加工时，分布于晶界的共晶体先行熔化而导致开裂。

因此矿石含硫愈低愈好。

国家标准规定生铁中S≤0.07%，优质生铁S≤0.03%，就是要严格控制钢中硫含量。

磷是钢材中的有害成分，使钢具有冷脆性。

磷能溶于α-Fe中，固溶并富集在晶粒边界的磷原子使铁素体在晶粒间的强度大大增高，从而使钢材的室温强度提高而脆性增加，称为冷脆。

磷在钢的结晶过程中容易偏析，而又很难用热处理的方法来消除，亦使钢材冷脆的危险性增加※5评价铁矿石的标准有哪些？铁矿石质量直接影响高炉冶炼效果，必须严格要求。

北京科技大学-冶金物理化学-模拟三套卷及答案-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN北京科技大学2012年硕士学位研究生入学考试模拟试题（一）试题编号：809 试题名称：冶金物理化学一．简答题（每题7分，共70分）1.试用热力学原理简述氧势图中各直线位置的意义。

2.简述规则溶液的定义。

3.简述熔渣分子结构理论的假设条件。

4.已知金属氧化反应方程式（1）、（2）、（3），判断三个方程式中，哪个M是固相，液相，气相？确定之后，计算M的熔点和沸点。

已知（1）2M+O2 = 2MO（s）ΔG1θ= -1215000 + 192.88T（2）2M+O2 = 2MO（s）ΔG2θ = -1500800 + 429.28T（3）2M+O2 = 2MO（s）ΔG3θ = -1248500 + 231.8T5. 简述三元系相图的重心规则。

6. 试推导当O2在气相中的分压小于0.1Pa时硫容量的一种表达式。

7. 试写出熔渣CaO-SiO2的光学碱度的表达式。

8. 推导在铁液深度为H的耐火材料器壁上活性空隙的最大半径表达式。

9. 简述双膜传质理论。

10. 试推气固相反应的未反应核模型在界面化学反应为限制环节时的速率方程。

二．计算题（30分）在600℃下用碳还原FeO制取铁，求反应体系中允许的最大压力。

已知：FeO（s） = Fe（s）+ 1/2 O2(g) Δr Gθ= 259600 –62.55T ，J/molC(s) + O2 = CO2(g) Δr Gθ= -394100 + 0.84T，J/mol2C(s) + O2(g) = 2CO(g) Δr Gθ= -223400 - 175.30T ，J/mol 三．相图题（25分）1）标明各相区的组织。

2）分析x点的冷却过程，画出冷却曲线，并用有关相图的理论解释。

四．对渣-钢反应 [A] +(B2+) = (A2+) + [B] （25分）(1)分析该反应有几个步骤组成。

1.铝土矿的类型以及我国铝土矿的特点？2.判断铝土矿质量高低的指标是什么？该指标的定义？3. 铝土矿的主要杂质？4. 碱法生产氧化铝有哪些方法？5. 决定碱法生产氧化铝方法的主要因素是什么？请具体指出。

6. 比较分析拜尔法和烧结法的优缺点。

7. 铝酸钠溶液性质及拜尔循坏？什么叫苛性比？8. 拜尔法的工艺步骤以及各步骤的作用？9. 指出杂质硅在拜尔法中的危害？（解释为什么硅是最有害的杂质）10. 拜尔法氧化铝的理论浸出率？11. 拜尔法中加入氧化钙的作用？12. 烧结后的熟料组成？13. 烧结法中加入CaO的作用？14. 烧结法中怎样减少或控制二次反应的发生？15. 铝酸钠溶液脱硅的方法？16. 混联法原理及优缺点比较二、铝电解复习1. 现代铝工业有哪些主要生产环节? 铝电解的原材料有哪些？2. 指出铝电解质的主要成分。

3. 指出铝电解质对铝电解工艺过程及生产指标的影响。

4. 指出铝电解质添加剂的工艺作用。

5. 现代工业铝电解质的分类及其特征？什么是电解质分子比（摩尔比）？指出酸性、碱性电解质与分子比的关系。

6. 铝电解质的物理化学性质包括那些指标？7. 分别指出电解质熔点、密度、粘度和导电率对铝电解工艺的影响。

8. 写出铝熔盐电解的阴、阳极反应和总反应。

9. 什么是阳极效应？对铝电解过程有何影响？10. 指出影响阳极过电压的因素。

11．什么是铝的二次反应损失？12. 什么是铝电解的电流效率？怎样计算？指出影响电流效率的工艺因素。

13 现代铝工业电解槽发展趋势如何？14 铝电解中每吨铝所需电能量的计算方法？降低电耗有哪些方法？15．铝电解炭阳极的消耗、碳耗指标是什么？16．按照纯度不同铝分几类？三、镁冶金1 硅热还原法的工艺应用有几种？2 *根据CaO·MgO 被Si 还原的热化学原理，还原过程为什么要在真空下进行？3 皮江法的生产流程及主要工艺参数？4 为什么使用75%硅铁作热法炼镁的还原剂？5 分别说明采用菱镁矿或白云石做炼镁原料的工艺差别有哪些？6 比较镁电解槽与铝电解槽的异同点？7 由氧化镁制取氯化镁的过程中，为什么要加碳？8菱镁矿与白云石哪个做炼镁原料更好？为什么？9 炼镁原料有哪些？四、铜冶金1 铜矿物分几个类型?2 火法炼铜的主要原料是什么?生产的主要步骤有哪些?火法炼铜的主要优点是什么?3 分别写出火法和湿法炼铜的原则流程?4 何谓造锍熔炼? 造锍熔炼的目的是什么?5 造锍熔炼过程中物料的主要物理化学变化?6 冰铜的概念? 氧在冰铜中是以什么形态存在?7 冰铜中铜的品位与氧含量有什么关系? 为什么冰铜品位越高渣含铜越高？8 造锍熔炼过程对炉渣的基本要求如何?9 渣含氧化硅对锍与炉渣平衡有何影响？10 何谓熔池熔炼？分几类？11 何谓漂浮状态熔炼？分几类？12 闪速熔炼分几类？闪速熔炼的原理是什么？13 冰铜吹炼的目的是什么?锍吹炼分两个阶段的依据是什么?14 粗铜精炼过程包括哪些?15 *粗铜火法精炼的基本原理是什么?16 *电解精炼的作用和意义是什么?17 铜冶金各阶段的主要产品中铜的品位如何变化?五、钛冶金1 目前生产金属钛的主要矿物类型？2 从钛铁矿到冶炼出海绵钛的主要过程？3 钛铁矿精矿的还原熔炼的原理是什么？4 粗四氯化钛生产的基本反应？5 钛渣氯化的方法有几种？6 粗四氯化钛中杂质的种类？除钒方法？7 镁还原生产海绵钛的基本原理和工艺流程图？8 在金属钛的生产过程中，什么是镁循环？9 钛的精炼方法及基本原理？六、贵金属冶金1. 贵金属包含哪些金属元素？2. 指出金、银在自然界的主要存在形式。

三、何谓硅铝明？它属于哪一类铝合金？为什么硅铝明具有良好的铸造性能？变质处理前后其组织及性能有何变化？这类铝合金主要用在何处？答：铝硅铸造合金又称为硅铝明，由于含硅量为17%附近的硅铝明为共晶成分合金，具有优良的铸造性能。

在铸造缓冷后,其组织主要是共晶体(α十Si),其中硅晶体是硬化相,并呈粗大针状,会严重降低合金的力学性能,为了改善铝硅合金性能,可在浇注前往液体合金中加入含钠的变质剂,纳能促进硅形核,并阻碍其晶体长犬,使硅晶体成为极细粒状均匀分布在铝基体上。

钠还能使相图中共晶点向右下方移动,使变质后形成亚共晶组织。

变质后铝合金的力学性能显著提高。

一般用来制造质轻、耐蚀、形状复杂及有一定力学性能的铸件,如发动机缸体、手提电动或风动工具(手电钻)以及仪表外壳。

同时加入镁、铜的铝硅系合金(如ZL108),在变质处理后还可进行固溶处理+时效,使其具有较好耐热性和耐磨性,是制造内燃机活塞的材料。

四、何谓黄铜和青铜？并说明铜合金H90、H62和ZQSn6—6—3的意义。

答：黄铜：以Zn为唯一或主要合金元素的铜合金。

青铜：除了以Zn为主加元素的铜合金外，其余铜合金统称青铜。

H90：铜合金中黄铜，H为黄汉字的第一个拼音字母，90表示铜的含量为90％。

H62：铜合金中黄铜，H为黄汉字的第一个拼音字母，62表示铜的含量为62％。

ZQSn6—6—3： Sn--6％； Zn--6％；Pb--3％。

五、吊钩零件（如图）可分别用铸造、锻造和板料切割三种方法来制造，试比较其这三种方法制造的吊钩的承载能力，并简述原因。

答：1、铸造的内部组织有缺陷：气孔、夹渣和缩孔，其塑性最差；2、锻造的内部组织致密，纤维分布合理、完整，塑性和韧性最好；3、板料切割的吊钩虽然组织致密，但其纤维不连续，所以性能较锻造的差。

六、何谓加工硬化现象？为何又称冷作强化？答：随着金属冷变形（再结晶温度以下的变形）程度的增加，材料的力学性能也会随之发生变化，金属的强度、硬度增高，塑性和韧性下降，这种现象称为加工硬化。