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中南大学冶金原理第5章

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中南大学冶金原理题库

中南大学冶金原理题库

中南大学冶金原理题库第一篇冶金熔体第一章概述1(什么是冶金熔体,它分为几种类型,2(何为熔渣,简述冶炼渣和精炼渣的主要作用。

3(什么是富集渣,它与冶炼渣的根本区别在哪里,4(试说明熔盐在冶金中的主要应用。

5(熔锍的主要成分是什么,6(为什么熔盐电解是铝、镁、钠、锂等金属的惟一的或占主导地位的生产方法, 第二章冶金熔体的相平衡1(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和计算法求出混合后熔体的组成点。

2(试找出图2-44所示的三元系相图中的错误，说明原因并更正。

3(图2-45是生成了一个二元不一致熔融化合物的三元系相图(1)写出各界线上的平衡反应;(2)写出P、E两个无变点的平衡反应;(3)分析熔体1、2、3、4、5、6的冷却结晶路线。

4(某三元系相图如图2-46中所示，AmBn为二元不一致熔融化合物。

试分析熔体1、2、3的冷却结晶过程。

5(图2-47为生成一个三元化合物的三元相图，(1)判断三元化合物N的性质;(2)标出边界线的温度降低方向;(3)指出无变点K、L、M的性质，写出它们的平衡反应;(4)分析熔体1、2的冷却过程。

6(试分析图2-23熔体3、4、5、6的冷却过程。

7(试根据CaO-SiO2-A12O3系相图说明组成为(wB / %)CaO 40.53，SiO232.94，A12O3 17.23，MgO 2.55的熔渣冷却过程中液相及固相成分的变化。

8(试根据图2-30绘制CaO- A12O3- SiO2三元系1500?C时的等温截面图。

9(给出CaO-SiO2-FeO系相图中1500?C的等温截面图，标出各相区内的相平衡关系。

组成为(wB / %)CaO 45、SiO2 25、FeO 20的熔渣在此温度下析出什么晶相,怎样才能使此熔渣中的固相减少或消除?10(假定炉渣碱度为= 2。

冶金原理课件(中南大学)

冶金原理课件(中南大学)

Sn 7～9
高 钛 渣 2.8～5.6 2～6 0.3～1.2 2.7～6.5 2～5.6 1～1.5 TiO2 82～87
结 论：
冶金炉渣通常由五、六种或更多的氧化物组成。 炉渣常含有其他化合物，如氟化物、硫化物等。 炉渣中含量最多的氧化物通常只有三种，其总含量 可达80%以上。 大多数有色冶金炉渣和钢渣的主要氧化物是： FeO、CaO、SiO2 高炉渣和某些有色冶金炉渣的主要氧化物为： CaO、Al2O3、SiO2
电渣重熔渣 铜闪速炉熔炼渣
0～10 28～38
0～30 2～12
0～20 5～15
熔炼渣 19～35 3～5 0～20 28～40 3～5
CaF2 45～80
Fe3O4 12～15,
S 0.2～0.4, Cu 0.5～0.8 Pb 1～3.5
锡反射炉熔炼渣 19～24 8～10 1.5～6 45～50
✓ 如电渣重熔用渣、铸钢用保护渣、钢液炉外精炼用渣 等。
✓ 这些炉渣所起的冶金作用差别很大。
▪ 例如，电渣重熔渣一方面作为发热体，为精炼提供 所需要的热量；另一方面还能脱出金属液中的杂质 、吸收非金属夹杂物。
▪ 保护渣的主要作用是减少熔融金属液面与大气的接 触、防止其二次氧化，减少金属液面的热损失。
✓ 主要作用——捕集粗金属中杂质元素的氧 化产物，使之与主金属分离。
✓ 例如，在冶炼生铁或废钢时，原料中杂质 元素的氧化产物与加入的造渣熔剂融合成 CaO和FeO含量较高的炉渣，从而除去钢 液中的硫、磷等有害杂质，同时吸收钢液 中的非金属夹杂物。
3、富集渣
✓ 是某些熔炼过程的产物。
✓ 作用——使原料中的某些有用成分富集于炉渣 中，以便在后续工序中将它们回收利用。

冶金原理 课后题答案

冶金原理 课后题答案

第一章 冶金热力学基础1．基本概念：状态函数，标准态，标准生成自由能及生成焓，活度、活度系数和活度相互作用系数，分解压和分解温度，表面活性物质和表面非活性物质，电极电势和电池电动势，超电势和超电压。

2．△H 、△S 和△G 之间有何关系，它们的求算方法有什么共同点和不同点？3．化合物生成反应的ΔG °-T 关系有何用途？试根据PbO 、NiO 、SiO2、CO 的标准生成自由能与温度的关系分析这些氧化物还原的难易。

4．化学反应等温式方程联系了化学反应的哪些状态？如何应用等温方程的热力学原理来分析化学反应的方向、限度及各种 因素对平衡的影响？5．试谈谈你对活度标准态的认识。

活度标准态选择的不同，会影响到哪些热力学函数的取值？哪些不会受到影响？6．如何判断金属离子在水溶液中析出趋势的大小？7．试根据Kelvin 公式推导不同尺寸金属液滴（半径分别为r1、r2）的蒸汽压之间的关系。

8．已知AlF 3和NaF 的标准生成焓变为ΔH °298K,AlF3(S)=-1489.50kJ ·mol -1, ΔH °298K,NaF(S)=-573.60kJ ·mol -1，又知反应AlF 3(S)+3NaF (S)=Na 3AlF 6(S)的标准焓变为ΔH °298K=-95.06kJ ·mol -1，求Na 3AlF 6(S)的标准生成焓为多少？(-3305.36 kJ ·mol -1)9．已知炼钢温度下：（1）Ti (S)+O 2=TiO 2(S) ΔH 1=-943.5kJ ·mol -1（2）[Ti]+O 2=TiO 2(S) ΔH 2=-922.1kJ ·mol -1 （3）Ti (S)=Ti(l) ΔH 3=-18.8kJ ·mol -1求炼钢温度下，液态钛溶于铁液反应Ti(l)=[Ti]的溶解焓。

资生院970《钢铁冶金原理》考试大纲

资生院970《钢铁冶金原理》考试大纲

资生院970《钢铁冶金原理》考试大纲第一篇：资生院970《钢铁冶金原理》考试大纲中南大学2013年全国硕士研究生入学考试《钢铁冶金原理》考试大纲本考试大纲由资源加工与生物工程学院教授委员会于2011年7月7日通过。

I.考试性质钢铁冶金原理考试是为中南大学资源加工与生物工程学院钢铁冶金学科招收硕士研究生而设置的具有选拔性质的全国统一入学考试科目，其目的是科学、公平、有效地测试学生掌握大学本科阶段钢铁冶金原理课程的基本知识、基本理论，以及运用钢铁冶金学科的基础理论和方法分析和解决问题的能力，评价的标准是高等学校本科毕业生能达到的及格或及格以上水平，以保证被录取者具有基本的钢铁冶金学科基础理论的素质，并有利于其他高等院校和科研院所相关专业上的择优选拔。

II.考查目标钢铁冶金原理科考试涵盖钢铁冶金过程热力学基础、动力学基础、金属熔体、冶金炉渣、化合物形成-分解及碳、氢燃烧反应、氧化物还原熔炼反应、氧化熔炼反应、钢液的二次精炼反应。

要求考生：（1）掌握冶金热力学、动力学的基础理论及冶金熔体和炉渣的结构、热力学特性及物理化学性质。

（2）能运用冶金热力学、动力学的基础理论对钢铁冶金过程中的主要反应，如化合物形成-分解及碳、氢燃烧反应，氧化物还原熔炼反应，氧化熔炼反应，钢液的二次精炼反应等进行分析，控制钢铁冶金过程的反应。

Ⅲ.考试形式和试卷结构1、试卷满分及考试时间本试卷满分为150 分，考试时间为180 分钟2、答题方式答题方式为闭卷，笔试。

3、试卷内容结构钢铁冶金过程热力学基础、动力学基础约25 %金属熔体、冶金炉渣、约25 % 化合物形成-分解及碳、氢燃烧反应约25 %氧化物还原熔炼反应、氧化熔炼反应、钢液的二次精炼反应约25 % Ⅳ.试卷题型结构简答题50 分（8小题，每小题5分）计算题70分（7小题，每小题10分）分析题30分（2小题，每小题15分）Ⅴ.考查内容（1）冶金热力学基础：化学反应的吉布斯自由能变化△G、标准吉布斯自由能变化△G0、平衡常数K0及与此有关的溶液中活度的计算方法和实验方法。

中南大学冶金原理第5章

中南大学冶金原理第5章
第五章 冶金熔体的化学性质 与热力学性质
5.1 熔渣的碱度与酸度 5.2 熔渣的氧化性 5.3 熔渣与气体的反应 5.4 熔渣与液态金属的反应 5.5 冶金熔体中组元的活度
5.1 熔渣的碱度与酸度
熔渣的碱度或酸度表示炉渣酸碱性 的相对强弱 。 熔渣的化学性质主要决定于其中占 优势的氧化物所显示含量表示熔渣的碱度或 酸度。
熔渣 a O 2- 值的大小不表示该渣氧化性的强弱。
a O 2与- 熔渣中各种氧化物的数量及种类有关，而熔渣
的氧化性只与其中能提供氧的组分（如炼钢渣中的FeO
，铜氧化精炼渣中的Cu2O等）的含量有关。
5.2 熔渣的氧化性
一、氧化渣与还原渣
熔渣可分为两种：氧化渣和还原渣。 氧化渣——能向金属液输送氧、使金属液被氧饱和或 使金属液中的杂质氧化的渣。 还原渣——能从金属液中吸收氧、即发生金属液脱氧 过程的渣。
K %[O] a(FeO)
氧在铁液熔渣间的分配比（LO）：
LO
K
%[O] a(FeO)
当a(FeO)增大时，即渣的氧化性增强时，铁液中[O]的活度a[O]亦 增大。
5.3 熔渣与气体的反应
一、氢气在熔渣中的行为 二、氮气在熔渣中的行为 三、熔渣的透气性
（自学内容）
5.4 熔渣与液态金属的反应
一、熔渣的离子溶液模型
离子溶液模型的作用：计算熔渣组元活度。 建立模型的方法：假定熔渣离子的结构，离 子间的作用能，离子的分布状态以及离子浓 度的计算方法。
离子溶液模型的分类：
➢ 经典热力学模型——假定硅酸盐熔渣中的各种复合阴离 子和氧离子之间存在着聚合型的化学反应平衡。利用这 类聚合反应的平衡常数可计算熔渣组元的活度。
（自学内容）
图51 熔渣液态金属间的电化学反应

第五章燃料电池之碱性燃料电池-2

第五章燃料电池之碱性燃料电池-2

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除了阱-空气燃料电池，曾研究过的AFC系统还有氨空气燃料电池。 从长远的眼光来看，阱、液氨作为 AFC 的燃料是不 可行的。目前，最具潜力的液体燃料是烃类、甲醇等。 下面主要讨论以氢、烃为燃料的AFC系统。
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在五六十年代，阱-空气燃料电池曾作为军用电源大 力开发。这种电池最主要的缺点是阱具有极高毒性、 价格昂贵。而且，这种电池系统需要大量辅助设备， 这不仅需要消耗电池所产生功率中的相当大一部分， 而且在电池正常工作前必须启动这些辅助设备。因 此，尽管在理论上阱氧化产生的能量比大多数其他 燃料要大得多，但阱电池在商业上似乎不大可能有 什么重要用途。 到了70年代，阱-空气燃料电池基本上停止了研究。
实验结果表明，以阱为燃料的 AFC 电性能与氢氧 AFC 电性能差不多相等。有人认为这两种燃料的 电化学过程实际上是相同的，阱仅仅起到氢气源 的作用。
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阱在AFC阳极表面分解的同时还可能产生对电极性能 有害的氮。
在阱电池中，电解液是连续循环的，并在循环过程中 添加水合阱使浓度大体上维持恒定，这种循环也有助 于除去电池工作中产生的氮气。排出的氮气中会带定 一些阱蒸汽，由于阱有毒且易爆，故须使废气通过乙 醛或硫酸以除去其中的阱。电池反应产生的水也大部 分随氮气一起排出。 电池的氧化剂曾采用纯氧、空气或 H 2 O 2 等。若以空 气代替纯氧，会大大增加排出气体中氮气的流量，使 电池输出功率显著降低。
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图2－1 碱性 燃料电池电化 学反应

中南大学《钢结构原理》课件第五章 轴心受力构件

中南大学《钢结构原理》课件第五章 轴心受力构件
☆措施(确保长细比不是很小，不扭转失稳)
y (x ) 5.07b / t
☆长细较大时，弯曲失稳起控制作用，作弯曲失稳验算。
中南大学桥梁工程系
第五章 轴心受力构件
5.5 轴心受压构件局部稳定性
1、局部稳定的概念
轴心受压柱局部屈曲变形
轴心受压构件翼缘的凸曲现象
中南大学桥梁工程系
第五章 轴心受力构件
1916年因施工问题又发生一次倒塌事故。

前苏联在1951～1977年间共发生59起重大钢结构事故，有17起 属稳定问题。
（设计、制作、安装或使用不当都可能引发稳定事故）
例如：
1957年前苏联古比雪夫列宁冶金厂锻压车间，7榀1200m2屋盖塌落。 起因是一对尺寸相同的拉压杆装配颠倒。 1974年，苏联一个俱乐部观众厅24×39m钢屋盖倒塌。起因是受力 较大的钢屋架端斜杆失稳。
中南大学桥梁工程系
第五章 轴心受力构件
•荷载初始偏心降低稳定承载力
vm e0 (sec

2
N 1) NE
中南大学桥梁工程系
第五章 轴心受力构件
•残余应力降低稳定承载力
中南大学桥梁工程系
第五章 轴心受力构件
（1）使部分截面提前进入塑性状态，截面的弹性区域减少， 干扰后只有弹性区产生抗力增量，故降低了稳定承载力。
N 1 fy A Ry
N 1 fu An Ru
偏安全简化处理
N 1 fy f An Ry
中南大学桥梁工程系
第五章 轴心受力构件
2、刚度计算
•刚度计算的目的：保证在安装、使用过程中正常使用要求
•实例1：九江桥主拱吊杆涡振现象
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第五章 轴心受力构件

冶金原理课件(中南大学)

冶金原理课件(中南大学)

可划分为15个子三角形，对应15个无变点。
其中 8个低共熔点 8个独立三角形； 7个转熔点 无对应的独立三角形。 23条二元低共熔线，5条二元转熔线。 8个二元低共熔点，5个二元转熔点。
返 回 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥
体系特点（续）
图229 ①
在靠近纯 SiO2 附近有一个不大的液相分层区。 当Al2O3含量达到3％时，液相分层区消失。
图2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ22 ④
体系特点（续） 各种钙硅酸盐的熔化温度都很高 熔化温度不超过 1600°C的体系只局限于含 32~59%CaO范围内。 超过 50% CaO的体系，熔化温度急剧上升。 高炉渣中CaO含量控制在35～50%之间； 有色冶金炉渣CaO含量一般在15%以下。 CaO的作用 降低炉渣密度、减少重金属硫化物在炉渣中的 溶解度 → 降低金属在炉渣中的损失。


图222 ②
体系特点（续） 一致熔融化合物C2S及CS的稳定程度是不同的。

C2S比较稳定，熔化时只部分分解； CS在熔化时则几乎完全分解。
一般而言，可根据化合物组成点处液相线的形状（平滑 程度），近似推断熔融态内化合物的分解程度。

若化合物组成点处的液相线出现尖峭高峰形，则该化 合物非常稳定，甚至在熔融时也不分解； 若化合物组成点处的液相线比较平滑，则该化合物熔 融时会部分分解； 化合物组成点处的液相线越平滑，该化合物熔融时的 分解程度也越大。
库尔纳柯夫规则 (1)
库尔纳柯夫规则 (2)
图222 ③
体系特点（续）
图中水平线可分为五大类 低 共 熔 线 ： 3 条 （ 2065°C ， 1455°C ， 1436°C） 转熔线：1条（1475°C） 偏晶线：l条（1700°C） 固相分解线：2条（1250°C，1900°C） 晶型转变线：6条（1470°C，1420°C， 1210°C，870°C，725°C，575°C）

最新《冶金原理》课后习题及解答

最新《冶金原理》课后习题及解答

第一章1 冶金原理研究的主要内容包括________、________和________。

冶金动力学、冶金热力学、冶金溶液。

2 金属熔体指________、________。

液态的金属、合金。

1、冶金原理是提取冶金的主要基础科学，它主要是应用_______的理论和方法研究提取冶金过程，为解决有关_____问题、开拓____的冶金工艺、推进冶金技术的发展指明方向。

物理化学、技术、新2、根据组成熔体的主要成分的不同，一般将冶金熔体分为________、______、_______、_______四种类型。

金属熔体、熔渣、熔盐、熔硫。

3、冶金原理按具体的冶金对象分为______冶金原理及_____冶金原理。

钢铁、有色金属。

4、根据熔渣在冶炼过程中的作用的不同，熔渣主要分为________、_______、________、__________四种。

在生产实践中，必须根据各种冶炼过程的特点，合理地选择_____，使之具有符合冶炼要求的物理化学性质。

冶炼渣、精炼渣、富集渣、合成渣。

熔渣。

5、熔渣是_______和_______的重要产物之一。

金属提炼、精炼过程。

6、熔渣是指主要由各种______熔合而成的熔体。

氧化物。

7、________的作用在于使原料中的某些有用成分富集于炉渣中，以便在后续工序中将它们回收利用。

富集渣、8、_______的作用是捕集粗金属中杂质元素的氧化产物，使之与主金属分离。

精炼渣。

9、在造锍熔炼过程中，为了使锍的液滴在熔渣中更好的沉降、降低主金属在渣中的损失，要求熔渣具有较低的______、______和_______。

粘度、密度、渣-锍界面张力。

10、为了提高有价金属的回收率、降低冶炼过程的能耗，必须使锍具有合适的______.物理化学性质。

11、在生产实践中，必须根据各种冶炼过程的特点，合理地选择________，使之具有符合冶炼要求的物理化学性质。

熔渣成分12、冶金过程热力学可以解决的问题有：1）计算给定条件下的；根据的正负判断该条件下反应能否自发地向________进行：2）计算给定条件下的平衡常数，确定反应进行的______；3）分析影响反应的和平衡常数，为进一步提高________指明努力方向。

冶金原理第五章

冶金原理第五章

2）高价氧化物在金属元素作用下，可被还原为氧势低的相邻低价氧化物； 4Fe2O3（s）＋Fe（s）＝3Fe3O4（s） Fe3O4（s）＋Fe（s）＝4FeO（s）
5.2.4 氧化物形成－分解的热力学原理
金属，特别是过渡金属元素可有几种价态及相应地有几种氧化物存在。其不 同价态的氧化物的氧势服从氧势递增原理： 在任意M－O体系中，相邻氧化物的氧势随含氧量的增加而增加。（可从热力 学上严格证明）。高价氧化物的氧势比低价高，氧势大，氧化物不稳定。 根据氧势递增原理，可有以下特点： 1）金属氧化物的形成或分解遵循逐级转变原则： • 逐级形成： Fe FeO Fe3O4 Fe2O3 • 逐级分解：高价氧化物 相邻低价氧化物＋O2 热力学计算表明：在标准态下，FeO在低于570℃下不能稳定存在（ G0）。
因此，C－H－O系在不同条件下可能出现上述8个燃烧反应。 3）CO、H2的燃烧 结合前述氧势图内容学习（自学）。
4）固体碳的燃烧反应
重点介绍：碳的气化反应或熔损反应 C＋CO2＝2CO G＝166550－171T
K
2 p CO
a C p CO 2
强吸热反应，T升高，CO升高，CO2降低（正向移动）
pB
nB
nB
p
）
（2）平衡常数方程：选用的平衡常数方程的个数最多不能超过体系内独 立反应的数目。 独立反应数＝物种数－元素数 K＝
（3）各元素原子的物质的量恒定方程：平衡组分的浓度和体系的初始条件有关， 而在反应中，各元素的原子的物质的量保持不变。由此，可建立原子的物 质的量恒定方程。需要知道体系的原始气相组成。
位置低的元素在标准态下可将位置高的 CO线：C万能还原剂。交点温度称为转
化温度。

湿法冶金配位化学中南大学第5章

湿法冶金配位化学中南大学第5章

PbCl2 + 2e = Pb +2 Cl-
E E0

PbCl2
Pb
RT 2F
ln
1 [Cl ]2
E0

PbCl2
Pb
E 0 Pb2 Pb
RT ln 1 2F Ks
其中
三相点α 、β的求出： 在相点，由Pb2+-Pb表示的电位
E

E0 Pb2
Pb
RT ln
[Pb]T
2F Pb(Cl ) Pb(OH ) 1
1） M＋iL=MLI
2) MLI+pe=M(金属) ＋iL
3) L+iH=HiL
对于溶液来说其电位只有一个，实际上是溶液中任何一种 离子与金属构成平衡。
（I） Mp+ +pe =M (II) MLI+pe=M+iL (III) M(OH)I +pe= M + iOH上述三个半电池反应所表达的电位应当是相等的，即
Ks(M (OH)p ) [M ] [OH ]p
绘制此类图形时，一般给出金属离子的总浓度[M]T 和配体的
总浓度[L]T
在溶液中有：
n
m
[M ]T [M ] [MLi ] [M (OH )i ]
[Co3+]=
[Co(NH3 )36 ]
6[NH3 ]6

1
6[NH3 ]6
[Co2+]=
[Co(NH3 )62 ]
'6 [NH3 ]6

1
6 '[NH3 ]6
，
即溶液中
[Co3 ]

1 6[NH3 ]6

冶金原理

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冶金原理精品课程
五、金属氧化物与氯化氢的反应
除了氯（Cl2）以外，金属氧化物与氯化 氢（HCl）的反应，也是氯化焙烧过程中最 常见的一种氯化反应。 金属氧化物与氯化氢反应的通式为： MeO+2HCl === MeCl2+H2O 反应的标准吉布斯自由能变化： _
∆G
θ
反应
= (∆G MeCl + ∆G H O )
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上述反应的 ∆G θ 计算斯自由能来计算，即：
∆G 反应 = ∆Gθ MeCl2 + ∆Gθ CaO − ∆Gθ MeO + ∆Gθ CaCl2
θ
(
)(
)
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（2）是根据金属氧化物与氯反应和CaO与氯反应 的 ∆G θ 来计算，方法如下： MeO+Cl2 === MeCl2+O2 , (14) θ ∆G 14 －）CaO+Cl2===CaCl2+O2, (15） θ ∆G 15 (16) MeO+CaCl2=== MeCl2+CaO , ∆G θ 16 得
冶金原理精品课程
金属氧化物与氯气反应的—T关系已有人 测出，列于图5-2，图5-3中。从图中可见： SiO2、TiO2 、Al2O3、Fe2O3、MgO在标准状 态下不能被氯气氯化。而许多金属的氧化物如 PbO、Cu2O、CdO、NiO、ZnO、CoO、BiO 可以被氯气氯化。
冶金原理精品课程
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当温度低于900K时，加碳氯化反应主要 是按反应（7）进行，高于1000K时。则按反 应（8）进行，因此比较加碳前后反应的，对 加碳的氯化效果便可简便地估量出来，这可通 过TiO2加碳氯化一例得到说明。

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中南大学冶金原理题库第一篇冶金熔体第一章概述1．什么是冶金熔体？它分为几种类型？2．何为熔渣？简述冶炼渣和精炼渣的主要作用。

3．什么是富集渣？它与冶炼渣的根本区别在哪里？4．试说明熔盐在冶金中的主要应用。

5．熔锍的主要成分是什么？6．为什么熔盐电解是铝、镁、钠、锂等金属的惟一的或占主导地位的生产方法？第二章冶金熔体的相平衡1．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和计算法求出混合后熔体的组成点。

2．试找出图2-44所示的三元系相图中的错误，说明原因并更正。

3．图2-45是生成了一个二元不一致熔融化合物的三元系相图（1）写出各界线上的平衡反应；（2）写出P、E两个无变点的平衡反应；（3）分析熔体1、2、3、4、5、6的冷却结晶路线。

4．某三元系相图如图2-46中所示，AmBn为二元不一致熔融化合物。

试分析熔体1、2、3的冷却结晶过程。

5．图2-47为生成一个三元化合物的三元相图，（1）判断三元化合物N的性质；（2）标出边界线的温度降低方向；（3）指出无变点K、L、M的性质，写出它们的平衡反应；（4）分析熔体1、2的冷却过程。

6．试分析图2-23熔体3、4、5、6的冷却过程。

7．试根据CaO-SiO2-A12O3系相图说明组成为（wB / %）CaO 40.53，SiO2 32.94，A12O3 17.23，MgO 2.55的熔渣冷却过程中液相及固相成分的变化。

8．试根据图2-30绘制CaO- A12O3- SiO2三元系1500°C时的等温截面图。

9．给出CaO-SiO2-FeO系相图中1500°C的等温截面图，标出各相区内的相平衡关系。

组成为（wB / %）CaO 45、SiO2 25、FeO 20的熔渣在此温度下析出什么晶相？怎样才能使此熔渣中的固相减少或消除?10．假定炉渣碱度为= 2。

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图59 FeOMnOSiO2系中MnO的活度曲 线（1500C） 标准态：纯固体MnO
图 510 (CaO+MnO)A12O3SiO2 系 的 MnO 活度系数曲线（1500C） 标准态：纯固体MnO
5.5.2 熔锍组元的活度
一、铜锍组分的活度 利用吉布斯杜亥姆方程计算出含Cu45%~65%的铜锍中各组分的活度曲线。
图56 与CaOSiO2FeO系平衡的铁液中 氧的浓度（1600C）
【例题】
图53
四、其它三元系熔渣的等活度曲线图
图57 MnOSiO2FeO系中组元的活度曲线 （1600C）
标准态：液态FexO，液态MnO，纯石英
图58 (CaO+MgO)(FeO+MnO) SiO2系的MnO 活度系数曲线
温度：1530 ~1710C，标准态：纯固体MnO
渣中其它氧化物较少时
Al2O3或MgO含量较高的 炉渣（高炉渣） P2O5含量较高的炼钢炉渣 考 虑 了 MgO 、 MnO 、 A12O3 、 P2O5 对碱度的影响
二、熔渣的酸度
有色冶金中，习惯上用酸度（硅酸度）表示熔渣的酸碱性。 酸度 —— 熔渣中结合成酸性氧化物的氧的质量与结合成碱性氧化物的氧 的质量之比，一般用 r 表示：
该炉渣为酸性渣。
0.3632
r
60
1.44
0.10160.40160.0816
56
71.8
81.4
三、熔渣的酸碱性与熔渣结构理论的关系
碱性氧化物向渣中提供O2，酸性氧化物吸收渣中的自由O2。
碱性氧化物提高渣中O2的活度，酸性氧化物降低渣中O2的活度。
a 在离子理论中，用渣中自由O2 的活度（即 ）的大小作为熔O 渣2 - 酸碱性的
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。
FeO的供氧过程
(FeO ) [Fe ] [O] K a[Fe ] a[O ]
对铁液而言，当以纯铁液为标准态时，a[Fea] =(Fe1O)；a[O] = %[O]：
中南大学冶金原理第5章
5.1 熔渣的碱度与酸度
熔渣的碱度或酸度表示炉渣酸碱性的相对强弱 。 熔渣的化学性质主要决定于其中占优势的氧化物所显 示的化学性质。 用熔渣中碱性氧化物与酸性氧化物浓度的相对含量表 示熔渣的碱度或酸度。
一、熔渣的碱度
钢铁冶金中，习惯上用碱度表示熔渣的酸碱性。 碱度——熔渣中主要碱性氧化物含量与主要酸性氧化物含量（质量）之比，用R （B、V）表示。 碱度有多种表达式。 可在氧化物的质量百分数前引入根据化学计量关系或通过实际观测得到的系数。 各种碱度表达式中氧化物的量可用其摩尔数或摩尔分数表示。 对于高炉渣，碱度大于1的渣是碱性渣，碱度小于1的渣是酸性渣。 对于炼钢渣，碱性渣的碱度约为2~3.5。
成
离子理论的解释
提高碱度，熔渣中O2的浓度增加，aFeO增加。 复杂的硅氧复合阴离子解体，形成比较简单的结构； 与Fe2+形成强离子对：Fe2+O2；Ca2+与复合阴离子周围，形成弱离子对。
碱度达到2时，复合阴离子以最简单的形式SiO44–存在，进入的O2不再使复合阴离子解 体，Fe2+O2离子的浓度达到最大值，aFeO达到其最大值。 进一步提高碱度，出现组成近似于铁酸钙的离子团， Fe2+和O2的浓度降低，aFeO减小 。
成比较简单的结构；另—方面，与Fe2+形成强离子对：Fe2+O2；
返回 图53 CaOSiO2FeO系FeO的等活度曲线（1600C）标准态：与铁液平衡的纯氧化铁
图54 CaOSiO2FeO系中aFeO 与xFeO的关系
1—FeOSiO2系， 2—FeOCaO·SiO2系， 3—FeO2CaO·SiO2系， 4—FeO3CaO·SiO2系， 5—FeOCaO 系 ， 有 铁 酸 钙 形
二、熔渣氧化性的表示方法
熔渣的氧化性——熔渣向金属液供氧的能力。 与渣的组成和温度有关。 熔渣的氧化性用渣中能提供氧的组分的含量进行表征。 钢铁冶金中，用渣中氧化亚铁（FeO）的含量来表示熔渣的氧化性。 严格地讲，应以渣中FeO的活度a(FeO)表示熔渣的氧化性。 用渣中FeO的活度a(FeO)值的大小来表示熔渣氧化性的强弱的依据：
5.2 熔渣的氧化性
熔渣可分为两种：氧化渣和还原渣。 氧化渣——能向金属液输送氧、使金属液被氧饱和或使金属液中的杂质 氧化的渣。 还原渣——能从金属液中吸收氧、即发生金属液脱氧过程的渣。
熔渣的供氧能力或吸收氧的能力取决于熔渣中与金属液中氧势的相对大 小。 当熔渣中的氧势大于金属液中的氧势时，此炉渣为氧化性渣。 当熔渣中的氧势小于金属液中的氧势时，此炉渣为还原性渣。
二、镍锍组分的活度 将Cu2SNi3S2作为假二元系，并视为理想混合，用吉布斯杜亥姆方程计算 出NiCuS系中Cu2S及Ni3S2的活度。
图511 y=0.2时CuFeSO系中各组元的活度 y = nFe/(nFe+nCu)
图512 y=0.4时CuFeSO系中各组元的活度 y = nFe/(nFe+nCu)
等活度曲线。标准态：纯固体
A12O3的影响则与碱度有关。 ➢ 碱度高时，A12O3呈酸性，与渣中CaO结合，故aSiO2随着A12O3含量的增加而增大 ； ➢ 而碱度低时，A12O3呈碱性，与渣中SiO2结合，故aSiO2随着A12O3含量的增加而减 小。
熔渣中的MgO对SiO2活度的影响与CaO相似。
氧在铁液熔渣间的分配比（LO）：K %[O ] a(FeO)
当a(FeO)增大时，即渣的氧化性增强时，铁液中[O]的活度a[O]亦增大。
%
[O]
L K O
a(FeO)
5.3 熔渣与气体的反应
一、氢气在熔渣中的行为 二、氮气在熔渣中的行为 三、熔渣的透气性
（自学内容）
5.4其含量很高时（>10%），由于尖晶石（MgO·A12O3）的形成，使熔渣的液相区缩小 ， aSiO2也有不同程度的降低。
温度对aSiO2的影响较小， 当温度从1500C上升到1700C时， aSiO2仅有较小的增加。
三、CaO–FeO–SiO2系炉渣的等活度曲线图
分子理论的解释 随着碱度的提高，aFeO增大。
CaO的碱性远强于FeO，与SiO2结合，致使自由状的FeO的量增多。 当碱度为2时，形成2CaO·SiO2，aFeO达到很高的值。 继续增加碱度，aFeO降低。
形成铁酸钙（CaO·Fe2O3），导致自由状的FeO的浓度下降。 每条活度曲线在从FeO顶角绘出的CaO/SiO2的等比线上，aFeO有极大值。 当碱度提高时，熔渣中O2的浓度增加，一方面可使复杂的硅氧复合阴离子解体，形
图513 1473K时NiCuS系中的等活度曲线
a (a)
(b)
Cu 2S
a Ni 3S 2
图514 NiCuS系中各组元的等活度曲线（1473K）
(a) aCu；
(b) aNi
使用等活度图或等活度系数图时的注意事项
• 等活度图的温度适用范围； • 活度的标准态； • 坐标的单位； • 当实际值处于两条等活度线之间时，可应用内插法。
常见的碱度表达式
(1 ) R % CaO
% SiO 2
(2) R
% CaO
或:
% SiO 2 % Al 2 O 3
R % CaO % MgO % SiO 2 % Al 2 O 3
(3) R
% CaO
% SiO 2 % P 2 O 5
( 4 ) R % CaO % MgO % MnO % SiO 2 % Al 2 O 3 % P 2 O 5
5.5.1 熔渣组元的活度 一、熔渣的离子溶液模型
离子溶液模型的作用：计算熔渣组元活度。 建立模型的方法：假定熔渣离子的结构，离子间的作用能，离子 的分布状态以及离子浓度的计算方法。
离子溶液模型的分类：
➢ 经典热力学模型——假定硅酸盐熔渣中的各种复合阴离子和氧离子之间存在着聚 合型的化学反应平衡。利用这类聚合反应的平衡常数可计算熔渣组元的活度。
谢谢观赏！
2020/11/5
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aSiO2受熔渣组成，即碱度（CaO/SiO2比）和A12O3浓度的影响。 随着碱度的增加，aSiO2减小。 当碱度很高时，其值非常小，为102~103数量级。
图52 CaOSiO2A12O3系组分的等活度曲线（1600C） a — SiO2的活度， b — CaO的活度(实线)和A12O3的活度(虚线) 图中粗实曲线表示1600C的等温截面与各组元液相面的交线，交线之内的区域为液相区，其中绘出了
图51 熔渣液态金属间的电化学反应
5.5 冶金熔体的热力学性质
5.5.0 概述 5.5.1 熔渣组元的活度
一、CaO–Al2O3–SiO2系 二、CaO–FeO–SiO2系 三、其它三元系 5.5.2 熔锍组元的活度 一、铜锍组元的活度 二、镍锍组元的活度
5.5.0 概述
➢ 溶液的三个主要的热力学性质：
恒温恒压条件下生成lmol溶液时的
✓ 混合热（Hm） ✓ 混合熵（Sm） ✓ 混合吉布斯自由能（Gm） ➢ 由这三个性质导出的组元的偏摩尔性质：
✓ 偏摩尔吉布斯自由能（ ）
✓ 偏摩尔焓（ ）
➢
✓ 偏摩尔熵（ ）
G
偏摩尔吉布斯自由能的两种表达形式：
i
✓ 过剩吉布斯自由H能i
✓ 活度和活度系数 S i
G 1 RlT a n 1 ； G 2 RlT a n 2
a 量度。 越大，则熔渣的碱度越大；反之，
大。
O 2-
越小，则熔渣的酸度越
熔渣
a 值的大O小2 -不表示该渣氧化性的强弱。
a 与熔O 渣2 - 中各种氧化物的数量及种类有关，而熔渣的氧化性只与其中 a 能提供氧的组分（如炼钢渣中的FeO，铜氧化精炼渣中的Cu2O等）的含量