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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。
第一篇冶金熔体第一章冶金熔体概述1. 什么是冶金熔体？它分为几种类型？2. 何为熔渣？简述熔渣成分的主要来源及冶炼渣和精炼渣的主要作用。
3. 熔锍的主要成分是什么？第二章冶金熔体的相平衡图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，试求出混合后熔体的组成点。
2. 试分析下图中熔体1 、2 、3 、4 、5 、6 的冷却结晶路线。
第三章冶金熔体的结构1. 熔体远程结构无序的实质是什么？2. 试比较液态金属与固态金属以及液态金属与熔盐结构的异同点。
3. 简述熔渣结构的聚合物理论。
其核心内容是什么？第四章冶金熔体的物理性质1. 试用离子理论观点说明熔渣的温度及碱度对熔渣的粘度、表面张力、氧化能力及组元活度的影响。
2. 什么是熔化温度？什么是熔渣的熔化性温度？3. 实验发现，某炼铅厂的鼓风炉炉渣中存在大量细颗粒铅珠，造成铅的损失。
你认为这是什么原因引起的？应采取何种措施降低铅的损失？第五章冶金熔体的化学性质与热力学性质1. 某工厂炉渣的组成为：44.5% SiO 2 ，13.8%CaO ，36.8%FeO ，4.9%MgO 。
试计算该炉渣的碱度和酸度。
原子量：Mg 24 Si 28 Ca 40 Fe 56 Mn 55 P 31 Zn 652. 什么是熔渣的碱度和酸度？3. 熔渣的氧化性主要取决于渣中碱性氧化物的含量，这种说法对吗？为什么？4. 已知某炉渣的组成为（W B / % ）：CaO 20.78 、SiO2 20.50 、FeO 38.86 、Fe2O3 4.98 、MgO10.51 、MnO 2.51 、P2O5 1.67 ，试求该炉渣的碱度。
原子量：Mg 24 Si 28 Ca 40 Fe 56 Mn 55 P 31 Zn 65 5. 某铅鼓风炉熔炼的炉渣成分为（W B / % ）：CaO 10 、SiO2 36 、FeO 40 、ZnO 8 ，试求该炉渣的酸度。
第四章 冶金熔体冶金熔体包括金属熔体和熔渣。
在火法冶金的冶炼和铸錠过程中，许多物理化学反应都与金属熔体和熔渣的物理化学性质有密切的关系。
例如炼钢过程中的脱碳、脱磷、脱硫和脱氧反应，铸锭过程中各种元素的偏析和非金属夹杂物的排除等，均与钢液中参与该反应的元素的浓度和活度有密切的关系。
同时也与钢液的粘度、表面张力和各元素在钢液中的扩散性有关。
因此研究他们的物理化学性质对冶金过程十分重要。
由于高温熔体本身的复杂性和高温下的实验研究比困难，至今对他们的理化性质的研究还很不够。
很多数据差别较大，还有许多问题尚待进一步研究。
这里只是根据某些实验研究结果，主要以铁合金和炼钢炉渣为例，来分析讨论金属熔体的结构、金属熔体的物理性质、各种元素在金属熔体中的溶解度和相作用、熔渣的结构、熔渣的物理性质、熔渣的化学性质和熔渣相图等问题。
4.1 金属溶体的结构在冶金过程中，金属熔体的温度一般只比其熔点高100～150℃左右，在这种情况下，金属熔体的性质和结构是与固体相近的。
下列事实可以作为证明。
1)金属熔化时体积增加很少，通常只有3％左右，纯铁熔化时体积只增加3．5％，即熔化时质点间的距离只增大l%左右。
这就说明各种金属在液态时其质点之间的距离是与固体相近的。
2）各种物质在熔化时的熔化潜热和熵变比蒸发和升华时的潜热及相应的熵变要小得多。
这就说明固体在熔化时质点间的作用力变化不大，并且体系的无秩序排列程度增加不多。
3）金属在熔化时的热容量变化不大。
这就证明液体中质点的热运动特点与固体中的很相近，而没有很大的变化。
4)用X射线衍射法研究金属熔体的结构，证明在熔点附近其结构与固体相近。
熔铁的原子径向分布曲线如图4—1所示。
图中竖线是晶体的衍射线，它们表示晶体中的原子分布情况，由于晶体的晶格很规则而各个原子有固定的空间排列，因此只在某几个球面上有原子分布，所以分布曲线是不连续的竖线。
液体中缺乏规则的晶格且原子位置经常发生变化，只能得到具有一个个峰的曲线，因此表示液体中原子分布的情况只能用原子径向分布函数这个概率的概念。
第四章第章冶金熔体热力学模型参考数目（1）•《物理化学》复旦大学化学系物理化学教研室编，北京人民教育出版社1977阿特金斯著天津大学物理化学教研•《物理化学》英∙阿特金斯著，天津大学物理化学教研室译高教出版社1990•《物理化学》南京大学物理化学教研室，傅献彩、陈南京大学物理化学教研室傅献彩陈瑞华编人民教育出版社1980结构化学何福成朱和人民教育出版社•《结构化学》何福成、朱正和，1984 •《化学热力学》韩德刚、高执棣主编，高等教育出版社1997•《化学热力学问题300例》屈松生主编，高等教育出版社1996参考数目（2）•《钢铁冶金原理》冶金工业出版社，黄希祜•《钢铁冶金物理化学》冶金工业出版社，陈襄武•《钢铁冶金学》冶金工业出版社，陈家祥主编•《物理化学》蔡文娟主编，冶金工业出版社蔡文娟主编冶金工业出版社1994•《物理化学》冶金工业出版社梁英教•《金属学》冶金工业出版社宋维锡主编参考数目（3）•冶金工业出版社，《冶金与材料物理化学》冶金业出版社李文超主编，2001•《硅酸盐物理化学》饶东生主编，冶金工业出版社，1991出版社•《硅酸盐物理化学》贺可音主编，武汉工业大学出版社，1995•《冶金熔体的计算热力学》张鉴著，冶金工业出版社，1998工业出版社稀溶液正规溶液1亚正规溶液•几何模型经验模型•SELF-SReM Model•分子理论•离子理论•分子离子共存模型一、分子理论分子论①分子结构理论是最早出现的关于熔渣结构的理论。
②分子理论是基于对固态炉渣结构的研究结果。
分子理论是基于对固态炉渣结构的研究结果③分子结构理论在熔渣结构的研究中已很少应用。
④在冶金生产实践中仍常用分子结构理论来讨论和分析冶金现象。
分子理论的基本观点1、分子理论的基本观点z 熔渣是由电中性的分子组成的。
有的是简单氧化物或称自由氧化物如¾有的是简单氧化物（或称自由氧化物），如：CaO 、MgO 、FeO 、MnO 、SiO 2、Al 2O 3等¾有的是由碱性氧化物和酸性氧化物结合形成的复杂化合物（或称结合氧化物），如：2CaO ∙SiO 2，CaO ∙SiO 2、2FeO ∙SiO 2、3CaO ∙P 2O 5等z 分子间的作用力为范德华力。
第四章冶金熔体的物理性质4.1 熔化温度∙冶金熔体在一定的温度范围内熔化，没有确定的熔点，冷却曲线上无平台。
∙熔化温度——冶金熔体由其固态物质完全转变成均匀的液态时的温度。
∙凝固温度或凝固点——冶金熔体在冷却时开始析出固相时的温度。
∙常见冶金熔体的熔化温度范围∙熔化温度与熔体组成有关。
→例如，在铁液中非金属元素C、O、S、P等使能其熔化温度显著降低，含1%C的铁液的熔化温度比纯铁熔点低～90℃；由Mn、Cr、Ni、Co、Mo等金属元素引起的铁液熔化温度的降低很小。
冶炼镍铜品位低、钙镁含量高的镍精矿时的渣型选择∙根据矿石成分的变化可选择两种酸性渣型：高硅渣和高钙渣两种渣型都能抑制氧化镁和磁性氧化铁的有害作用。
∙对于含镁高的矿石，采用高硅渣可以增加炉渣硅酸度，抑制MgO(熔点约2800℃) 的危害，同时使Fe3O4造渣：2MgO + SiO2 = 2MgO·SiO22Fe3O4 + FeS + 5SiO2 = 5(2FeO·SiO2) + SO2∙S iO2的加入量随原料成分而变化。
∙图中A点代表高硅渣中SiO2含量的下限，B点代表其上限。
∙高硅渣的熔化温度大致在1400～1500℃之间。
∙炼镍鼓风炉的风口区温度可达1500～800℃，足以保证渣的过热与排放。
∙当炼镍原料中含有较多的CaO时，可选用高钙渣。
∙图4-2中的C点为高钙渣CaO含量的下限，位于鳞石英相区内1200℃等温线下面。
∙D点代表高钙渣CaO含量的上限，位于硅灰石CaO-SiO2相区，紧靠1100℃等温线。
∙高钙渣的熔化温度处于1100～1200℃之间。
∙由于渣中MgO含量约为4%～9%或更高，高钙渣的熔化温度可能更高。
结论∙高钙渣的熔化温度比高硅渣低。
∙对于高镁原料，在强化熔炼和其它因素变化不大的情况下，选用高硅渣或高钙渣，均能正常冶炼并得到低的渣含镍。
4.2 密度∙密度——单位体积的质量。
∙密度影响金属与熔渣、熔锍与熔渣、金属与熔盐的分离，影响金属的回收率。
第四章 冶金熔体冶金熔体包括金属熔体和熔渣。
在火法冶金的冶炼和铸錠过程中，许多物理化学反应都与金属熔体和熔渣的物理化学性质有密切的关系。
例如炼钢过程中的脱碳、脱磷、脱硫和脱氧反应，铸锭过程中各种元素的偏析和非金属夹杂物的排除等，均与钢液中参与该反应的元素的浓度和活度有密切的关系。
同时也与钢液的粘度、表面张力和各元素在钢液中的扩散性有关。
因此研究他们的物理化学性质对冶金过程十分重要。
由于高温熔体本身的复杂性和高温下的实验研究比困难，至今对他们的理化性质的研究还很不够。
很多数据差别较大，还有许多问题尚待进一步研究。
这里只是根据某些实验研究结果，主要以铁合金和炼钢炉渣为例，来分析讨论金属熔体的结构、金属熔体的物理性质、各种元素在金属熔体中的溶解度和相作用、熔渣的结构、熔渣的物理性质、熔渣的化学性质和熔渣相图等问题。
4.1 金属溶体的结构在冶金过程中，金属熔体的温度一般只比其熔点高100～150℃左右，在这种情况下，金属熔体的性质和结构是与固体相近的。
下列事实可以作为证明。
1)金属熔化时体积增加很少，通常只有3％左右，纯铁熔化时体积只增加3．5％，即熔化时质点间的距离只增大l%左右。
这就说明各种金属在液态时其质点之间的距离是与固体相近的。
2）各种物质在熔化时的熔化潜热和熵变比蒸发和升华时的潜热及相应的熵变要小得多。
这就说明固体在熔化时质点间的作用力变化不大，并且体系的无秩序排列程度增加不多。
3）金属在熔化时的热容量变化不大。
这就证明液体中质点的热运动特点与固体中的很相近，而没有很大的变化。
4)用X射线衍射法研究金属熔体的结构，证明在熔点附近其结构与固体相近。
熔铁的原子径向分布曲线如图4—1所示。
图中竖线是晶体的衍射线，它们表示晶体中的原子分布情况，由于晶体的晶格很规则而各个原子有固定的空间排列，因此只在某几个球面上有原子分布，所以分布曲线是不连续的竖线。
液体中缺乏规则的晶格且原子位置经常发生变化，只能得到具有一个个峰的曲线，因此表示液体中原子分布的情况只能用原子径向分布函数这个概率的概念。
