鑄造冶金原理試題2015

1、3570題12圖鑄造冶金原理試題1.鋼渣的主要氧化物是：FeO、CaO、SiO2，而咼爐渣的主要氧化物為：AI2O3、CaO、SiO2。為什么？鋼渣主要來源于鐵水與廢鋼中所含元素氧化后形成的氧化物，金屬爐料帶入的雜質(zhì)， 加入的造渣劑如石灰石、螢石、硅石等，以及氧化劑、脫硫產(chǎn)物和被侵蝕的爐襯材料等。鋼渣的主要成分是 FeO、CaO、Si02。高爐渣是冶煉生鐵時從高爐中排出的廢物，當爐溫達到1400 1600 C時，爐料熔融，礦石中的脈石、焦炭中的灰分和助溶劑和其他不能進入生鐵中的雜質(zhì)形成以硅酸鹽和鋁酸鹽為主浮在鐵水上面的熔渣。高爐渣中主要成分為CaO、SiO2、AI2O3。2. 堿性爐渣煉鋼時為

2、什么不能用石英（SiO2）材料作爐襯？堿性爐渣的主要成分是堿性氧化物，堿性氧化物能提高渣中的O2-的活度，而石英（SiO2）為酸性氧化物，會降低渣中的O2-的活度。3. 在豎爐（如鼓風爐）冶煉過程中，爐渣的熔化溫度直接決定了爐缸的最高溫度。要提高冶煉溫度，就必須調(diào)整爐渣成分，提高其熔化溫度。為什么？因為對于熔化溫度低的爐渣，增加燃料消耗量只能增大爐料的熔化量而不能進一步提高爐子 的最高溫度，因此，若要提高冶煉過程的最高溫度，必須選擇熔化溫度適當?shù)脑汀?. 熔渣的密度、粘度等物理性質(zhì)對金屬液與脈石成分的分離有著重要影響。為什么？因為熔渣的密度和粘度均和溫度有關(guān)，溫度升高，原子熱運動能量增加，供

3、給質(zhì)點移動的活化能增加，熔渣的密度和粘度降低。5. 用氧化鋁電解生產(chǎn)純鋁，為什么電解熔鹽的主要成分卻是Na3AIF6,而AI2O3只占3-7% ？Na3AIF6作為助熔劑，以降低電解時氧化鋁熔化的溫度，從而達到“節(jié)能”的目的。堿度一定時，當A1 2O3含量37% （質(zhì)量）時，渣的粘度較小，熔化性溫度低。6. 由CaO和SiO2構(gòu)成的高爐爐渣，CaO含量一般控制在35-50%，而有色金屬冶煉中 CaO含量一般低于15%。為什么？高爐冶煉所需熔化溫度較高，而有色金屬 冶煉所需熔化溫度較低，CaO含量增加能提高渣的熔化溫度進而提高冶煉溫度。7. 氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中應當怎樣控 制熔渣成分的變化。在

4、氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼過程的吹煉初期，鐵 水中的硅、錳、鐵氧化，迅速形成含刀FeO 很高的爐渣，為了吹煉過程中脫除鐵水中 的P和S,需要在造渣料中加入石灰，隨 著吹煉的進行，熔池溫度升高，石灰逐漸 溶解初期渣中，隨著石灰量的加入，爐渣 中會出現(xiàn)固相C2S，阻礙石灰塊進一步溶 解，為了加速石灰塊溶解和造渣，必須采 取適當?shù)拇胧?，快速增加?FeO含量，促 進石灰塊加速造渣，減小熔渣黏度，有利 于快速脫磷和脫硫。8. 熔渣中氧離子的活度能夠表示熔渣的 哪種化學性質(zhì)？為什么不能代表熔渣的氧 化性?熔渣中氧離子的活度能夠表示熔渣的酸堿度，熔渣中氧離子的活度不能代表熔渣的氧化性， 因為熔渣中堿性氧化物將離解為

5、氧陰離子O2-和相應的金屬陽離子 Men+,即堿性氧化物向渣中提供自由 02-，而酸性氧化物則于渣中的02-結(jié)合為復合陰離子，即酸性氧化物吸收渣中的自由02-。因此不能代表熔渣的氧化性。9鋼鐵冶煉的熔渣以什么表示氧化性？為什么？熔渣中FeO的活度a（FeO）表示熔渣的氧化性。熔渣的各種氧化物（如 CaO、MgO、Mn0、 FeO等）中，F(xiàn)eO的穩(wěn)定性最差，即 FeO的供氧可能性最大；只有 FeO能在金屬液（鋼液） 中溶解。10. 何為熔渣？簡述冶煉渣和精煉渣的主要作用。熔渣主要由冶金原料中的氧化物或冶金過程中生成的氧化物組成的熔體。冶煉渣：匯集爐料（礦石或精礦、燃料、熔劑等）中的全部脈石成分、

6、灰分以及大部分雜質(zhì)，從而使其與熔融的主要冶煉產(chǎn)物（金屬、熔锍等）分離。精煉渣：捕集粗金屬中雜質(zhì)元素的氧化產(chǎn)物，使之與主金屬分離。熔渣覆蓋金屬液表面，防止氧化和吸氣。11. 在三元系的濃度三角形中畫出下列熔體的組成點，并說明其變化規(guī)律。X : A 10%，B 70%，C 20% ； Y : A 10%，B 20%，C 70% ； Z : A 70%，B 20%，C 10% ； 若將3kg X熔體與2kg Y熔體和5kg Z熔體混合，試依據(jù)杠桿規(guī)則用作圖法或計算法求出混 合后熔體的組成點。變化規(guī)律：三種物質(zhì)的百分比之和始終為100%。一種物質(zhì)所占的比例不變，其他物質(zhì)含量比例不變。P14,例 2-1

7、12. 右圖為CaO-SiO2二元相圖，其中有哪些化合物？哪幾個是有偏熔融化合物？哪幾個是無 偏熔融化合物？寫出熔體冷卻過程中各水平線對應的反應方程式?；衔铮?CaO SiO2、2CaO SiO?、3CaO 2SQ2、CaO SiO?有偏熔融化合物： 3CaO 2SiO2、3CaO SiO2無偏熔融化合物：2CaO SiO2、CaO SiO2分比是多少？圖中 C代表 CaO, A 代表 AI2O3,局部。請問 x、y、z點 所代表的熔渣組成在 1400 C時分別有些什么物相？各物相的質(zhì)量百CS-C.S-C；=元系鳩如弋尋醫(yī)嚴面圖13. 右圖為右圖為CaO-SiO2- Al 2O3 三元相圖的

8、1400 C等溫截面圖題13圖S代表SiO214根據(jù)CaO-SiO2-FeO三元系相圖，指出下列組成（wt% ）的熔體冷卻時，首先析出什么物質(zhì)？冷卻結(jié)晶結(jié)束后的固態(tài)物相組成是什么？（1）CaO 15、FeO 25、SiO2 60 ；（ 2）CaO 10、FeO 55、SiO2 35 ；（ 3）CaO 60、FeO 10、SiO2 20。首先析出CaO組成：（1） 2CaO SiO2, CaO, SiO?, FeO, CaO FeO SiO?, 3CaO SiO?（2）CaO SiO2, CaO, SiO?, FeO, CaO FeO SiO?（3）3CaO SiO2, CaO, SiO2, F

9、eO, 2CaO SiO2, CaO FeO SiO215. 某爐渣的成分為 （wt % ） FeO 13.3、MnO 5.1、CaO 38.2、MgO 14.7、SiO2 28.1、P2O5 0.6。1） 請用1600 C下FeO- CaO- SiO2三元系等活度圖確定該熔渣中FeO的活度；P115，圖 5-925%2） 請用理想離子熔體模型計算1600 C下渣中FeO的活度。P72,例 116. 試用CaO從12O3-SQ2系熔渣的等粘度曲線圖估計組成 （wt% ）為CaO 38.0、SQ2 38.39、 A1 2O3 16.0、MgO 2.83的高爐渣在1500 ° C時的粘度

10、。如果將溫度提高到 1900° C,此熔 渣的粘度降低到多大？P87Al2O3 / %（質(zhì)量）A SiQzCdO0.20.4 B M 0.B AlaOjN Al O231500C下CaO-A12O3£iO2系的等粘度圖1900C下CaO-A12O3-SiO2系的等粘度圖17. 實驗測得組成（wt % ）為：CaO 42.5、SQ2 42.5、MgO 9.5、A1 2O3 5.5的熔渣在不同溫 度下的粘度如下表。試求出粘度與溫度的指數(shù)方程及粘流活化能。P103,例 6t / C °n / Pa s -13001.6313501.3414001.0914500.911

11、5000.7518. 根據(jù)CaO-A1 2O3-SiO2系熔渣的等粘度曲線圖討論堿度分別為0.2和1.0時，增大A1?O3含量對熔渣粘度的影響，并解釋其原因。堿度為0.2時，增大Al 2O3含量，粘度下降，因為在堿性介質(zhì)中Al 2O3表現(xiàn)為堿性氧化物性 質(zhì)。堿度為0.1時，增大Al 2O3含量，粘度升高，因為在堿性介質(zhì)中Al 2O3表現(xiàn)為酸性氧化物性質(zhì)。19. 已知某爐渣的組成 (wt % )為:CaO 20.78、SQ2 20.50、FeO 38.86、FezO3 4.98、MgO 10.51、 MnO 2.51、P2O5 1.67。試用四種不同的堿度表達式計算該爐渣的堿度。P10420.

12、利用CaO-SiO2-A1 2O3系等活度曲線圖求 1600 ° C時組成(wt % )為：CaO 26、SQ2 43、 MgO 4、Al 2O3 20、P2O5 7 的熔渣中 SiO2和 Al 2O3 的活度。P11421. 已知某熔渣的組成(wt %)為：CaO 35、SQ2 20、FeO 20、Fe2O3 4、MgO 5、MnO 8、 P2O5 &試利用CaO-FeO-SiO2系等活度曲線圖求1600° C時渣中FeO的活度及活度系數(shù)。P116， 5-1122. 什么是煉鋼熔渣的全氧化鐵量？為什么可以用全氧化鐵量表示熔渣的氧化性？熔渣中鐵的氧化物是以FeO和F

13、e2O3兩種不同的形式存在的，他們之間存在如下的化學平衡：2( FeO)+1/2O2=(Fe2O3),在討論熔渣的氧化性的時候，還應考慮熔渣中FezOs的貢獻。通常將Fe2°3的含量折合為FeO的含量，得到熔渣中全氧化鐵的含量，并以之表示熔渣的氧化性。熔渣中的Fe2O3能促使熔渣從爐氣中吸收氧，并能向金屬液中傳遞氧，從而保證熔渣的氧化作用，熔渣中Fe2O3的含量越高，其氧化性越強。23. 試根據(jù)氧勢圖分析分別在1000C和1800C將MgO還原成金屬鎂時，可供選擇的還原劑。P1331000 C： Ca、C1800 C： Ca、Al、Li、C24. 試解釋氧勢圖上 Na2O、MgO的G

14、0 -T線上各轉(zhuǎn)折點的原因。P133發(fā)生相變25. 要在1600C下CO2-CO混合氣體中將鐵氧化，試根據(jù)氧勢圖確定氣相中CO2/CO的比值。_2P133比值1026. 氧勢圖中反應 2CO + O2 = 2CO2的氧勢線與2H2 + O2 = 2H?O的氧勢線交于 810C，試分 析當溫度高于810C、等于810C,低于810C時，在標準狀態(tài)下反應 H2O(g) + CO(g) = H 2 (g)+ CO2(g)進行的方向。溫度高于810C生成CO的反應優(yōu)先進行，低于810 C時生成CO2的反應優(yōu)先進行，等于810 C 時，等效平衡。527. 求碳的氣化反應在溫度1273K、總壓為2 X 1

15、0 Pa時氣相中CO的平衡濃度。P199公式 P200例題28. 根據(jù)氧勢圖估算在溫度 1273K下用CO+CO2混合氣體將Fe2O3還原成Fe3O4時平衡氣相 的氧分壓和CO/CO 2比值。P133氧分壓10-5比值10-429. 向溫度為1500 C,含碳量5. 1%wt的鐵水中加入CaC2作爐外脫硫處理。試求脫硫后鐵水的最低的含硫量。已知1500 C時石墨在鐵水中溶解度為5.1%，同時已知0 -1CaC2(s)+S=CaS(s)+2C , G =-352794+103.7T (J mol )。C的標準態(tài)為石墨，S的標準態(tài)為符合享利定律的質(zhì)量濃度1%的假想溶液。30. 含H為5PPm的鋼液

16、在含水蒸氣1013Pa( 0.01atm)的大氣(O2體積含量為21%)中進行澆注，溫度為1600 C,試問鋼液是否吸收氫？已知:H2(g)=2H ppm, G°=72970-92.22T(8720-11.02T);02H2(g)+O2(g)=2H2O (g)， G =-493700+111.92T。31. 在1563至1750C溫度范圍內(nèi)，實驗測定反應H2+O=H 2O©）的平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系為igK7050T-3.17。已知H2O22 G°=-251793+58.28T(J)。求 1600 C1時氧溶于鐵液一O2 rO的標準溶解自由焓。232. 熔煉銅基合金

17、時用磷銅脫氧的理論依據(jù)是什么？為什么熔煉黃銅（Cu-Zn合金）時不需要加磷銅脫氧？脫氧第一階段，磷蒸氣與銅液中的Cu 2 O作用5Cu 2 0+ 2P= P 2 O 5 + 10Cu ?反應產(chǎn)物P 2O5的沸點為347 C，在銅液中以氣泡形式上浮，上浮過程中繼續(xù)與Cu 2 O反應，進入脫氧第二階段 Cu 2 O+ P 2 O 5 = 2CuPO 3當Cu 2 O含量較高，磷蒸氣逸出較慢時， 磷也可能直接 與Cu 2 O反應6Cu 2 O + 2P= 2CuPO 3 +10Cu偏磷酸銅CuPO 3的熔點低，密度比銅小，容 易上浮至液面而被除去。熔煉黃銅不需要加磷銅脫氧，因為Zn本身就有脫氧作用。33. 熔煉銅合金時可用 SiO2作爐襯材料，而熔煉鎂合金時卻不能，為什么？在熔煉溫度范圍內(nèi)，Al、Mg能被出0、 CO或CO2氧化，熔煉Al、Mg、Ti及其合金時， 如果用SiO2作爐襯，則熔體將與耐火材料發(fā)生氧化還原反應，結(jié)果爐襯被侵蝕，金屬受污 染。34. 名詞解釋：（1 ）物質(zhì)的標準生成自由焓 （或標準生成吉布斯自由能）；（2）氧勢；（3）分解壓；（4）化學位；（5）活度；（6）爐渣堿度。物質(zhì)的標