2025年新冶金?？茖W(xué)校試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共30分）1.以下哪種反應(yīng)屬于冶金過程中典型的氣-固非均相反應(yīng)？A.鐵水脫碳反應(yīng)（[C]+[O]→CO(g)）B.爐渣中FeO的分解（2FeO→2Fe+O?(g)）C.焦炭與CO?的反應(yīng)（C(s)+CO?(g)→2CO(g)）D.鋼液中Mn的氧化（[Mn]+[O]→MnO(s)）答案：C2.某還原反應(yīng)的ΔGθ=-RTlnK中，K的單位取決于反應(yīng)式中氣體物質(zhì)的計(jì)量系數(shù)。若反應(yīng)式為MeO(s)+CO(g)→Me(s)+CO?(g)，則K的單位為？A.Pa?1B.無量綱C.PaD.Pa2答案：B（平衡常數(shù)表達(dá)式為p(CO?)/p(CO)，分壓比無量綱）3.高爐煉鐵中，間接還原（FeO+CO→Fe+CO?）與直接還原（FeO+C→Fe+CO）的主要區(qū)別在于？A.反應(yīng)溫度不同，間接還原在低溫區(qū)，直接還原在高溫區(qū)B.還原劑不同，間接還原用CO，直接還原用CC.反應(yīng)產(chǎn)物不同，間接還原提供CO?，直接還原提供COD.以上均正確答案：D4.轉(zhuǎn)爐煉鋼中，脫磷反應(yīng)的熱力學(xué)條件要求爐渣具有高堿度和低FeO含量，這是因?yàn)?？A.高堿度提高渣中O2?濃度，低FeO減少P?O?的分解B.高堿度降低渣中O2?濃度，低FeO促進(jìn)P?O?的提供C.高堿度提高渣中Fe3+濃度，低FeO抑制碳氧反應(yīng)D.高堿度降低渣的熔點(diǎn)，低FeO提高渣的流動(dòng)性答案：A5.真空脫氣處理鋼液時(shí)，脫氫反應(yīng)（2[H]→H?(g)）的速率主要受限于？A.鋼液中H原子向氣-液界面的擴(kuò)散B.界面化學(xué)反應(yīng)速率C.H?分子在氣相中的擴(kuò)散D.鋼液溫度的均勻性答案：A6.計(jì)算冶金反應(yīng)速率時(shí)，若反應(yīng)的表觀活化能Ea遠(yuǎn)大于擴(kuò)散活化能Ed，則該反應(yīng)的速率控制步驟為？A.化學(xué)反應(yīng)步驟B.擴(kuò)散步驟C.混合控制D.界面?zhèn)髻|(zhì)步驟答案：A7.爐渣的堿度通常用（CaO+MgO）/(SiO?+Al?O?)表示，當(dāng)堿度為1.8時(shí)，該渣屬于？A.酸性渣（堿度<1.0）B.中性渣（1.0≤堿度≤1.5）C.堿性渣（堿度>1.5）D.高堿性渣（堿度>2.0）答案：C8.鋁熱還原法生產(chǎn)金屬鉻的反應(yīng)式為Cr?O?+2Al→2Cr+Al?O?，該反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行的主要原因是？A.反應(yīng)焓變?chǔ)<0（強(qiáng)放熱），且熵變?chǔ)>0B.反應(yīng)焓變?chǔ)>0，但熵變?chǔ)足夠大C.反應(yīng)吉布斯自由能ΔG隨溫度升高顯著降低D.鋁的還原能力強(qiáng)于鉻，且反應(yīng)提供穩(wěn)定的Al?O?答案：D9.連鑄過程中，結(jié)晶器保護(hù)渣的主要作用不包括？A.絕熱保溫，防止鋼液過快凝固B.吸收鋼液中的夾雜物C.潤(rùn)滑結(jié)晶器與坯殼，減少摩擦D.調(diào)節(jié)鋼液成分，補(bǔ)充合金元素答案：D10.硫化礦焙燒時(shí)，若采用“死燒”（完全氧化）工藝，主要目的是？A.提供金屬硫酸鹽，便于后續(xù)浸出B.提供金屬氧化物，降低后續(xù)還原難度C.保留部分硫，形成低熔點(diǎn)共晶D.減少SO?排放，降低環(huán)保壓力答案：B11.計(jì)算金屬熔體的表面張力時(shí)，通常采用經(jīng)驗(yàn)公式γ=γ?(1-T/Tc)，其中Tc為？A.金屬的熔點(diǎn)B.金屬的沸點(diǎn)C.金屬的臨界溫度D.金屬的液相線溫度答案：C12.電爐煉鋼中，泡沫渣的形成主要依賴于？A.渣中FeO含量高，且碳氧反應(yīng)提供CO氣泡B.渣中SiO?含量高，黏度大C.渣中MgO含量高，熔點(diǎn)升高D.鋼液溫度低，氣體溶解度下降答案：A13.高爐煤氣的主要成分（體積分?jǐn)?shù)）為？A.CO?（20-25%）、CO（25-30%）、N?（45-50%）B.CO（20-25%）、H?（5-10%）、CH?（1-3%）C.CO（25-30%）、CO?（15-20%）、N?（50-55%）D.H?（30-35%）、CO（10-15%）、N?（50-55%）答案：C14.鈦鐵礦（FeTiO?）酸浸時(shí)，為提高TiO?的浸出率，通常需要控制？A.低酸濃度、高溫、長(zhǎng)時(shí)間B.高酸濃度、低溫、短時(shí)間C.高酸濃度、高溫、長(zhǎng)時(shí)間D.低酸濃度、低溫、短時(shí)間答案：C15.鎂合金熔煉時(shí)，加入覆蓋劑（如RJ-2熔劑）的主要目的是？A.提高熔體流動(dòng)性B.防止鎂氧化燃燒C.細(xì)化晶粒D.去除熔體中的氫答案：B二、填空題（每空1分，共20分）1.冶金過程熱力學(xué)中，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)規(guī)定純固體、純液體的活度為______，氣體的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)為______分壓下的理想氣體。答案：1；100kPa2.擴(kuò)散第一定律（菲克定律）的表達(dá)式為______，其物理意義是______。答案：J=-D(dc/dx)；單位時(shí)間內(nèi)通過單位截面積的擴(kuò)散物質(zhì)流量與濃度梯度成正比3.高爐煉鐵中，爐料下降的動(dòng)力主要來自______，而阻力主要來自______和爐墻摩擦力。答案：重力；煤氣上升的浮力4.轉(zhuǎn)爐煉鋼的“一倒”操作是指______，此時(shí)終點(diǎn)鋼水的碳含量通?？刂圃赺_____（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。答案：吹煉至預(yù)定終點(diǎn)時(shí)的第一次倒?fàn)t；0.05-0.10%5.氧化鎳礦還原焙燒-氨浸工藝中，焙燒的目的是______，氨浸的原理是利用______形成可溶性絡(luò)合物。答案：將NiO還原為金屬鎳；Ni2+與NH?6.鋼液凝固時(shí)，枝晶偏析的程度與凝固速率、______和______有關(guān)，減輕偏析的方法包括______和均勻化退火。答案：溶質(zhì)分配系數(shù)；擴(kuò)散系數(shù)；快速凝固7.煉銅閃速爐中，精礦的干燥、預(yù)熱、氧化反應(yīng)在______內(nèi)完成，熔體的沉降分離在______內(nèi)進(jìn)行。答案：反應(yīng)塔；沉淀池8.計(jì)算熔渣堿度時(shí)，若渣中含有P?O?，通常將其視為______性氧化物，需用______調(diào)整堿度表達(dá)式。答案：酸；(CaO+MgO)/(SiO?+Al?O?+P?O?)三、簡(jiǎn)答題（每題8分，共40分）1.簡(jiǎn)述碳作為冶金還原劑的優(yōu)勢(shì)，并說明其在高爐煉鐵中的具體應(yīng)用。答案：碳作為還原劑的優(yōu)勢(shì)：①還原能力強(qiáng)，能還原大多數(shù)金屬氧化物；②來源廣泛（如焦炭、煤），成本低；③反應(yīng)提供CO或CO?，氣體產(chǎn)物易脫離體系，推動(dòng)反應(yīng)正向進(jìn)行；④部分反應(yīng)放熱（如C+O?→CO?），可提供熱量。在高爐煉鐵中，碳（焦炭）既是還原劑（參與直接還原：FeO+C→Fe+CO），又是發(fā)熱劑（燃燒提供高爐所需熱量），同時(shí)焦炭在爐內(nèi)起到支撐料柱、保證煤氣流通的骨架作用。2.分析轉(zhuǎn)爐煉鋼中“前期脫磷快，后期脫磷慢”的原因，并提出提高終點(diǎn)磷含量合格率的措施。答案：前期脫磷快的原因：①吹煉初期溫度較低（1300-1400℃），利于脫磷反應(yīng)（ΔH<0，低溫有利）；②渣中FeO含量高（初期金屬氧化提供大量FeO），提高渣中O2?活度；③爐渣堿度逐漸升高（加入石灰溶解），提供O2?來源。后期脫磷慢的原因：①溫度升高（1600℃以上），脫磷反應(yīng)逆向移動(dòng)；②渣中FeO因碳氧反應(yīng)（[C]+[O]→CO）被消耗，濃度下降；③鋼中碳含量降低，熔池?cái)嚢铚p弱，傳質(zhì)速率下降。提高措施：①適當(dāng)控制終點(diǎn)溫度（避免過高）；②保證終渣堿度（R=3.0-3.5）和FeO含量（15-20%）；③采用雙渣法（倒出部分前期高磷渣，重新造渣）；④終點(diǎn)前補(bǔ)加石灰或鐵礦石，強(qiáng)化脫磷。3.比較氣-固反應(yīng)的“收縮核模型”與“整體反應(yīng)模型”的適用條件，并說明如何通過實(shí)驗(yàn)判斷反應(yīng)的控制步驟。答案：收縮核模型適用于反應(yīng)物為致密固體，反應(yīng)從表面向中心推進(jìn)，未反應(yīng)核逐漸縮小的情況（如礦石還原）；整體反應(yīng)模型適用于多孔固體，反應(yīng)在整個(gè)顆粒內(nèi)同時(shí)進(jìn)行（如多孔焦炭的氣化）。實(shí)驗(yàn)判斷控制步驟的方法：①改變氣相反應(yīng)物濃度，若速率與濃度成正比，可能為界面化學(xué)反應(yīng)控制；若速率與濃度無關(guān)，可能為擴(kuò)散控制；②改變固體顆粒粒度，若速率與1/r（r為粒徑）成正比，可能為擴(kuò)散控制；若速率與1/r2成正比，可能為界面反應(yīng)控制；③測(cè)量表觀活化能，Ea>40kJ/mol時(shí)為化學(xué)反應(yīng)控制，Ea<20kJ/mol時(shí)為擴(kuò)散控制。4.說明爐渣在冶金過程中的主要作用，并舉例說明爐渣成分對(duì)煉鋼質(zhì)量的影響。答案：爐渣的作用：①分離金屬與雜質(zhì)（如脫除S、P）；②保護(hù)金屬熔體（隔絕空氣，防止氧化）；③調(diào)節(jié)熱量（如電弧爐渣層保溫）；④參與化學(xué)反應(yīng)（如提供O2?促進(jìn)脫磷）。對(duì)煉鋼質(zhì)量的影響舉例：①堿度過低（R<1.5）時(shí)，渣中O2?不足，脫磷、脫硫能力差，鋼中P、S含量易超標(biāo)；②渣中MgO含量過高（>12%）時(shí)，爐渣熔點(diǎn)升高，流動(dòng)性變差，影響傳質(zhì)和夾雜物吸收；③FeO含量過高（>25%）時(shí)，會(huì)增加鋼液氧化性，導(dǎo)致合金元素?zé)龘p（如[Mn]+(FeO)→(MnO)+[Fe]），同時(shí)可能引發(fā)噴濺。5.簡(jiǎn)述直接還原鐵（DRI）的生產(chǎn)原理及主要工藝類型，并分析其在電爐煉鋼中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。答案：生產(chǎn)原理：在低于礦石熔化溫度下，用還原性氣體（如H?、CO）或固體碳將鐵礦石中的氧化鐵還原為金屬鐵，得到含碳量低（<2%）、保留礦石結(jié)構(gòu)的海綿鐵。主要工藝類型：①氣基直接還原（如Midrex、HYL-Ⅲ工藝，用天然氣制得H?+CO混合氣體）；②煤基直接還原（如回轉(zhuǎn)窯法、豎爐法，用煤作為還原劑）。應(yīng)用優(yōu)勢(shì)：①DRI雜質(zhì)少（S、P含量低），可替代廢鋼作為電爐煉鋼原料，提高鋼水純凈度；②避免廢鋼帶入的殘留元素（如Cu、Sn）對(duì)鋼材性能的影響；③DRI金屬化率高（>90%），電爐冶煉時(shí)熔化能耗低，縮短冶煉時(shí)間；④可調(diào)節(jié)電爐爐料結(jié)構(gòu)，緩解廢鋼資源短缺問題。四、計(jì)算題（共30分）1.已知反應(yīng)FeO(s)+CO(g)→Fe(s)+CO?(g)在1000℃時(shí)的ΔGθ=-12.5kJ/mol，若高爐內(nèi)某區(qū)域煤氣成分為CO（28%）、CO?（12%）、N?（60%）（體積分?jǐn)?shù)），總壓為120kPa，判斷該溫度下FeO能否被CO還原。（8分）解：反應(yīng)的平衡常數(shù)K=exp(-ΔGθ/(RT))T=1000+273=1273K，R=8.314J/(mol·K)ΔGθ=-12500J/molK=exp(12500/(8.314×1273))=exp(12500/10580)=exp(1.181)=3.26實(shí)際分壓比Q=p(CO?)/p(CO)p(CO)=0.28×120=33.6kPa，p(CO?)=0.12×120=14.4kPaQ=14.4/33.6=0.429因?yàn)镼<K（0.429<3.26），所以ΔG=RTln(Q/K)<0，反應(yīng)正向自發(fā)，F(xiàn)eO能被還原。答案：能被還原。2.某煉鋼爐渣成分為（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）：CaO50%、SiO?20%、Al?O?10%、MgO8%、FeO12%，計(jì)算爐渣的堿度（四元堿度）和光學(xué)堿度（已知各氧化物的光學(xué)堿度系數(shù)：CaO=1.07，SiO?=0.48，Al?O?=0.60，MgO=1.05，F(xiàn)eO=0.78）。（10分）解：（1）四元堿度R=(CaO+MgO)/(SiO?+Al?O?)代入質(zhì)量分?jǐn)?shù)：R=(50+8)/(20+10)=58/30=1.93（2）光學(xué)堿度Λ=Σ(xi×Λi)，其中xi為各氧化物的摩爾分?jǐn)?shù)。先計(jì)算各氧化物的摩爾數(shù)（以100g渣計(jì)）：CaO：50/56=0.893molSiO?：20/60=0.333molAl?O?：10/102=0.098molMgO：8/40=0.200molFeO：12/72=0.167mol總摩爾數(shù)=0.893+0.333+0.098+0.200+0.167=1.691mol各組分的摩爾分?jǐn)?shù)：x(CaO)=0.893/1.691=0.528x(SiO?)=0.333/1.691=0.197x(Al?O?)=0.098/1.691=0.058x(MgO)=0.200/1.691=0.118x(FeO)=0.167/1.691=0.099Λ=0.528×1.07+0.197×0.48+0.058×0.60+0.118×1.05+0.099×0.78=0.565+0.095+0.035+0.124+0.077=0.896答案：堿度1.93，光學(xué)堿度0.896。3.某金屬熔體的凝固收縮包括液態(tài)收縮、凝固收縮和固態(tài)收縮，已知其液態(tài)收縮率εL=2.5%，凝固收縮率ε