(2025年)冶金基礎(chǔ)題及答案一、選擇題（每題2分，共20分）1.以下關(guān)于金屬氧化物分解壓的描述，正確的是（）A.分解壓越大，氧化物越穩(wěn)定B.相同溫度下，F(xiàn)eO的分解壓大于Al?O?C.分解壓等于環(huán)境中O?分壓時(shí)，氧化物既不分解也不提供D.溫度升高，所有氧化物分解壓均降低答案：C2.高爐煉鐵過(guò)程中，焦炭的主要作用不包括（）A.提供熱量B.作為還原劑C.構(gòu)成料柱骨架D.脫除鋼中硫元素答案：D3.轉(zhuǎn)爐煉鋼中，吹氧結(jié)束后需加入硅鐵進(jìn)行脫氧，其主要目的是（）A.提高鋼液溫度B.降低鋼中氧活度C.增加鋼中硅含量D.促進(jìn)爐渣熔化答案：B4.關(guān)于爐渣堿度的計(jì)算，通常采用（）A.(CaO+MgO)/(SiO?+Al?O?)B.CaO/SiO?C.(CaO+Al?O?)/(SiO?+MgO)D.CaO/(SiO?+P?O?)答案：A5.凝固過(guò)程中，若液相中存在與固相結(jié)構(gòu)相似的外來(lái)質(zhì)點(diǎn)，形核方式主要為（）A.均勻形核B.非均勻形核C.樹枝晶形核D.平面晶形核答案：B6.電解法生產(chǎn)金屬鋁時(shí)，陽(yáng)極反應(yīng)的主要產(chǎn)物是（）A.Al3+B.O?C.CO?D.Al答案：C7.下列關(guān)于鐵水預(yù)處理“三脫”的描述，錯(cuò)誤的是（）A.脫硅通常在高爐出鐵場(chǎng)進(jìn)行B.脫磷需在高堿度、高氧化性渣中進(jìn)行C.脫硫常用CaO基或Mg基脫硫劑D.三脫順序?yàn)槊摿住摴琛摿虼鸢福篋8.鋼液中氫的溶解度隨溫度升高而（），隨分壓增大而（）A.增大，增大B.增大，減小C.減小，增大D.減小，減小答案：A9.相圖中，共晶反應(yīng)的特點(diǎn)是（）A.液相在恒溫下同時(shí)析出兩種固相B.固相在恒溫下轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N固相C.液相與固相在變溫下反應(yīng)提供新固相D.固相在變溫下分解為液相和另一固相答案：A10.冶金動(dòng)力學(xué)中，若反應(yīng)速率由擴(kuò)散步驟控制，提高反應(yīng)速率的有效措施是（）A.增加反應(yīng)物濃度B.提高反應(yīng)溫度C.減小反應(yīng)物顆粒尺寸D.降低攪拌強(qiáng)度答案：C二、填空題（每空1分，共20分）1.冶金過(guò)程按反應(yīng)類型可分為__________冶金和__________冶金，前者以還原反應(yīng)為主，后者以氧化反應(yīng)為主。答案：火法；濕法2.高爐煉鐵的主要產(chǎn)品是__________，副產(chǎn)品包括__________和__________。答案：生鐵；高爐煤氣；爐渣3.轉(zhuǎn)爐煉鋼的基本任務(wù)可概括為“四脫二去一調(diào)整”，其中“四脫”指脫碳、__________、__________、__________。答案：脫磷；脫硫；脫氧4.金屬凝固時(shí)，凝固驅(qū)動(dòng)力是__________，凝固過(guò)程包括__________和__________兩個(gè)基本階段。答案：過(guò)冷度；形核；長(zhǎng)大5.爐渣的主要作用包括__________、__________、__________和控制反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。答案：保護(hù)金屬；去除雜質(zhì)；傳熱傳質(zhì)6.鋁電解槽的陰極材料通常為__________，陽(yáng)極材料為__________，電解質(zhì)主要成分為__________。答案：碳?jí)K；預(yù)焙陽(yáng)極（或碳陽(yáng)極）；冰晶石（Na?AlF?）7.鋼中常見(jiàn)的非金屬夾雜物按成分可分為__________、__________和__________，其中__________類夾雜物對(duì)鋼的韌性危害最大。答案：氧化物；硫化物；氮化物；脆性8.熱力學(xué)中，判斷反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的依據(jù)是__________，當(dāng)該值__________時(shí)反應(yīng)正向自發(fā)。答案：吉布斯自由能變（ΔG）；小于0三、簡(jiǎn)答題（每題8分，共40分）1.簡(jiǎn)述高爐煉鐵中爐料下降的動(dòng)力與阻礙因素。答案：爐料下降的動(dòng)力主要包括：（1）焦炭燃燒和礦石熔化形成的空間；（2）上部爐料的重力作用；（3）煤氣上升對(duì)爐料的托舉力小于重力。阻礙因素包括：（1）爐墻與爐料的摩擦力；（2）煤氣上升的阻力（尤其在軟熔帶）；（3）爐料間的機(jī)械咬合（如燒結(jié)礦破碎后堵塞）；（4）液相（初渣、鐵水）的粘附作用。2.比較氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼與電弧爐煉鋼的主要區(qū)別。答案：（1）熱源不同：轉(zhuǎn)爐以鐵水物理熱和碳氧反應(yīng)放熱為主，電弧爐以電能（電弧熱）為主；（2）原料不同：轉(zhuǎn)爐主要用鐵水（占80%-90%），電弧爐主要用廢鋼（占60%-100%）；（3）氧化程度不同：轉(zhuǎn)爐靠吹氧強(qiáng)制氧化脫碳，電弧爐可控制氧化/還原期；（4）生產(chǎn)周期：轉(zhuǎn)爐周期短（30-40分鐘/爐），電弧爐長(zhǎng)（60-120分鐘/爐）；（5）產(chǎn)品類型：轉(zhuǎn)爐主要生產(chǎn)普碳鋼，電弧爐適合特殊鋼（如不銹鋼、工具鋼）。3.分析爐渣堿度對(duì)脫硫和脫磷反應(yīng)的影響。答案：（1）脫硫反應(yīng)：CaO（渣）+[FeS]=(CaS)+[FeO]，高堿度（高CaO）提高渣中O2?濃度，促進(jìn)S2?提供；同時(shí)低氧化性（低FeO）利于反應(yīng)正向進(jìn)行，故高堿度、低氧化性渣利于脫硫。（2）脫磷反應(yīng)：2[P]+5(FeO)+4(CaO)=(4CaO·P?O?)+5[Fe]，高堿度（高CaO）提供Ca2?與P?O?結(jié)合成穩(wěn)定磷酸鹽，高氧化性（高FeO）提供O2?氧化P，故高堿度、高氧化性渣利于脫磷。4.說(shuō)明金屬凝固時(shí)“過(guò)冷度”的定義及其對(duì)凝固組織的影響。答案：過(guò)冷度（ΔT）是理論凝固溫度（T?）與實(shí)際凝固溫度（T?）的差值，即ΔT=T?-T?。過(guò)冷度越大：（1）形核率N增加，晶核數(shù)量多；（2）長(zhǎng)大速率G先增后減（低溫下原子擴(kuò)散受阻）；（3）N/G比值增大，晶粒細(xì)化；（4）可能形成胞狀晶或樹枝晶（過(guò)冷度極大時(shí)甚至非晶）。實(shí)際生產(chǎn)中通過(guò)控制冷卻速率（如金屬模代替砂模）提高過(guò)冷度，改善材料性能。5.簡(jiǎn)述火法煉銅中“造锍熔煉”的目的與主要反應(yīng)。答案：目的：將銅精礦（主要含CuFeS?）中的Cu富集于低熔點(diǎn)的锍（冰銅，主要成分為Cu?S·FeS），同時(shí)使Fe、Si等雜質(zhì)形成爐渣（主要成分為2FeO·SiO?）排出。主要反應(yīng)：（1）硫化物氧化：2CuFeS?+O?=Cu?S+2FeS+SO?↑；（2）造渣反應(yīng)：2FeS+3O?+SiO?=2FeO·SiO?+2SO?↑；（3）锍的形成：Cu?S+FeS=Cu?S·FeS（冰銅）。最終冰銅含Cu30%-70%，送轉(zhuǎn)爐吹煉進(jìn)一步除鐵。四、計(jì)算題（每題10分，共20分）1.已知反應(yīng)2[C]+O?(g)=2CO(g)在1600℃時(shí)的ΔG°=-850000J/mol（R=8.314J/(mol·K)），計(jì)算該溫度下：（1）反應(yīng)的平衡常數(shù)K；（2）若鋼液中[C]的活度a[C]=0.5，CO分壓p(CO)=0.1MPa，判斷反應(yīng)自發(fā)方向。答案：（1）溫度T=1600+273=1873K，ΔG°=-RTlnK→lnK=-ΔG°/(RT)=850000/(8.314×1873)=54.7→K=e^54.7≈2.2×1023。（2）反應(yīng)商Q=p(CO)2/(a[C]2·p(O?))，但O?分壓未知，需通過(guò)反應(yīng)式變形。原反應(yīng)可視為2[C]+O?=2CO，平衡時(shí)K=p(CO)2/(a[C]2·p(O?))。實(shí)際條件下，假設(shè)p(O?)為環(huán)境氧分壓（如空氣中p(O?)=0.21×10?Pa=0.021MPa），則Q=(0.1)2/(0.52×0.021)=(0.01)/(0.25×0.021)=0.01/0.00525≈1.9。由于K=2.2×1023>>Q，反應(yīng)正向自發(fā)（ΔG=ΔG°+RTlnQ≈-850000+8.314×1873×ln1.9≈-850000+8.314×1873×0.64≈-850000+10000≈-840000<0，正向自發(fā)）。2.某鐵碳合金相圖中，共晶點(diǎn)成分為4.3%C，共析點(diǎn)成分為0.77%C?，F(xiàn)有一含3.0%C的亞共晶白口鑄鐵，在共晶溫度（1148℃）下：（1）繪制該溫度下的相區(qū)示意圖；（2）計(jì)算此時(shí)組織中初生奧氏體（γ）與共晶組織（γ+Fe?C）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；（3）說(shuō)明冷卻至室溫后組織的變化。答案：（1）相區(qū)示意圖：液相線以下為L(zhǎng)+γ，共晶線（1148℃）上L→γ+Fe?C（共晶反應(yīng)），亞共晶成分（3.0%C）位于共晶點(diǎn)（4.3%C）左側(cè)，故1148℃時(shí)組織為初生γ（從液相中析出）+共晶組織（L共晶→γ+Fe?C）。（2）根據(jù)杠桿定律，初生γ的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=（4.3-3.0）/(4.3-2.11)×100%（注：奧氏體最大溶碳量約2.11%C）。但更準(zhǔn)確的是，1148℃時(shí)，奧氏體的溶碳量為2.11%C，液相成分為4.3%C。因此，初生γ與剩余液相（將發(fā)生共晶反