一、解释下列概念（每题5分，共20分）1、扩散脱氧：在炼钢过程中，根据分配定律钢液中的[O]向熔渣中扩散，而与加入渣相中的脱氧元素进行的脱氧反应称为扩散脱氧。

2、炉渣：炉渣是火法冶金中以氧化物为主要成分形成的多组分熔体，是金属提炼和精炼过程中除金属熔体以外的另一产物。

3、硫容量：炉渣容纳或溶解硫的能力，即2/122)/()(%S O S P P S C ⨯=。

4、偏摩尔量：在恒温、恒压及其他组分的物质的量保持不变的条件下，溶液的广度性质X （X 代表U 、H 、V 、S 、G ）对其组分摩尔量的偏微商值。

二、简答题（共60分）1、简述热力学计算中活度标准态之间的转换关系。

答：（1）纯物质标准态活度与假想纯物质标准态活度之间的转换：][0][0*)()(*][][//H B B R B BBx H x H B B B H B R B a r a r pK K p p p a a ====故（2）纯物质标准态活度与质量1%溶液标准态活度之间的转换：*)(*(%)(%)*[%]][100100//B BA Bx H BA BH H B B B B R B r MMp K MMp K K p p p a a ⨯=⨯===（3）假想纯物质标准态活度与质量1%溶液标准态活度之间的转换：BA x H H HB x H B B H B MMK K K p K p a a 100//)((%)(%))([%]][===2、简述炉渣氧化脱磷的热力学条件。

答：由炉渣脱磷反应可知：9245245252)(%)(%][%)(%O CaPCaOFeO PP P fCaO FeO K P O P L γγγ⋅==由上述公式可知，为使脱磷反应进行完全，必要的热力学条件是： （1） 较高的炉渣碱度； （2） 较高的氧化铁含量； （3） 较低的熔池温度；大渣量。

3、铁氧化物被CO 还原的顺序是什么？写出反应方程式（配平）。

答：氧化铁被CO 还原在570℃以上及其下有不同的转变顺序，因此氧化铁还原是逐级的，反应如下：25324332224324332)(43)(41)(2)(3570)()()(3)()(2)(3570COs Fe CO s O Fe CO s O Fe CO s O Fe Ct COs Fe CO s FeO CO s FeO CO s O Fe CO s O Fe CO s O Fe Ct oo+=++=+<+=++=++=+>4、正规溶液的定义及其热力学特征。

答：混合焓不为零，但混合熵等于理想溶液混合熵的溶液称为正规溶液。

正规溶液的热力学特征为： ∑-=∆=∆≠∆i i R m m m x x R S S H ln ,0)(5、简述双膜传质理论的基本要点。

答：双膜传质理论的基本要点如下：（1）在两个相（液-液、气-液）的相界面两侧都有一层边界薄膜，这层薄膜对物质从一相进入另一相建立了基本的传质阻力。

（2）在两层薄膜之间的界面上处于动态平衡。

（3）每相中组元的扩散质流（j ）()i l l C C k j -=或 ()g i g p p k j -= 其中：lll D k δ=，gg g RT p k δ=（4）薄膜中的流体是静止不动的，不受流体体内流动状态的影响，各相中传质独立进行，互不影响。

6、不锈钢冶炼时Cr 和C 存在选择性氧化，怎样才能做到“去C 保Cr”？答： 不锈钢冶炼时有如下反应：44304322.6179347064][3)(][4CCOCr pa p a KTGCOCr O Cr C =-=∆+=+根据对上述反应的分析可知：（1）“去C 保Cr”的最低温度是钢液中[Cr]与[C]氧化的转化温度，提高熔池温度，使反应00<∆G ，则反应向[Cr]还原方向进行，达到去C 保Cr 。

（2）降低CO p ，可在][Cr ϖ不变时，降低][C ϖ，达到去C 保Cr 。

7、从氧势图上（T G -∆0）可以得到哪些信息？答：（1）T G -∆0的关系是直线，直线的斜率是氧化物生成反应熵的负值（-0反S ∆）。

1）当反应的0反S ∆为负值时，直线的斜率为正，表明氧化物的稳定性随温度升高而减小（或氧化物的氧势随温度升高而升高）。

2）当反应的0反S ∆为正值时，直线的斜率为负，表明氧化物的稳定性随温度升高而增大（或氧化物的氧势随温度升高而降低）。

3）当反应的0反S ∆接近于零时，直线的斜率趋于零，表明氧化物的稳定性不随温度而改变（或氧化物的氧势不随温度而改变）。

（2）在已知温度和气相中氧的压力时，可以确定金属或氧化物的稳定性。

（3）可以求氧化物在某温度的分解压。

（4）在指定的温度下可以比较各种氧化物的相对稳定性。

（5）可以确定CO/CO 2或H 2O/H 2混合气对金属的氧化还原作用。

8、叙述氧气转炉吹炼过程脱碳速度的变化情况，并写出相应的关系式。

答：氧气转炉脱碳过程可以分为三个阶段：（1） 吹炼初期因钢水中硅含量很高，而钢水温度较低，以硅的氧化为主，而脱碳反应受到抑制，硅的氧化速度由快变慢，而脱碳速度由慢到快，最后达到最大值；（2） 在吹炼中期，随着钢水温度上升，钢水中的碳以极大的速度转移到点火区，供给的氧气几乎100%消耗于脱碳，因此脱碳速度始终保持最高水平，几乎为定值；（3） 吹炼后期，脱碳反应继续进行，但随着钢水中含碳量的减少，脱碳速度也随着钢水中的碳含量减少不断降低。

因此，整个脱碳过程中脱碳速度变化的曲线形成为台阶形。

各阶段的脱碳速度可以写出以下关系式： 第一阶段：t k dt C d 1][=- 第二阶段：2][k dt C d =-第三阶段：][][3C k dtC d =-其中：k 1——决定于[Si]及熔池温度等因素的常数； t ——吹炼时间；k 2——高速脱碳阶段由氧气流量所确定的常数；k 3——碳含量减低后，脱碳反应受碳的传质控制时，由氧流量、枪位等决定的常数。

三、计算题（四选二，共20分）1、试确定原始组成为50%CO 、20%O2、30%CO 2的混合气体燃烧后的气相组分的浓度。

（10分）解：取100m 3的混合气体为计算基础。

该体系内的反应为：2CO+O 2=2CO 2可知CO 与O 2反应的摩尔量比为2：1。

因此20m 3的O 2和40m 3的CO 反应，形成40m 3的CO 2，而原始组成中50m 3CO 中，剩余10m 3CO ，而氧气则全部反应。

故平衡气相的总体积为：10m 3CO+70m 3 CO 2。

因此，燃烧后的气相平衡成分为： CO=10/80×100%=12.5% CO 2=70/80×100%=87.5%2、在1540℃时，Fe-C 系内碳的溶解度为5.2%，加入硅2%后，碳的溶解度下降到4.6%。

求铁液内硅对碳的相互作用系数：SiC e 。

（10分）解：铁液中碳的溶解反应为：饱石][%C C =反应的平衡常数][C a K =。

标准态相同时，Fe —C 系和Fe —C —Si 系的平衡常数应相等。

即：][%][%C f C f f C C Si Si C C C = 13.16.4/2.5][%][%===SiSi C C C f假定在0~2%Si 浓度范围内，][%lg Si f Si C -成线性关系，可得：21065.2213.1lg ][%lg ][%lg -⨯==∆∆≈∂∂=Si f Si f eSiCSiCSiC3、在1873K 时与纯氧化铁渣平衡的铁液的氧的质量分数为0.211％。

与组分为ω（CaO ）=39.18%，ω（MgO ）=2.56%，ω（SiO2）=39.76%，ω（FeO ）=18.57%的熔渣平衡的铁液的氧的质量分数为0.048%。

试计算熔渣中FeO 的活度及活度系数。

（10分）解：氧在熔渣与铁液间的反应为： ()][][Fe O FeO +=根据上述反应可知，氧以不同形式在铁液与熔渣间的分配常数为：FeOO O a a L =故得：OO FeO L a a =由题可知，对于纯氧化铁渣有：211.01211.0===FeOO O a a L与熔渣平衡的铁液则有：048.0][%==O a O ϖ故：227.0211.0048.0===OO FeO L a a又 )(227.0)(211.0048.0)(][%FeO x FeO x FeO x L O r O FeO ===ϖ其中)(FeO x 可根据100g 熔渣组分的物质的量得出：663.06076.39)(700.05618.39)(2====SiO n CaO n258.07257.18)(064.04056.2)(====FeO n MgO n153.0685.1258.0)()(685.1====∑∑BB n FeO n FeO x n故：48.1153.0227.0==FeO r4、高炉炉缸中硅的还原反应是：CO Si C SiO s 2][2)()(2+=+。

设炉缸内k P a P CO 5.175=，097.02=SiO α，1=C α，[%C]=4.0。

已知：T G CO Si C SiO l s 1.37772760022)(01)()(2-=∆+=+ TG Si Si l 25.17131500][02%)(--=∆=288.0=CSi e ，11.0=SiSi e 。

求：1500℃时生铁中平衡的硅含量。

解：由题可知反应CO Si C SiO s 2][2)()(2+=+的TG G G 35.394596100020103-=∆+∆=∆所以60.2031140304.2314.8lg 03+-=⨯∆-=TTG KCSiO CO Si p p Si f K αα⋅=22)/]([%2lg )/lg(2]lg[%lg lg SiO CO Si p p Si f K α-++= （1）其中：][%11.04288.0][%][%Si Si e c e f SiSi CSi Si ⨯+⨯=+=将有关数据带入（1）式得：097.0lg )325.1035.175lg(2]lg[%0.4288.0][%11.060.2031140-++⨯+⨯=+-Si Si T整理后得：0394.0][%11.0]lg[%=-+Si Si解得平衡硅含量为： [%Si]=1.64。