冶金物理化学研究方法试题库图文稿

冶金物理化学研究方法

试题库

集团文件版本号：（M928-T898-M248-WU2669-I2896-DQ586-M1988）

1名词解释

3填空

1)为了实现不接触测定高温，可选择的测温计有（光学高温计、光电高温

计，红外辐射温度计）。

2)双铂铑热电偶的材料是铂铑合金，分度号为 B

3)热力学温度是常用的一种温度表示方法，其单位为 K 。

4)实验室常用的气体净化方法有：吸收、吸附、化学催化、冷凝。。

5)测量真空度的仪器叫真空规，通常使用的有麦克劳真空规，热电阻真空

规、

6)当一稳恒电流通过一个导体时，其电流和施加与导体两端的电压成正

比，该比例常数称为物体的电导，单位是西门子。

7)表面张力的单位是 N/m ，

8)实验室用旋转柱体法法测定炉渣粘度，用气泡最大压力法法测定表

面张力。

9)常用的显微分析法有四种，分别是：金相法、显微硬度法、化学腐蚀

法、岩相法。

10)冶金反应器内发生的过程有化学反应过程和传递过程。（两大类）。4判断

1)随着铂铑合金电热体中铑含量的增加，最高使用温度下降。（错）铑

含量越高，最高使用温度越高

2)一般而言，电阻炉内温度越高，其对应的恒温带越长。（对）

3)体系的气体压力高，对应的真空度高。（错）气体压力低，真空度

高。

4)旋片式机械真空泵一般作为前级泵使用。（对）

5)表面能和表面张力是从不同角度来描述不同材料间的界面性质。（对）

6)所有熔体的表面张力都是随着温度的升高而减小的。（错）

7)固体电解质使用中要求有较高的电子迁移速率。（对）

8)从原理上来讲，计算热力学数据时标准态的选择是任意的。（错）

9)熔体粘度和温度之间是线性对应关系。（错）温度越低，变化率越大

10)夹杂物在钢中的作用都是有害的。（错）

11)在使用电解法进行相提取和分离时，应采取适当低的电解液温度。

（错）

12)DTA曲线上向下的峰表示放热。（错）向下吸热

13)DSC曲线中，向上的峰表示试样吸热。（对）

14)热分析实验研究中，升温速率越快，检测灵敏度越高。（对）

15)表面张力与液体质点间的结合状态有关，以下液体表面张力由大到小

为：金属液体>离子液体>分子液体.( 对 )

16)中频炉的频率范围在：150-10000Hz （对）

17)双铂铑热电偶的使用材料是：PbRh30-PbRh6 （对）

4简答、问答题：

4.1高温部分

1)简述恒温带的测定意义和测量方法。

研究目的是要了解炉膛内的温度分布规律，用于确定恒温带的位置，确保高温冶金恒温实验。

对于竖式电阻炉，测定恒温带的方法步骤为：

①用控温柜将炉子升到预定温度上，恒温一段时间；

②取测量热电偶，用双孔绝缘磁管套上，选用精密电位差计测量热电偶

的电动势；

③把测量热电偶置于炉管内轴线位置上，工作端由炉口一端拉向另一

端，每隔一段时间停留片刻，测出停留点的温度值；

④画出炉膛纵向温度分布曲线

⑤为减少实验误差，重复测量取平均值

2)简述实验室获得高温的方法。（要求：至少举出四种并简要说明原

理）。

电阻炉：当电流流过导体时，因为导体存在电阻，于是产生焦耳热，就成为电阻炉的热源。

感应炉：在线圈中放一导体，当线圈中通以交流电时，在导体中便被感应出电流，借助与导体的电阻而发热。

电弧炉：利用电弧弧光为热源加热物体。

等离子炉：利用气体分子在电弧区高温作用下，离解为阳离子和自由电子而达到极高的温度。

电子束炉：利用电子束在强电场作用下射向阳极，电子束冲击的巨大能量，使阳极产生很高的温度。

3)简述热电偶的测温原理，并举出一种冶金常用热电偶的材料和分度号。

测温原理：热电偶的测温原理是基于热电效应。将两种不同的导体或半导体连接成闭合回路，当两个接点处的温度不同时，回路中将产生热电势，这种现象称为热电效应，又称为塞贝克效应。

举例：铂铑30-铂铑6热电偶，B 型热电偶，正极为含铑30%的铂铑合金，负极为含铑6%的铂铑合金。

4) 简述吸附剂分子筛对分子尺寸和极性的筛选作用。

分子筛的筛选作用在于：只有临界尺寸小于孔隙直径的分子才能进入孔隙而被吸附；分子筛对进入孔道中的分子具有选择性 ，对大小相近的分子，极性越大越容易被吸附，水是极性分子，对水有很强的吸附能力。

5) t ℃时，已知2O P 数值，自行画示意图求出与其对应的2H P /O H P 2的点。 对于M(s)+O2(g)=MO2(s)反应,在温度t 时候,氧势PO2为O 点;用H2O 和H2混合气体得到该氧势值,为M 点;用CO2和CO 混合气体得到该氧势值,为N 点 6) 解释相似准数的概念和研究意义。 概念：非是要求原型和模型的每点受力都对应成比例，而是将这些力作比值，可获得一些重要的无因次组合（无量纲组合＝无单位组合），重新予以定义为相似准数。

意义：在相似现象中，相应的相似准数数值相同，而且描述相似现象的准数关系式也相同。因此如果把模拟结果整理成准数关系式，那么得到的准数关系式就可推广到其他与之相似的现象上去。因为准数关系中各项都是无量纲π项，所以准数关系式的形式不随选用的物理量度量单位的变化而变。由相似准数可以得出模型定律，作为设计物理模拟模型的依据。

7)在物理模拟法中，如何理解雷诺数相等，则粘性力和惯性力动力相似的

说法（选作）

动力相似：两系统对应点上所受力之比为一固定值。

8)举出三种常用热分析技术的名称和工作原理。

差热分析：简称DTA，是在程序控制温度下，测量物质和参比物之间温度差 vs 温度关系的一种技术；差示扫描量热法：简称DSC,是在程序控制温度下，测量输入到物质和参比物的功率差vs温度关系；热重法：简称TG，是在程序控制温度下，测量物质质量 vs 温度关系的技术。

9)升温速率快对热分析曲线的影响。

答案：升温速率是热分析重要试验条件之一，可直接影响DTA曲线峰的形状、位置和相邻峰的分辨率，主要体现在以下几个方面：

升温速度快，加重了试样内部的温差，导致出现以下情形：

第一升温速率快，曲线向高温方向移动，原本在低温下发生的相变或反应要推移到高温区进行；

第二对于单个相变反应点，当样品内部达到相变/反应温度时，相变反应快速进行，峰顶温度高，峰的形状变陡，检测灵敏度高，有利于检测热效应小的过程

第三快速升温时，试样内部会同时存在多个相变/反应区，相邻峰谷会叠加在一起，减小了其间的分辨率。

10)悬浮熔炼方法是一种较新的研究化学平衡的方法，请叙述该方法的优越

性。

1、避免了熔体被坩埚材料污染

2、测定的温度范围广

3、高频电流对熔滴起着强烈搅拌的作用，平衡在很短时间内可以达到，效率高

4、淬火后全部样品可用于分析

11)简述冶金反应工程学的三种常用研究方法。（19章）

第一停留时间分步法，考察物料在反应器内的停留时间和停留时间分布通过停留时间分布的预测可以推知所考察的反应器处于怎样的流动状态；第二物理模拟法，不直接研究自然现象或过程本身，而是用与这些自然现象或过程相似的模型来研究。第三，数学模型方法，就是通过对复杂的实际过程进行分析，按照等效性的原则进行合理的简化，使原型成为易于数学描述的物理模型，并使其符合实际过程的规律性。第四数学模拟法。建立反应器的相关性质（能量、动量和质量等）的微分方程；并确定边界条件；进行解析。

12）旋片湿真空泵的工作机制及原理？

旋片式真空泵：整个泵体浸没在真空泵油中，转子紧贴在定子圆柱形空腔的上部，并和空腔不同轴。转子由电动机带动在空腔内旋转，由于弹簧的作用，转子上的翼片总是紧贴在空腔壁上。当转子顺时针方向转动时，与进气管2相通的空腔逐渐增大并吸入气体，与排气阀相通的空腔则逐渐缩小，将气体压缩，直至冲开阀门，通过油层排入排气管进入大气。第二点，扩散泵工作原理：被抽系统的气体分子由于热运动扩散经过进气口进入下面空间中，在大量高速定向运动的油分子碰撞下被带到泵的下部，经过排气口经过前级泵抽走。

13）画出固体电解质氧浓差电池工作原理示意图，并写出正极、负极和总反应公式。

14）根据下图给出的五组不同配比的CuNi合金试样的热分析曲线，用动态法原理画出CuNi合金相图。

18)（5分）给出图中O点处ABC组分的含量。（自己分析下：A40% B30%

C30%）

5.解答题

5.1 关于热电偶使用

用PtRh10-Rh热电偶测炉温时,自由端温度t1=30℃,在直流电位差计上测得的热电动势E(t,30)=13.542mV,试求炉温.

解:设真实炉温t,t1=30 ℃

相应的S分度表查得E(30,0)=0.173mv,由

E(t,0)=E(t,t1)+E(t1,0)

=13.542+0.713=13.715mV

对应温度为1346 ℃

如果自由端不修正,所测的13.542mV对应1332℃,相差14℃

5.2.固体电解质公式推导

实例：钢液定氧用固体电解质，其使用Mo/MoO

2

作参比电极，参比电极引线用钼丝（Mo），与钢液接触的回路电极也采用钼棒，其电池表达式为

（—）Mo| [O]

Fe | ZrO

2

-MgO | Mo，MoO

2

| Mo（+）

已知Mo

（s）+O

2

= MoO

2（s）

，οG

?= -529600+142.87T（J/mol）；

O 2=2[O]Fe ，οG ?= -23400-5.77 T （J/mol ），

推导氧活度的表达式：Fe O a ][lg =T

E )08.107725(+-+3.885 5.3.实验设计方法（20章－非常重要）要求：

记住表格布局+填写表格中的空白数据，并给出计算方法

题目实例：为了研究脱磷率，选择三个有关因子进行条件实验，三个因子及其对应的实验范围依次是：炉渣碱度（2.0、2.2、2.5）、反应温度

（1500℃、1550℃、1600℃）和渣中（FeO ）含量（5%、8%、10%），对应的脱磷率（%）可依次填写为31、54、38、53、49、42、57、62、64。要求：

(1)用L 9（34

）来设计正交实验；

(2)分析确定最佳的反应条件组合； (3) 分析确定影响脱磷率的主次因素。