钢铁冶金复习题及答案

1高炉炼铁的本质是什么？高炉有哪些产品和副产品？高炉炼铁的本质是铁的还原过程，即焦炭做燃料和还原剂，在高温下将铁矿石或含铁原料的铁，从氧化物或矿物状态（如Fe2O3、Fe3O4、Fe2SiO4、Fe3O4·TiO2等）还原为液态生铁。高炉冶炼的主要产品是生铁。炉渣和高炉煤气为副产品。2高炉炼铁的工艺流程有哪些部分组成？高炉炼铁生产非常复杂，除了高炉本体以外，还包括有原燃料系统、上料系统、送风系统、渣铁处理系统、煤气处理系统。3根据物料存在形态的不同，可将高炉划分哪五个区域？各区域主要的反应和特征是什么？根据物料存在形态的不同，可将高炉划分为五个区域：块状带、软熔带、滴落带、燃烧带、渣铁盛聚带。高炉的五个部分：炉缸、炉腹、炉腰、炉身、炉喉。各区内进行的主要反应及特征分别为：块状带：炉料中水分蒸发及受热分解，铁矿石还原，炉料与煤气热交换；焦炭与矿石层状交替分布，呈固体状态；以气固相反应为主。软熔带：炉料在该区域软化，在下部边界开始熔融滴落；主要进行直接还原反应，初渣形成。滴落带：滴落的液态渣铁与煤气及固体碳之间进行多种复杂的化学反应。回旋区：喷入的燃料与热风发生燃烧反应，产生高热煤气，是炉内温度最高的区域。渣铁聚集区：在渣铁层间的交界面及铁滴穿过渣层时发生渣金反应。4硫和磷的危害？硫是对钢铁危害大的元素，它使钢材具有热脆性。所谓“热脆”就是S几乎不熔于固态铁而与铁形成FeS，而FeS与Fe形成的共晶体熔点为988，低于钢材热加工的开始温度。热加工时，分布于晶界的共晶体先行熔化而导致开裂。因此矿石含硫愈低愈好。国家标准规定生铁中S0.07%，优质生铁S0.03%，就是要严格控制钢中硫含量。磷是钢材中的有害成分，使钢具有冷脆性。磷能溶于-Fe中，固溶并富集在晶粒边界的磷原子使铁素体在晶粒间的强度大大增高，从而使钢材的室温强度提高而脆性增加，称为冷脆。磷在钢的结晶过程中容易偏析，而又很难用热处理的方法来消除，亦使钢材冷脆的危险性增加5评价铁矿石的标准有哪些？铁矿石质量直接影响高炉冶炼效果，必须严格要求。通常从以下几方面评价：1.矿石品位2脉石成分3有害杂质和有益元素的含量4矿石的粒度和强度5铁矿石的还原性6矿石化学成分的稳定性。品味提高1%，焦比下降2%，产量增加3%。6焦炭在高炉生产中起什么作用，高炉冶炼过程对焦炭质量提出哪些要求？焦炭是现代高炉冶炼的主要燃料和能源基础，在高炉冶炼过程中具有如下作用：(1)燃料。(2)还原剂。(3)料柱骨架。（4）生铁渗碳的碳源高炉对焦炭质量的要求(1)含碳量高，灰分低。2)含硫等有害杂质要少。我国焦炭含硫一般为0.51.0%(3)成分稳定。即要求化学灰分、C、S、H2O等稳定。(4)挥发分含量适合。(5)强度高，块度均匀。7对高炉内衬的基本要求？对高炉内衬的基本要求如下：1）各部位内衬与热流强度相适应，以保持在强热流冲击下内衬的稳定性。2）炉衬的侵蚀和破坏与冶炼条件密切相关，不同位置的耐火材料受侵蚀破坏机理不同，因此要求各部位内衬与侵蚀破损机理相适应，以延缓内衬破损速度。高炉生产的特点：高温高压、连续不间断、大规模。高炉炉衬以陶瓷质材料和炭质材料砌成。8生铁和钢的化学成分主要差别在于是什么？一般来说，生铁和钢的化学成分主要差别是含碳量。钢中含碳量最高不超过2.11%。高炉生铁含碳量在2.54.5%范围，铸铁中不超过5.0%。当铸铁中C>5.0%时，铸铁甚脆，没有实用价值。9简述现代常用于精选铁矿石的三种方法：（1） 重选 （2）磁选 。（3）浮选 10对烧结矿质量的要求？对烧结矿质量的要求是：品位高，强度好，成分稳定，还原性好，粒度均匀，粉末少，碱度适宜，有害杂质少。11抽风烧结过程大致可分为哪五层？简述其特点？抽风烧结过程是将铁矿粉、熔剂和燃料经适当处理，按一定比例加水混合，铺在烧结机上，然后从上部点火，下部抽风，自上而下进行烧结，得到烧结矿。取一台车剖面分析，抽风烧结过程大致可分为五层(图3-2)，即烧结矿层、燃烧层、预热层、干燥层和过湿层。12固相反应得机理？烧结矿的固结主要依靠发展液相来完成。一方面是上述固相反应形成的低熔点化合物足以在烧结温度下生成液相；同时随着燃料层的移动，温度升高，各种互相接触的矿物又形成一系列的易熔化合物，在燃烧温度下形成新的液相。机理：在未生成液相的低温条件下，烧结料中的一些组分就可能在固态下进行反应，生成新的化合物。固态反应的机理是离子扩散。相邻颗粒表面电荷相反的离子互相吸引，进行扩散，遂形成新的化合物，使之连接成一整体。13烧结与球团的区别？烧结与球团的区别主要表现在以下几方面：1）富矿短缺，必须不断扩大贫矿资源的利用，而选矿技术的进步可经济地选出高品位细磨铁精矿，其粒度从-200网目进一步减少到-325网目。这种过细精矿不益于烧结，透气性不好，影响烧结矿产量和质量的提高，而用球团方法处理却很适宜，因为过细精矿易于成球，粒度愈细，成球性愈好，球团强度愈高。2）成品矿的形状不同：烧结矿是形状不规则的多孔质块矿，而球团矿是形状规则的1025mm的球球团矿较烧结矿粒度均匀，微气孔多，还原性好，强度高，且易于贮存，有利于强化高炉生产。3）适于球团法处理的原料已从磁铁矿扩展到赤铁矿、褐铁矿以及各种含铁粉尘，化工硫酸渣等；从产品来看，不仅能制造常规氧化球团，还可以生产还原球团、金属化球团等；同时球团方法适用于有色金属的回收，有利于开展综合利用。4 ）固结成块的机理不同：烧结矿是靠液相固结的，为了保证烧结矿的强度，要求产生一定数量的液相，因此混合料中必须有燃料，为烧结过程提供热源。而球团矿主要是依靠矿粉颗粒的高温再结晶固结的，不需要产生液相，热量由焙烧炉内的燃料燃烧提供，混合料中不加燃料5 ）生产工艺不同：烧结料的混合与造球是在混合机内同时进行的，成球不完全，混合料中仍然含有相当数量未成球的小颗粒。而球团矿生产工艺中必须有专门的造球工序和设备，将全部混合料造成1025mm的球，小于10mm的小球要筛出重新造球。 14氧化物还原的一般原理？哪些物质可以充当还原剂夺取金属氧化物中的氧，决定于它们与氧的化学亲和力。还原剂与氧的亲和力越大，夺取氧的能力越强，还原能力越强。C、CO和H2是高炉炼铁适宜的还原剂。它们由原料带来，兼有热能和化学能的双重职能，焦炭还作为料柱骨架，满足高炉冶炼过程的需要。15高炉锰还原或冶炼锰铁的基本条件高炉锰还原或冶炼锰铁的基本条件（1）足够高的炉缸温度。（）提高炉渣碱度n回收率增加（）正确选择原料。锰矿石的含Mn量要高，含Fe量和SiO2要低，P、S要特少。15-1、强化烧结的措施：混合料预热、加生石灰和消石灰、热风烧结、分层布料和双层烧结。 16降低生铁含硫量的途径1.） 降低炉料带入的总硫量：减少入炉原、燃料含硫量，是降低生铁含硫量，获得优质生铁的根本途径和有效措施。2.） 提高煤气带走的硫量）改善炉渣脱硫性能17直接还原和间接还原在高炉冶炼过程中有什么不同作用？中温区所进行的还原反应称为间接还原反应，而把高温区所进行的还原反应称为直接还原反应。间接还原反应除Fe2O3Fe3O4不可逆外，其它均属可逆反应。反应进行的方向取决于平衡气相组成，即CO/CO2和H2/H2O的比值。在高温区的直接还原反应中，H2与CO类似，它的还原产物H2O（气）与CO还原FeO的产物CO2一样，立即与焦炭中的碳素作用，又生成H2和CO去参与还原。但无论H2还是CO的还原，最终都归结为消耗碳素的直接还原反应。可见H2和CO在高温直接还原反应的条件下，起着中间媒介的作用，这种作用大大推动了碳素直接还原反应地进行。因为固态的铁氧化物与焦炭之间的直接反应是很困难的，浸在渣中的焦炭与FeO的直接还原也是有限的，所以消耗碳素的直接还原反应实际上是通过气相的CO和H2来进行的。 高炉下部铁氧化物的直接还原反应的进行取决于碳的气化反应的发展（即气化反应的迟早和速率）。而碳的气化反应的发展则决定于温度和焦炭本身的反应性。焦炭反应性愈好，碳的气化反应可提前在较低的温度下进行，则直接还原反应发展的早，进行的快，高炉内直接还原区扩大。相反，焦炭反应性较差时，碳的气化反应需要在更高的温度下进行，则直接还原反应发展的晚，进行得慢，即直接还原区向高温区收缩。一般希望适当扩大间接还原区，缩小直接还原区。因此，使用反应性较差的焦炭反而有利。18高炉渣按照形成过程分为？含义是什么？高炉渣按其形成过程有初渣、中间渣和终渣之分。初渣是指在高炉的适当温度区域刚开始出现的液相炉渣；中间渣是指在处于滴落过程中成分、温度在不断变化的炉渣终渣是指已经下达炉缸，并周期的从炉内排出的炉渣。 19改善煤气化学能利用的关键是改善煤气化学能利用的关键是提高CO利用率（CO）和H2利用率（H2）。炉顶煤气中CO2愈高，CO愈低，则煤气化学能利用愈好。反之，CO2愈低，CO愈高，则化学能利用愈差（传质不良）。 20论述高炉节能的主要方向？高炉节能的主要方向：1）降低焦比和燃料比 为此，必须用精料，改善高炉操作，提高煤气利用率和采用高压、高风温、富氧、综合喷吹等新技术。2）节约高炉煤气，提高鼓风有效利用率 改进燃烧器结构，采用合理的燃烧制度，降低高炉煤气含水量和含灰量，提高或保持煤气的温度，均可改善燃烧，提高理论燃烧温度，从而节约煤气用量和节省煤气热值。3）加强能源回收，充分利用二次能源 序能耗和钢铁生产过程总能耗的一个重要方向。高炉煤气必须予以充分回收，降低放散率。热风炉废气余热回收，用来预热助燃风和热炉煤气，或供余热锅炉生产蒸汽。利用高炉冲渣水采暖。此外，还可利用高炉冷却水落差发电21、风口前燃料的燃烧和炉缸工作状态对高炉冶炼过程的重要意义首先，燃料燃烧是高炉冶炼所需热能和化学能的源泉。燃料在风口前燃烧，放出大量的热，并产生高温还原性气体（CO、H2），保证了炉料的加热、分解、还原、熔化、造渣等等过程的进行。其次，燃料燃烧是高炉炉料下降的前导。风口前焦炭及其他燃料的燃烧和炉料的熔化，产生了空间，为炉料的不断下降创造了基本条件。第三，炉缸反应除燃料燃烧外，还包括直接还原、渗碳、渣、铁间脱硫等尚未完成的反应，都集中在炉缸内来最后完成，最终形成生铁和炉渣，自炉缸内排出。22、软熔带的位置和结构形状如何影响煤气流运动的阻力与煤气流分布软熔带位置的高低对高炉冶炼的影响是：顶点位置较高的“”形软熔带，由于增加了软熔带中的焦窗数目，减小煤气阻力，有利于强化冶炼，软熔带位置较低，则由于焦窗数目减少，煤气阻力增加，不利于强化，但却扩大了块状带间接还原区，有利于提高煤气利用率。软熔带宽度和软熔层厚度对煤气阻力的影响是：当软熔带宽度增加时，由于煤气通过软熔带的横向通道加长，煤气阻力增加；而软熔带厚度增加意味着矿石批重加大，虽因焦窗厚度相应增加使煤气通道的阻力减小，但焦窗数目减少，而且由于扩大矿批后块状带中分布到中心部分的矿石增加，煤气阻力呈增加趋势，从而使总的煤气阻力和总压差可能升高，不利于强化和高炉顶行。只有适当的焦、矿层厚度才能达到总阻力最小。这个适宜的厚度是因冶炼条件不同而异的，需通过实践摸索。23、炼钢的基本任务是什么?采用的主要技术手段有哪些？炼钢的基本任务是脱碳、脱磷、脱硫、脱氧，去除有害气体和非金属夹杂物，提高温度和调整成分。归纳为：“四脱”（碳、氧、磷和硫），“二去”（去气和去夹杂），“二调整”（成分和温度）。采用的主要技术手段为：供氧，造渣，升温，加脱氧剂和合金化操作。24、简述磷和硫对钢产生哪些危害钢中磷的含量高会引起钢的 “冷脆”，即从高温降到0以下，钢的塑性和冲击韧性降低，并使钢的焊接性能与冷弯性能变差。磷是