炼铁学复习题及答案.docx

第一章 概论1.传统的长流程生产面临能源和环保等的挑战，直接还原和熔融还原是用来替代高炉炼铁的两种工艺。2.高炉炼铁具有庞大的主体和辅助系统，包括高炉本体、原燃料系统、上料系统、送风系统、渣铁处理系统和煤气清洗处理系统。在建设上的投资，高炉本体占15%20%，辅助系统占85%80%。3.高炉炼铁过程的特点：在炉料与煤气逆流运动的过程中完成了多种错综复杂的交织在一起的化学反应的和物理变化，且由于高炉是密封的容器，除去投入及产出外，操作人员无法直接观察到反应过程的状况，只能凭借仪器、仪表间接观察。4.高炉冶炼过程的主要目的：用铁矿石经济而高效的得到温度和成分合乎要求的液态生铁，为此一方面要实现矿石中金属元素与氧元素的化学分离，既还原过程：另一方面还要实现已经被还原的金属与脉石的机械分离，既熔化与造渣过程。5.高炉冶炼的全过程可以概括为：在尽量低能量消耗的条件下，通过受控的炉料及煤气流的逆向运动，高效率的完成还原、造渣、传热及渣铁反应等过程。得到化学成分与温度较为理想的液态金属产品，供下步工序使用。6.P7 表12 高炉各区内进行的主要反映及特征7.凡是在当前技术条件下可以从中经济的提取出金属铁的岩石，均称为铁矿石铁矿石中除含铁的有用矿物外，还含有其他化合物，统称为脉石。脉石中常见的氧化物有SiO2、Al2O3、CaO、及MgO等。8.人们把铁矿石分为赤铁矿，磁铁矿，褐铁矿，菱铁矿。9.铁含量高并可直接送入高炉冶炼的铁矿石称为富矿，含铁品位低、需要经过富选才能入炉的铁矿石称为贫矿。10.渣中的碱性氧化物（CaO、MgO等）与酸性氧化物（SiO2等）的质量分数应该大体相等，应为只有如此，渣的熔点才较低，粘度也较小，易于在炉内处理不至于有碍正常操作。为此，实际操作中应根据铁矿石带入的脉石的成分和数量，配加适当的“助溶剂”（简称溶剂），以便得到较理想的炉渣。此外，造渣物的另外一个重要来源是焦炭及煤粉灰分，几乎是100%酸性的氧化物，必须从其他炉料中摄取碱性成分。然而大多数铁矿石的脉石也是酸性氧化物，故通常要消耗相当数量的石灰石（CaCO3）或白云石（CaCO3MgCO3）等碱性物作为溶剂。11.矿石的还原性：矿石在炉内被煤气还原的难易程度称为“还原性”。一般赤铁矿不如磁铁矿致密，故还原性好。12.平铺切取法：在原料入场后对其进行中和、混匀处理，将入场原料水平分层堆存到一定数量，一般达数千吨至数万吨，然后纵向取用。以保证入炉原料成分稳定。13.一般矿石的粒度下限为8mm，大者可至 2030mm。小于5mm的称为粉末。14.焦炭在高炉内的作用有：（1） 在风口前燃烧 ，提供冶炼所需热量（2） 固体C及其氧化物CO是铁氧化物等的还原剂（3） 在高温区，矿石软融后，焦炭是唯一以固态存在的物料，是支撑高达数十米料柱的骨架，同时也是风口前产生的煤气得以自下而上畅通流动的高透气性通路（4） 铁水渗碳15.高炉冶炼对焦炭质量的要求：（1） 有一定强度（2） 固定的C及灰分含量。良好的冶金焦应固定C含量高而灰分含量低。（3） 硫含量（4） 挥发分含量。原煤中挥发分含量很高，在干馏过程中大部分逸出。要求焦炭挥发分的质量分数适当，主要是防止挥发分含量过高。（5） 成分和性能的稳定性以及粒度。焦炭成分和性能的波动会导致高炉冶炼行程不稳定。缩小粒度可使焦炉产品中的成品率提高，降低吨铁能耗。（6） 较小的反应性16.炼焦工艺过程中影响焦炭质量的环节大体上可分为洗煤、配煤、焦炉操作及熄焦等。其中配煤起着决定性作用。17.高炉喷吹煤粉质量要求:（1） 灰分含量低（应低于焦炭灰分，至少与焦炭灰分相同），固定碳含量高。（2） 硫含量低，要求低于0.7，高炉比（180210kg/t）时宜低于0.5。（3） 可磨性好（即将原煤制造成适合喷吹工艺要求的细粒煤粉时所耗能量少，同时喷枪等输送设备的磨损也轻。）（4） 粒度细。（5） 爆炸性弱，以确保在制备及输送过程中人身及设备安全。（6） 燃烧性和反应性好。（7） 煤的灰分熔点高。（8） 煤的结焦性小。18.高炉产品：铁水（包括少量的高碳铁合金）、高炉煤气、炉渣19.我国大型高炉吨铁渣量在250350kg/t之间。地方小高炉由于原料条件差，技术水平低，其渣量大大超过次数，达到450550kg/t。20.高炉有效容积利用系数V（t/（m3d）=合格生铁折合产量/（高炉有效容积*规定工作日）=日合格产量/高炉有效容积21.高炉炉缸面积利用系数A（t/（m3d）=日合格生铁产量/炉缸截面积22.焦比：指冶炼每吨生铁消耗的干焦的千克数入炉焦比（kg/t）=干焦耗用量（kg）/合格生铁含量（t）23.煤比：每吨合格生铁消耗的煤粉量。24.有效容积利用系数、焦比及冶炼强度关系：25.休风率：反映高炉操作及设备维护水平，是高炉休风时间占规定工作时间的百分数。26.炉龄：定义为俩代高炉大修之间高炉运行的时间。第二章 铁矿粉造块1.铁矿粉造块，即烧结及球团,是最重要的造块 作业。其物料处理量约占钢铁联合企业的第二位，能耗仅次于炼铁和轧钢而居第三位，成为现代钢铁联合企业中重要的生产工序。2.铁矿粉造块的目的是：（1） 将粉状料制成具有高温强度的块状料，以适应高炉冶炼、直接还原等在流体力学方面的要求。（2） 通过造块改善铁矿石的冶金性能，使高炉冶炼指标得到改善。（3） 通过造块去除某些有害杂质、回收有益元素，达到综合利用资源和扩大炼铁矿石原料资源。3.颗粒间固结力=连接力-排斥力4.颗粒间相互联结力：引力、液相作用力、固体联结力。5.球团矿焙烧机理：固相烧结是由固相分子（离子）扩散而形成的颗粒联结桥；晶桥连接是一种固相反应生成盐类、氧化物结晶而呈现的颗粒联结桥。6.现代烧结生产是一种抽风烧结过程，即将铁矿粉、溶剂、燃料、代用品及返矿按一定比例组成混合料，配以适量水分，经混合及造球后，铺于带式烧结机的台车上，在一定负压下点火，整个烧结过程是在9.815.7kpa负压抽风下自上而下进行的。在烧结机上取一微元段，在某一烧结时刻，烧结料从上而下分为烧结矿层、燃烧层、预热层、冷料层。最下面为保护箅条的15mm左右的成品烧结矿铺底料层。7.在生产和研究中，常用烧结废气中 （CO）/ (（CO）+ （CO2） 来衡量烧结过程中的气氛和燃料的化学能利用。显然，比值越小，烧结过程的氧化性气氛越强，能量利用越好。影响这一比值的因素有燃料粒度、燃料数量、抽风负压等。8.混合料干燥经历了恒温干燥和升温干燥俩个阶段9.废气经过干燥层后，温度由11001500摄氏度降到100摄氏度以下，这样废气的饱和水蒸气压下降很多，含有很多蒸汽的废气进入下部混合料层时就凝结成水，烧结料出现过湿。过湿现象延续到干燥层移到炉箅上才算结束。过湿会使料层透气性变坏，甚至可能使下层料变为稀泥状而恶化烧结条件。为防止过湿现象，生产中常采用以下措施（1）适当控制混合料初始水分（2）提高混合料的温度。10.烧结料的固结经历了固相反应、液相生成和冷凝固结11.Fe2O3只能溶入SiO2而不能与SiO2发生相互作用，而Fe3O4则不能与CaO反应，它们之间也就不能形成低熔点矿物而降低软化温度。因此，在烧结赤铁矿非熔剂性烧结矿时需要配较高的碳量，使Fe2O3还原或分解成Fe3O4后才能产生低熔点的铁橄榄石（2FeOSiO2）。在烧结磁铁矿熔剂性烧结矿时，需低配碳量以保持较强的氧化性气氛，使Fe3O4氧化到Fe2O3，这样在固相中才能形成铁酸钙。12.在烧结料中，主要矿物都是高熔点，在烧结温度下大多不能融化。当物料加热到一定温度时，各组分之间有了固相反应，生产新的化合物，各新生化合物之间、原烧结料各组分之间 存在低共熔点，使得它们在较低温度下生成液相，开始熔融。13.随着烧结层的下移，料层温度的最高值逐渐提高，这是由烧结过程的蓄热现象造成的14.铁酸钙生成特性是指铁矿粉在烧结过程中生成复合铁酸钙的能力。铁矿粉烧结的理论和实践表明，在所有烧结矿粘结相中，复合铁酸钙类型的粘结相性能最优，以复合铁酸钙为主要粘结相的烧结矿可以获得较高的强度和良好的还原性。15.点火控制：传统的点火工艺消耗很多热量，每吨烧结矿达到300400MJ/t，而表层以玻璃体为主要粘结相的烧结矿在机尾粉碎而筛除，成为返矿，并没有提高成品率。现代烧结机上的点火制度是：点火温度（9501050）摄氏度，点火时间4045s。点火消耗的热量大幅度下降，先进的厂家降到45MJ/t,一般也可降到100150MJ/t。16.一般将终点控制在最后第二个风箱处，靠安装在该处的热电偶指示的温度进行判断和自动调节烧结机机速等。17.强化烧结的措施，混合料预热的目的：混合料预热是为了将混合料温度提高到（或接近）露点，使气流温度保持在露点以上，以防止气流中水分凝结而恶化料层的透气性。18.选矿工艺原因：提供了大量小于0.074mm的细磨精矿粉。这样的矿粉用于烧结，不仅工艺技术困难，烧结生产指标恶化，而且能耗浪费。为了使精矿粉经济合理的造块，提出了球团的方法。球团矿靠滚动成型，直径为812mm或916mm，粒度均匀。铁矿粉的球团过程包括生球成型与球团矿的焙烧固结俩个主要作业。19.生球干燥过程中，在400600摄氏度之间可能发生生球的爆裂，原因可能有俩个：一是生球在干燥中发生体积收缩，由于物料特性和干燥制度的不同，生球表里产生湿度差，收缩不均匀产生应力，干燥时一般是表面收缩大于平均收缩，表面受拉和受剪导致生球开裂。二是表面干燥后结成硬壳，当生球中心温度提高后，水分迅速汽化，形成很高的蒸汽压，导致爆裂。20.三种经济上合理的氧化球团焙烧方法：带式焙烧机焙烧、链箅机-回转窑焙烧、竖炉焙烧。21.铁矿粉造块时成品的质量技术要求是根据使用时的需求而拟定的。为全面的衡量造块成品的性能和质量，应从化学成分、冷态物理力学性能、热态及还原条件下的物理力学性能、冶金性能和矿相鉴定等方面加以检查。22.转鼓实验：以检验造块制品的耐磨和碰撞性能23.还原热强度。采用低温还原粉化和荷重软化两种检验方法来测定和表示出强度变化。24.热胀性检验。某些矿石在加热后体积膨胀，尤其是球团矿最为突出，某些球团矿的热还原膨胀率可达原体积的300。25.还原性测定：还原性是评定铁矿石质量的重要指标之一，还原性好的铁矿石能在高炉和非高炉冶炼中达到高生产率及实现低能耗。26.软化性测定：铁矿石不是纯物质的晶体，因此没有一定的熔点，它具有一定范围的软融区间。27.我国高炉炉料普遍采用高碱度烧结矿配加酸性球团矿和天然富块矿的模式。28.高碱度烧结矿：（1）具有良好的还原性。（2）具有较好的冷强度和较低的还原粉化率。（3）具有较高的荷重软化温度。（4）具有良好的高温还原性和熔滴特性。第三章 高炉冶炼过程的物理化学1.蒸发、分解与气化优缺点：2.FeXO在低温下不能稳定存在。当温度低于570时，FeXO将分解为Fe3O4+Fe。3.高于570时：Fe2O3Fe3O4FeXOFe 低于570时：Fe2O3Fe3O4Fe4. P106图3-4、P107图3-65. 直接还原与间接还原的比较：直接还原主要是指直接消耗固体碳，此反应的另一特点是强烈吸热，热效应高达2717KJ/kg。6对炉渣性能的要求：（1） 有良好的流动性，不给冶炼操作带来任何困难（2） 有参与所希望的化学反应的充分能力，如【Si】【Mn】或其他有益元素的还原，吸收S及碱金属等（3） 能满足允许煤气顺利通过及铁、渣、气良好分离的力学条件（4） 稳定性好，即不至于因冶炼条件的改变使炉渣性能急剧恶化7初渣：成渣从 矿石软融开始，这时形成的渣称为初渣，主要由矿石的脉石及尚未还原的FeO、MnO等组成。8终渣：最后炉渣聚集在炉缸中，在铁液上形成逐渐增厚的渣层 ，在铁滴穿过时及渣、铁层交界面上，诸多反应调整着渣及铁的成分，直至成为终渣，积累到一定数量时周期性排出炉外。9终渣的熔化温度：就是相图上的液相线温度或炉渣在受热升温过程中固相完全消失的最低温度10终渣的熔化性温度：炉渣可自由流动的最低温度，这就是熔化性温度11短渣：温度降低到一定值后，粘度急剧上升的称为“短渣”12长渣：随温度下降粘度上升缓慢的称为“长渣”13碱性渣多为短渣，酸性渣多为长渣，高炉渣多为短渣14炉渣表面张力的降低易生成泡沫渣，其原理及现象与肥皂泡极为相似，而炉渣的表面张力/粘度的值降低是形成稳定泡沫渣的充分必要条件。15炉渣的表面性质主要是指炉渣的表面张力（与气相的界面）以及渣铁间的界面张力16表面张力的物理意义可理解为，生成单位面积的液相与气相的新交界表面所消耗的能量17炉渣碱度：表示炉渣成分的特性参数之一，即渣中碱性氧化物与酸性氧化物的量之比（1） 二元碱度 （2） 三元碱度 （3） 思源碱度 18硫负荷：冶炼每吨生铁炉料带入硫的千克数19最后炉渣约容纳了全部入炉硫量的85%，随炉气逸出炉外的硫量小于10%，而生铁中硫的含量小于总入炉硫量的5%。 欲得到低WS应采取的措施有：（1） 降低硫负荷（2） 增大硫的挥发量（3） 增大渣量（4） 增大硫的分配系数Ls20提高硫的分配系数Ls要求（1） 提高温度（2） 提高炉渣碱度（3） 渣的氧势低（4） 提高铁液中硫的活度系数f21正常情况下，炉料带入的碱金属量不是很高时，其在炉内的分布流向是：大部分随炉渣排出，少部分还原气化后在炉内循环，极少部分随炉气逸出炉外22风口前碳与氧反应而气化的地区称为燃烧带，焦炭在风口前的燃烧有俩种状态，一种是类似于炉箅上炭的燃烧，另一种是焦炭在剧烈的旋转运动中与氧反应而气化。23提高气相中氧的浓度（富氧）、提高温度及其他加速扩散的措施都将使燃烧带缩小24理论燃烧温度：指碳在燃烧带内的燃烧是一个绝热过程，燃烧氧化成CO所放出的热量全部用于加热所形成的煤气所能达到的温度25我国高炉习惯上采用中等理论燃烧温度操作，即t=20502150摄氏度26在风口燃烧带内气化的碳量为高炉内全部气化碳量的65%75%，其余部分是在燃烧带以外的高温区内气化的27 P162 图3-4728铁矿石中的铁氧化物还原后形成固态海绵铁，通过计算可得固态海绵铁在平衡状态下的最高渗碳量为1.5%，而实际上由于这一反应的动力学条件限制，远达不到如此高的碳含量水平29在现代高炉条件下，炼钢生铁的铁水含碳量在4.5%5.4%之间波动，生铁中的常规元素是Mn、Si、S、P等30其它元素的还原 （1）极易被CO还原的Cu、Pb、Ni和Co，几乎100%被还原 在较高温度下可被固体C还原的元素P、Zn、Cr、Mn、V、Ti和Si 在高炉中不能还原的元素MgO、Al2O3、CaO。 （2）Mn的还原 （3）冶炼低硅生铁的必要条件是：控制Si源，这要从精料上下工夫，努力降低焦炭灰分和含Fe料中的SiO2量；选择合适的炉渣碱度以降低渣中SiO2的活度，一般三元碱度应达到1.451.55.二元碱度高时取低值；选用有利于高温区下移的技术措施和操作制度，使炉缸有稳定的充足热量，使铁水的物理热维持在较高水平；精心操作，包括使原燃料成分稳定、称量准确等。第四章 高炉冶炼过程的传输现象1.“传输”现象是在同一物质或不同介质中，由于存在着速度差、温度差或浓度差而发生的动量、热量或质量传递的不可逆过程2.高炉中最重要的流体力学现象是煤气流经固体散料层以及固-液相共存区时的压降及液泛等。3.透气性指数K：是炉料特性的函数。K=2/（p/L）=0.573de/（1-）4.液泛现象：如果气流的流速增加到一定值，则会影响液态渣铁的向下流动，气流进一步增大，液流会完全被支托住，甚至被气流带走，出现所谓的液泛现象。5.炉料下降的条件：（1）其自身的重力（G料）必须超过其运动中所遇到的阻力。（2）炉料下部可连续提供空间。6.高炉正常时，炉料下降顺畅，下降速度均匀而稳定。当高炉某一局部炉料正常下降的条件遭到破坏时，会出现管道、难行甚至停止下行（悬料）等现象。7.下部悬料：高炉软熔带以下出现了液相 ，这时产生悬料的原因有俩方面：一方面是由于热制度的波动引起软熔带位置的变化，已经软融的矿料再次凝固，使散料层孔隙度急剧下降从而产生悬料；另一方面是液泛现象，由于渣铁或由于数量过多，或由于粘度过大，被气流滞留在焦炭层中，极大地增加了对气流的阻力。此外，也有可能部分渣铁液被气流带到上部，因温度的降低而在此凝固。8.在炉身中下部区间内，煤气与炉料的温差很小，大约只有50是热交换及其缓慢的区域，常称为热交换的空区或热储备区。9.水当量：表明单位时间内炉料和煤气流温度变化1时所吸收或放出的热量。10. P181 图4-811.对流传热是限制性因素。12.增大对流传热系数的方法有增大煤气流速、使用粘度小的煤气（如增大H2的比例）、减小原料的粒度等。上述措施都将引起煤气压降值增大，故欲增大传热过程，必须兼顾煤气的压降值，不得过大，以免影响顺行。第五章 高炉冶炼能量利用1.高炉冶炼过程的能量主要来自燃料和用以燃烧燃料的鼓风。2.高炉主要燃料是焦炭，其他燃料代替焦炭的数量有限，不足40。3.焦炭的作用：（1）冶炼所需热量的提供者；（2）氧化物还原所需还原剂的提供者；（3）高炉内料柱透气性的保证者。4.全炉热平衡计算三种方法：（1）热能工作者经常使用的，以盖斯定律为依据，不考虑炉内的反应过程，而以物料最初和最终的状态所具有和消耗的能量为计算依据。（2）经典的方法，以盖斯定律为依据，其热收入项的碳和氢氧化的热值按炉顶煤气中形成的CO和CO2以及H2O还计算，因而热支出项中少了高炉煤气中的热值和未燃烧碳的热值。（3）第三种目前比较广泛的应用与数学模型分析。其热收入项只限于高炉风口燃烧带内碳氧化成CO放出的热量和热风带入的能量。5.理论焦比：冶炼单位生铁其热能消耗达到最合理和最低时的焦炭消耗量。6.里斯特Fe-O-C体系，用简单而又较准确的的方法表达出高炉能量的消耗及影响焦比各因素的作用，即操作线。7.工程计算法：在高炉冶炼过程中，焦炭提供的碳消耗于渗碳（C）e）、直接还原（C）d）和风口前燃烧（C）风）。工程计算法是通过反应和热消耗算出（C）d和（C）风来确定焦比的。8.操作线（计算）第六章 高炉炼铁工艺1.高炉炼铁生产原则：高效、优质、低耗、长寿、环保、高产。2.有效容积利用系数V=冶炼强度I/焦比K高炉产量增加途径：（1） 冶炼强度保持不变，不断的降低焦比；（2） 焦比保持不变，冶炼强度逐步提高；（3） 随着冶炼强度的逐步提高，焦比有所降低；（4） 随着冶炼强度的提高，焦比也有所上升，但焦比上升的幅度不如冶炼强度增长的幅度大。3.高炉操作制度包括装料制度、送风制度、造渣制度及热制度。4.装料制度:装料制度是炉料装入炉内方式的总称。它决定着炉料在炉内分布的状况。由于不同料对煤气流阻力的差异炉料在横截面上的分布状况对煤气流在炉子上部的分布有重大影响，从而对炉料下降状况、煤气利用程度乃至软熔带的位