冶金概论复习题.doc

1. 写出有石灰参与的氧化性脱磷反应的分子式或离子式，并讨论影响脱磷的因素。答：用碱性炉渣进行脱磷的反应为： 在渣-金界面 3（CaO）+2P+5O=（3CaOP2O5） Go=-1487150+636.40T J/mol 3（CaO）+2P+5（FeO）=（3CaOP2O5）+5Fe Go=-882150+374.40T J/mol 在渣-金-气界面 3（CaO）+2P+5/2O2=（3CaOP2O5） Go=-2069940+620.94T J/mol 提高炉渣脱P能力的措施： 1） 温度：脱磷反应是一个较强的放热反应。低温有利脱磷。 2） 合适炉渣的碱度：一般炼钢炉渣的终渣碱度控制在2.53.5为宜 3） 炉渣氧化性：提高炉渣氧化性，即增加炉渣中FeO的活度，可以提高磷的分配系数， 从而提高脱磷效果。但是，炉渣中的FeO对脱磷有双重影响，当(%FeO)=12%18%时，炉渣的脱磷能力最强。 4） 金属液成分：铁液中CSiONS的存在，可使fP增加。但有的元素氧化产物 对炉渣的物理化学性质产生影响。如Si虽然能增加fP，但其氧化产物(SiO2)影响到炉渣碱度，反而不利于脱磷。Mn对fP影响不大，但其氧化产物(MnO)有助于石灰溶解，帮助化渣，从而促进脱磷。 5） 通过增加造渣量：增加渣量可以降低钢水中的磷含量，从而提高脱磷效果2. 传统的氧化法电炉炼钢冶炼工艺操作过程包括哪几个阶段，其中哪三个阶段为老三期，老三期每个期的任务是什么？答：传统的氧化法冶炼工艺操作过程包括：补炉、装料、熔化、氧化、还原与出钢六个阶段组成。主要由熔化期、氧化期、还原期三期组成，俗称老三期。 熔化期的主要任务：将块状的固体炉料快速熔化、并加热到氧化温度；提前造渣，早期去磷，减少钢液吸气与挥发。 氧化期的主要任务：造渣脱磷到要求；脱碳至规格下限；去气、去夹杂；提高钢液温度。 还原期的主要任务：脱氧至要求；脱硫至一定值；调整钢液成分，进行合金化；调整钢液温度。3. 以高炉为中心，图示出高炉炼铁生产中的原料及其来源和各产品的去向。4. 为什么要选矿？选矿生产工艺过程分为几个阶段？各起什么作用？选矿方法有哪些？如何选用？衡量选矿效果有哪些技术经济指标？5. 炼钢脱氧的方法有哪几种，它们有什么特点？答：根据脱氧反应发生的地点不同，脱氧方法分为沉淀脱氧扩散脱氧和真空脱氧。 沉淀脱氧：又叫直接脱氧。把块状脱氧剂加入到钢液中，脱氧元素在钢液内部与钢中氧直接反应，生成的脱氧产物上浮进入渣中的脱氧方法称为沉淀脱氧。特点：脱氧反应在钢液内部进行，脱氧速度快。但生成的脱氧产物有可能难以完全上浮而成为钢中非金属夹杂。 扩散脱氧：又叫间接脱氧。它是将粉状的脱氧剂加到炉渣中，降低炉渣中的氧含量，使钢液中的氧向炉渣中扩散，从而达到降低钢液中氧含量的一种脱氧方法。特点：由于脱氧反应在渣中进行，钢液中的氧需要向渣中转移，故脱氧速度慢，脱氧时间长。但脱氧产物在渣相内形成，不在钢中生成非金属夹杂物。 真空脱氧是利用降低系统的压力来降低钢液中氧含量的脱氧方法。它只适用于脱氧产物为气体的脱氧反应如C-O反应。特点：脱氧产物为气体，易于排除，不会对钢造成非金属夹杂的污染，故这种脱氧方法的钢液洁净度高。但需要有专门的真空设备。6. 风口前燃料燃烧有何重要的意义？高炉内燃烧反应的特点是什么？写出风口前焦炭燃烧的化学反应式。什么是回旋区和燃烧带？ （2）风口前焦碳燃烧的作用：为高炉冶炼过程提供主要热源；为还原反应提供CO、H2等还原剂；为炉料下降提供必要的空间。 回旋区：风口前产生焦炭和煤气流回旋运动的区域称为回旋区。 回旋区和中间层组成焦炭在炉缸内进行燃烧反应的区域称为燃烧带。7. 高炉造渣的作用是什么？写出有炉渣脱硫反应的化学方程式（分子式或离子式），并讨论影响脱硫的因素。答：（1）高炉炉渣的作用有： 1)、分离渣铁，具有良好的流动性，能顺利排出炉外。 2)、具有足够的脱硫能力，尽可能降低生铁含硫量，保证冶炼出合格的生铁。 3)、具有调整生铁成分，保证生铁质量的作用。 4)、保护炉衬，具有较高熔点的炉渣，易附着于炉衬上，形成“渣皮”，保护炉衬，维持生产。 （2）炉渣脱硫反应为：FeS+ (CaO)+C=(CaS)+Fe+CO+141055kJ （3）提高炉渣脱硫能力的措施： 1） 提高炉渣碱度，即增加渣中CaO量有利于脱硫，当碱度超过一定水平时，脱硫能力下降。 2）提高温度：脱硫反应是吸热反应，高温有利于脱硫；高温能降低炉渣粘度，有利于扩散过程进行，加速FeO的还原，提高脱硫速度 3） 低FeO：可使铁中FeS易转入渣中，高炉是强还原气氛，且铁水中C、 Si高，有利于脱 硫。 4） 合适的MgO、MnO含量： MgO是近似于CaO的碱性氧化物，渣中MgO含量增加，有 利于下列脱硫反应进行。8. 氧对钢材质量有什么影响？请说出常用的脱氧方法有哪些？答：（1）氧对钢材性能的影响 1）在室温下，钢中氧含量的增加使钢的延伸率显著降低。 2）在较低温度和氧含量极低时，钢的强度和塑性均随氧含量的增加而急剧降低。 3）随氧含量的增加，钢的抗冲击性能下降，脆性转变温度很快升高。 4）氧在钢中与其它元素形成氧化物夹杂，对钢的塑性、韧性和疲劳强度均有不利的影响。 5）当FeO与其它夹杂形成低熔点的复合化合物而聚集在晶界上时，也可能造成钢的热脆。 （2）脱氧的方法有： l) 沉淀脱氧又叫直接脱氧。把块状脱氧剂加入到钢液中，脱氧元素在钢液内部与钢中氧直接反应，生成的脱氧产物上浮进入渣中的脱氧方法称为沉淀脱氧。 2) 扩散脱氧：又叫间接脱氧。它是将粉状的脱氧剂如C粉Fe-Si粉CaSi粉Al粉加到炉渣中，降低炉渣中的氧含量，使钢液中的氧向炉渣中扩散，从而达到降低钢液中氧含量的一种脱氧方法。 3) 真空脱氧：是利用降低系统的压力来降低钢液中氧含量的脱氧方法。它只适用于脱氧产物为气体的脱氧反应如C-O反应。9. 转炉炼钢的基本任务是什么？其中影响钢液脱碳的因素有哪些？答：（1）炼钢的基本任务 1）脱碳：把铁水中的碳氧化脱除到所炼钢种的范围内。 2）脱磷脱硫：通过造出成分合适的炉渣，去除铁水中的磷、硫。 3）脱氧和合金化：加入脱氧剂和铁合金，降低钢液中的氧和使钢液达到钢种要求的合金成分。 4）脱气（氢、氮）和脱夹杂物：把溶解在钢液中的气体和来不及上浮排除的非金属夹杂物，通过一定的方法去除。 4） 升温：把冶炼过程的金属液温度升高至出钢温度。 5） 浇注：将成分和温度合格的钢水浇注成坯 （2）其中影响钢液脱碳的因素有： 1）温度：C的直接氧化反应是放热反应，而C的间接氧化反应是吸热反应。故在炼钢中进行脱碳操作时，根据采用的不同的氧化剂，对温度有不同的要求。 2）气相中CO的分压pCO：由于C氧化的产物为CO气体，故降低气相中CO的分压pCO，可以使C进一步氧化，有利于降低铁液中的碳含量。 3） 炉渣的氧化性：强的氧化性可以给脱碳反应提供氧源，有利于脱碳反应的进行，降低C 含量。10. 电弧炉炼钢的操作方法有哪两类？炉外精炼的基本手段有哪些，其作用是什么？答：（1）电炉炼钢的操作方法有： 1）双渣还原法又称返回吹氧法，它的特点是冶炼过程中有较短的氧化期（10min），造氧化渣，又造还原渣，能吹氧去碳、去气、去夹杂。但由于该种方法去磷较难，故要求炉料应由含低磷的返回废钢组成。 2）双渣氧化法又称氧化法，它的特点是冶炼过程有氧化期，能去碳、去磷、去气和去夹杂等。对炉料无特殊要求，冶炼过程有氧化期，又有还原期，有利钢质量的提高。目前，几乎所有的钢种都可以用氧化法冶炼，以下主要介绍氧化法冶炼工艺。 （2）炉外精炼的手段有如下几个： 1）搅拌。对反应容器中的钢液进行搅拌，是炉外精炼的最基本、最重要的手段。它采取某种措施给钢液提供动能，促使钢液在精炼反应器中对流运动。钢液搅拌可改善冶金反应动力学条件，强化反应体系的传质和传热，加速冶金反应，均匀钢液成分和温度，有利于夹杂物聚合长大和上浮排除。 2）真空。当冶金反应生成物为气体时，通过减小反应体系的压力即抽真空，可以使反应的平衡向着生成气态物质的方向移动。因此，在真空下，钢液将进一步脱气、脱碳及脱氧。采用专门的真空装置，将钢液置于真空环境中精炼，可以降低钢中气体、碳及氧含量。常用的真空装置主要有VD 、RH等。 3）添加精炼剂。将精炼剂加入钢液中，可起到脱硫、脱氧，去除夹杂物，夹杂物变性处理以及合金成分调整的作用。炉外精炼中钢液的精炼剂一类为以钙的化合物（CaO或CaC2）为基的粉剂或合成渣，另一类为合金元素如Ca、Mg、Al、Si及稀土元素等。 4）加热。钢液在进行炉外精炼时，由于有热量