钢铁冶金第一章

1、第一章1-1高炉炼铁的工艺流程由哪几部分组成？答：高炉是炼铁生产工艺的主体；1从高炉上部装入的铁矿石、燃料和熔剂向下运动；2下部鼓入空气燃烧燃料，产生大量还原性气体向上运动；3炉料经过加热、还原、熔化、造渣、渗碳、脱硫等一系列物理化学过程，最后生成液态炉渣和生铁。（ppt）1）：在高炉炼铁生产在中，高炉是工艺流程的主体，从其上部装入的铁矿石燃料和溶剂向下运动，下部鼓入空气燃烧燃料，产生大量的还原性气体向上运动。炉料经过加热、还原、熔化、造渣、渗碳、脱硫等一系列物理化学过程，最后生成液态炉渣和生铁。组成除高炉本体外，还有上料系统、装料系统、送风系统、冷却系统、液压系统、回收煤气与除尘系统、喷吹系

2、统、动力系统1-2高炉炼铁有哪些经济技术指标？答：1高炉有效容积利用系数:每立方米高炉有效容积一昼夜生产生铁的吨数，即高炉每昼夜生产铁量（P）折合为炼钢铁后与有效容积（V）的比值：= P/ V2 冶炼强度：每昼夜每立方米高炉有效容积消耗的焦炭量，即一昼夜装入高炉的干焦炭量（Qk）与有效容积（Vu）的比值：I=Q/V3 休风率:高炉休风停产时间占规定日历作业时间的百分数。规定日历作业时间是指日历时间减去计划大、中修时间和封炉时间。以上三个指标反映高炉生产率、作业率。高炉有效容积利用系数和冶炼强度越高，休风率越低，表示高炉越高产。其他焦比:冶炼It生铁所需要的干焦量K=Q/P生铁合格率:化学成分符

3、合国家标准的合格生铁量占高炉总产铁量的百分数综合燃料比:冶炼It生铁所消耗的干焦炭量与煤粉、重油量之和。综合焦比:冶炼It生铁所消耗的干焦炭量与煤粉、重油折算为焦炭量之和。高炉寿命:a. 一代炉龄：从开炉到大修停炉的时间。b. 一代炉龄中每立方米有效容积产铁量。1-3高炉生产有哪些特点？答：1. 长期连续生产。高炉从开炉到大修停炉一直连续运转，仅在设备检修或发生事故时才暂停生产（休风）。高炉运行时，炉料不断地装入高炉，下部鼓风，煤气从炉顶排出并回收利用，生铁、炉渣聚集在炉缸定时排出。2. 规模越来越大型化。最大高炉容积5800m3以上，日产生铁万吨以上，日消耗矿石近2万t，焦炭等燃料5kt。3

4、. 机械化、自动化程度越来越高。准确连续地完成每日成千上万吨原料及产品的装入和排放。为了改善劳动条件、保证安全、提高劳动生产率，要求有较高的机械化和自动化水平。4. 生产联合性。从上料到排放渣铁，从送风到煤气回收，各系统有机地协调联合工作。1-4高炉送风系统的主要作用是什么？答：保证连续、可靠地供给高炉冶炼所需数量和足够温度的热风1-5高炉生产有哪些产品和副产品，各有何用途？答：高炉产品：生铁高炉生铁一般分三类：1. 供炼钢用的炼钢生铁；2. 供铸造机件和工具用的铸造铁（包括球墨铸铁）3. 铁合金用的高炉锰铁和硅铁。高炉副产品煤气：含20以上的CO、少量的氢和CH4，发热值29003800kJ

5、/m3，是一种低发热值气体燃料，用于热风炉，均热炉和锅炉，炼焦。炉尘：煤气中的细颗粒炉料。一般含铁30 50，含碳10 20。经煤气除尘器回收后，可用作烧结原料。高炉渣： 1）液态炉渣用水急冷成水渣，可作水泥原料。2）液态炉渣用高压蒸汽或高压空气吹成渣棉，可作绝热保温材料。3）液态炉渣用少量高压水冲到旋转滚筒上急冷而成膨珠（膨胀渣），是良好的保温材料。4）矿渣砖、干渣块可作铺路材料（ppt）高炉冶炼主要产品是生铁，炉渣和高炉煤气是副产品。（1)生铁。按其成分和用途可分为三类：炼钢铁，铸造铁，铁合金。(2)炉渣。炉渣是高炉生产的副产品，在工业上用途很广泛。按其处理方法分为： A水渣：水渣是良好的

6、水泥原料和建筑材料。B渣棉：作绝热材料，用于建筑业和生产中。C干渣块：代替天然矿石做建筑材料或铺路用。(3)高炉煤气。高炉煤气可作燃料用。除高炉热风炉消耗一部分外，其余可供动力、烧结、炼钢、炼焦、轧钢均热炉等使用。第二章2-1高炉常用铁矿石有哪几种，各有什么特点？答：高炉炼铁使用的铁矿石分为赤铁矿（红矿）Fe2O3、磁铁矿（黑矿）Fe3O4、褐铁矿Fe2O3nH2O和菱铁矿FeCO3。赤铁矿又称红铁矿，其颜色为赤褐色到暗红色，硫、磷含量低，其在常温下无磁性，但在一定温度下，当Fe2O3转变为Fe2O3时便具有磁性。磁铁矿，主要含铁矿物为Fe3O4，颜色为灰色或黑色，具有磁性。P、S含量低，致密

7、，坚硬，孔隙度小，还原比较困难。褐铁矿是含有结晶水的氧化铁矿石，颜色一般呈浅褐色到深褐色或黑色，组织疏松，还原性较好，其中硫、磷、砷等有害杂质一般较多。菱铁矿为碳酸盐铁矿石，颜色呈灰色、浅黄色中褐色。受热分解放出CO2后，不仅提高了含铁量，而且变成多孔状结构，还原性很好。2-3焦炭在高炉生产中的作用，高炉冶炼对焦炭提出哪些要求？1. 燃料：燃烧后发热，产生冶炼所需热量。2. 还原剂：焦炭中的固定碳和燃烧后生成的CO是还原剂。3. 料柱骨架：焦炭约占料柱体积的1/31/2。在高炉下部只有焦炭仍保持固态，为煤气及炉缸内渣、铁流通提供必要条件。这一作用目前不能为其他燃料所代替。4. 渗碳源。高炉对焦

8、炭质量的要求：a.含碳量高，灰分低（10%） ；b.含硫等有害杂质少（0.5%） ；c.成分稳定（灰分、C、S、H2O）；d.挥发分含量适合；e.强度高，块度均匀;f.高温性能指标CSR和CRI。2-4不同条件下的烧结固相反应有何不同，液相在烧结过程中起什么作用？答：不同条件下的烧结，固相反应产物不同，开始反应温度也不同。液相作用：烧结矿的固结主要依靠液相完成。起黏结作用2-5碱度高低对烧结矿各项指标有何影响？答：碱度：一般用CaO/SiO2表示。 酸性烧结矿：低于炉渣碱度（R 0.9），须加入石灰石； 自熔性烧结矿：接近炉渣碱度(R1.01.4)，可不加或少加石灰石。 熔剂性烧结矿：明显高于

9、炉渣碱度(R1.4)； 高碱度(2.03.0)、超高碱度(3.04.0)烧结矿，与酸性矿配合冶炼2-6烧结与球团有哪些区别？答： (1)、用料粒度差别，粒度越细，不利于烧结，而成球性越好，球团强度越高；（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）、团结成块的机理不同。球团主要靠固相，少量液相为辅；烧结主要是液相固结。；（4）、生产工艺不同。生产球团在原料配比中不像烧结需要燃料，只需球团的添加剂，而烧结中不需添加剂而用熔剂。如何抑制球团矿的还原膨胀？（第二章

10、球团矿中的ppt上思考题）答1在球团物料中加入MgO,生成氧化镁氧化铁化合物，减少氧化铁到四氧化三铁的晶型转变，抑制膨胀2加入氧化钙，生成铁酸钙液相3通过调整球团的碱度及脉石含量来改变晶体结构变化4焙烧只含四氧化三铁或只含FexO的球团矿，以避免还原过程中的晶型转变可有效抑制还原膨胀。2-7生球焙烧固结成球团矿的原理是什么？答：（1）、晶桥连接。磁精矿粉生球氧化产生Fe2O3微晶，Fe2O3以“微晶键”连接，将生球中颗粒互相黏结起来。（2）、固相烧结。生球颗粒之间开始由于固相扩散而形成渣化联接颈，然后由于球团空隙减少，密度增大而增大强度。（3）、液相烧结。烧结过程中生球中SiO2含量较高，焙烧

11、温度过高时，可能产生一定的熔化而出现液相，冷却过程中液相凝固把生球中各矿粒黏结起来。一般认为，磁铁矿球团烧结固结机理是先氧化为Fe2O3，而后再结晶固结。第三章3-1高炉冶炼过程中氧化物还原的热力学条件是什么，高炉内发生哪些主要还原反应？ 吉布斯自由能改变量小于零，铁氧化物、硅酸铁、锰、硅磷、钒钛磁铁矿的还原3-2直接还原与间接还原在高炉冶炼过程中有什么不同作用？ 答： 1、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。 2、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。

12、 3、在高温区的直接还原反应中，H2与CO还原FeO的产物CO2和H2O，立即与焦炭中的碳素作用，又生成H2和CO去参与还原。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，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。 4、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气化反应的迟早和速率。 3-3为什么通常用生铁中的含硅量来表示炉温？答： Si无论从液态还原还是从气态还原，都需要很高的温度，炉缸温度越高，还原进入生铁的Si就越

13、多。反之，生铁中的Si就越少，炉缸温度(渣铁物理热)与生铁含Si成直线关系，因此通常用生铁含Si量来表示炉温34从铁氧化物中还原铁和从复杂化合物中还原铁有什么区别？答案：高炉原料中的铁氧化物常与其他化合物结合形成复杂化合物，形成这些复杂化合物时放出热量，能位降低，因此，从这些化合物中还原铁要比从自由铁氧化物中还原铁困难，要消耗更多的热量。3-5高炉炉渣是怎样形成的，炉渣在高炉冶炼过程中起什么作用？答：（1）初渣的生成。初渣的生成包括固相反应、软化、熔融、滴落几个阶段。 （2）中间渣的变化。形成的初渣在滴落下降过程中，随着温度升高，其化学成分和物理性质将不断发生变化，FeO不断被还原减少，流动性

14、随温度的升高而增加。 （3）终渣的形成。中间渣经过风口区域后焦炭和喷吹煤粉燃烧后的灰分参与造渣，使渣中Al2O3和SiO2含量明显升高，而CaO和MgO却较初渣、中间渣相对降低。炉渣成分与性能趋于稳定后流入炉缸，形成终渣。 作用：1、分离渣铁。由于炉渣具有低熔点、密度小和不溶于生铁的特点，渣、铁才能得以分离，获得纯净的铁。2、调整生铁成分。渣铁之间进行合金元素的还原及脱硫反应，起着控制生铁成分的作用。3、利于炉况顺行，能够获得良好 的冶炼技术经济指标。4、保护炉衬，延长高炉寿命。炉渣附着在路墙上形成渣皮，起到保护炉衬的作用。 36什么是炉渣的熔化温度和溶化性温度，他对高炉炼铁有什么影响？答案：

15、 炉渣的熔化温度指炉渣完全熔化为液相的温度，或液态炉渣冷却时开始析出固相的温度。 影响： 熔化温度是炉渣熔化性的标志之一，熔化温度高，表明它难熔，熔化温度低，表明它易熔。难熔炉渣在炉内温度不足的情况下，可能黏度升高，影响成渣带以下的透气性，不利于高炉顺行；但难熔炉渣成渣带低，进入炉缸时温度高，增加炉缸热量，对高炉冶炼有利。易熔炉渣流动性好，有利于高炉顺行，但降低炉缸热量，增加炉缸热消耗。因此，选择炉渣熔化温度时，必须兼顾流动性和热量两方面的因素。溶化性温度：炉渣从不能自由流动转变为能自由流动时的温度。影响： 化性温度说明该温度下炉渣能否自由流动，因此，炉渣熔化性温度的高低影响高炉顺行和炉渣能否

16、顺利排出。只有熔化性温度低于高炉正常生产所能达到的炉缸温度，才能保证高炉顺行和炉渣的正常排放。37哪些因素影响炉渣的脱硫能力？答：1、炉渣化学成分，炉渣碱度。一般规律是炉渣碱度愈高，脱硫能力愈强。但是，碱度过高使渣的流动性变坏，使炉渣的脱硫能力大大降低。高碱度渣只有在保证良好流动性的前提下才能发挥较强的脱硫能力。2、炉缸（渣、铁）温度。温度对炉渣脱硫能力的影响有两个方面：一是由于脱硫反应是吸热反应，提高温度对脱硫反应有利；二是提高温度降低炉渣黏度，促进硫离子和氧离子的扩散，对脱硫反应也是有利的。3、提高硫分配系数。4、还原性气氛。强烈的还原性气氛，可使渣中FeO不断被还原，不断降低其浓度，有利

17、于反应向脱硫方向进行。41哪些因素影响炉料的顺利下降？答：（1）必要条件：风口焦炭燃烧腾出空间；焦炭在下降过程中，由于直接还原耗碳腾出空间；矿石下降过程中，小颗粒进入大颗粒间，排列更紧密，矿石由固相变为液相体积收缩；生成液态渣铁定期排出炉外。（2）力学条件：炉料在重力作用下降过程中受到一定的阻力，如：炉墙摩擦力、炉料之间的摩擦力、煤气对炉料的上浮力，炉料要想顺利下降必须克服这些条件。42炉缸燃烧反应在高炉冶炼过程中起什么作用，燃烧带对高炉冶炼有什么影响？答：炉缸燃烧反应在高炉冶炼过程中的作用如下：（1）、焦炭在风口前燃烧放出的热量，是高炉冶炼过程中的主要热量来源。（2）、炉缸燃烧反应的结果产生

18、了还原性气体CO，为炉身中上部固体炉料的间接还原提供了还原剂，并在上升过程中将热量带到上部起传热介质的作用。（3）、由于炉缸燃烧反应过程中固体焦炭不断变为气体离开高炉，为炉料的下降提供了自由空间，保证炉料的不断下降。（4）、风口前焦炭的燃烧状态影响煤气流的初始分布，从而影响整个炉内的煤气流分布和高炉顺行。（5）、炉缸燃烧反应决定炉缸温度水平和分布，从而影响造渣、脱硫和生铁的最终形成过程及炉缸工作的均匀性，也就是说炉缸燃烧反应影响生铁的质量。燃烧带对高炉冶炼过程的影响燃烧带对高炉冶炼影响1、 对煤气流的分布的影响：燃烧带长，中心气流多；短则边缘多。燃烧带长和水平截面积大，煤气流分布均匀。燃烧带过

19、长则中心过分发展，产生中心过吹。2、 对炉缸工作均匀化的影响：燃烧带长，提高炉缸中心温度；短则边缘温度高。3、 对高炉炉料下降的影响：燃烧带水平截面积大，炉料活动区域大，炉墙对炉料的摩擦力降低。43风口前理论燃烧温度与炉缸温度有什么区别，哪些因素影响理论燃烧温度？答：理论燃烧温度2是指燃烧带在理论上能达到的最高温度，生产中一般指燃烧带燃烧焦点的温度。而炉缸温度一般是指炉缸渣铁的温度，两者有本质上的区别。理论燃烧温度可达18002400C，而炉缸温度一般在1500C左右。影响理论燃烧温度的因素有：(1)鼓风温度；(2)鼓风湿度；(3)喷吹燃料量；(4)鼓风富氧率。44炉缸煤气在上升过程中体积，成分和温度发生什么变化？答案：煤气的体积自下而上不断变大，温度自下而上不断下降，炉底CO35-45%无二氧化碳，炉顶CO20-25%二氧化碳15-22%，其他气体成分也有所变化45炉缸煤气在上升过程中体积、成分和温度发生什么变化？煤气的体积自下而上不断变大，温度自下而上不断下降，炉底CO35-45%无二氧化碳，炉顶CO20-25%二氧化碳15-22%，