(2025年)炼钢高级工试题(含答案)

(2025年)炼钢高级工试题(含答案)一、单项选择题（每题2分，共30分）1.转炉炼钢过程中，脱磷反应主要发生在（）阶段。A.吹炼前期（0-3min）B.吹炼中期（4-10min）C.吹炼后期（11-16min）D.出钢过程答案：B解析：脱磷需要高碱度、高氧化性、适当温度的炉渣条件。吹炼中期炉温升高（1450-1550℃），石灰基本熔化，炉渣碱度（R=2.5-3.5）和氧化铁含量（FeO=15%-25%）达到峰值，此时脱磷效率最高（可达80%-90%）。2.某钢种目标成分要求w[C]=0.20%，终点实际w[C]=0.15%，补加增碳剂（含C=98%，收得率85%）调整。若钢水重量为100t，需补加增碳剂（）kg。A.58.8B.62.3C.52.4D.71.2答案：A计算：需增碳量=（0.20%-0.15%）×100t×1000kg/t=50kg；增碳剂加入量=50kg/(98%×85%)≈58.8kg。3.LF炉精炼时，脱硫反应的热力学条件不包括（）。A.高碱度炉渣（R>4.0）B.高还原性气氛（w[FeO+MnO]<1.0%）C.高温（1580-1620℃）D.高氧化性炉渣（w[FeO]>10%）答案：D解析：脱硫反应为[S]+(CaO)=(CaS)+[O]，需低氧势（还原性渣）、高碱度（提供CaO）和高温（促进渣钢反应）。高氧化性渣会抑制脱硫。4.连铸结晶器保护渣的主要功能不包括（）。A.绝热保温B.润滑坯壳C.吸收夹杂物D.提高拉速答案：D解析：保护渣的核心功能是保温（减少热损失）、润滑（降低坯壳与铜板摩擦）、吸收夹杂（液态渣层吸附Al₂O₃等夹杂物）。提高拉速主要依赖设备能力和工艺匹配，非保护渣直接功能。5.转炉溅渣护炉时，炉渣中MgO含量应控制在（）。A.5%-8%B.8%-12%C.12%-15%D.15%-20%答案：B解析：溅渣护炉需炉渣具有合适的黏度和熔点，MgO含量8%-12%时，炉渣与炉衬（MgO-C砖）成分相近，黏附性好，可形成有效保护层，过高会导致炉渣过黏，溅渣效果下降。6.钢水中溶解的[H]主要来源于（）。A.铁水预处理B.大气中水分C.合金和耐材干燥不良D.转炉吹氧答案：C解析：钢中氢的主要来源是潮湿的合金、废钢、耐材（如未烘干的钢包），其次是大气中的水分（影响较小）。铁水预处理和转炉吹氧（O₂）不直接引入氢。7.某钢种要求w[Al]s=0.030%（酸溶铝），若采用铝铁（含Al=50%，收得率60%）脱氧，钢水重量100t，初始酸溶铝为0.005%，需加入铝铁（）kg。A.9.2B.8.3C.7.5D.6.7答案：B计算：需增Al量=(0.030%-0.005%)×100t×1000kg/t=25kg；铝铁加入量=25kg/(50%×60%)≈8.3kg。8.转炉吹炼过程中，“返干”现象是指（）。A.炉渣由黏稠变稀B.炉渣由稀变黏稠甚至结块C.钢水温度急剧下降D.氧气流量突然降低答案：B解析：返干是因吹炼中期脱碳速率过快（碳氧反应剧烈），消耗大量FeO，导致炉渣中FeO含量降低（<10%），炉渣黏度升高、流动性变差，甚至出现结块现象，易引发金属喷溅。9.连铸二冷区采用气雾冷却的主要目的是（）。A.提高冷却强度B.减少铸坯表面裂纹C.降低水耗D.提高拉速答案：B解析：气雾冷却是将压缩空气与水混合成细小雾滴，冷却均匀且强度可控，可避免铸坯表面因局部过冷产生热应力裂纹（如角部横裂），同时兼顾冷却效率。10.精炼炉（LF）送电升温时，电极插入深度过浅会导致（）。A.电耗降低B.钢水成分均匀性提高C.炉渣升温慢D.电极消耗减少答案：C解析：电极插入深度过浅时，电弧热量集中在渣层表面，难以传递至钢水，导致炉渣升温慢、钢水温度提升效率低，同时可能因电弧暴露增加热损失，电耗升高。11.钢中氮含量过高会导致（）。A.强度降低B.时效脆性C.塑性提高D.焊接性能改善答案：B解析：氮在钢中易与铝、钒等形成氮化物，未固定的氮会导致钢材时效脆性（长期存放后塑性、韧性下降），同时增加冷脆倾向。12.转炉终点控制采用“副枪+动态模型”技术，其核心目的是（）。A.减少吹炼时间B.提高终点温度和成分命中率C.降低氧气消耗D.减少废钢用量答案：B解析：副枪可在吹炼后期快速测定钢水温度、碳含量（TSC探头）及熔池液面高度，结合动态模型实时调整吹氧量和冷却剂加入量，实现终点温度和成分的“双命中”（命中率≥90%）。13.连铸坯“中心偏析”的主要影响因素是（）。A.结晶器振动频率B.二冷区冷却强度C.凝固末端电磁搅拌D.拉速波动答案：C解析：中心偏析是铸坯凝固末期，溶质元素（C、S、P等）随剩余钢水向中心流动富集所致。凝固末端电磁搅拌（F-EMS）可促进钢水流动，减少溶质富集，显著改善中心偏析。14.钢水“过氧化”的主要特征是（）。A.终点碳高、氧含量低B.终点碳低、氧含量高C.终点温度低、氧含量低D.终点温度高、碳含量高答案：B解析：过氧化指吹炼终点钢水中溶解氧（[O]）过高（>800ppm），通常因终点碳过低（<0.05%）或吹氧过量导致，会增加合金消耗（脱氧剂用量大）、加剧钢水二次氧化（浇铸时易产生夹杂）。15.高炉铁水入转炉前进行“三脱”预处理（脱硅、脱磷、脱硫），其主要目的是（）。A.降低转炉吹炼时间B.提高转炉废钢比C.生产超低磷、硫钢种D.减少转炉渣量答案：C解析：“三脱”预处理可将铁水w[Si]≤0.15%、w[P]≤0.010%、w[S]≤0.005%，为转炉冶炼超低磷钢（如IF钢、管线钢）创造条件，同时减少转炉造渣剂消耗（石灰用量降低30%-50%）。二、判断题（每题1分，共10分。正确打“√”，错误打“×”）1.转炉吹炼前期，脱碳速率大于脱磷速率。（×）解析：前期炉温低（<1400℃）、石灰未完全熔化，脱磷条件不满足，脱碳速率受限于碳含量（铁水碳高），但脱磷效率低，故脱碳速率前期更高，但脱磷主要在中期。2.LF炉精炼时，氩气搅拌强度越大，脱硫效果越好。（×）解析：搅拌强度过大（氩气流量>500NL/min）会导致钢水裸露，吸收空气中的氮和氧，增加二次氧化，同时可能卷渣进入钢水，反而降低脱硫效率，最佳搅拌强度为200-400NL/min（视钢包容量调整）。3.连铸结晶器液面波动超过±5mm时，易导致卷渣缺陷。（√）解析：液面波动过大（>±5mm）会使保护渣层被破坏，液态渣卷入钢水形成夹渣，同时可能导致坯壳厚度不均，引发表面纵裂或漏钢。4.钢水脱氧时，先加硅铁后加铝铁可提高铝的收得率。（√）解析：硅的脱氧能力弱于铝，先加硅铁可降低钢水中的溶解氧（预脱氧），减少铝与氧的反应量，提高铝的收得率（铝直接用于微调成分）。5.转炉溅渣护炉时，炉渣氧化性越高（FeO>20%），溅渣效果越好。（×）解析：炉渣FeO过高会降低炉渣黏度（熔点降低），溅渣时炉渣难以黏附在炉衬上，反而影响护炉效果，最佳FeO含量为15%-20%，需与MgO含量匹配（8%-12%）。6.钢中氢含量过高会导致“白点”缺陷，主要出现在厚板或大锻件中。（√）解析：白点（发裂）是钢中氢在冷却过程中聚集形成高压氢分子，在应力集中区（如中心偏析区）引发微裂纹，常见于厚度>50mm的钢材。7.连铸拉速提高时，结晶器冷却水量应相应减少。（×）解析：拉速提高，铸坯出结晶器的速度加快，为保证坯壳厚度（防止漏钢），需增加结晶器冷却水量（水速提高），同时调整二冷区各段水量分配。8.精炼炉（LF）造白渣的关键是控制炉渣w[FeO+MnO]<1.0%，并保持高碱度（R=4.0-5.0）。（√）解析：白渣（w[FeO+MnO]<1%）具有强还原性，能有效脱硫（硫容量高）和吸附夹杂物（液态渣层流动性好），是LF精炼的核心控制目标。9.转炉终点温度过高（>1700℃）会导致炉衬侵蚀加剧，但有利于脱磷。（×）解析：温度过高（>1700℃）时，脱磷反应（放热反应）的平衡常数降低，炉渣中P₂O₅易分解，脱磷效率下降，同时高温加速炉衬（MgO-C砖）的熔损。10.连铸坯“缩孔”缺陷主要是由于凝固末期钢水补缩不足引起的。（√）解析：缩孔是铸坯凝固时，中心区域钢水凝固收缩未得到有效补缩（如拉速过快、二冷区末端冷却过强），导致中心形成孔洞，可通过轻压下技术（凝固末端压下1-3mm）改善。三、简答题（每题6分，共30分）1.简述转炉终点控制“双命中”的含义及实现措施。答案：“双命中”指转炉吹炼终点时，钢水温度和主要成分（如C、P、S）同时达到目标值。实现措施：①采用副枪动态控制技术，吹炼后期通过副枪测定温度、碳含量（TSC探头），结合动态模型调整吹氧量和冷却剂（废钢、矿石）加入量；②优化吹氧制度（枪位、氧压），控制脱碳速率和炉渣氧化性；③加强原材料管理（铁水成分稳定、废钢清洁），减少过程波动；④终点前人工取样测温校核，确保准确性。2.分析连铸过程中结晶器液面波动大的主要原因及危害。答案：主要原因：①拉速波动（如自动控制系统故障、人为调整幅度过大）；②水口堵塞或结瘤（Al₂O₃夹杂附着在浸入式水口内壁，导致钢水流出量变化）；③钢水温度波动（温度过低时钢水黏度大，流动不稳定）；④保护渣性能不稳定（熔化速度过快或过慢，影响渣层厚度）；⑤塞棒或滑动水口控制精度低（流量调节滞后）。危害：①液面波动>±5mm时，保护渣层被破坏，液态渣卷入钢水形成夹渣缺陷；②坯壳厚度不均，导致表面纵裂或漏钢；③影响结晶器传热，可能引发皮下气泡（气体来不及逸出）；④降低连铸坯表面质量，增加修磨成本。3.简述LF炉精炼的主要功能及工艺要点。答案：主要功能：①升温（通过电弧加热，钢水升温速率5-10℃/min）；②脱硫（将w[S]从0.020%降至0.005%以下）；③脱氧（降低钢中溶解氧，促进夹杂物上浮）；④成分微调（精确调整合金元素含量）；⑤均匀温度和成分（氩气搅拌促进传质传热）。工艺要点：①造高碱度（R=4.0-5.0）、低氧化性（w[FeO+MnO]<1.0%）白渣，加入CaO、Al₂O₃调整渣系；②控制氩气搅拌强度（200-400NL/min），避免钢水裸露；③合金化时先加难熔合金（如钨铁、钼铁），后加易氧化合金（如铝铁），提高收得率；④精炼时间控制在30-45min（视钢种要求），确保脱硫和夹杂物去除效果。4.钢中夹杂物按来源可分为哪几类？简述减少内生夹杂物的主要措施。答案：夹杂物分类：①内生夹杂物（钢水脱氧、凝固过程中提供的氧化物、硫化物、氮化物，如Al₂O₃、MnS）；②外来夹杂物（炉渣、耐材、保护渣卷入钢水形成的夹杂物，如CaO-SiO₂-Al₂O₃系复合夹杂）。减少内生夹杂物的措施：①优化脱氧制度（采用复合脱氧，如Si-Mn-Al脱氧，提供低熔点夹杂物易上浮）；②控制钢水氧化性（终点[O]≤600ppm，减少脱氧产物数量）；③加强炉外精炼（LF/RH吹氩搅拌促进夹杂物上浮）；④控制凝固冷却速率（连铸采用弱冷，延长夹杂物上浮时间）；⑤加入变性剂（如钙处理，将Al₂O₃夹杂变为CaO-Al₂O₃低熔点夹杂）。5.分析转炉吹炼过程中“喷溅”的主要原因及预防措施。答案：主要原因：①“返干”喷溅：吹炼中期脱碳速率过快（碳氧反应剧烈），炉渣FeO降低至10%以下，炉渣变黏，碳氧反应产生的CO气体无法及时排出，导致突然爆发性喷溅；②泡沫渣喷溅：吹炼前期炉温低、石灰未熔化，炉渣中FeO过高（>25%），形成厚泡沫渣，随CO气体逸出携带金属液滴喷溅；③温度过低喷溅：终点温度过低（<1580℃），炉渣黏度大，碳氧反应受阻，后期升温时集中反应引发喷溅。预防措施：①控制吹氧枪位（前期高枪位化渣，中期低枪位控制脱碳速率）；②调整冷却剂加入时机（避免前期大量加矿石，防止FeO过高）；③加入调渣剂（如MgO、白云石）改善炉渣流动性；④终点前适当降枪，提高渣中FeO含量（15%-20%），避免返干；⑤控制铁水成分（w[Si]≤0.8%，避免前期渣量过大）。四、计算题（每题8分，共16分）1.某转炉冶炼Q235钢，铁水装入量120t（w[C]=4.5%、w[Si]=0.6%、w[Mn]=0.3%、w[P]=0.12%），废钢20t（w[C]=0.2%、w[Si]=0.1%、w[Mn]=0.3%、w[P]=0.03%），合金加入量5t（w[C]=0.1%、w[Si]=0.05%、w[Mn]=0.05%、w[P]=0.01%）。吹炼终点钢水成分：w[C]=0.18%、w[Si]=0.02%、w[Mn]=0.25%、w[P]=0.025%。假设元素氧化进入炉渣的质量为：C氧化量=铁水C+废钢C+合金C-钢水C；Si氧化量=铁水Si+废钢Si+合金Si-钢水Si（Si全部氧化）；Mn氧化量=铁水Mn+废钢Mn+合金Mn-钢水Mn（50%氧化进入炉渣，50%进入钢水）；P氧化量=铁水P+废钢P+合金P-钢水P（90%氧化进入炉渣，10%进入钢水）。炉渣中其他成分（CaO、MgO、Al₂O₃等）总质量为18t。计算转炉渣量（保留2位小数）。答案：（1）计算各元素总输入量：铁水：C=120×4.5%=5.4t；Si=120×0.6%=0.72t；Mn=120×0.3%=0.36t；P=120×0.12%=0.144t。废钢：C=20×0.2%=0.04t；Si=20×0.1%=0.02t；Mn=20×0.3%=0.06t；P=20×0.03%=0.006t。合金：C=5×0.1%=0.005t；Si=5×0.05%=0.0025t；Mn=5×0.05%=0.0025t；P=5×0.01%=0.0005t。总输入：C=5.4+0.04+0.005=5.445t；Si=0.72+0.02+0.0025=0.7425t；Mn=0.36+0.06+0.0025=0.4225t；P=0.144+0.006+0.0005=0.1505t。（2）计算各元素进入钢水的量：钢水总量=120+20+5-渣量（设为x）≈145-x（忽略烧损）。钢水C=（145-x）×0.18%；钢水Si=（145-x）×0.02%；钢水Mn=（145-x）×0.25%；钢水P=（145-x）×0.025%。（3）计算氧化进入炉渣的量：C氧化量=5.445-（145-x）×0.18%；Si氧化量=0.7425-（145-x）×0.02%（因Si全部氧化，故钢水Si≈0，实际Si氧化量≈0.7425t）；Mn氧化量=（0.4225-（145-x）×0.25%）×50%（50%氧化）；P氧化量=（0.1505-（145-x）×0.025%）×90%（90%氧化）。（4）炉渣成分由氧化物组成：C氧化提供CO/CO₂（气体，不计入渣量）；Si氧化提供SiO₂：0.7425t×（60/28）=1.591t（Si原子量28，SiO₂分子量60）；Mn氧化提供MnO：Mn氧化量×（71/55）（Mn原子量55，MnO分子量71）；P氧化提供P₂O₅：P氧化量×（142/62）（P原子量31，P₂O₅分子量142）；其他成分=18t。（5）渣量x=SiO₂+MnO+P₂O₅+其他成分。假设钢水总量≈145t（x较小可近似），则：钢水Si≈145×0.02%=0.029t，Si氧化量=0.7425-0.029≈0.7135t，SiO₂=0.7135×(60/28)=1.530t；钢水Mn≈145×0.25%=0.3625t，Mn氧化量=(0.4225-0.3625)×50%=0.03t，MnO=0.03×(71/55)=0.0387t；钢水P≈145×0.025%=0.03625t，P氧化量=(0.1505-0.03625)×90%=0.1028t，P₂O₅=0.1028×(142/62)=0.235t；x=1.530+0.0387+0.235+18≈19.80t。2.某厂LF炉精炼45钢（目标w[Al]s=0.030%），钢水重量100t，初始酸溶铝w[Al]s=0.005%，采用铝线（含Al=99.5%，收得率70%）脱氧。若需同时将钢水中全氧w[T.O]从500ppm降至50ppm，已知1kgAl可脱氧提供Al₂O₃的量为1.89kg（反应式：4Al+3O₂=2Al₂O₃），计算需加入的铝线量（保留2位小数）。答案：（1）调整酸溶铝所需Al量：需增Al量=(0.030%-0.005%)×100t×1000kg/t=25kg；考虑收得率，铝线加入量1=25kg/(99.5%×70%)≈35.92kg。（2）脱氧所需Al量：钢水中氧含量降低量=500ppm-50ppm=450ppm=0.045%；氧的质量=100t×0.045%×1000kg/t=45kg；根据反应式，4Al~3O₂（即4×27=108份Al脱氧3×32=96份O），需Al量=45kg×(108/96)=50.625kg；提供Al₂O₃量=50.625kg×1.89=95.68kg（题目已给出，可直接用）。（3）总需Al量=调整成分Al+脱氧Al=25kg+50.625kg=75.625kg；总铝线加入量=75.625kg/(99.5%×70%)≈108.25kg。五、综合分析题（每题7分，共14分）1.某厂转炉出钢后钢水氧化性强（w[O]≥800ppm），导致合金收得率低（如硅铁收得率<70%）、连铸坯表面气孔多（直径0.5-2mm，分布于皮下2-5mm）。分析可能原因及改进措施。答案：可能原因：①终点控制不当：终点碳过低（<0.06%），碳氧反应不充分，钢水中溶解氧（[O]）残留高；终点温度过高（>1700℃），加剧钢水吸氧（空气中氧分压高）。②出钢下渣量多：转炉出钢时炉渣（含FeO15%-25%）进入钢包，渣中FeO向钢水传氧（(FeO)=[Fe]+[O]），增加钢水氧化性。③脱氧制度不合理：脱氧剂加入量不足或顺序错误（如先加铝后加硅，铝优先脱氧但提供高熔点Al₂O₃夹杂，阻碍硅的脱氧反应）；脱氧剂收得率低（如铝线插入深度不足，部分铝氧化烧损）。④钢包条件差：钢包未充分烘烤（内衬含水分），钢水吸氢、吸氧；钢包渣层薄（覆盖剂加入量少），钢水裸露与空气接触。改进措施：①优化终点控制：采用副枪动态模型，提高终点碳命中率（目标w[C]≥0.08%），控制终点温度在1620-1660℃（根据钢种调整）；终点前加入少量碳粉（或生铁）增碳，降低钢水氧化性。②加强挡渣操作：采用挡渣塞+挡渣镖复合挡渣，控制出钢下渣量<3kg/t（钢）；出钢后加入改质剂（如CaO-Al₂O₃系）对钢包渣脱氧（降低渣中FeO<5%）。③优化脱氧工艺：采用“预脱氧+终脱氧”制度，先加硅锰合金预脱氧（降低[O]至300-500ppm），再加铝线终脱氧（调整酸溶铝）；铝线插入深度≥1/2钢包高度，确保收得率≥70%。④强化钢包管理：钢包烘烤温度≥1100℃（避免水分蒸发吸氢）；出钢后立即加入覆盖剂（如碳化稻壳、膨胀珍珠岩），厚度≥50mm，减少钢水裸露。2.某连铸机生产200mm×1200mm板坯，近期发现铸坯表面纵裂纹（长度50-200mm，深度2-5mm）缺陷率升至8%（正常<2%）。结合连铸工艺，分析可能原因及解决措施。答案：可能原因：①结晶器液面波动大：液面波动>±5mm时，坯壳厚度不均（液面下降区域坯壳薄，上升区域厚），在应力作用下薄