2025年冶金流程试题及答案

2025年冶金流程试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1.高炉炼铁过程中，风口前理论燃烧温度的合理范围是（）。A.1200-1400℃B.1800-2200℃C.2500-2800℃D.3000-3200℃2.转炉炼钢终点控制时，若钢水中磷含量偏高，最可能的原因是（）。A.终点温度过低B.终渣碱度过低C.吹炼前期氧压不足D.铁水硅含量过高3.连铸过程中，结晶器保护渣的主要功能不包括（）。A.润滑坯壳B.绝热保温C.吸收夹杂物D.提高拉坯速度4.氢基竖炉直接还原工艺中，还原剂主要为（）。A.焦炉煤气B.天然气C.纯氢气D.一氧化碳5.电炉炼钢采用泡沫渣操作时，渣层厚度一般控制在（）。A.50-100mmB.150-300mmC.400-500mmD.600-800mm6.高炉炉料结构中，酸性球团矿与高碱度烧结矿搭配的主要目的是（）。A.降低成本B.改善软熔性能C.提高还原性D.增加透气性7.转炉溅渣护炉工艺中，调整终渣成分的关键措施是（）。A.提高渣中MgO含量B.降低渣中FeO含量C.增加渣中SiO₂含量D.控制渣中CaO含量8.连铸二冷区采用气雾冷却时，与水冷却相比，主要优势是（）。A.冷却均匀性更好B.冷却强度更大C.设备投资更低D.操作更简单9.短流程炼钢（电炉+连铸）与长流程（高炉-转炉-连铸）相比，吨钢CO₂排放量约低（）。A.10%-20%B.30%-40%C.50%-70%D.80%-90%10.LF精炼炉的主要功能是（）。A.脱碳升温B.深脱硫与精确调温C.真空脱气D.合金成分微调二、填空题（每空1分，共20分）1.高炉炼铁中，炉料下降的动力主要来自（）和（）。2.转炉吹炼过程可分为（）、（）和（）三个阶段，其中（）阶段脱碳速率最快。3.连铸坯常见表面缺陷包括（）、（）和（），内部缺陷主要有（）和（）。4.氢基直接还原工艺中，H₂与Fe₂O₃反应的主要产物为（）和（），反应式为（）。5.电炉炼钢采用废钢预热技术时，可将废钢温度提高至（）℃以上，降低电耗约（）kWh/t。6.高炉喷吹煤粉时，限制喷煤量的主要因素是（）和（）。三、简答题（每题8分，共40分）1.简述高炉内间接还原与直接还原的区别，说明提高间接还原率对高炉冶炼的意义。2.转炉炼钢终点控制需同时满足哪些主要指标？简述各指标的控制方法。3.连铸结晶器振动的作用是什么？常用的振动模式有哪些？各有何特点？4.电炉炼钢中，泡沫渣的形成条件是什么？泡沫渣操作对冶炼过程有何影响？5.简述短流程炼钢（电炉流程）的主要优势与当前面临的挑战。四、计算题（每题10分，共20分）1.某高炉使用烧结矿（TFe=58%，FeO=8%）和球团矿（TFe=65%，FeO=1%）作为含铁炉料，配比分别为70%和30%。已知生铁成分：[Fe]=94.5%，[C]=4.0%，[Si]=1.0%，[Mn]=0.3%，[P]=0.2%。假设铁的回收率为98%，计算吨产生铁所需的炉料总量（保留两位小数）。2.某转炉冶炼Q235钢，铁水成分（%）：C=4.5，Si=0.8，Mn=0.5，P=0.15，S=0.03；终点钢水成分（%）：C=0.15，Si=0.02，Mn=0.25，P=0.02，S=0.02。已知吹炼过程中，碳氧化成CO的比例为90%，成CO₂的比例为10%；硅、锰、磷全部氧化；铁的氧化量为金属料的1.5%（以FeO形式进入渣）。计算吨钢氧气消耗量（O₂纯度按100%计，气体体积按标准状况计算，保留两位小数）。五、论述题（每题10分，共20分）1.结合“双碳”目标，分析氢基直接还原工艺对传统高炉-转炉长流程的冲击与替代潜力。2.从能源利用、环境保护、产品质量和成本控制四个维度，对比长流程与短流程炼钢的综合竞争力，并提出短流程进一步发展的关键技术方向。答案一、选择题1.B2.B3.D4.C5.B6.B7.A8.A9.C10.B二、填空题1.重力作用；炉料自身收缩2.硅锰氧化期；碳氧化期；吹炼终点期；碳氧化期3.表面裂纹；夹渣；结疤；中心偏析；缩孔4.金属铁；H₂O；Fe₂O₃+3H₂=2Fe+3H₂O5.500；50-806.高炉透气性；煤粉燃烧率三、简答题1.间接还原是还原剂（CO、H₂）与铁氧化物在低于1000℃下反应，提供CO₂或H₂O，不消耗焦炭中的碳；直接还原是碳与铁氧化物在高于1000℃下反应，提供CO，消耗焦炭。提高间接还原率可减少焦炭消耗（每提高1%间接还原率，焦比降低1-2kg/t），降低能耗和CO₂排放，改善高炉经济指标。2.终点控制需满足：①钢水成分（C、P、S等符合目标）；②钢水温度（满足连铸要求，通常1580-1620℃）；③渣量与渣成分（碱度、FeO含量适宜）。控制方法：通过副枪检测或经验判断终点碳温，调整吹氧量和冷却剂（如废钢、铁矿石）；加石灰调整渣碱度脱磷；终点前加入合金预调成分。3.结晶器振动作用：防止坯壳与结晶器粘结，改善脱模效果，形成均匀的振痕。常用模式：①正弦振动（波形对称，振幅2-4mm，频率80-200次/分，适用于低拉速）；②非正弦振动（波形不对称，负滑动时间短，减少粘结，适用于高拉速，拉速可达2.5-4.0m/min）。4.泡沫渣形成条件：渣中FeO含量15%-25%（提供表面活性物质）、渣碱度1.8-2.5（保证渣粘度）、吹氧强度（4-6m³/(t·min)）。泡沫渣影响：①覆盖电弧，减少热损失（电耗降低10-15kWh/t）；②保护炉衬（渣层厚度150-300mm，减少电弧对炉壁侵蚀）；③促进脱磷（增大渣钢反应界面）。5.优势：①能耗低（电耗约400kWh/t，长流程约600kg标煤/t）；②CO₂排放少（约0.5t/t，长流程约1.8t/t）；③流程短（无烧结、焦化环节）；④适合废钢资源丰富地区。挑战：①废钢质量波动大（含杂质影响钢质）；②电力成本高（占成本30%-40%）；③高功率电炉对电网冲击；④缺乏铁水预处理环节，脱硫、脱磷难度大。四、计算题1.设吨产生铁需炉料总量为x吨。烧结矿提供铁量：0.7x×58%×(1-8%/72×(56/72))=0.7x×(58%×(1-0.08×0.7778))≈0.7x×0.544（注：FeO中Fe占比56/72≈0.7778）球团矿提供铁量：0.3x×65%×(1-1%/72×0.7778)≈0.3x×0.645总铁量=0.7x×0.544+0.3x×0.645=0.3808x+0.1935x=0.5743x生铁中铁量=1×94.5%=0.945t，回收率98%，故0.5743x×0.98=0.945解得x≈0.945/(0.5743×0.98)≈1.68吨2.各元素氧化耗氧量：C氧化：(4.5-0.15)%×1000kg=43.5kgCO提供量：43.5×90%×(32/24)=43.5×0.9×1.333≈52.2kgCO₂提供量：43.5×10%×(32/12)=43.5×0.1×2.667≈11.6kgC总耗氧：52.2+11.6=63.8kgSi氧化：(0.8-0.02)%×1000=7.8kg，耗氧7.8×(32/28)=8.91kgMn氧化：(0.5-0.25)%×1000=2.5kg，耗氧2.5×(16/55)=0.73kgP氧化：(0.15-0.02)%×1000=1.3kg，耗氧1.3×(48/62)=1.00kgFe氧化：1000×1.5%×(16/56)=15×0.2857≈4.29kg总耗氧=63.8+8.91+0.73+1.00+4.29=78.73kgO₂体积=78.73×1000g/(32g/mol)×22.4L/mol=78.73×1000/32×22.4≈54911.2L≈54.91m³五、论述题1.氢基直接还原以H₂为还原剂，反应产物为H₂O，理论上吨铁CO₂排放仅0.1-0.2t（传统高炉约1.7t），符合“双碳”目标。其对长流程的冲击体现在：①原料适应性更广（可使用低品位矿）；②流程简化（无焦化、烧结环节）；③排放优势显著。但替代潜力受限于：①H₂成本（绿氢成本约30-50元/kg，灰氢约10-20元/kg）；②竖炉操作温度（需800-1000℃，高于传统MIDREX工艺的700-900℃）；③金属化率（需≥90%以保证电炉炼钢效率）。短期内，氢基工艺可能作为长流程的补充（如与高炉协同利用富氢煤气），长期随绿氢成本下降（目标2030年降至20元/kg以下），有望逐步替代部分高炉产能。2.综合竞争力对比：-能源利用：长流程依赖焦炭（不可再生），能耗高（约600kg标煤/t）；短流程依赖电力（可消纳可再生能源），能耗低（约400kWh/t，折合120kg标煤/t）。-环境保护：长流程排放CO₂（1.8t/t）、SO₂、NOx（来自烧结、焦化）；短流程CO₂排放（0.5t/t），无烧结、焦化污染，但电炉存在粉尘（需配备布袋除尘）。-产品质量：长流程铁水成分稳定，适合生产高附加值板材（如汽车板）；短流程受废钢杂质（Cu、Sn等）影响，更适合建材