(2025年)高炉炼铁设计原理试卷及答案

(2025年)高炉炼铁设计原理试卷及答案一、单项选择题（每题2分，共30分）1.高炉炼铁的主要还原剂是（）A.CO和H₂B.CC.CO₂D.H₂O2.高炉内直接还原和间接还原发展程度的分界线是（）A.铁氧化物的开始还原温度B.铁氧化物的终还原温度C.碳素溶解损失反应的开始温度D.碳素溶解损失反应的平衡温度3.下列哪种矿石的还原性最好（）A.磁铁矿B.赤铁矿C.褐铁矿D.菱铁矿4.高炉内炉料下降的动力是（）A.重力B.浮力C.煤气压力D.摩擦力5.高炉渣的主要成分是（）A.CaO、SiO₂、Al₂O₃、MgOB.CaO、SiO₂、FeO、MnOC.CaO、SiO₂、P₂O₅、SD.CaO、SiO₂、TiO₂、V₂O₅6.提高风温对高炉冶炼的影响是（）A.降低焦比，提高产量B.提高焦比，降低产量C.对焦比和产量无影响D.降低焦比，降低产量7.高炉喷吹煤粉后，炉缸煤气量（）A.增加B.减少C.不变D.不确定8.高炉内的软熔带形状一般为（）A.V形B.W形C.倒V形D.以上都有可能9.铁矿石的软化温度是指（）A.矿石开始软化的温度B.矿石软化区间的平均温度C.矿石软化结束的温度D.矿石开始熔化的温度10.高炉的有效容积利用系数是指（）A.每立方米高炉有效容积每昼夜生产的生铁量B.每立方米高炉有效容积每昼夜消耗的焦炭量C.每昼夜生产的生铁量与高炉有效容积的比值D.每昼夜消耗的焦炭量与高炉有效容积的比值11.下列哪种因素会使炉渣的粘度增大（）A.增加CaO含量B.增加MgO含量C.增加Al₂O₃含量D.增加FeO含量12.高炉炼铁过程中，硫主要来源于（）A.铁矿石B.焦炭C.熔剂D.喷吹燃料13.高炉的热制度是指（）A.炉缸的热状态B.炉身的热状态C.炉顶的热状态D.整个高炉的热状态14.为了提高高炉的透气性，应采取的措施是（）A.提高矿石的品位B.降低焦炭的强度C.增加炉料的粒度D.改善炉料的粒度组成15.高炉的炉型结构中，炉喉的作用是（）A.布料B.加热炉料C.煤气分布D.渣铁分离二、多项选择题（每题3分，共15分）1.影响铁矿石还原速度的因素有（）A.温度B.压力C.矿石的粒度D.煤气成分2.高炉喷吹燃料的种类有（）A.煤粉B.重油C.天然气D.焦炉煤气3.炉渣的性能主要包括（）A.熔化性B.粘度C.脱硫能力D.稳定性4.提高高炉产量的途径有（）A.提高风温B.增加喷吹燃料量C.改善炉料透气性D.降低炉渣碱度5.高炉内的传热方式有（）A.传导传热B.对流传热C.辐射传热D.以上都不是三、判断题（每题2分，共20分）1.高炉炼铁是一个氧化过程。（）2.间接还原是吸热反应，直接还原是放热反应。（）3.矿石的品位越高，其还原性越好。（）4.炉渣的碱度越高，其脱硫能力越强。（）5.提高风温可以降低焦比，但会使炉顶温度升高。（）6.高炉喷吹煤粉后，理论燃烧温度会升高。（）7.软熔带的位置和形状对高炉的透气性和炉况顺行有重要影响。（）8.铁矿石的软化温度越低，软化区间越宽，对高炉冶炼越有利。（）9.高炉的有效容积利用系数越高，说明高炉的生产效率越高。（）10.炉渣的粘度越小，其流动性越好，对高炉冶炼越有利。（）四、简答题（每题10分，共30分）1.简述高炉炼铁的基本原理。2.分析提高风温对高炉冶炼的影响。3.说明炉渣在高炉炼铁中的作用。五、计算题（15分）已知某高炉有效容积为2000m³，日产生铁5000t，入炉焦炭量为1500t，喷吹煤粉量为300t，计算该高炉的有效容积利用系数、焦比和燃料比。2025年高炉炼铁设计原理试卷答案一、单项选择题1.A。高炉炼铁中，CO和H₂是主要的还原剂，它们在高温下将铁矿石中的铁氧化物还原成铁。C虽然也能参与还原反应，但不是主要的气态还原剂；CO₂是还原反应的产物；H₂O在高炉内一般不直接作为还原剂。2.D。碳素溶解损失反应（C+CO₂=2CO）的平衡温度是高炉内直接还原和间接还原发展程度的分界线。在平衡温度以上，直接还原占主导；在平衡温度以下，间接还原占主导。3.C。褐铁矿的结晶水含量高，结构疏松，比表面积大，所以还原性最好。磁铁矿结构致密，还原性相对较差；赤铁矿次之；菱铁矿在加热过程中会分解产生CO₂，其还原性也不如褐铁矿。4.A。高炉内炉料下降的动力主要是重力。浮力方向向上，不利于炉料下降；煤气压力主要影响煤气的流动和炉内的透气性；摩擦力会阻碍炉料下降。5.A。高炉渣的主要成分是CaO、SiO₂、Al₂O₃、MgO。FeO、MnO含量相对较少；P₂O₅、S是需要从铁水中去除的杂质；TiO₂、V₂O₅只在特定的含钛、钒铁矿石冶炼时才会有一定含量。6.A。提高风温可以为高炉提供更多的热量，降低焦比，同时还能提高炉缸温度，加快化学反应速度，从而提高产量。7.A。高炉喷吹煤粉后，煤粉在炉缸内燃烧产生更多的煤气，所以炉缸煤气量增加。8.D。高炉内的软熔带形状受多种因素影响，如炉料分布、煤气流分布等，一般有V形、W形、倒V形等多种可能。9.A。铁矿石的软化温度是指矿石开始软化的温度。10.A。高炉的有效容积利用系数是指每立方米高炉有效容积每昼夜生产的生铁量，它是衡量高炉生产效率的重要指标。11.C。增加Al₂O₃含量会使炉渣的粘度增大。CaO和MgO适当增加可以降低炉渣粘度；FeO能降低炉渣的熔点和粘度。12.B。高炉炼铁过程中，硫主要来源于焦炭，因为焦炭在炼焦过程中会吸收一定量的硫。铁矿石、熔剂和喷吹燃料中也含有硫，但含量相对较少。13.A。高炉的热制度主要是指炉缸的热状态，炉缸的热状态直接影响到铁水的质量和产量。14.D。改善炉料的粒度组成可以提高高炉的透气性。提高矿石品位主要影响铁的产量和质量；降低焦炭强度会使炉料透气性变差；增加炉料粒度过大可能会导致煤气分布不均。15.A。高炉的炉喉主要作用是布料，使炉料均匀地分布在炉内。二、多项选择题1.ACD。影响铁矿石还原速度的因素有温度、矿石的粒度和煤气成分。温度升高，化学反应速度加快；矿石粒度越小，比表面积越大，还原反应越容易进行；煤气中还原性气体（CO和H₂）含量越高，还原速度越快。压力对铁矿石还原速度的影响相对较小。2.ABCD。高炉喷吹燃料的种类有煤粉、重油、天然气和焦炉煤气等。这些燃料可以部分替代焦炭，降低焦比。3.ABCD。炉渣的性能主要包括熔化性、粘度、脱硫能力和稳定性。熔化性影响炉渣的熔化和流动；粘度影响炉渣的流动性和排渣；脱硫能力关系到铁水的质量；稳定性保证炉渣在不同工况下性能稳定。4.ABC。提高风温可以提供更多热量，增加喷吹燃料量可以补充能量和还原剂，改善炉料透气性有利于煤气流分布和化学反应进行，这些都能提高高炉产量。降低炉渣碱度可能会影响炉渣的脱硫能力和炉况稳定性，不一定能提高产量。5.ABC。高炉内的传热方式有传导传热、对流传热和辐射传热。固体炉料之间主要是传导传热；煤气与炉料之间是对流传热；高温物体之间存在辐射传热。三、判断题1.×。高炉炼铁是一个还原过程，主要是将铁矿石中的铁氧化物还原成铁。2.×。间接还原（如FeO+CO=Fe+CO₂）是放热反应，直接还原（如FeO+C=Fe+CO）是吸热反应。3.×。矿石的品位和还原性之间没有必然的联系。高品位矿石不一定还原性好，还原性还与矿石的矿物组成、结构等因素有关。4.√。一般来说，炉渣的碱度越高，其脱硫能力越强。因为碱性氧化物（如CaO）能与硫反应提供稳定的硫化物进入炉渣。5.×。提高风温可以降低焦比，同时由于热量利用更充分，炉顶温度会降低。6.×。高炉喷吹煤粉后，由于煤粉分解和加热需要吸收热量，理论燃烧温度会降低。7.√。软熔带的位置和形状对高炉的透气性和炉况顺行有重要影响。合适的软熔带位置和形状可以保证煤气均匀分布和炉料顺利下降。8.×。铁矿石的软化温度越低，软化区间越宽，会使软熔带变厚，透气性变差，对高炉冶炼不利。9.√。高炉的有效容积利用系数越高，说明每立方米高炉有效容积在单位时间内生产的生铁量越多，即高炉的生产效率越高。10.√。炉渣的粘度越小，其流动性越好，有利于渣铁分离和排渣，对高炉冶炼越有利。四、简答题1.高炉炼铁的基本原理是在高温下，用还原剂将铁矿石中的铁氧化物还原成金属铁。具体过程如下：炉料装入：将铁矿石、焦炭和熔剂按一定比例从炉顶装入高炉。还原反应：焦炭在风口前燃烧产生高温煤气（主要是CO和N₂），煤气上升过程中与下降的炉料发生还原反应。间接还原（如Fe₂O₃+3CO=2Fe+3CO₂）在较低温度下进行，直接还原（如FeO+C=Fe+CO）在较高温度下进行。造渣过程：熔剂（如石灰石）在高温下分解产生CaO等碱性氧化物，与铁矿石中的脉石（如SiO₂）和焦炭中的灰分反应提供炉渣，炉渣的作用是去除杂质、保护炉衬和促进渣铁分离。渣铁形成与分离：被还原的铁水和提供的炉渣逐渐向下滴落，在炉缸内聚集，由于密度不同，铁水在下部，炉渣在上部，实现渣铁分离。最后，铁水和炉渣分别从出铁口和出渣口排出。2.提高风温对高炉冶炼的影响主要有以下几个方面：降低焦比：风温提高后，带入高炉的物理热增加，减少了焦炭在炉内的燃烧量来提供热量，从而降低了焦比。同时，风温升高使炉缸温度升高，加快了还原反应速度，提高了煤气的利用率，进一步降低了焦比。提高产量：风温提高增加了炉缸的热量，使炉内化学反应速度加快，炉料下降速度加快，从而提高了高炉的产量。改善煤气利用：较高的风温有助于改善炉内的热分布，使间接还原反应更加充分，提高了煤气的利用率。影响炉况顺行：风温的稳定提高有利于保持炉况的稳定顺行。但如果风温波动过大，可能会导致炉内热制度不稳定，影响炉况。降低炉顶温度：由于风温提高后热量利用更充分，炉顶煤气带走的热量减少，炉顶温度降低。3.炉渣在高炉炼铁中的作用主要有以下几点：去除杂质：炉渣能与铁矿石中的脉石（如SiO₂、Al₂O₃等）和焦炭中的灰分结合，形成低熔点的化合物，将这些杂质从铁水中分离出来，从而提高铁水的纯度。脱硫作用：炉渣中的碱性氧化物（如CaO）能与铁水中的硫反应提供稳定的硫化物（如CaS）进入炉渣，从而降低铁水中的硫含量，提高铁水质量。保护炉衬：炉渣在炉壁上形成一层渣皮，保护炉衬免受高温和炉料的冲刷侵蚀，延长炉衬的使用寿命。促进渣铁分离：炉渣和铁水的密度不同，在炉缸内分层，便于渣铁分离，使铁水顺利排出。调节炉况：通过调整炉渣的成分和性能（如碱度、粘度等），可以调节炉内的热制度和透气性，保证高炉的稳定顺行。五、计算题1.有效容积利用系数：有效容积利用系数=日产生铁量/（高炉有效容积×1昼夜）已知高炉有效容积为2000m³，日产生铁5000t，则有效容积利用系数=5000/2000=2.5（t/m³·d）2.焦比：焦比=