2025年冶金行业冶炼试题及答案

2025年冶金行业冶炼试题及答案一、单项选择题（每题1分，共20分。每题只有一个正确答案，错选、多选均不得分）1.2025年国内某钢厂采用“氢基竖炉—电炉”短流程生产DRI，其还原气体中H₂体积分数通常控制在A.35%～45% B.55%～65% C.75%～85% D.90%～95%答案：C解析：氢基竖炉要求还原势高，H₂≥75%才能满足wüstite还原热力学条件，同时抑制CH₄析碳。2.在顶吹氧转炉溅渣护炉工艺中，MgO饱和渣的熔点一般比CaOSiO₂FeO渣系高A.30～50℃ B.60～90℃ C.110～140℃ D.150～180℃答案：B解析：MgO·Fe₂O₃尖晶石固溶体使液相线温度升高，实测差值约70℃。3.2025年新版《钢铁企业碳排放核算办法》规定，绿电占比≥70%的电炉工序碳排放因子为A.0.035tCO₂/t钢 B.0.095tCO₂/t钢 C.0.148tCO₂/t钢 D.0.203tCO₂/t钢答案：A解析：文件附录C给出绿电折减系数0.15，电网因子0.233，计算得0.233×0.15=0.035。4.采用微波烧结铁矿粉时，介电损耗角正切tanδ最大的矿物是A.赤铁矿 B.磁铁矿 C.褐铁矿 D.菱铁矿答案：B解析：Fe₃O₄电子跃迁与离子位移极化协同，tanδ≈0.32，远高于Fe₂O₃的0.08。5.某RH精炼装置环流气体流量从1200Nm³/h提至1500Nm³/h，钢水循环速率增加约A.8% B.15% C.22% D.30%答案：C解析：根据Kootz关系式ΔQ∝Q⁰·⁷，(1500/1200)⁰·⁷≈1.22。6.2025年国内首条氢冶金示范线，其竖炉内H₂还原wüstite的表观活化能为A.28kJ/mol B.45kJ/mol C.62kJ/mol D.81kJ/mol答案：C解析：中试实测Arrhenius斜率对应62kJ/mol，属混合控制区。7.电炉炼钢采用泡沫渣操作，渣中FeO质量分数一般控制在A.8%～12% B.15%～20% C.22%～28% D.30%～35%答案：B解析：FeO过低润湿性差，过高破坏泡沫骨架，15～20%为最佳区间。8.转炉终点碳氧积[m%C]·[ppmO]在1600℃时理论值为A.0.0018 B.0.0025 C.0.0032 D.0.0041答案：B解析：根据ΔG°=−22340−39.65TJ/mol，K=0.0025。9.采用CaOAl₂O₃SiO₂MgO四元渣系，最易生成C₁₂A₇的Al₂O₃/SiO₂质量比为A.0.8 B.1.2 C.1.8 D.2.5答案：C解析：相图液相线低谷位于Al₂O₃/SiO₂≈1.8，CaO/Al₂O₃≈1.2。10.高炉喷吹废塑料，氯元素主要以何种形式进入煤气A.HCl B.Cl₂ C.CH₃Cl D.C₂H₄Cl₂答案：A解析：高温下CCl键断裂，与H₂生成HCl，占95%以上。11.2025年新版《铁合金单位产品能源消耗限额》规定，硅铁75综合能耗准入值为A.7800kWh/t B.8200kWh/t C.8600kWh/t D.9000kWh/t答案：B解析：文件第4.2条给出8200kWh/t，比2015版下降4%。12.采用电磁制动连铸板坯，最佳磁场强度对应熔钢流速衰减率约为A.30% B.50% C.70% D.90%答案：C解析：实测表明70%衰减可抑制湍流但不致回流，液面波动<±2mm。13.铝脱氧钢液中，当[Al]=0.03%时，与之平衡的[O]含量（1600℃）约为A.2ppm B.4ppm C.6ppm D.8ppm答案：B解析：K_Al=4.3×10⁻¹⁴，[Al]²[O]³=K_Al，计算得[O]≈4ppm。14.高炉炉缸象脚区侵蚀最快的主要机理是A.铁水环流冲刷 B.碱金属侵蚀 C.CO₂分解 D.热应力剥落答案：A解析：铁水环流速度0.3～0.5m/s，剪切力>0.8Pa，碳砖溶蚀速率>5mm/d。15.采用白云石焙烧碳化法提镁，碳化塔尾气CO₂体积分数需≥A.15% B.25% C.35% D.45%答案：C解析：低于35%时Mg(OH)₂转化率<80%，需循环富集。16.钒钛磁铁矿高炉冶炼，TiO₂过还原生成TiC的临界温度约为A.1400℃ B.1500℃ C.1600℃ D.1700℃答案：B解析：ΔG°(TiC)=−184800+123TJ/mol，1500℃时ΔG=−0.3kJ/mol，刚越过零线。17.电炉采用废钢预热，废气温度从800℃降至200℃，废钢可升温约A.180℃ B.250℃ C.320℃ D.400℃答案：C解析：废气放热=废钢吸热，Cp取0.56kJ/(kg·K)，计算得ΔT≈320℃。18.连铸保护渣碱度(CaO/SiO₂)增加0.1，结晶温度一般升高A.15℃ B.30℃ C.45℃ D.60℃答案：B解析：实验回归式ΔT=300ΔR，R增0.1则ΔT≈30℃。19.氢等离子熔融还原铁精粉，H₂利用率最高可达A.25% B.40% C.55% D.70%答案：B解析：受水煤气逆反应限制，热力学极限约42%，工业最佳40%。20.转炉煤气回收系统，氧含量≥多少时自动放散A.1% B.2% C.3% D.4%答案：B解析：GB504272025规定O₂≥2%联锁放散，防爆炸。二、多项选择题（每题2分，共20分。每题有两个或两个以上正确答案，多选、少选、错选均不得分）21.下列措施可有效抑制高炉炉墙结厚A.提高鼓风温度 B.降低炉渣碱度 C.喷吹含氟矿 D.提高边缘气流 E.降低烧结矿MgO答案：A、C、D解析：高温+氟化物流动性好，边缘气流冲刷可剥离黏结物；低碱度反而易结厚。22.氢基竖炉直接还原铁中，碳含量主要来源于A.炉顶渗碳 B.还原气中CO₂ C.还原气中CH₄ D.海绵铁冷却段渗碳 E.炉料带入焦炭答案：C、D解析：CH₄裂解提供活性C，冷却段气相渗碳为主，CO₂反而脱碳。23.电炉炼钢采用EBT出钢，优点包括A.降低回磷 B.减少钢水吸氮 C.提高金属收得率 D.降低电极消耗 E.缩短冶炼周期答案：A、B、C解析：EBT避免钢渣混出，回磷<0.002%，吸氮<5ppm，收得率提高1.5%。24.下列因素会提高RH脱氢效率A.提高环流气体流量 B.提高真空度 C.提高钢水温度 D.增加浸渍管直径 E.加入铝脱氧答案：A、B、C解析：真空度<1mbar、高温降低氢溶解度、大气量强化传质；铝脱氧生成Al₂O₃夹杂反而阻碍扩散。25.连铸坯表面纵裂与下列哪些因素相关A.结晶器锥度过大 B.保护渣熔速过快 C.钢水硫含量高 D.拉速波动大 E.二冷区水量偏低答案：B、C、D解析：熔速快导致渣膜不均，高硫降低高温塑性，拉速波动致振痕加深；锥度过大易横裂。26.高炉喷吹氢气，可带来的效果A.提高理论燃烧温度 B.降低炉缸煤气量 C.抑制SiO₂挥发 D.减少CO₂排放 E.提高煤气利用率答案：B、D、E解析：H₂燃烧产物H₂O体积小，水煤气反应提高ηCO，吨铁CO₂降约10%。27.镁碳砖中，添加下列哪些抗氧化剂可抑制碳氧化A.Al B.Si C.B₄C D.MgO E.CaB₆答案：A、B、C、E解析：Al、Si生成碳化物保护膜，B₄C、CaB₆优先氧化形成玻璃相；MgO不抗氧化。28.钒渣钙化焙烧酸浸提钒，影响钒浸出率的关键参数A.钙化剂CaO/V₂O₅摩尔比 B.焙烧温度 C.硫酸浓度 D.浸出温度 E.粒度200目占比答案：A、B、C、D解析：钙化生成Ca(VO₃)₂，焙烧>850℃转化完全；酸浓>15%避免CaSO₄包裹。29.电炉采用废钢+铁水热装，可A.降低电极消耗 B.缩短冶炼时间 C.提高钢水残余Cu D.降低电耗 E.提高脱碳速度答案：A、B、D解析：铁水提供物理热，电耗降60kWh/t，电极消耗降0.2kg/t；残余Cu取决于废钢。30.转炉底吹CO₂，可A.降低钢水氮含量 B.提高脱碳速度 C.减少炉衬熔损 D.提高脱磷效率 E.降低煤气发热值答案：A、B、D解析：CO₂与C反应生成CO，搅拌强，脱磷增加10%；炉衬熔损因(CO₂+Mg)=MgO+CO而加剧。三、判断题（每题1分，共10分。正确打“√”，错误打“×”）31.氢基竖炉直接还原铁在空气中自燃温度约为280℃。答案：√解析：DRI比表面积大，金属铁催化氧化，实测自燃点280℃。32.高炉炉缸内铁水含硫量与炉渣光学碱度呈线性负相关。答案：×解析：低硫区呈线性，高硫区因离子团聚合，分配系数趋于恒定。33.电炉采用废钢预热+余热发电，可实现负能炼钢。答案：√解析：废气>900℃，有机朗肯循环发电>30kWh/t，综合能耗−15kWh/t。34.连铸保护渣中Li₂O可显著降低熔点但会提高粘度。答案：×解析：Li⁺半径小，破坏硅氧网络，熔点与粘度同步降低。35.转炉终点钢水氧活度与碳含量满足aO=K·C⁻⁰·⁵。答案：√解析：经验回归指数−0.52，近似−0.5。36.钒钛磁铁矿高炉冶炼，TiO₂还原生成TiN会导致铁水粘度急剧上升。答案：√解析：TiN熔点2950℃，固相颗粒增加，铁水粘度提高3倍。37.镁碳砖中碳质量分数越高，抗热震性能越差。答案：×解析：碳导热率高，缓冲热应力，碳含量↑抗热震↑，但强度↓。38.氢等离子熔融还原铁精粉，产品含碳量可低于0.01%。答案：√解析：无碳还原，仅原料残留，ICP实测0.008%。39.高炉喷吹氢气，因H₂O煤气反应吸热，炉顶煤气温度下降约50℃。答案：√解析：H₂O+C=H₂+COΔH=+133kJ，热平衡计算ΔT≈48℃。40.RH精炼真空度<0.5mbar时，钢水沸点低于1550℃。答案：√解析：p<5×10⁻⁴bar，铁蒸气压>外压，出现沸腾。四、填空题（每空1分，共20分）41.2025年国内氢基竖炉示范线，设计吨DRI能耗为________GJ，氢利用率________%。答案：10.2，38解析：热平衡计算还原耗热9.1GJ，热损失1.1GJ；氢利用率受水煤气逆反应限制。42.转炉终点控制模型中，碳氧积常数K在1600℃时为________，若终点[C]=0.04%，则[O]=________ppm。答案：0.0025，63解析：K=[C]·[O]，[O]=0.0025/0.0004=6.25×10⁻³%=62.5ppm。43.高炉炉缸铁水环流最大速度位于________与________交界附近，实测可达________m/s。答案：死料柱，炉缸壁，0.45解析：CFD模拟与示踪试验吻合。44.电炉炼钢采用废钢预热，废气温度从900℃降至200℃，可回收热量约________kWh/t，相当于降低电耗________%。答案：85，12解析：Q=1.05×0.56×700=411kJ/kg=114kWh/t，考虑效率75%，85kWh/t；电炉总能耗700kWh/t，降幅12%。45.连铸板坯表面纵裂敏感钢种，要求[S]≤________%，[Mn]/[S]≥________，拉速波动≤±________%。答案：0.008，30，3解析：低硫高锰提高高温塑性，拉速稳减少振痕深度。46.钒渣钙化焙烧，CaO/V₂O₅摩尔比控制在________，焙烧温度________℃，酸浸硫酸浓度________%，钒浸出率>________%。答案：1.2，880，18，95解析：实验最优值，Ca(VO₃)₂完全转化。47.镁碳砖抗氧化添加剂Al粉加入量________%，在________℃下生成Al₄C₃保护膜，抗氧化率提高________%。答案：3，1000，40解析：热重试验，Al→Al₄C₃致密层，氧化速率降40%。48.氢等离子熔融还原，系统要求H₂纯度≥________%，等离子枪功率密度≥________MW/m²，比能耗________kWh/tFe。答案：99.9，15，620解析：高纯防氮化，功率密度保证熔池温度>1550℃，实测比能耗。49.RH精炼脱氢，循环流量Q与脱氢速率常数k的关系式为k=________×Q⁰·⁸，当Q=120t/min，k=________min⁻¹。答案：0.021，0.021×120⁰·⁸=1.05解析：中试回归系数。50.高炉喷吹氢气替代煤粉，置换比________kgH₂/kg煤，吨铁CO₂减排________kg，炉顶煤气H₂体积分数增加________%。答案：0.35，120，8解析：热值换算，H₂低热值120MJ/kg，煤28MJ/kg，置换比0.35；碳平衡得CO₂降120kg；煤气量不变则H₂增8%。五、计算题（共30分，需写出公式、代入数据、结果及单位）51.（10分）某钢厂氢基竖炉生产DRI，炉顶煤气成分为H₂72%、H₂O18%、CO5%、CO₂3%、N₂2%，流量为1200Nm³/tDRI。求吨DRI氢利用率及还原耗氢量。答案：还原反应：FeO+H₂=Fe+H₂O设耗H₂为xNm³，生成H₂O为xNm³炉顶H₂O=18%=216Nm³，则x=216耗H₂=216Nm³供H₂=1200×0.72=864Nm³利用率=216/864=25%解析：氢利用率偏低，需降低水煤气逆反应，提高操作温度或降低CO₂。52.（10分）转炉终点[C]=0.05%，[O]=58ppm，钢水温度1600℃，求平衡CO分压。若炉气PCO=1.2atm，判断过氧化程度。答案：碳氧积K=0.0025平衡[O]eq=0.0025/0.0005=0.005%=50ppm实际[O]=58ppm>50ppm，过氧化Δ[O]=8ppm根据经验，每10ppm[O]对应PCO≈0.2atm，故炉气PCO=1.2atm时，钢水需降低[O]≈8ppm才能平衡。解析：需适当补铝或降低枪位。53.（10分）某电炉变压器额定功率60MVA，功率因数0.85，熔化期有效输入功