2025年钢铁相关试题及答案

2025年钢铁相关试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.现代高炉炼铁过程中，以下哪种气体是间接还原的主要还原剂？A.CO₂B.H₂C.N₂D.H₂O答案：B解析：间接还原指铁氧化物与还原剂（如CO、H₂）在低于铁熔点的温度下反应提供铁的过程。现代高炉因喷吹煤粉、天然气等，H₂作为还原剂的比例逐步提升，尤其在氢基冶金技术发展背景下，H₂的作用愈发重要。2.转炉炼钢中，若终点钢水磷含量超标，最可能的原因是？A.吹炼终点温度过低B.造渣剂中石灰加入量不足C.氧枪枪位过高D.铁水硅含量偏低答案：B解析：脱磷反应需碱性氧化渣环境（高CaO、高FeO）和适当温度。石灰（CaO）不足会导致炉渣碱度（CaO/SiO₂）偏低，无法有效结合P₂O₅形成稳定的磷酸盐（如3CaO·P₂O₅），从而降低脱磷效率。3.连铸过程中，结晶器内钢水液面波动过大最易引发的缺陷是？A.中心偏析B.表面纵裂C.皮下气泡D.卷渣答案：D解析：结晶器液面波动会破坏保护渣的均匀铺展，导致熔渣层厚度不均，甚至使未熔化的保护渣或渣粉卷入钢水，形成铸坯表面或皮下夹渣缺陷。4.下列哪项不属于控制轧制技术的核心参数？A.终轧温度B.道次压下率C.加热炉煤气热值D.冷却速度答案：C解析：控制轧制通过控制加热温度、变形温度、变形量及冷却速度来细化奥氏体晶粒或在变形过程中析出第二相粒子，从而改善钢材性能。加热炉煤气热值影响能耗但非控制轧制的核心参数。5.衡量钢材冷加工性能的关键指标是？A.抗拉强度B.延伸率C.冲击功D.屈强比答案：B解析：冷加工（如弯曲、冲压）要求钢材在塑性变形时不发生断裂，延伸率（断后伸长率）直接反映材料的塑性储备，是冷加工性能的核心指标。6.氢基竖炉炼铁与传统高炉炼铁相比，最大的优势是？A.可使用低品位矿石B.还原剂成本更低C.碳排放显著降低D.生产效率更高答案：C解析：氢基竖炉以H₂为还原剂，反应产物为H₂O，无CO₂直接排放（若H₂来自绿电电解水），而高炉以焦炭为还原剂，主要反应提供CO₂，因此氢基工艺是钢铁行业实现“双碳”目标的重要路径。7.电炉短流程炼钢中，废钢预热的主要目的是？A.提高废钢密度B.减少废钢表面杂质C.降低电耗D.提升钢水纯净度答案：C解析：废钢预热可利用电炉烟气余热将废钢温度升至300-500℃，减少熔化所需电能，降低电耗（约可降低30-50kWh/t钢），同时减少烟气量和除尘负荷。8.钢材表面热镀锌层的主要作用是？A.提高硬度B.增强导电性C.耐腐蚀D.改善焊接性答案：C解析：锌的标准电极电位（-0.76V）比铁（-0.44V）更负，在腐蚀环境中锌作为阳极优先溶解，保护基体铁，因此热镀锌层的核心功能是牺牲阳极保护，提高钢材耐腐蚀性。9.高炉炉缸侵蚀的主要原因是？A.高温铁水的冲刷B.碱金属的渗透C.炉渣的化学侵蚀D.以上均是答案：D解析：炉缸侵蚀是多因素共同作用的结果：高温铁水流动对炭砖的冲刷磨损；碱金属（K、Na）蒸气渗入炭砖内部反应提供膨胀性物质（如KCN）导致结构破坏；炉渣中的FeO、SiO₂等与炭砖发生反应（如SiO₂+C→SiC+CO）造成化学侵蚀。10.评价钢水可浇性的关键指标是？A.钢水温度B.钢中夹杂物含量与形态C.钢水成分均匀性D.转炉终点氧含量答案：B解析：可浇性指钢水在连铸过程中顺利通过水口的能力。若钢中存在大量Al₂O₃等脆性夹杂物，易在水口内壁聚集形成“结瘤”，导致水口堵塞；而球状夹杂物（如钙处理后的12CaO·7Al₂O₃）流动性好，不易结瘤，可浇性更优。二、填空题（每空1分，共20分）1.高炉炼铁的主要原料包括铁矿石、焦炭、熔剂（如石灰石）和__________（填辅助原料）。答案：喷吹燃料（或煤粉、天然气等）2.转炉炼钢的基本反应是__________（填氧化或还原）反应，通过向熔池吹入氧气脱除铁水中的C、Si、Mn、P等元素。答案：氧化3.连铸坯的“三传”过程指热量传递、动量传递和__________传递。答案：质量4.控制冷却技术中，ACC（AcceleratedCoolingControl）的核心是通过__________调节钢材冷却速度，细化组织并提高强度。答案：冷却水流量（或水压、喷嘴开启数量）5.衡量钢材疲劳性能的关键指标是__________，指材料在无限次循环载荷下不发生断裂的最大应力。答案：疲劳强度（或疲劳极限）6.氢基竖炉炼铁的主要产物是__________（填中间产品），需进一步经电炉熔炼得到粗钢。答案：直接还原铁（DRI）7.电炉炼钢中，泡沫渣的主要作用是__________（至少答两点）。答案：埋弧加热、减少热损失、保护炉衬8.钢材的屈强比是__________与抗拉强度的比值，比值越低，材料的安全储备越__________（填“高”或“低”）。答案：屈服强度；高9.高炉煤气的主要成分是__________（体积占比最高），其热值约为3000-4000kJ/m³。答案：CO（一氧化碳）10.连铸结晶器的振动方式中，__________振动（填“正弦”或“非正弦”）可减少负滑脱时间，降低铸坯表面振痕深度。答案：非正弦11.冷轧带钢生产中，退火的主要目的是__________（填“消除加工硬化”或“提高强度”），改善塑性。答案：消除加工硬化12.钢中硫含量过高易导致__________（填“热脆”或“冷脆”），因为FeS与Fe形成低熔点共晶（熔点985℃），在热轧时熔化引发裂纹。答案：热脆13.高炉炼铁的焦比指__________与生铁产量的比值，单位为kg/t。答案：焦炭消耗量14.转炉终点控制的“双命中”指同时命中目标__________和目标温度。答案：成分（或碳含量）15.厚板轧机的“TMCP”技术是__________（填中文全称）的缩写，通过控轧控冷提升综合性能。答案：热机械控制工艺16.钢中氢含量过高会导致__________缺陷，如白点、氢致裂纹，需通过__________（填工艺）脱氢。答案：氢脆；真空处理（或RH真空脱气）17.铁水预处理“三脱”指脱硅、脱磷和__________。答案：脱硫三、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及对能耗的影响。答案：间接还原：铁氧化物（如Fe₃O₄、FeO）与还原剂（CO、H₂）在低于铁熔点（约1150℃）的温度下反应，提供Fe和CO₂（或H₂O），反应式如FeO+CO=Fe+CO₂。此过程不消耗碳，还原剂（CO、H₂）可通过煤气循环再生（如CO₂+C=2CO），能耗较低。直接还原：铁氧化物与碳（C）在高温（>1150℃）下直接反应，提供Fe和CO，反应式如FeO+C=Fe+CO。此过程需消耗碳（焦炭），且反应吸热，能耗较高。影响：间接还原比例越高，高炉焦比越低，能耗越低；反之，直接还原比例增加会导致焦比上升，能耗增加。现代高炉通过提高煤气利用率（增加间接还原）、喷吹煤粉（补充还原剂）等措施降低直接还原度，实现节能。2.转炉炼钢中，造渣的主要目的有哪些？如何控制炉渣碱度？答案：造渣目的：①脱除杂质：通过炉渣中的CaO与P₂O₅、SiO₂等结合，形成磷酸盐（3CaO·P₂O₅）、硅酸盐（2CaO·SiO₂），实现脱磷、脱硅。②保护炉衬：炉渣覆盖在钢水表面，减少钢水对炉衬的冲刷和化学侵蚀。③传热传质：炉渣参与热量传递（如FeO氧化放热），并作为反应介质促进元素氧化。碱度控制：炉渣碱度（R）=w(CaO)/w(SiO₂)，通常转炉渣碱度控制在3.0-4.5。通过调整石灰（CaO）加入量控制：铁水硅含量高时，SiO₂提供量多，需增加石灰加入量以维持碱度；若终点碱度过低（脱磷不足），可补加石灰或轻烧白云石（MgO）调整。3.连铸过程中，二次冷却的作用是什么？常用的冷却方式有哪些？答案：二次冷却作用：①继续传递热量：结晶器内钢水仅凝固10-20mm厚的坯壳，二次冷却区（结晶器下方）通过喷水或气雾冷却，使坯壳厚度增加至20-50mm，防止漏钢。②控制铸坯质量：通过调节各段冷却强度，均匀坯壳生长，减少热应力，防止表面裂纹（如纵裂、横裂）和内部缺陷（如中心偏析、疏松）。常用冷却方式：①水喷雾冷却：将水与压缩空气混合形成细小雾滴，冷却均匀且不易产生过大热应力，适用于薄板坯连铸。②气水冷却：通过控制气水比调节冷却强度，兼顾冷却效率和表面质量，广泛用于大方坯、板坯连铸。③水直接冷却：仅喷水，冷却强度大，适用于小方坯连铸（断面小，冷却均匀性易控制）。4.简述控制轧制技术（CR）与传统轧制技术的区别，并说明其对钢材性能的影响。答案：区别：传统轧制：以提高产量为目标，加热温度高（奥氏体完全再结晶），终轧温度高（>Ar3），冷却速度慢，钢材组织粗大（铁素体+珠光体）。控制轧制：以改善性能为核心，通过控制加热温度（未再结晶区或部分再结晶区轧制）、变形量（累计压下率>50%）、终轧温度（接近Ar3）及冷却速度（加速冷却），细化奥氏体晶粒或在变形过程中析出细小第二相（如NbC、V(C,N)），抑制奥氏体再结晶，最终得到细小的铁素体+贝氏体或马氏体组织。性能影响：①强度提升：细晶强化（晶粒尺寸减小）和析出强化（第二相粒子阻碍位错运动）共同作用，使屈服强度、抗拉强度提高10-30%。②韧性改善：细小晶粒减少裂纹扩展路径，冲击功（AKV）提高20-50%，脆性转变温度降低。③焊接性能优化：避免粗大组织，减少焊接热影响区（HAZ）软化，焊接裂纹敏感性降低。5.分析电炉短流程炼钢相比转炉长流程炼钢的优缺点。答案：优点：①碳排放低：以废钢为主要原料（占比60-90%），仅需补充少量铁水或DRI，能源以电能为主（若为绿电则近零碳排放），吨钢CO₂排放约0.4-0.6t（转炉约1.8-2.2t）。②流程短：无需高炉、烧结、焦化等工序，建设投资减少30-50%，生产周期缩短（从矿石到钢约1周→废钢到钢约2小时）。③灵活性高：可根据市场需求快速调整钢种（如特殊钢、高合金钢），适应小批量、多品种生产。缺点：①废钢依赖度高：废钢供应受回收体系限制（我国废钢比仅约22%，远低于发达国家35-50%），价格波动大（废钢与铁矿石价差影响成本）。②电能成本高：吨钢电耗约380-500kWh，若电价高（如0.6元/kWh），电耗成本占比超30%（转炉燃料成本约15%）。③钢水纯净度控制难：废钢含杂质（Cu、Sn、Pb等残余元素），需通过炉外精炼（如LF、RH）去除，增加工序成本。四、计算题（每题10分，共40分）1.某高炉某日生产生铁5000t，消耗焦炭2000t，喷吹煤粉800t（煤粉置换比0.85，即1t煤粉相当于0.85t焦炭）。计算该高炉的综合焦比（单位：kg/t）。答案：综合焦比=（焦炭消耗量+煤粉消耗量×置换比）/生铁产量×1000=（2000+800×0.85）/5000×1000=（2000+680）/5000×1000=2680/5000×1000=536kg/t2.某转炉装入量150t（铁水135t，废钢15t），出钢量145t，计算钢水收得率（%）。若铁水中Si含量0.5%（质量分数），终点钢水Si含量0.02%，计算Si的氧化率（%）。（注：Si氧化反应为2[Si]+O₂=2SiO₂）答案：钢水收得率=（出钢量/装入量）×100%=（145/150）×100%≈96.67%Si氧化量=铁水Si含量×铁水量钢水Si含量×出钢量=135×0.5%-145×0.02%=0.675t-0.029t=0.646t铁水原始Si量=135×0.5%=0.675tSi氧化率=（氧化量/原始量）×100%=（0.646/0.675）×100%≈95.7%3.某轧钢厂将断面为200mm×200mm的方坯轧制成5mm×1500mm的钢板，计算延伸系数（μ）和总压下率（ε）。（忽略宽展）答案：延伸系数μ=轧后长度/轧前长度=轧前断面积/轧后断面积（体积不变）轧前断面积=200×200=40000mm²轧后断面积=5×1500=7500mm²μ=40000/7500≈5.33总压下率ε=（轧前高度-轧后高度）/轧前高度×100%=（200-5）/200×100%=195/200×100%=97.5%4.某Q345B钢板规格为12mm×2000mm×12000mm（长×宽×厚），计算其理论重量（单位：kg）。（钢的密度取7.85g/cm³）答案：体积=长×宽×厚=12000mm×2000mm×12mm=1200cm×200cm×1.2cm=288000cm³重量=体积×密度=288000cm³×7.85g/cm³=2,260,800g=2260.8kg五、论述题（每题15分，共30分）1.结合“双碳”目标，论述钢铁行业实现低碳转型的主要技术路径及挑战。答案：技术路径：①氢基冶金：以H₂替代焦炭作为还原剂，如氢基竖炉（DRI）+电炉流程，反应产物为H₂O，无CO₂排放（若H₂来自绿电电解水）。目前瑞典HYBRIT项目已建成中试线，吨钢CO₂排放降低95%。②电炉短流程：提高废钢回收利用比例（2025年目标废钢比30%），利用电弧炉熔化废钢，结合绿电（风电、光伏）实现“近零碳”炼钢。美国电炉钢占比超70%，我国需完善废钢回收体系（如建立区域废钢加工中心）。③碳捕集与封存（CCUS）：在高炉或煤气化过程中捕集CO₂，用于工业应用（如合成甲醇）或地质封存。宝钢湛江基地已建成10万吨/年CCUS示范项目，验证技术可行性。④低碳炼铁新技术：如熔融还原（COREX/HIsmelt）减少焦炭使用（仅为高炉的50%），或采用生物质炭（如木炭）替代部分焦炭，利用生物质碳的“碳中性”特性。挑战：①技术成本高：氢基冶金（电解水制氢）成本约3000-4000元/吨H₂（煤制氢约1500元/吨），电炉短流程依赖绿电（需配套储能设施），CCUS捕集成本约200-300元/吨CO₂，初期投资大。②产业链协同难：氢基冶金需配套制氢（绿电）、储运（高压管道/液氢）、终端应用（竖炉改造）全链条；废钢回收需规范拆解（避免混质）、分类加工（去除有色金属），现有体系碎片化。③工艺适应性差：氢基竖炉对矿石品位（需≥67%）、粒度（8-20mm）要求高，国内高品位矿依赖进口；电炉冶炼高残余元素（Cu、Sn）废钢时，易导致钢材脆化，需开发耐蚀钢种或深度除杂技术。④政策与标准滞后：碳配额分配（如高炉与电炉的碳排放系数差异）、绿电认证（确保电炉用能为可再生能源）、CCUS补贴机制等需进一步完善，以引导企业技术升级。2.分析2025年全球钢铁需求趋势，并探讨中国钢铁行业的应对策略。答案：全球需求趋势：①总量温和增长：预计2025年全球粗钢需求约19.5-20亿吨（2023年约18.7亿吨），主要驱动来自新兴经济体（如印度、东南亚）的基建（铁路、港口）和制造业（汽车、家电）发展。印度计划2030年粗钢产能达3亿吨（2023年约1.2亿吨），年需求