钢铁冶金考试试题Word文件下载.docx
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在平衡状态、还原剂消耗量及反应的热效应等方面各有何特点？
间接还原：
还原剂为气态的CO或H2，还原产物为CO2或H2O，不直接消耗固体碳，但还原剂需要过剩系数（n＞1），还原反应既有吸热也有放热反应，其中还原剂消耗量可由高温区还原产生的CO提供。
直接还原：
还原剂为碳素，还原产物为CO，直接消耗固体碳，伴随着强烈的吸热，但还原剂不需要过剩系数（n=1）。
需额外消耗碳来补充能量，还原剂由外提供固体碳素。
7从“未反应核模型”以及逆流式散料床的还原过程特点出发，如何改善气固相还原过程的条件、提高反应速率，以提高间接还原度？
1.改善矿石性质
（1）提高矿石的孔隙度（气孔率）特别是微气孔率，可以改善气体内扩散条件，提高内扩散速度。
（2）缩小矿石粒度（包含均匀性），可增加还原气体同矿石的接触面积，减小还原产物层厚度，缩短还原气体到达未反应核界面和气体产物自内向外逸出的途径。
但矿石粒度不能过小，否则将恶化高炉内气体力学条件，影响煤气分布和高炉顺行，反过来阻碍还原。
同时将增加炉尘吹出量。
（3）改善矿石矿物组成，减少组织致密、结构复杂而易熔的铁橄榄石（Fe2SiO4）类型难还原矿物，可加速矿石的还原。
2.控制气流条件
（1）保证足够高的煤气温度是进行界面还原反应的必备条件。
提高温度对改善扩散和加速还原反应，特别是在反应处于动力学范围时，效果十分显著。
（2）控制煤气流速。
在临界流速范围内，提高煤气流速，有利边界层外扩散的进行，可促进还原。
（3）控制煤气的压力。
在动力学范围，提高压力可加速还原。
（4）提高煤气中还原性气体CO和H2的浓度，可以增大边界层与化学反应界面的浓度差，从而加速还原气体向反应界面的扩散，提高还原速度。
8风口前焦炭循环区的物理结构如何？
风口前碳的燃烧在高炉过程中所起的作用是什么？
燃烧带：
风口前碳被氧化而气化的区域，又叫风口回旋（循环）区。
它是高炉内唯一的氧化区域，故又称氧化带。
大小用风口回旋区长度表示。
实际用CO从2%下降到1%处为回旋区的界线。
风口喷吹补充燃料（煤粉、重油和天然气等）先热解后燃烧。
75%的焦炭达到风口处燃烧，其他参与还原汽化、渗碳。
回旋区主要产物是CO、少量的H2及风中大量的N2。
风口燃烧带的作用：
1）提供热源
2）提供还原剂
3）提供炉料下降的空间。
9炉渣“粘度”的物理意义是什么？
以液态炉渣的微观结构理论，解释在粘度上的种种行为。
粘度η：
流体单位速度梯度、单位面积上的内摩擦力。
（牛顿流体）
单位（Pa·
s）（N·
s/m2，kg·
m-1·
s-1），1Pa·
s=10泊（Poise）。
一般以η＜Pa·
s为好。
炉渣粘度过大：
炉料下降、煤气上升困难，易产生“液泛”，渣铁分离效果不好，反应速度降低。
液态炉渣的微观结构理论：
η=Aexp（Eη/RT）。
影响炉渣粘度的因素：
温度T、炉渣碱度R、渣中其它成分。
酸性渣：
（Si-O阴离子形成四面体网状结构）、酸性渣中加入CaO、MgO→破坏网状结构→η下降。
碱性渣：
碱性渣，高温下粘度小。
随R↑→η↑。
（原因是R↑→CaO、MgO↑→固体悬浮质点↑）
此外：
Al2O3、TiO3导致η升高，K2O、Na2O↑导致η↓。
K2O、Na2O降低η的作用比较小，且危害大。
Al2O3↑导致η↑原因：
在碱性渣中Al2O3呈现酸性，其阴离子三长键结构（但影响小于Si-O四长键）
TiO2↑导致η↑原因：
还原的Ti与C、N生成碳氮化物，熔点高，易析出固相质点，TiC的T熔（3140℃），TiN的T熔（2930℃）
CaF2（萤石）↑导致η↓↓原因：
F是电极电位正值最大的元素，得到电子的倾向最强，2个F-可以取代一个网状结构的-O-位置，造成断口生成的自由O2-又可以去破坏另一个-O-键。
10运用杨森公式分析影响散料层内炉料下降的因素。
11运用流体流量比及液泛因子的概念，讨论防止高炉发生“液泛现象”的对策。
12试述水当量的定义及其在高炉高度方向上的变化特征。
水当量是指单位时间内炉料或炉气温度变化1℃所吸收或放出的热量。
常以冶炼单位生铁的炉料及煤气作为衡量水当量的标准。
煤气的水当量基本为一常数，而炉料水当量在高温区有一突变并呈现一峰值。
在低温区Ws<
wg，在高温区ws>
Wg，在中间的某个区域Ws=Wg。
ω气：
沿高炉高度方向变化很小，原因：
下部——气体量相对少，但热容较大；
上部——气体量相对多，但热容较小；
两者的乘积变化不大！
。
ω料：
在高炉上部变化不大、下部变化较大，原因：
上部——间接还原的放热补偿作用；
下部——直接还原、熔损反应、熔化等使C料↑↑；
进入炉缸仅剩渣铁过热耗热，C料↓↓。
在下部ω料存在峰值！
13高炉喷煤的效果何在？
喷吹煤粉对高炉冶炼的影响如何？
原因何在？
主要目的：
代替部分资源贫乏、价格昂贵的冶金焦炭。
（1）对风口燃烧带的影响。
A.风口前燃烧的热值降低。
原因：
1）煤粉在燃烧前的脱气和结焦要消耗热量；
2）具有部分的未燃煤粉。
B.燃烧带扩大。
1）炉缸的煤气量增加；
2）部分煤粉在直吹管和风口内燃烧，形成高温（高于鼓风温度），从而促进中心气流发张，鼓风动能增加。
C.风口前理论燃烧温度下降。
1）煤粉是冷态的；
2）煤粉分解需要消耗热量。
（2）对高炉温度场的影响。
A.炉内温度场变化。
1）高温区上移，炉身各炉顶略有上升；
2）炉缸边缘温度下降，理论燃烧温度降低所致；
3）炉缸中心温度升高，因为煤气量、煤气含氢、鼓风动能增加，煤气穿透力增强所致。
B.存在热滞后现象。
1）喷入煤粉分解需要吸热，致使炉缸温度暂时下降；
2）被还原性强的气体作用后的炉料，下降到炉缸，由于这部分炉料直接还原耗热少，炉缸温度回升；
3）“热滞后”时间约为3-4小时。
（3）对还原的影响。
喷吹后，间接还原发展，直接还原度下降。
1）还原组分（CO+H2）浓度增加，煤气量增加；
2）碳的熔损反应减少：
a.炉下部温度降低，b.焦比降低，焦与气反应表面积下降；
3）焦比下降，单位生铁的炉料容积减小，矿石在炉内停留时间变长。
（4）对煤气分布的影响。
喷出后，煤气量增加。
原因；
1）焦比减少，透气性变差；
2）煤气量增加，流速增大。
（5）对顺行的影响。
A.不利的一面：
煤气阻力损失ΔP↑。
1）煤气量↑→煤气流速增大；
2）焦炭量↓→料柱透气性↓。
B.有利的一面：
焦炭负荷加重→W有效↑⇒焦比↓→焦炭量↓所致。
（6）对铁水质量的影响。
喷吹后，焦比降低，只要喷吹物含S量低于焦炭，铁水硫含量↓，质量普遍提高。
14提高风温可采取什么措施？
风温的进一步提高受何限制？
风温升高超过极限时，致使炉况不顺（焦比升高、产量下降）。
接收高风温的条件：
（1）精料，改善料柱的透气性；
（2）高压操作，降低煤气流速ΔP↓；
（3）降低风口理论燃烧温度，通过热分解①喷吹燃料②加湿鼓风（在不喷吹燃料时）。
获得高风温：
（1）烧出高风温：
①空气预热（添加预热炉）；
②高发热值燃料。
（2）热风炉能够承受高风温
①改进热风炉结构
②改进材质（钢、耐火材料）
③采用高温热风阀
④改善保温问题。
15请简述熔融还原炼铁法的特点和技术关键。
熔融还原炼铁法是不用高炉，直接从铁矿石中炼制液态生铁的非高炉炼铁方法。
特点：
①高温熔融还原，可去除脉石，铁水质量可与高炉铁水相同
②可不用焦炭，全部用煤作还原剂和发热剂
③有可能直接用矿粉作原料。
一步法：
一个反应器（还原+熔化）；
二步法：
两个反应器（预还原，终还原+熔化）。
技术关键：
①二次燃烧率
②热传递
③炉衬寿命
④防止预还原DRI的再氧化
⑤热除尘问题
⑥预还原炉防止DRI粘结。
16HI-Smelt法
二步法熔融还原炼铁工艺，由欧钢联、澳洲于90年代开发，以非焦煤（+氧）为能源，块矿、粉矿为原料。
由循环流化床和鉄浴熔炼炉组成。
最大特点是
①使用高温空气，不使用纯氧；
②燃料从熔池底部直接喷入熔池。
17PJV法
一步法熔融还原炼铁工艺，由原苏联开发。
反应器为鉄浴熔炼炉。
18SL-RN法
回转窑海绵铁法的典型代表之一，直接使用固体煤炭作为能源，对含铁原料要求不高，能有效气化脱除某些有害杂质。
用C还原，还原生成CO，靠CO的氧化放热为还原反应提供热量。
19请简述钢中合金元素的作用。
C:
//控制钢材强度、硬度的重要元素，每1％[C]可增加抗拉强度约980MPa；
Si：
增大强度、硬度的元素，每1％[Si]可增加抗拉强度约98MPa；
Mn：
增加淬透性，提高韧性，降低S的危害等；
Al：
细化钢材组织，控制冷轧钢板退火织构；
Nb：
细化钢材组织，增加强度、韧性等；
V：
Cr：
增加强度、硬度、耐腐蚀性能。
20铁的氧化和熔池的基本传氧方式？
火点区：
氧流穿入熔池某一深度并构成火焰状作用区（火点区）。
吹氧炼钢的特点：
熔池在氧流作用下形成的强烈运动和高度弥散的气体－熔渣－金属乳化相，是吹氧炼钢的特点。
乳化可以极大地增加渣－铁间接触面积，因而可以加快渣－铁间反应。
乳化：
在氧流强冲击和熔池沸腾作用下，部分金属微小液滴弥散在熔渣中；
乳化的程度和熔渣粘度、表面张力等性质有关。
乳化可极大增加渣－铁接触面积，因而可加快渣－铁间反应。
杂质的氧化方式：
分为直接氧化和间接氧化。
直接氧化：
气体氧直接同铁液中的杂质进行反应。
间接氧化：
气体氧优先同铁发生反应，待生成FexO以后再同其他杂质进行反应。
氧气转炉炼钢以间接氧化为主：
氧流是集中于作用区附近而不是高度分散在熔池中；
氧流直接作用区附近温度高，Si和Mn对氧的亲和力减弱；
从反应动力学角度来看，C向氧气泡表面传质的速度比反应速度慢，在氧气同熔池接触的表面上大量存在的是铁原子，所以首先应当同Fe结合成FeO。
21请简述连铸保护渣的冶金功能
结晶器内钢水上表面与空气隔绝，隔热保温，防止钢液过氧化；
吸收钢液表面的非金属夹杂物；
改善钢锭与模壁间的传热条件，减少钢锭凝固时过热产生的内应力，有利于减少钢锭裂纹；
润滑。
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22请简述连铸坯的缺陷分类。
①内部缺陷：
内部裂纹（中间裂纹，对角线裂纹，矫直弯曲裂纹，中心裂纹，角部裂纹）；
中心偏析，中心疏松，宏观非金属夹杂物。
②表面缺陷：
震动痕迹；
表面裂纹（表面纵裂纹，角部纵裂纹，表面横裂纹，角部横裂纹）；
表面夹渣（皮下夹渣）；
表面气泡（皮下气泡）；
表面增碳和偏析；
凹坑和重皮。
③形状缺陷：
菱形变形；
铸坯鼓肚。
23连请简述铸机的主要设备
钢水包；
钢包回转台；
中间包及其运载设备；
连铸结晶器；
二次冷却装置；
拉坯矫直装置；
引锭装置；
铸坯的切割设备。
24什么是宏观偏析的控制
控制凝固结构；
控制冷却速率；
调整合金元素；
外加添加剂；
应用电磁搅拌；
防止鼓肚；
应用轻压下技术；
改进操作工艺；
加强对设备的维护。
25请简述铁水预处理对纯净钢生产的意义。
26铁水脱Si的意义是什么
是铁水脱磷的必要条件；
利于减少石灰加入量和渣量；
可在低碱度下实现脱Si，成本低。
27请简述喂线、吹氩、喷粉工艺的特点、功能及冶金效果。
喂线：
进行夹杂物变性处理。
吹氩：
搅拌效果。
喷粉：
效果最好、投资及使用成本最低，也是最不好掌握的技术。
可脱硫、脱磷、合金化、进行夹杂物变性。
28还原期的主要任务是什么？
去除钢液中的氧；
去除钢液中的硫；
调整钢液的温度；
成份到规定成分；
合金化。
29请简述什么是电炉冶炼工艺及其操作步骤。
传统冶炼工艺（熔化期，氧化期，还原期）；
现代冶炼工艺（熔化期，氧化期，炉外精炼）。
操作步骤：
补炉、装料（配料）、熔化期、氧化期、精炼（或还原期）、出钢。
30请简述废钢熔化过程
从中心向四周、从热区向冷区、从下向上。
31请简述吹氧方式有哪些？
自耗式（可切割、可吹渣钢界面）；
水冷式（只能吹渣钢界面）。
氧化期的任务：
继续脱P、脱C；
去气（N、H）、去夹杂；
钢液升温。
熔化废钢与氧化期脱碳结合，提前造渣脱磷。
32请简述对耐材的要求
高耐火度、高荷重软化温度、良好的热稳定性、抗渣性、高耐压强度、低导热性等。
33请简述氧化期的特点。
34请简述除尘的方式，指标。
除尘方式：
烟气净化系统主要有三种：
采用未燃法回收煤气的文氏管湿法净化系统（湿式）；
采用燃烧法的文氏管湿法净化系统；
采用静电除尘的干式净化系统（干式）。
其中，采用未燃法回收煤气的文氏管湿法净化系统的方法，既可以回收煤气又可以回收余热。
除尘指标：
煤气回收量通常为60～110m3/t钢。
热值为1400－1800×
4.18KJ/m3。
CO含量为60－90%左右。
35请简述什么是拉碳和增碳法及其优点。
拉碳：
就是在吹炼时判定已达终点而停止吹氧。
由于在中、高碳钢种的含碳范围内，脱碳速度较快，一次判别终点不太容易，所以采用高拉补吹的办法。
一次拉碳法：
按出钢要求的终点碳和温度进行吹炼，当达到要求时提枪。
操作要求较高。
优点：
终点渣FeO低，钢中有害气体少，不加增碳剂，钢水洁净。
氧耗较小，节约增碳剂。
增碳法：
所有钢种均将碳吹到0.05%左右，按钢种加增碳剂。
增碳法就是终点按低碳钢控制（在为数不少的厂家和场合，甚至采取“一吹到底”的操作方法），然后在出钢过程中增碳，使钢水中的含碳量达到所炼钢种的要求范围之间。
在增碳法中，要求所用增碳剂纯度高，硫含量低，以免对钢水造成污染。
操作简单，生产率高，易实现自动控制，废钢比高。
36请简述转炉炼钢工艺的发展历程，分类及其工艺特点。
发展历程：
酸性底吹空气转炉炼钢法；
碱性底吹空气转炉炼钢法；
顶吹氧气转炉；
碱性顶吹氧气转炉；
顶底复合吹炼转炉。
转炉炼钢技术发展可划分为三个时代，即转炉大型化时代，转炉复合吹炼时代，洁净钢冶炼时代。
分类：
氧气顶吹转炉，氧气底吹转炉（或氧气侧吹转炉），氧气顶底复合转炉。
工艺特点：
完全依靠铁水氧化带来的化学热及物理热；
生产率高（冶炼时间在20分钟以内）；
质量好（CO的反应搅拌，将N、H除去，气体含量少），可以生产超纯净钢，有害成份（S、P、N、H、O）〈80ppm；
冶炼成本低，耐火材料用量比平炉及电炉用量低；
原材料适应性强，高P、低P都可以。
37主要冶金过程有哪些？
（1）干燥——除去原料中的水分
（2）焙烧——矿石或精矿在低于它们熔点的温度下，发生氧化、还原或其他变化的过程
（3）煅烧——碳酸盐或氢氧化物的矿物原料在空气中加热分解，除去二氧化碳和水分生成氧化物的过程
（4）烧结和球团——粉矿经加热焙烧，固结成块状或球状的物料
（5）熔炼——处理好的矿石或原料，在高温下通过氧化还原反应，得到金属液和熔渣的过程
（6）精炼——进一步对熔炼所得好友少量杂质的粗金属
（7）浇注——将精炼后的金属熔液浇注成要求的尺寸和凝固组织的过程
[单项选择题]
38、在烧结混合料料中，打水消化时能放出大量热量的是（）
A.石灰石
B.生石灰
C.白云石
D.萤石
B
39、生矿中最易还原的是（）
A.褐铁矿
B.磁铁
C.赤铁矿
D.菱铁矿
A
40高炉炼铁加熔剂的作用是什么？
（1）降低脉石的熔点形成低熔点炉渣与铁水分离；
（2）去硫，改善生铁质量。
41高炉冶炼对焦炭质量的要求？
（1）机械强度：
因焦碳在下部高温区起支撑骨架作用，强度必须好。
其中：
M40抗碎强度高，M10抗磨强度低为好。
（2）固定炭要高，灰份要低。
固定碳提高1%，降焦比2%。
灰份除降固定碳外，还影响强度。
增加碱性溶剂用量。
灰份增1%，焦比降2%，产量增3%。
（3）粒度要均匀，粉末要少。
（4）含硫，磷等杂质要少。
（5）水份要稳定。
42、目前多数炼铁厂表示热制度的常用指标为（）
A.风温
B.渣水温度
C.铁水温度
D.生铁含硅量
D
43、高炉中唯一存在的氧化性区域为（）
A.滴落带
B.软熔带
C.风口回旋区
D.炉缸区
C
44、高炉炉体解剖调研查明，炉料在炉内的分布基本上是按装料顺序（）
A.矿石超越焦炭
B.逐步混合
C.呈层状下降
D.杂乱无章
45短渣
生成中取样的渣滴不能拉成长丝，且渣样断面呈石头状的渣
46直接还原反应
高温区所进行的还原反应——还原剂为固体C，还原产物为CO。
47理论燃烧温度
就是在与周围环境绝热（无热损失）的条件下，所有由燃料和鼓风带入的显热（物理热）及其碳素燃烧放出的化学热，全部传给燃烧产物—炉缸煤气，这时煤气达到的温度称为理论燃烧温度
48硫负荷
冶炼每吨生铁时，由炉料带入的总硫量
49铁的直接还原度
FeO中以直接还原的方式还原出来的铁量与铁氧化物中还原出来的总铁量值比成为直接还原度
50简要说明造渣的作用？
（1）与铁矿石中的脉石组成低熔点化合物，即炉渣，使渣铁良好分离；
（2）利于铁水脱S；
（3）可调整铁水成分；
（4）确保高炉顺行；
（5）保护炉衬，在特定情况下也可起到清理炉衬的作用。
51降低焦比的途径有哪些？
①降低热量消耗Q。
②降低直接还原度。
③提高风温，即增加非焦炭的热量吸入。
④喷吹燃料，即增加非焦炭的碳量吸入。
52还原期的主要任务？
①脱氧至要求值；
②脱硫至一定值；
③调整钢液成分。
进行合金化；
④调整钢液稳定。
53炉外精炼
将常规炼钢炉的炼钢任务部分或全部地移到钢包或其它容器中进行。
54炉外精炼的目的是什么？
均匀钢水成分、温度，调节钢水成分温度，脱氧、脱硫、脱碳、脱磷，合金成分微调，去除气体及夹杂物，夹杂物形态控制等。
55、在结晶器内形成和产生的缺陷是（）
A.铸坯内部缺陷
B.铸坯表面缺陷
C.鼓肚和菱变
56偏析
在最终凝固结构中溶质浓度分布是不均匀的，最先凝固的部分溶质含量较低，而最后凝固的部分溶质含量则很高。
这种成分不均匀的现象称为偏析。
它分为宏观偏析和显微偏析。
57中间包的作用有哪些？
中间包的作用为：
A.稳定钢流，减小钢流对结晶器的冲刷和搅拌，稳定浇注操作；
B.均匀钢水温度和成分；
C.使脱氧产物和非金属夹杂物上浮；
D.多炉连浇换包时起缓冲作用；
E.在多流连铸机上起分配钢液的作用。
58简述保护渣的功能？
①绝热保温；
②隔绝空气；
③吸收非金属夹杂物；
④在铸坯凝固坯壳与结晶器内壁形成溶化渣膜；
⑤改善了结晶器与坯壳间的传热。
59弧形连铸机有什么特点？
弧形连铸机的特点是：
铸机的高度基本上等于
升级会员 