北科大考研冶金复试资料整理全.docx

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北科大考研冶金复试资料整理全

08北科冶金复试资料

1.铁水预处理:

铁水预处理是指铁水兑入炼钢炉之前进行的各种处理。

有脱硫预处理和三脱（脱硅、磷、硫）预处理。

分为普通铁水预处理和特殊铁水预处理两大类。

普通铁水预处理包括：

铁水脱硫、铁水脱硅和铁水脱P。

特殊铁水预处理一般是针对铁水中含有的特殊元素进行提纯精炼或资源综合利用，如铁水提钒、提铌、脱铬等预处理工艺。

铁水预处理容器的选择：

根据铁水预处理容器的选择，脱硫工艺可分为：

混铁车喷吹法、铁水罐法、铁水包法。

发展趋势：

采用铁水包作为铁水脱硫预处理的容器。

铁水预处理（脱硫）的优越性：

（1）满足用户对超低硫、磷钢的需求，发展高附加值钢种

（2）减轻高炉脱硫负担，放宽对硫的限制，提高产量，降低焦比；（3）炼钢采用低硫铁水冶炼，可获得巨大的经济效益。

铁水脱硫工艺方法：

投掷法，将脱硫剂投入铁水中脱硫；喷吹法，将脱硫剂喷入铁水中脱硫；搅拌法（KR法），通过中空机械搅拌器向铁水内加入脱硫剂，搅拌脱硫。

铁水预处理（脱硫）是提高钢材质量的最经济手段

2.RH精炼法：

也称钢液循环脱气法，将钢液提升到一容器内处理。

主要冶炼高质量产品，如轴承钢、LF钢、硅钢、不锈钢、齿轮钢等。

国内RH设备主要依靠进口。

RH工艺特点：

①反应速度快、处理周期短，生产效率高，常与转炉配套使用。

②反应效率高，钢水直接在真空室内进行反应。

③可进行吹氧脱碳和二次燃烧进行热补偿，减少处理温降；④可进行喷粉脱硫，生产超低硫钢。

3.LF精炼法（LadleFurnace）：

钢包炉精炼法是最常用的精炼方法；取代电炉还原期；解决了转炉冶炼优钢问题；具有加热及搅拌功能；脱氧、脱硫、合金化。

工艺优点：

①精炼功能强，适宜生产超低硫、超低氧钢②具备电弧加热功能，热效率高，升温幅度大，温度控制精度高③具备搅拌和合金化功能，易于实现窄成分控制，提高产品的稳定性④采用渣钢精炼工艺，精炼成本较低；⑤设备简单，投资较少

LF炉精炼非常适合于低硫、超低硫钢生产：

高碱度还原渣，渣量可达25Kg/t；电弧加热，炉渣温度高；可以较强烈搅拌钢水；过程稳定，易于控制。

4.炉外精炼:

内容：

脱氧、脱硫；去气、去除夹杂；调整钢液成分及温度。

手段：

①渣洗最简单的精炼手段；②真空目前应用的高质量钢的精炼手段；③搅拌最基本的精炼手段；④喷吹将反应剂直接加入熔体的手段；⑤调温加热是调节温度的一项常用手段。

主要的精炼工艺：

LF（LadleFurnaceprocess）；AOD（Argon-oxygendecaburizitionprocess）;VOD（Vacuumoxygendecreaseprocess）；RH（RuhrstahlHeraeusprocess）；CAS-OB（Compositionadjustmentsbysealedargon-oxygenblowingprocess）；喂线（Insertthread）；钢包吹氩搅拌（Ladleargonstirring）；喷粉（powderinjection）。

5.钢中夹杂：

根据夹杂物来源分类（非金属夹杂）：

①内生类非金属夹杂物：

脱氧产物；钢-渣反应、钙处理等化学反应生成的夹杂物；二次氧化产物；钢液冷却和凝固过程生成的夹杂物。

②外来类非金属夹杂物：

炉渣卷入形成的夹杂物；耐火材料浸蚀形成的夹杂物。

非金属夹杂物的控制和去除：

（1）炼钢出钢挡渣。

提高挡渣效率。

（2）低碳、超低碳钢RH精炼效率。

（3）超低氧钢水的LF精炼技术。

（4）增强搅拌，促进夹杂物上浮。

（5）严格保护浇铸。

（6）防止结晶器保护渣卷入。

（7）连铸的非稳定态浇

21世纪钢铁工业发展趋势

（1）产品更加纯洁化

（2）生产工艺更加高效低耗（3）生产过程对环境更加友好

6.关于硫：

硫对钢铁有害“热脆”。

故脱硫是高炉的重要任务。

高炉中硫的来源及其分布：

（硫负荷：

4-8kg/t铁）80%的硫由焦炭带入：

焦炭含硫0.6~0.8%（有机硫为主）；矿石（无机硫）含S一般0.1%，主要以FeS2、硫酸盐存在；烧结矿中S以CaS存在。

硫分配系数LS：

LS=（%S）[%S]

影响生铁含[S]量的因素：

炉料带入的总硫量S总：

S总[S]（S总，受资源限制）

随煤气挥发的硫量S挥：

S挥[S]（S挥，需T顶）

渣量u：

u[S]（但u，焦比，增加能耗）

硫分配比LS：

LS[S]（降低铁水含[S]潜力之所）

降低生铁含硫量的途径：

降低炉料带入的总硫量;提高煤气带走的硫量；改善炉渣脱硫性能。

高炉内炉渣脱硫反应的热力学：

脱硫过程分三步：

[FeS]（FeS）

（FeS）+（CaO）======（CaS）+（FeO）

（FeO）+C======Fe+CO

总反应：

[FeS]+（CaO）+C===（CaS）+Fe+CO

影响炉渣脱硫的热力学因素：

（1）温度T：

脱硫为吸热反应TKSLS

（2）炉渣组成：

a（O2）、（S2）

炉渣碱度：

Ra（O2）LS

提高（O2）能力：

CaOMnOMgO（炼Mn铁高炉，渣中（MnO）多，故脱硫好）SiO2、Al2O3不提供（O2），对脱硫不利!

渣中与S结合能力强的元素多，如CaS、MnS，使（S2）LS渣量（3）铁水成分

7.中间包作用：

①储存钢液（换钢包）②分配钢液（分流）③保温，均匀成分④保护作用，减少对坯壳冲击⑤中间包冶金：

挡墙、吹气、过滤及加热

8.钢铁冶金的任务:

把铁矿石冶炼成合格的钢

铁矿石→去脉石、杂质和氧→铁铁→精炼（脱C、Si、P等）→钢

还原熔化过程（炼铁）氧化精炼过程（炼钢）

三种钢铁工艺流程的概念图

高炉

炼铁

工艺

直接还原

炼铁

工艺

预还原炉

熔融还原

炼铁

工艺

9.高炉冶炼的特点及主要过程:

特点:

①在逆流（炉料下降及煤气上升）过程中，完成复杂的物理化学反应；②在投入（装料）及产出（铁、渣、煤气）之外，无法直接观察炉内反应过程；③维持高炉顺行（保证煤气流合理分布及炉料均匀下降）是冶炼过程的关键。

过程:

①还原过程实现矿石中金属元素（主要是Fe）和氧元素的化学分离；②造渣过程实现已还原的金属与脉石的熔融态机械分离；

③传热及渣铁反应过程实现成分及温度均合格的液态铁水。

高炉原料:

①铁矿石（天然块矿、人造富矿、烧结矿、球团矿）②熔剂（碱性熔剂―石灰、石灰石、白云石;酸性熔剂―硅石;特殊熔剂―萤石）③其它含铁代用品（高炉、转炉炉尘；残铁；轧钢铁皮；硫酸渣）

铁矿石的评价：

①含Fe品位高→将含Fe量达到理论值的70%以上的矿石称为富矿。

②脉石少和分布合适→矿石中除Fe以外的其它化合物统称为脉石；SiO2要少，Al2O3要少，CaO要多，MgO要合适；Fe矿物与脉石矿物的结合程度要弱，以易于进行矿物的单体分离。

③有害元素少S、P、As、Cu→对钢铁产品性能有害；K、Na、Zn、Pb、F→对炉衬和高炉顺行有害④有益元素合适Mn、Cr、Ni、V、Ti、Nb、稀土元素等,其含量多时可作为复合矿石考虑综合利用；上述元素多时，高炉冶炼会出现一定的问题，要考虑冶炼的特殊性。

⑤还原性好→矿石中与Fe结合的氧被还原剂（CO、H2）夺取的难易程度称为还原性。

（褐铁矿＞赤铁矿＞磁铁矿；人造富矿＞天然铁矿；疏松结构、微气孔多的矿石还原性好）

熔剂：

①碱性熔剂―石灰、石灰石、白云石②酸性熔剂―硅石

③特殊熔剂―萤石要求：

有效成分含量高；含S、P等有害元素少

焦炭三大作用：

①热源→在风口前燃烧，提供冶炼所需热量；

②还原剂→本身及其氧化产物CO均为铁氧化物的还原剂；

③骨架和通道→矿石高温熔化后，焦炭是唯一以固态存在的物料。

（有支撑数十米料柱的骨架作用；有保障煤气自下而上畅流的通道作用）

作用③是任何固体燃料所无法替代的。

冶炼1吨生铁约需250～650Kg焦炭

对焦炭的质量要求：

①含碳量高，灰分低②含硫等有害杂质要少③成分稳定。

即要求化学灰分、C、S、H2O等稳定④挥发分含量适合⑤强度高，块度均匀。

高炉必需用焦炭但应少用焦炭；高炉喷煤工艺因需而生！

可置换一部分昂贵的焦炭，从而降低生铁成本。

高炉喷吹用煤粉质量要求：

①固定C高，灰分低；②含S低；③粒度细（＜200网目占80％以上）；④煤粉可磨性好，爆炸性弱；⑤燃烧性好，反应性强。

高炉主要技术经济指标：

①有效容积利用系数ημ：

每M3高炉有效容积每昼夜生产的合格铁量（T/M3.d）②焦比：

冶炼每吨生铁所消耗的焦炭的千克数（Kg/T）③冶炼强度:

每m3高炉有效容积每天消耗焦炭的重量。

④生铁合格率⑤休风率⑥生铁成本⑦高炉一代寿命（炉龄）

高炉四大系统：

①煤气系统②上料系统③渣铁系统④送风系统

四大操作制度：

①装料制度②送风制度③造渣制度④热制度

转炉冶炼五大制度：

装料制度；供氧制度；造渣制度；温度制度；终点控制及合金化制度

铁矿粉造块的意义：

①现代高炉生产对原料提出更加严格的要求（精料方针）。

②天然富矿少，造块后粒度细，不适合在填充床中的冶炼。

③通过造块工艺，可改善铁矿石的冶金性能。

④通过造块过程，可脱除某些杂质，如：

S、P、K、Na等。

⑤造块过程可综合利用冶金企业产生的大量粉尘和烟尘。

烧结料层自上而下依次是：

烧结矿层、燃烧层即烧结层（主要反应为燃烧反应）、预热层（特点是热交换剧烈，温度快速下降，主要反应为水分蒸发、结晶水及石灰石分解、矿石氧化还原及固相反应）、干燥层、过湿层（上层带入的水分由于温度低而凝结，过多的重力水使混合料小球被破坏；影响料层透气性）、垫底料层（为保护烧结机炉蓖子不因燃烧带下移而烧坏）

烧结矿的成矿机理：

固相反应生成低熔点物质（金属、盐类、硅酸盐）为液相生成创造条件，多系液相生成（FeO-SiO2系、CaO-SiO2-FeO系、

CaO-SiO2系、CaO-Fe2O3系），液相生成量是烧结料固结的基础，液相冷凝固结放出能量，熔化物的冷凝成为未熔物之间的粘结剂，把烧结料粘结成多孔状的烧结体。

完成烧结过程。

改善烧结料层透气性的对策：

①提高料层孔隙度②合适的原料粒度③

控制燃烧带宽度（配C量要合适；燃料粒度要合适；提高燃料燃性）

④清除湿料层（严格控制烧结原料的水分，提高烧结料的料温）

烧结过程的传热现象：

①烧结所需空气量不仅要供给燃烧过程，而且还需满足传热的需求。

②由于烧结配C量不高，烧结废气率取决于传热过程，而不是燃料的燃烧过程。

③烧结过程存在“自蓄热作用”，即随烧结矿层的下移，料层温度最高值逐渐升高。

④自蓄热来源于被上层热烧结矿预热了的空气以及自上层带入的热废气的加热作用。

⑤“自蓄热作用”是厚料层烧结技术的理论基础。

厚料层烧结可降低能源以及提高成品率。

燃料燃烧虽然是烧结过程的主要热源，但仅靠它并不能把燃烧层温度提高到1300~1500℃的水平。

相当部分的热量是靠上部灼热的燃烧矿层将抽入的空气预热到足够高的温度来供给燃烧层燃料燃烧的。

灼热的烧结矿层相当于一个“蓄热室”。

这一作用称为烧结过程中的自动蓄热作用。

随着烧结过程的进行，燃烧层向下移动，烧结矿层增厚，自动蓄热作用愈显著，愈到下层燃烧温度愈高。

这就出现上层温度不足（一般为1150℃左右），液相不多，强度较低，返矿较多；而下部温度过高，液相多，过熔，强度虽高而还原性差，即上下烧结矿质量不均的现象。

为改善这种状况，提出了具有不同配碳量的双层或多层烧结的方法。

即上层含碳量应高于平均含碳量，而下层应低于平均含碳量，以保证上下层温度均匀，质量一致。

烧结生产中对“自动蓄热现象”扬长