钢铁冶金学炼铁部分习题.docx

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固体还原剂: C5、什么是直接还原和间接还原?比较它们的特点。间接还原——用 CO和H2还原铁氧化物:定义:还原剂为气态的CO和H2,产物为CO2和H2O的还原反应,称为间接还原直接还原——用固体碳C还原铁氧化物:定义: 还原剂为固态 C、产物为 CO的还原反应,称为直接还原。比较: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)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)6、什么是渗碳?生铁是如何形成的?如何控制铁水中的含 C量?渗碳是指使碳原子渗入到钢表面层的过程。铁水形成实质 :渗碳和其它元素进入铁水的过程。含量不能控制,主要受温度和合金元素的影响。[Mn]、[Cr]、[V]、[Ti]促进铁水渗碳:与碳形成稳定碳化物,并溶解于铁水中,使含碳量增加。[Si]、[P]、[S]阻碍铁水渗碳:[Si] 、[P]碳化物不稳定,易与 Fe形成稳定化合物 (合金),使Fe3C分解析出石墨碳。7、高炉造渣的作用是什么?造渣过程分几个阶段?各有什么特点?炉渣作用:①实现铁水与脉石分离;②完成渣铁间的脱硫;③调整铁水成分:炼制钢铁,造碱性渣;炼铸造铁,造酸性渣。④促进高炉顺行: 保持下部透气性良好!⑤保护炉衬: “渣皮”保护, TiO2护炉,洗炉等造渣阶段及特点:固相反应和矿石软化(2)初渣的形成:炉身下部或炉腰处刚开始出现的液相炉渣。熔融状态,流动性差,FeO10%~30%。(3)中间渣:处于滴落下降过程中的成分、温度都不断变化的炉渣。FeO、MnO不断减少,CaO、SiO2、MgO、Al2O3不断增加。熔点升高,流动性变好。(4)终渣:达到炉缸并从渣、铁口定期排出的炉渣。FeO最低~%。8、分析高炉炉渣脱硫因素,写出炉渣脱硫反应式。高炉脱硫能力高于炼钢过程的原因是什么?影响炉渣脱硫能力的因素:①温度:T↑,炉渣脱硫能力↑。因吸热反应, Kp↑,有利于 Ls↑;↑,η↓,有利于扩散。炉渣碱度:R↑,即增加炉渣内碱性氧化物含量,有利于脱硫。③气氛影响(还原):还原性气氛,渣中(FeO)↓->LS↑④提高铁水中 [S]的活度系数 f[S] :铁水[C]、[Si] 、[P]↑->f[S] ↑->LS↑总反应: [FeS]+(CaO)+C==(CaS)+Fe+CO -(4660kJ/kgS)原因:何谓高炉四大操作制度,何谓“上部调剂”和“下部调剂”?装料制度、送风制度、造渣制度、热制度。上部调节是通过改变 装料制度来调节炉况。即通过对炉料在高炉上部的分布状况的调节来保证顺行、煤气利用等炉况的正常。下部调节是通过改变 送风制度来调节炉况。即通过对各送分参数和喷吹参数的变动来控制风口燃烧带状况和煤气流的初始分布,从而来调控炉况。如何实现高炉系统的高压操作?高压操作以后对高炉冶炼的效果如何?并说明原因。高压操作流程 :风机→热风炉→高炉→炉顶煤气→除尘→高压阀组→净煤气管道。用控制高压阀组的开闭度和鼓风压力,提高高炉炉顶煤气压力。效果:提高高炉产量 : 在风量不增加时,① P减小,高炉顺行容易, 可接纳更多风量。②由于一方面压力增大,鼓风体积减小,鼓风动能降低;另一方面CO和O2分压增大,反应速度加快,导致燃烧带减小。因此可增加鼓风量,提高另外冶炼强度,从而提高产量降低高炉焦比 : ①炉况顺行,煤气利用率提高;②炉尘吹出量大幅减少;③产量提高单位生铁热损失减少;④有利于间接还原发展;⑤生铁含Si可控制在下限水平促进顺行改善铁水质量:①抑制了C+SiO2=CO2+Si的正反应进行,[Si]降低,有利于冶炼低硅生铁;②降低了焦比,减少了带入的有害元素,改善铁水质量减少炉尘吹出量提高风温后对高炉冶炼的作用是什么?并说明原因。①风温物理热补偿,焦比下降;②焦比降低,煤气量减少,炉顶煤气 t顶降低,煤气带走热量减少;③高温区下移,间接还原区扩大,煤气 CO利用率提高;④因产量增加,单位铁水热损失相应减少;⑤风温高可补偿喷吹热量,增大喷吹量,节省焦比。提高风温可采取什么措施?风温的进一步提高受何限制?获得高风温的设备因素受限制: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 P↓;(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。(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。2)热风炉能够承高炉喷煤的效果何在?原因是什么?降低焦比:煤粉代替焦炭 间接还原发展 炉缸热状态稳定 为接受高风温创造条件改善铁水质量: 喷吹后,焦比降低,只要喷吹物含 S量低于焦炭,铁水硫含量↓,质量普遍提高降低铁水成本已知:某高炉喷煤前焦比520kg/t,实施喷煤100kg/t后,·d,高炉燃料比为540kg/t。求解:(1)高炉的有效容积利用系数;喷煤置换比。卜知道!只知道(1)焦比定义:冶炼每吨生铁所消耗的焦炭的千克数(kg/t)(2)煤比定义:冶炼每吨生铁所消耗的煤粉的千克数(kg/t)(3)燃料比(焦比+煤比)定义:冶炼每吨生铁所消耗的固体燃料的总和(kg/t)(4)综合焦比(焦比+煤比×煤焦置换比)(5)利用系数=综合冶炼强度/综合焦比何谓“加湿鼓风”、“脱湿鼓风”?各自对高炉冶炼的主要特征是什么?加湿鼓风:在鼓风中加入水蒸气以提高鼓风湿度。通常水蒸气在冷风管道中加入,最大特征—强化高炉冶炼、促进顺行。脱湿鼓风:把鼓风中的水分脱除一部分,使鼓风湿度保持在低于大气湿度的稳定水平。通常用***化锂作脱湿剂吸收鼓风中水分,或用冷却法脱除鼓风中水分。最大特征—节省燃料消耗。不喷煤高炉(全焦冶炼)加湿鼓风。 影响:①鼓风含氧量增加,冶强↑;焦比不变时,产量↑;②充分利用高风温(水分耗热,为高风温创造了条件);③H2浓度↑,有利还原,rd↓;④消除大气湿度波动对高炉炉况的影响——稳定湿度;⑤可减少单位碳量在风口燃烧所需风量→煤气量↓,P↓;⑥保持P一定时,可加风,冶强↑,产量↑。对于不喷吹燃料的高炉,加湿鼓风不失为一种调剂炉况的手段。喷煤高炉脱湿鼓风。 影响:①节省湿分的耗热以弥补喷煤分解耗热 (将湿分分解消耗的热量节省下来用于喷煤更合算! );②可以消除大气湿度波动的影响—稳定湿度。说明富氧鼓风对高炉冶炼的影响。喷吹煤粉的补偿手段有哪些?影响:①提高产量每富氧 1%,增产 3%~5%②提高 t理每富氧 1%,t 理↑45~50℃(炉缸煤气量↓所致 )③燃烧带有缩小的趋势 (N2↓,t 理↑→加快碳的燃烧过程 )④高温区下移,炉身、炉顶温度↓ (煤气量↓所致 )⑤直接还原度略有升高(尽管CO↑→rd↓,但是:炉身温度↓→rd↑,I↑→停留时间↓→rd↑可通过运用高风温、高压操作和富氧来作为喷吹煤粉的补偿手段1、高炉冶炼的产品、副产品有哪些?各有什么特点、用途?各有哪些指标要求?生铁:生铁是高炉生产的主要产品。按其成分和用途可分为三类:一类是供炼钢用的制钢铁,一类是供铸造用的铸造铁,还有一类是铁合金。高炉冶炼的铁合金主要是锰铁和硅铁。铁合金:(1) 高碳锰铁:含[Mn]73%~82%,含碳高达 6%~7%,主要由高炉(碳热法)生产。用途:炼钢用脱氧剂、锰合金化添加剂。高碳硅铁:含[Si]~40%,含碳~2%。用途:炼钢脱氧剂或合金添加剂,部分金属的热还原剂。其他高炉产铁合金:高碳镍铁、高碳铬铁、高碳硅锰合金。高炉渣:冶炼过程中不能进入到铁水的氧化物、硫化物等形成的熔融体。用途:a制成水渣,做制砖和制水泥的原料 b用蒸汽或压缩炉渣制成渣棉可做绝热材料 c填料煤气:高炉冶炼过程中从炉顶上升管出来的荒煤气,经除尘、洗涤、脱水,进入净煤气总管,供用户使用。用途:钢铁厂加热设备自用,如热风炉、焦炉、混铁炉、均热炉、等,还有用于铁水罐、钢包、中间包、结晶器等的烘烤煤气等。2、高炉生产技术经济指标主要有哪些?其概念和表达方式如何?目前国内外水平如何?产能指标有效容积利用系数ηv定义:每M3高炉有效容积每昼夜生产的合格铁量(t/M3·d)休风率定义:休风时间占全年日历工作时间的百分数。焦炭冶炼强度定义:每M3高炉有效容积每昼夜燃烧的焦炭吨数(t/M3·d)综合冶炼强度定义:每M3高炉有效容积每昼夜燃烧的综合焦炭的吨数(t/M3·d)燃烧强度定义:每M2炉缸截面积每昼夜燃烧的焦炭的吨数(t/M2·d)能耗指标焦比定义:冶炼每吨生铁所消耗的焦炭的千克数(kg/t)煤比定义:冶炼每吨生铁所消耗的煤粉的千克数(kg/t)燃料比定义:冶炼每吨生铁所消耗的固体燃料的总和(kg/t)综合焦比焦比+煤比×煤焦置换比工序能耗Ci=(燃料消耗+动力消耗-回收二次能源)/产品产量(吨标准煤/t)操作指标风温、煤气利用率、铁水含[Si]量、铁水含[S]量等。经济指标生铁(铁水)合格率定义:合格铁水产量占总产量的百分数(%)生铁(铁水)成本定义:生产每吨合格铁水所消耗原料、燃料、材料、动力、人工等一切费用的总和(元/t)一代炉龄定义:从高炉点火开始生产到停炉大修之间实际运行的时间或每m3高炉有效容积的产铁总量 (年,或 t/m3)炼钢的基本任务脱碳;脱硫脱磷;脱氧去除非金属夹杂物;脱氮脱氢;合金化;升温;凝固成形;废钢、炉渣返回利用;回收煤气、蒸汽等。炉渣在炼钢过程中有哪些作用炼钢炉渣的来源以及主要组成是什么由造渣材料或炉料带入的物质。如加入石灰、白云石、萤石等,金属材料中的泥沙或铁锈,也将使炉渣中含有(FeO)、(SiO2)等。这是炉渣的主要来源。2)元素的氧化产物。含铁原料中的部分元素如Si、Mn、P、Fe等氧化后生成的氧化物,如Si02、Mn0、Fe0、P205等。3)炉衬的侵蚀和剥落材料。由于高温、化学侵蚀、机械冲刷等方面原因使炉衬剥落,则耐火材料进入渣中。4)合金元素脱氧产物及炉渣脱硫产物。如用Al脱氧化生成的(Al2O3),用Si脱氧生成的(SiO2),以及脱硫产物(CaS)等。化学分析表明,炼钢炉渣的主要成分是:Ca0、Si02、Fe203、Fe0、Mg0、P205、Mn0、CaS等,这些物质在炉渣中能以多种形式存在,除了上面所说的简单分子化合物以外,还能形成复杂的复合化合物,如2Fe0·Si02、2Ca0·Si02、4Ca0·P205等。何为炉渣的氧化反应,如何表示脱碳反应在炼钢过程中有什么作用脱碳反应是贯穿于炼钢过程始终的一个主要反应。反应热升温钢水;影响生产率;影响炉渣氧化性;影响钢中[O]含量。转炉熔池中碳氧浓度间存在怎样的关系熔池中的碳氧平衡浓度具有等边双曲线函数关系,碳氧浓度是互相制约的8为什么要脱磷,试写出脱磷的化学反应并分析 脱磷的基本条件磷对于大部分钢种来说都是有害的,降低塑性和韧性,随着碳氮含量的增加作用更加明显,而且磷容易偏析,加剧这种有害作用。2[P]+5[O]=(P2O5)2[P]+5(FeO)+3(CaO)=()+5[Fe]2[P]+5(FeO)+4(CaO)=()+5[Fe]硫对钢的性能有什么影响,如何才能提高炉渣脱硫的效率热加工性(红脆);降低低温韧性;焊接性能;抗氢致裂纹性能;各向异性。高碱度,低氧化性炉渣。增加渣量,提高温度。为什么要脱氧,脱氧的原理和任务氧气炼钢临近结束时,钢液实际处于“过度氧化”状态。氧对钢性能的影响:钢中原溶解的绝大部分氧以铁氧化物、氧硫化物等微细夹杂物形式在奥氏体或铁素体晶界处富集存在;在钢的加工和使用过程容易成为晶界开裂的起点,导致钢材生脆性破坏;钢中氧含量增加降低钢材的延性、冲击韧性和抗疲劳破坏性能,提高钢材的韧-脆转换温度,降低钢材的耐腐蚀性能等脱氧的方法有几种,各有什么优点沉淀脱氧;;。真空脱氧是指将钢液置于真空条件下,通过降低 CO气体分压,促使钢液内 [C]-[O]反应继续进行,利用[C]-[O]反应达到脱氧的目的; 真空脱氧方法的最大特点是脱氧产物 CO几乎全部可由钢液排除,不玷污钢液;钢液温度降低较大,且投资和生产成本较高。试分析钢中氢氮的来源及其对钢质量的危害,以及降低钢中气体的措施氮的危害:降低塑性、低温韧性、焊接性能等;增加钢材时效;铸坯表面裂纹等缺陷。氢的危害:钢材脆断;厚板、大型锻件内部裂纹等。炼钢过程去除氮、氢: 氧气转炉吹炼过程脱除 N、H;钢水真空处理脱除 N、H何为钢中非金属夹杂物,其主要组成和来源有哪些非金属夹杂物:氧化物夹杂物,硫化物,氮化物(析出物);非金属夹杂物类别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。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。非金属夹杂物对钢的性能有什么影响,降低其含量的主要途径有哪些夹杂物对疲劳性能的影响夹杂物尺寸愈大,对疲劳性能影响愈大;?夹杂物愈靠近钢材表面,对疲劳性能的影响愈大;?形状不规则和多棱角的夹杂物较球形夹杂物对疲劳性能的危害更大。什么叫转炉炉龄,何为溅渣护炉技术转炉从开新炉到停炉,整个炉役期间炼钢的总炉数。利用MgO含量达到饱和或过饱和的炼钢终点渣,通过高压氮气的吹溅,使其在炉衬表面形成一层高熔点的熔渣层,并与炉衬很好地粘结附着,称为溅渣护炉技术何为硬吹和软吹软吹:低压、 高枪位, 吹入的氧在渣层中, 渣中FeO升高、有利于脱磷;硬吹:高压低枪位 (与软吹相反),脱P不好,但脱 C好,穿透能力强,脱 C反应激烈 。氧气顶吹转炉吹炼反应的特点是什么反应速度快,和平炉相比脱碳速度提高100倍;热效率高,可以熔化20~25%的废钢;钢中气体含量(O、N、H)低。存在问题:钢渣反应不平衡,后期钢渣过氧化。供氧制度包括哪些内容,吹炼过程中一般可以调节哪些参数供氧强度;氧气流量;操作氧压;氧枪枪位成渣速度对转炉吹炼有什么重要意义,它和哪些因素有关成渣速度快则吹炼时间短,石灰石的熔解速度转炉吹炼终点控制的目的是什么,通常终点控制的方法转炉炼钢终点控制是控制转炉炼钢过程的进行时间, 以保证钢水温度和成分在吹炼结束时符合要求的操作技术。转炉炼钢终点控制的好可以提高炼钢的生产率、金属收得率、资源利用率、钢的品质,降低生产成本、能耗。一吹到底增碳法、拉碳补位法、副枪测定法、成分测算法和气相分析法,通常分为经验控制,静态控制,动态控制以及自动控制。氧气底吹转炉与顶吹转炉相比有什么优缺点优点:钢渣反应接***衡,消除了过氧化现象;终点锰的收得率提高;吹炼平稳,钢铁量消耗降低;脱硫效率高。渣中氧化铁含量低;钢中氧含量低;吹炼终点残锰含量比顶吹转炉约提高1倍;脱磷、脱硫效率高于顶吹转炉。什么叫顶底复合吹炼转炉,他有什么优点炉顶吹氧气,炉底吹惰性气体。成渣较底吹转炉好;搅拌较顶吹转炉强;反应平衡程度高;复吹转炉基本保留了顶吹转炉和底吹转炉的优点,避免各自的缺点。为什么电弧炉大都为碱性电弧炉碱性电弧炉可以有效的去除钢中的硫磷等杂质元素,进一步提高钢的纯净度,使成品钢的性能更加优越,符合特钢冶炼的要求,因此特钢冶炼多采用碱性电弧炉。电弧熔化期的任务是什么熔化钢液,脱部分磷,防止吸气、金属挥发,达到所需温度电弧炉炼钢缩短融化期的主要措施是什么吹氧助燃,用燃料辅助加热,炉外预热废钢氧化期的任务是什么脱磷脱碳,去氢去氮,去除夹杂物为什么说电炉炼钢脱碳不是目的而是一种手段生成CO造成沸腾,搅动钢液,从而均匀钢液的温度成分,去除气体和夹杂物如何造好还原渣,什么样的渣才算好渣如何造好:确定合适造渣方法、渣料的加入数量和时间、成渣速度。好渣:一定的碱度、良好的流动性、合适的 FeO及MgO、正常泡沫化的熔渣。普通功率电弧炉与超高功率电弧炉有和区别电弧炼钢炉按每吨炉容量所配变压器容量的多少分为普通功率电弧炉、高功率电弧炉和超高功率电弧炉辅助燃料助熔在电炉炼钢中的作用多元化的燃料利用技术,包括氧气、油、天气等体现电弧炉炼钢高效、节能、低消耗的基本技术思想。什么叫炉外精炼炉外精炼一般是指把转炉、电弧炉中初炼的钢水移到另一个容器中 (一般是钢包),为得到比初炼更高的生产率、更高的质量,而进行的冶金操作。也称为“二次精炼”炉外精炼对特殊钢将产生什么作用进一步去除有害元素,降低夹杂物以及气体含量,调整合金成分炉外精炼一般可分为哪几种LF,VD,VAD,VOD,DH,RH炉外精炼时为什么能够促进脱硫反应合成渣洗:使渣和钢充分接触,通过渣—钢之间的反应,有效去除钢中的硫和氧(夹杂物)。38RH法和DH法有什么区别,效果如何RH循环真空脱气DH提升真空脱气。RH加热方法为电热,精炼对象为O,H,N,C,S,DH精炼对象为O,H,N,不去C,S。39AOD有什么特点,多用来冶炼什么钢种Ar-O2混吹脱碳,冶炼低碳钢或超低碳钢。40LF炉有什么特点常压下埋弧加热,底吹氩连铸铸钢与模铸相比有什么优越性增加产量;提高钢收得率;降低能耗;降低生产成本;质量提高什么叫偏析,采取哪些措施可以减轻偏析合金中各组成元素在结晶时分布不均匀的现象称为偏析。低过热度(低温)浇铸;电磁搅拌;低拉速、低二次冷却强度;轻压下连铸机的主要类型和特点立式(无弯曲变形;占地少;夹杂物易上浮;二冷均匀简单)立弯式(机身小,钢水静压小;有垂直段,夹杂物易上浮;水平出坯;二次冷却简单)多点弯曲立弯式(有垂直段;多点弯曲;可在未完全凝固进入弧形段,提高生产率)弧形连铸机(机身高度小,机建费用低;静压小,铸坯质量好;加长机身简单,效率高)椭圆形连铸机(机身高度小,厂房高度低;多次变形;静压小)44以弧形连铸机为例,说明连铸机的主要组成部分及 各自的作用钢水包 钢包回转台 中间包 结晶器 结晶器振动系统 冷却喷嘴 电磁搅拌器夹棍 引锭杆 切割机连铸坯的主要缺陷有哪些,如何防止和减少内部缺陷:内部裂纹、疏松、偏析、夹杂物等;表面缺陷:裂纹(纵裂、横裂、角裂、网状裂纹等);夹渣、大型夹杂物、气孔等;形状缺陷:脱方、鼓肚等。连铸技术的主要发展趋势两个方向,一个是更厚,一个是更薄