铁冶金学复习提纲2016061188

铁冶金学复习提纲2016061188第一章概述1.钢铁产品的主要性能(1)有较高的强度及韧性；(2)容易用铸、锻、切削及焊接等多种方式进行加工，以得到任何结构的工部件；(3)所需资源(铁矿、煤炭等)储量丰富、可供长期大量采用，成本低廉；(4)与其他工业相比，钢铁工业相对生产规模大、效率高、质量好和成本低。2.高炉炼铁工艺流程的六大系统六大系统：高炉本体；还有原燃料系统、上料系统、送风系统、渣铁处理系统、煤气处理系统。3.高炉冶炼过程冶炼过程中，炉料（矿石、熔剂、焦炭）按照确定的比例通过装料设备分批地从炉顶装入炉内。从下部风口鼓入的高温热风与焦炭发生反应，产生的高温还原性煤气上升，并使炉料加热、还原、熔化、造渣，产生一系列的物理化学变化，最后生成液态渣、铁聚集于炉缸，周期地从高炉排出。上升过程中，煤气流温度不断降低，成分逐渐变化，最后形成高炉煤气从炉顶排出。4.高炉冶炼过程的特点1）炉料和煤气逆流；2）错综复杂的物理化学反应；3）高炉为密闭空间；4）通过投入物料和产出与仪器检测相结合控制生产流程。5.高炉冶炼过程的目的用铁矿石经济而高效地得到温度和成分合乎要求的液态生铁。6.高炉内型包括五个部分高炉内部工作空间的形状称为高炉内型。高炉内型从下往上分为炉缸、炉腹、炉腰、炉身和炉喉五个部分，该容积总和为它的有效容积，反映高炉所具备的生产能力。7.高炉分为哪几个区域，各区主要反应及主要特征高炉划分为六个区域：固体炉料区（块状带）：间接还原为主；固体状态，以气固反应为主。软熔区（软熔带）：上部边界开始软化，下部边界开始滴落，主要直接还原及造渣；固液气多相反应，对煤气阻力大。疏松焦炭区（滴落带）：液态铁渣与煤气及固体炭间进行多种复杂传质和传热过程；焦炭流不断落向焦炭循环区，其间夹杂向下流动的渣铁液滴。压实焦炭区（滴落带）：堆积层表面，焦炭与渣铁反应；相对呆滞，死料柱。风口前回旋区（燃烧带）：燃烧反应，产生煤气，并快速上升；煤气产生中心，上部焦块下降的漏斗，是高温焦点。渣体储存区（液态产品反应带）：直接还原反应和热传递；相对静止，周期性出渣铁。8.铁矿石的分类及评价分类：天然铁矿石按其主要矿物分为磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿和菱铁矿等。评价：含铁品位；脉石的成分与分布；有害元素含量；有益元素；矿石的还原性；矿石高温性能9.高炉冶炼对熔剂的要求主要是有效成分含量高；另外S、P等有害杂质尽可能少。10.有效性熔剂和炉渣碱度有效熔剂性能有用效CaO表示：CaO有效=CaO－R×SiO2，%炉渣碱度：R=CaO/SiO2（二元碱度）R=[CaO+MgO]/SiO2（三元碱度）R=[CaO+MgO]/[SiO2+Al2O3]（四元碱度）11.焦炭在高炉内的作用在高炉冶炼过程中具有如下作用：(1)燃料。燃烧后发热，产生冶炼所需热量。(2)还原剂。焦炭中的固定碳和它燃烧后生成的CO都是铁矿石还原所需的还原剂。(3)料柱骨架。高炉内是充满着炉料和熔融渣、铁的一个料柱，焦炭约占料柱体积的1/3~1/2，对料柱透气性具有决定性的影响。（4）铁水渗碳。12.高炉冶炼对焦炭的质量要求(1)含碳量高，灰分低。(2)含硫等有害杂质要少。(3)成分及性能稳定。(4)挥发分含量适合。(5)强度高，块度均匀。（6）反应性。13.炼焦工艺流程及环节炼焦工艺：将一定配比的粉煤混匀，置于隔绝空气的炭化室内，由两侧燃烧室供热，随着温度的升高，粉煤开始干燥和预热（50-200℃）、热分解（200-300℃）、软化（300-500℃）、产生液态胶质层，并逐渐固化形成半焦（500-800℃）和成焦（900-1000℃），最后形成具有一定强度的焦炭。影响焦炭质量的环节可分为洗煤、配煤、焦炉操作及熄焦等，其中配煤起着决定性作用。14.高炉喷吹煤粉的质量要求（1）灰分含量低；（2）硫含量低；（3）可磨性好；（4）粒度细；（5）爆炸性弱；（6）燃烧性和反应性好；（7）灰分熔点高；（8）结焦性小。15.高炉耐火材料的选用原则炉身上部：采用耐火度低，成本低的黏土砖；炉身下部、炉腰及炉腹部位：选用质量高、强度大，耐多种腐蚀的SiC砖或铝碳砖；炉缸上部风口带：选用高铝质刚玉砖；炉缸下部：选用抗渗透、抗侵蚀、耐火度高、导热性好的炭砖。16.高炉产品的特点生铁：是Fe与C及其少量元素（Si、Mn、P及S等）组成的合金。含C量高的是低硅炼钢生铁；含C量低的是铸造生铁；含C量小于2%为钢。煤气：高炉炼铁产生的高炉煤气。其成分CO含量因铁种不同而异：炼钢生铁21-26%；铸造生铁26-30%；锰铁33-36%。17.高炉炉渣及其成分炉渣是由多种金属氧化物构成的复杂硅酸盐体系，外加少量硫化物、碳化物等。一般炉渣成分的范围：CaO35-44%；SiO232-42%；Al2O36-16%；MgO4-12%；还含有少量MnO、FeO及CaS等。18.几个概念：高炉有效容积：是指炉喉上限平面至出铁口中心线之间的炉内容积。高炉有效容积利用系数：每方有效容积平均每天生产的合格铁水吨数。焦比：是生产1吨合格生铁所消耗的焦炭重量。煤比：是生产1吨合格生铁所消耗的煤粉重量。燃料比：焦比+煤比+小块焦比之和。生铁合格率：合格生铁占生铁总产量的百分数。喷吹率：喷吹燃料总量占总燃料消耗量的百分数。置换比：R=[K0-K1+ΣΔK]/MK0—未喷吹辅助燃料时实际平均焦比;K1--喷吹辅助燃料时平均焦比;ΔK—其他各种因素对实际焦比的影响代数和;M—吨铁辅助燃料的喷吹量。冶炼强度：每m3高炉有效容积每天消耗焦炭的重量。综合冶炼强度：每m3高炉有效容积每天消耗焦炭和喷吹燃料按置换比折合的重量之和。休风率：高炉休风时间占规定作业时间的百分数。炉龄：从高炉点火开炉到停炉大修之间的历程，或高炉相邻两次大修之间的冶炼时间叫做高炉一代寿命。吨铁工序能耗：指冶炼1t生铁所消耗的以标准煤计量的各种能量消耗的总和。第二章造块理论1.铁矿粉造块的目的①冶炼性能变优良。如高温强度高，还原性好，含有一定的CaO、MgO，具有足够的碱度，而且已事先造渣，高炉可不加或少加石灰石。②除去有害杂质（如S、Zn、Pb、As、K、Na等），减少其对高炉的危害。③避免冶炼中常出现的结瘤故障，同时极大地改善了高炉冶炼效果。④废物利用且环保。烧结中可广泛利用各种含铁粉尘和废料，扩大了矿石资源，又改善了环境。2.抽风烧结过程烧结过程是将铁矿粉、熔剂和燃料经适当处理，按一定比例加水混合，铺在烧结机上，然后从上部点火，下部抽风，自上而下进行烧结，得到烧结矿。3.抽风烧结分层及其特点分层：抽风烧结过程大致可分为五层，即烧结矿层、燃烧层、预热层、干燥层和过湿层。烧结矿层：从表面开始随着烧结过程的进行逐渐增厚。抽入的空气通过烧结矿层被预热供给燃烧，而烧结矿层则被冷却和氧化。在同燃烧层接近处，进行液相的冷却结晶(1000~1100℃)，使烧结物固结形成多孔的烧结矿。燃烧层：燃料被预热空气燃烧，产生1300~1500℃的高温，使烧结料局部熔化、造渣并进行还原、氧化，石灰石及硫化物的分解反应。从燃料着火开始到燃烧完毕，需要一定时间。故燃烧层有一定厚度，约15~80mm。燃烧层沿着高度下移的速度称为垂直烧结速度，一般为10~40mm/min。这一速度决定着烧结机的生产率。预热层：业已干燥的烧结料被燃烧层的高温气体迅速加热到燃料的着火点(一般为700℃左右，但在烧结层中实际为1050~1150℃)，并进行氧化、还原、分解和固相反应，出现少量液相。干燥层：同预热层交界处温度约120~150℃，烧结料中的游离水在此大量蒸发，使料干燥。同时料中热稳定性差的一些球形颗粒可能破裂，使料层透气性变坏。过湿层：即原始的烧结混合料层。由于干燥层来的废气中含有大量的水蒸气，当其被湿料层冷却到露点温度以下时，水气便重新凝结，使料的湿分超过原始水分，造成过湿现象，使料层透气性恶化。为避免过湿，应确保湿料层温度在露点以上。4.烧结过程的主要反应有哪些1）燃烧反应；2）分解反应3）还原与氧化反应4）气化反应（主要除去有害杂质）5）水分蒸发与凝结5.燃烧反应的特点及对燃料的要求燃烧反应—C+O2=CO2—C+1/2O2=CO—CO+1/2O2=CO2—CO2+C=2CO碳在700℃以上燃烧。燃烧评价通过废气成分评判。废气组成：CO、CO2、N2、O2等。常用[CO]/([CO]+[CO2])衡量烧结过程的气氛和燃料的化学能利用。此值越小烧结过程氧化性越强，能量利用越好。此值的影响因素：燃料粒度、燃料数量、抽风负压等。6.铁矿粉固相反应及特点在未生成液相的低温条件下(500~700℃)，烧结料中的一些组分就可能在固态下进行反应，生成新的化合物。固态反应的机理是离子扩散。固相反应开始进行的温度(T固)远低于反应物的熔点(T熔)其关系为：—对于金属，T固=(0.3~0.5)T熔—对于盐类，T固=0.75T熔—对于硅酸盐，T固=(0.8~0.9)T熔7.铁矿粉烧结的主要液相体系烧结矿的固结主要依靠发展液相来完成。Fe-O液相体系②FeO-SiO2液相体系③CaO-SiO2液相体系④CaO-FeO-SiO2液相体系⑤CaO-Fe2O3液相体系8.铁矿粉自身特性及对烧结过程的影响；1）铁矿粉的类型：主要有磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿；磁铁矿：烧结中会氧化放热，其软化和熔化温度较低，；赤铁矿：易形成铁酸钙类型的液相，故还原性较高；F；褐铁矿：基体空隙多，烧损大；吸水性强，水分大热损；2）铁矿粉的化学成分；SiO2：含量较高时能够获得更多的液相，有利于烧；SiO2适量：4%；过高时加CaO增加，降低铁品；A8.铁矿粉自身特性及对烧结过程的影响1）铁矿粉的类型：主要有磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿。磁铁矿：烧结中会氧化放热，其软化和熔化温度较低，易于生成液相，故燃耗较低；易形成钙铁橄榄石类型液相，形成铁酸钙相对困难，故还原性较低；生成FeO含量较高的液相，流动性大，易形成薄壁大孔结构的烧结矿，故强度较低。赤铁矿：易形成铁酸钙类型的液相，故还原性较高；FeO含量较低，流动性较为适中，结构强度较高；软化和熔化温度较高，燃耗较高。褐铁矿：基体空隙多，烧损大；吸水性强，水分大热损高；熔化温度低，液相流动性急速增大，温度难以控制，易形成薄壁大孔结构。2）铁矿粉的化学成分。化学成分是评价铁矿粉常温特性最基本和首要指标。特别是脉石成分对烧结过程有很大影响。SiO2：含量较高时能够获得更多的液相，有利于烧结成品率和强度的提高。SiO2适量：4%；过高时加CaO增加，降低铁品位，硅酸钙增加，粉化现象严重。MgO：含量较多时加镁质熔剂减少；液相生成容易，烧结矿强度提高。Al2O3：含量适中时促进铁酸钙的生成，减少硅酸钙生成，降低液相生成温度，改善烧结矿强度和还原性。过量时影响铁品位，炉渣性能恶化，要求尽可能低。CaO：含量多，可少加入；但大多以硅酸钙存在与铁矿反应活性降低，液相少；不利于铁酸钙液相生成；其强度和还原性变差。CaF2：在液相中降低粘度和表面张力，致烧结矿疏松多孔薄壁脆弱。TiO2：TiO2以高熔点钙钛矿和钛辉石形式存在于烧结矿中，使液相减少，强度降低。使铁酸钙减少，还原性降低；使低温粉化率增加，不利于高炉冶炼。3）铁矿粉的粒度及其分布。烧结条件一定时，铁矿粉粒度大，烧结料透气性好，烧结料具有较大的垂直烧结速度；粒度小反应性好，易生成烧结液相。粒度过大加热和反应条件减弱，过小透气性变差。4）铁矿粉的孔隙率孔隙率多吸收更多水分，制粒性差，透气性差；水分多会加大过湿程度，降低透气性；孔隙率高传热传质好，易形成液相，但因吸液性，致液相量少，影响烧结矿的固结程度。9.铁矿粉烧结基础体系及对烧结过程的影响烧结基础特性：同化特性、液相流动性特性、粘结相强度特性、铁酸钙生成特性、连晶固结强度特性。1）同化特性：铁矿粉与CaO反应能力（即同化特性）是一项重要指标。同化能力过弱，产生液相量少，不利于粘结，影响固结强度；2）液相流动性特性：铁矿粉液相流动特性是指烧结过程中铁矿粉与CaO反应生产液相的流动能力，表征的是粘结相的有效粘结范围。提高了烧结矿的固结强度。3）粘结相强度特性