冶金导论考试复习资料

冶金导论复习一、名词解释：1、焙烧：将矿石或精矿置于适当的气氛下，加热至低于它们的熔点温度，发生氧化、还原或其它化学变化的过程。其目的是改变原料中提取对象的化学组成，满足熔炼或浸出的要求。按控制的气氛不同，分为：氧化焙烧：还原焙烧：硫酸化焙烧氯化焙烧等。2、浸出：用适当的浸出剂（如酸、碱、盐等水溶液）选择性地与矿石、精矿、焙砂等矿物原料中金属组分发生化学作用，并使之溶解而与其它不溶组分初步分离的过程。浸出又称浸取、溶出、湿法分解。3、烧结矿：将矿粉（包括富矿粉、精矿粉以及其它含铁细粒状物料）、熔剂（石灰石、白云石、生石灰等粉料）、燃料（焦粉、煤粉）按一定比例配合后，经混匀、造粒、加温（预热）、布料、点火，借助炉料氧化（主要是燃料燃烧）产生的高温，使烧结料水分蒸发并发生一系列化学反应，产生部分液相粘结，冷却后成块，经合理破碎和筛分后，最终得到的块矿就是烧结矿。4、高炉利用系数：每立方米高炉有效容积一昼夜生产生铁的吨数，是衡量高炉生产效率的指标，单位：吨/(米3·日)。5、直接还原：以气体燃料、液体燃料或非焦煤为能源，在铁矿石（或铁团块）呈固态的软化温度以下进行还原获得金属铁的方法。6、熔融还原：以非焦煤为能源，在高温熔融状态下进行铁氧化物还原，渣铁能完全分离，得到类似高炉的含碳铁水，其目的在于不使用焦炭。7、炼钢：就是通过冶炼来降低生铁中的碳和去除有害杂质，再根据对钢性能的要求加入适量的合金元素，使其成为具有高的强度、韧性或其它特殊性能的钢。8、碳素钢：是指钢中除含有一定量为了脱氧而加入硅（一般≤0.40%）和锰（一般≤0.80%）等合金元素外，不含其他合金元素的钢。9、合金钢：是指钢中除含有硅和锰作为合金元素或脱氧元素外，还含有其他合金元素如铬、镍、钼、钛、钒、铜、钨、铝、钴、铌、锆和稀土元素等，有的还含有某些非金属元素如硼、氮等的钢。10、金属压力加工：金属压力加工是对固态金属施加一定的外力，使其发生塑性变形，从而获得所要求的形状和尺寸的金属材料和制品。它包括轧制、锻造、冲压、挤压、拉拔等方法。11、轧钢：将钢材金属坯料通过一对旋转轧辊的间隙（各种形状），因受轧辊的压缩使材料截面减小，长度增加的压力加工方法，这是生产钢材最常用的生产方式，主要用来生产钢材型材、板材、管材。分冷轧、热轧。12、拜耳法：用苛性钠溶液(其质量浓度为130～350gNa2O/L)在加热的条件下将铝土矿中的各种氧化铝水合物溶解出来，生成铝酸钠溶液，此种溶液经稀释后在冷却的条件下分解出纯的氢氧化铝，同时重新生成苛性钠溶液，供循环使用。补充：湿法炼铜也称胆铜法，其生产过程主要包括两个方面。一是浸铜，就是把铁放在胆矾（CuSO4·5H2O）溶液（俗称胆水）中，使胆矾中的铜离子被金属置换成单质铜沉积下来；二是收集，即将置换出的铜粉收集起来，再加以熔炼、铸造。连铸，使钢水不断地通过水冷结晶器，凝成硬壳后从结晶器下方出口连续拉出，经喷水冷却，全部凝固后切成坯料的铸造工艺。钢液的炉外精炼是把一般炼钢炉中要完成的精炼任务，如脱硫、脱氧、除气、去除非金属夹杂物、调整钢的成分和钢液温度等，移到炉外的“钢包”或者专用的容器中进行。二、简答题：1、为什么说钢铁是使用最多的金属材料？答：（1）就金属元素而言，铁在自然界中的储藏仅次于铝，居第二位，而且多形成巨大的铁矿床，通常铁矿石中铁的含量为25~70%。（2）铁矿石冶炼和加工较容易，且生产规模大，效率高、质量好和成本低，具有其它金属生产无可比拟的优势。（3）钢铁具有良好的物理、机械和工艺性能，如有较高的强度和韧性、热和电的良好导体、耐磨、耐腐蚀、焊接及铸造加工性好等。（4）将某些金属（如镍、铬、钒、锰等）作为合金元素加入铁中就能获得具有各种性能的金属材料。（5）钢铁通过热处理能调整其机械性能，以足国民经济各方面的需要。钢铁材料由于具有以上特点，因此在现代工业中应用广。2、什么是火法冶金和湿法冶金？火法冶金：在高温下矿石或精矿经熔炼与精炼反应及熔化作业，使其中的有色金属与脉石和杂质分开，获得较纯有色金属的过程。包括原料准备、熔炼和精炼三个主要工序。过程所需能源主要靠燃料燃烧供给，也有依靠过程中的化学反应热来提供。湿法冶金：它是在常温（或低于100℃）常压或高温（100-300℃）高压下，用溶剂处理矿石或精矿，使所要提取的有色金属溶解于溶液中，而其它杂质不溶解，然后再从溶液中将有色金属提取和分离出来的过程。主要包括浸出、分离与富集和提取过程。3、崩落采矿法特点答：在回采过程中，以崩落围岩处理空区的采矿法，成为崩落采矿法。(1)崩落法不再把矿块划分为矿房和矿柱，而是以整个矿块作为一个回采单元，按一定的回采顺序，连续进行单步骤回采。(2)在回采过程中，围岩要自然或强制崩落，矿石是在复盖岩石的直接接触下放矿。因此，这种采矿方法对放矿进行科学管理是十分必要的。(3)崩落法的开采是在一个阶段内从上而下进行的。（4）采准、凿岩和出矿在不同分段进行，互不干扰。4、根据物料存在形态的不同，可将高炉划分哪五个区域？各区域主要的反应和特征是什么？答：根据物料存在形态的不同，可将高炉划分为五个区域：块状带、软熔带、滴落带、风口前回旋区、渣体聚集区。各区内进行的主要反应及特征分别为：（1）块状带：炉料中水分蒸发及受热分解，铁矿石还原，炉料与煤气热交换；焦炭与矿石层状交替分布，呈固体状态；以气固相反应为主。（2）软熔带：炉料在该区域软化，在下部边界开始熔融滴落；主要进行直接还原反应，初渣形成。（3）滴落带：滴落的液态渣铁与煤气及固体碳之间进行多种复杂的化学反应。（4）回旋区：喷入的燃料与热风发生燃烧反应，产生高热煤气，是炉内温度最高的区域。（5）渣铁聚集区：在渣铁层间的交界面及铁滴穿过渣层时发生渣金反应。5、硫和磷对钢铁的危害？答：（1）硫是对钢铁危害大的元素，它使钢材具有热脆性。“热脆”就是S几乎不熔于固态铁而与铁形成FeS，而FeS与Fe形成的共晶体熔点为988℃，低于钢材热加工的开始温度。热加工时，分布于晶界的共晶体先行熔化而导致开裂。（2）磷是钢材中的有害成分，使钢具有冷脆性。磷能溶于α-Fe中，固溶并富集在晶粒边界的磷原子使铁素体在晶粒间的强度大大增高，从而使钢材的室温强度提高而脆性增加，称为冷脆。磷在钢的结晶过程中容易偏析，而又很难用热处理的方法来消除，亦使钢材冷脆的危险性增加。6、焦炭在高炉生产中起什么作用。答：焦炭是现代高炉冶炼的主要燃料和能源基础，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）液铁渗碳剂：冶炼得到的生铁含碳量一般在4.3%左右，在高炉炼铁过程中，焦炭中的碳会逐步渗透到生铁中，生铁渗碳消耗焦炭约7%－10%。(4)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。特别是在高炉下部，矿石、熔剂已经熔化、造渣，变成液态渣和铁，只有焦炭仍保持固态，为渣、铁滴落和煤气上升以及炉缸内的渣、铁正常流通和排出，提供了必要条件，使冶炼过程得以顺利进行。焦炭的这一作用目前尚不能为其他燃料所代替。7、造块法中球团法的优点？答：(1)均匀的粒度和规则的球形对炉料运动、气流分布和热交换十分有利。(2)铁品位高，能提高入炉炉料的综合品位，对改善炼铁生产的各项技术经济指标极为有利。(3)强度较高，在炉内不易产生粉末，更适于作为大型高炉的炉料。(4)含粉率低，一般不超过2％，而烧结矿的含粉率最少也在5％以上。(5)FeO含量低，一般不超过1.5％，而烧结矿最低也在5％以上。FeO含量低对减少高炉中的直接还原有利。(6)球团矿适于长途运输，且能贮存较长时间。球团厂一般建在矿山或港口，减轻了钢铁厂的环境压力。8、球团矿比烧结矿在冶金性能上的优劣？（1）粒度小而均匀，有利于高炉料柱透气性的改善和气流的均匀分布。（2）冷态强度（抗压和抗磨）高。在运输、装卸和贮存时产生粉末少。（3）铁份高和堆密度大，有利于增加高炉料柱的有效重量，提高产量，（工序能耗降低15kg/t）和降低焦比15kg/t。（4）还原性好，有利于改善煤气化学能的利用。球团矿存在的缺点：还原膨胀率要高于烧结矿。9、高炉炼铁法与非高炉炼铁；高炉炼铁法即以焦炭为能源基础的传统炼铁方法。它与转炉炼钢相配合，是目前生产钢铁的主要方法。具有以下特点：（1）高炉冶炼生铁的本质是从铁矿石中将铁还原并熔化，其还原所需的还原剂和热量由燃料产生；（2）高炉冶炼产品是生铁，另外还有副产品炉渣、煤气和炉尘，都能充分利用到下面的次生工艺；（3）从开炉投产就是一个连续生产过程，而且生产的规模大，连续自动化；（4）铁矿石直接还原吸热，间接还原放热，高炉内50%炉料为间接还原；（5）冶炼的投资成本较大，对高炉煤气、炉渣等的利用可带来节能效果。非高炉炼铁法，泛指高炉以外，不用焦炭，用煤、燃油、天然气、电为能源基础的一切其它炼铁方法。具有以下特点：（1）不用焦炭，焦炭仅占煤储量5%，不用或少用焦炭成为其优于高炉冶炼的一个方面；（2）投资少，周期短，灵活性强；（3）减少高温设备及耐火材料等要求；（4）采用直接还原法得到的产品是炼铁的原料，可做成铁粉、涂层、材料等。10、炼钢的基本任务可归纳为：A、脱碳并将其含量调整到一定范围；B、去除杂质，主要包括：脱磷（冷脆）、脱硫（热脆）、脱氧、去除气体（氢、氮）和非金属夹杂物（氧化物、硫化物、磷化物、氮化物等）；C、调整钢液成分和温度；D、将钢液浇注成质量好的钢锭或钢坯。11、简述热轧和冷轧的生产过程；热轧主要生产过程为：（1）加热—将钢坯在加热炉中，加热到再结晶温度以上的某一适当温度。（2）轧制—不同品种或规格产品，分别在不同类型的轧机上进行轧制。（3）精整—包括剪切、冷却、矫正、检验、表面处理等。冷轧的主要生产过程为：（1）酸洗—除去坯料表面的氧化铁皮；（2）轧制；（3）退火—消除加工硬化；（4）精整。补充：高炉炼铁合理的炉料结构是什么？为什么？‹高碱度有利于铁酸钙系黏结相的形成，高碱度烧结矿强度好，而且烧结矿FeO含量低，还原性好，从而可降低高炉焦比；‹根据生产经验，烧结矿中FeO含量每提高1％，高炉焦比增加1.5％，生铁产量降低1.5％；‹使用高碱度烧结矿，高炉冶炼时可不加或少加石灰石，不仅节省热量消耗，而且又可以改善煤气热能和化学能的利用，同样有利于降低焦比和提高产量；球团矿具有强度高、粒度整齐、还原性好的特点，所以配用优质的酸性球团矿不仅能提高入炉品位，而且能改善炉料透气性，为高炉强化冶炼创造条件；‹现在常用高碱度烧结矿配用酸性球团矿。铝电解原理：现代铝工业生产，主要采用冰晶石—氧化铝熔盐电解法，其中氧化铝是炼铝的原料，冰晶石是熔剂。直流电通入电解槽，在阴极和阳极上发生电化学反应。电解产物：阴极上是液体铝，阳极上是气体CO2（75-80%）和CO（20-25%）。阳极气体中还含有少量有害的氟化物、沥青烟气和二氧化硫。经过净化后，废气排入大气，收回的氟化物返回电解槽内继续使用。三、论述题1、拜耳法生产氧化铝的流程。答：拜耳法流程包括三个主要步骤：铝土矿溶出；铝酸钠溶液分解；氢氧化铝煅烧。（1）溶出：指把铝土矿中的氧化铝水合物（Al2O3·xH2O)溶解在苛性钠（NaOH)中，生成铝酸钠溶液。Al2O3·xH2O+2NaOH=2NaAlO2+(x+1)H2OAl(OH)3+NaOH=NaAl(OH)4AlOOH+NaOH+H2O=NaAl(OH)4（2）分解：析出固体氢氧化铝2NaAlO2+4H2O=2NaOH+Al2O3·xH2O(添加晶种Al2O3·3H2O）（3）煅烧：Al2O3·3H2O=Al2O3+3H2O（高温1100℃）2、炼钢过程中脱氧的原理和任务(1)炼钢过程中脱氧的原理是：利用对氧的亲和力比Fe大的元素，如Mn、Si、Al等，把钢液中的氧夺走，形成不残留在钢液中的脱氧产物如MnO等并上浮到渣中。能用来对钢液脱氧的元素或合金叫脱氧剂。(2)脱氧的目的在于降低钢中的氧含量，脱氧的任务是