钢铁冶金部分课后作业题及答案

1—1高炉炼铁工艺由哪几部分组成？答案（1）：在高炉炼铁生产在中，高炉是工艺流程的主体，从其上部装入的铁矿石燃料和溶剂向下运动，下部鼓入空气燃烧燃料，产生大量的还原性气体向上运动。炉料经过加热、还原、熔化、造渣、渗碳、脱硫等一系列物理化学过程，最后生成液态炉渣和生铁。组成除高炉本体外，还有上料系统、装料系统、送风系统、冷却系统、液压系统、回收煤气与除尘系统、喷吹系统、动力系统1—2高炉炼铁有哪些技术经济指标？答案：综合入炉品位(%)炼铁金属收得率(%)生铁合格率(%)铁水含硅(%)铁水含硫(%)风温(℃)顶压(KPa)熟料比(%)球矿比(%)高炉利用系数(t/m3.d)综合焦比(Kg/t)入炉焦比(Kg/t)焦丁比(Kg/t)喷煤比(Kg/t)1—3高炉生产有哪些特点？答案：一是长期连续生产。高炉从开炉到大修停炉一直不停地连续运转，仅在设备检修或发生事故时才暂停生产（休风）。高炉运行时，炉料不断地装入高炉，下部不断地鼓风，煤气不断地从炉顶排出并回收利用，生铁、炉渣不断地聚集在炉缸定时排出。二是规模越来越大型化。现在已有5000m3以上容积的高炉，日产生铁万吨以上，日消耗矿石近2万t，焦炭等燃料5kt。三是机械化、自动化程度越来越高。为了准确连续地完成每日成千上万吨原料及产品的装入和排放。为了改善劳动条件、保证安全、提高劳动生产率，要求有较高的机械化和自动化水平。四是生产的联合性。从高炉炼铁本身来说，从上料到排放渣铁，从送风到煤气回收，各系统必须有机地协调联合工作。从钢铁联合企业中炼铁的地位来说，炼铁也是非常重要的一环，高炉体风或减产会给整个联合企业的生产带来严重影响。因此，高炉工作者要努力防止各种事故，保证联合生产的顺利进行。1—5高炉生产有哪些产品和副产品，各有何用途？答案：高炉冶炼主要产品是生铁，炉渣和高炉煤气是副产品。（1)生铁。按其成分和用途可分为三类：炼钢铁，铸造铁，铁合金。(2)炉渣。炉渣是高炉生产的副产品，在工业上用途很广泛。按其处理方法分为：1)水渣：水渣是良好的水泥原料和建筑材料。2)渣棉：作绝热材料，用于建筑业和生产中。3)干渣块：代替天然矿石做建筑材料或铺路用。(3)高炉煤气。高炉煤气可作燃料用。除高炉热风炉消耗一部分外，其余可供动力、烧结、炼钢、炼焦、轧钢均热炉等使用。2—1高炉常用的铁矿石有哪几种，各有什么特点？高炉炼铁使用的铁矿石分为赤铁矿（红矿）Fe2O3、磁铁矿（黑矿）Fe3O4、褐铁矿Fe2O3•nH2O和菱铁矿FeCO3。赤铁矿又称红铁矿，其颜色为赤褐色到暗红色，硫、磷含量低，其在常温下无磁性，但在一定温度下，当α—Fe2O3转变为γ—Fe2O3时便具有磁性。磁铁矿，主要含铁矿物为Fe3O4，颜色为灰色或黑色，具有磁性。P、S含量低，致密，坚硬，孔隙度小，还原比较困难。褐铁矿是含有结晶水的氧化铁矿石，颜色一般呈浅褐色到深褐色或黑色，组织疏松，还原性较好，其中硫、磷、砷等有害杂质一般较多。菱铁矿为碳酸盐铁矿石，颜色呈灰色、浅黄色中褐色。受热分解放出CO2后，不仅提高了含铁量，而且变成多孔状结构，还原性很好。2—2评价铁矿石质量的标准是什么？答案：最重要的指标是含铁量要高。含铁在55%以上称为富矿。2、脉石中SiO2、CaO、Al2O3等含量越少越好。一般情况下SiO2、Al2O3含量高的铁矿石价值低，而CaO、MgO含量高的铁矿石价值高。3、含P、S、Pb、Zn、K、Na等有害杂质越少越好。4、铁矿石越容易还原越好。一般情况下，铁矿石的还原性磁铁矿差，赤铁矿居中，褐铁矿和菱铁矿最好。5、铁矿石一般都有较高的软化温度，常常大于1100℃，铁矿石软熔特性以软熔温度区间窄的矿石为好。6、铁矿石粒度约均匀越好。小于5mm的粒度的矿石比例要低于5%，粒度为5-10mm的比例要低于30%。一般要求，磁铁矿粒度要低于40mm，赤铁矿和褐铁矿低于50mm，中小高炉要求粒度在20-35mm。7、铁矿石成分要温度，要求含铁波动在±0.5%以内、碱度波动在±0.8以内。8、铁矿石抗爆裂性要好，还原度要高、含结晶水要少。我国铁矿石矿山多是贫矿，资源储量占到总量的80%。因此每年会从国外进入大量的高品位的矿石，主要是从澳大利亚和巴西。2—3焦炭在高炉生产中起什么作用，高炉冶炼过程对焦炭质量提出哪些要求？答：（1）、燃料，提供高炉冶炼所需要的大部分热量。（2）、还原剂，焦炭燃烧产生的CO是铁及其他氧化物进行还原的还原剂。（3）、高炉料主骨架。（4）、生铁渗碳的碳源，生铁形成过程中渗碳的碳源。焦炭质量要求：（1）、固定碳含量要高，灰分要低。（2）、含S、P有害杂质要少。（3）、成分稳定，挥发分含量适中，含水率低且稳定。（4）、强度高。（5）、焦炭均匀，使高炉透气性良好，但粒度稳定与否取决于焦炭强度。（6）、焦炭的高温性能。焦炭的反应性要低，抗碱性要强。2—4不同条件下的烧结固相反应有何不同，液相在烧结过程中起什么作用？答案：不同条件下的烧结，固相反应产物不同，开始反应温度也不同。液相作用：烧结矿的固结主要依靠液相完成。起黏结作用2—6烧结与球团有哪些区别？答：(1)、用料粒度差别，粒度越细，不利于烧结，而成球性越好，球团强度越高；（2）、成品矿的形状不同。烧结矿是形状不规则的多孔质块矿，而球团矿是形状规则的10～25mm的球球团矿较烧结矿粒度均匀，微气孔多，还原性好，强度高，且易于贮存，有利于强化高炉生产；（3）、团结成块的机理不同。球团主要靠固相，少量液相为辅；烧结主要是液相固结。；（4）、生产工艺不同。生产球团在原料配比中不像烧结需要燃料，只需球团的添加剂，而烧结中不需添加剂而用熔剂。2—7生球焙烧固结成球团矿的原理是什么？P53答：（1）、晶桥连接。磁精矿粉生球氧化产生Fe2O3微晶，Fe2O3以“微晶键”连接，将生球中颗粒互相黏结起来。（2）、固相烧结。生球颗粒之间开始由于固相扩散而形成渣化联接颈，然后由于球团空隙减少，密度增大而增大强度。（3）、液相烧结。烧结过程中生球中SiO2含量较高，焙烧温度过高时，可能产生一定的熔化而出现液相，冷却过程中液相凝固把生球中各矿粒黏结起来。一般认为，磁铁矿球团烧结固结机理是先氧化为Fe2O3，而后再结晶固结。3—1高炉冶炼过程中氧化物还原的热力学条件是什么，高炉内发生哪些主要还原反应？答案：吉布斯自由能改变量小于零，铁氧化物、硅酸铁、锰、硅磷、钒钛磁铁矿的还原3—2直接还原与间接还原在高炉冶炼过程中有什么不同作用？1、中温区所进行的还原反应称为间接还原反应，而把高温区所进行的还原反应称为直接还原反应。2、间接还原反应除Fe2O3→Fe3O4不可逆外，其它均属可逆反应。反应进行的方向取决于平衡气相组成，即CO/CO2和H2/H2O的比值。3、在高温区的直接还原反应中，H2与CO还原FeO的产物CO2和H2O，立即与焦炭中的碳素作用，又生成H2和CO去参与还原。H2和CO在高温直接还原反应的条件下，起着中间媒介的作用，大大推动了碳素直接还原反应地进行。因为固态的铁氧化物与焦炭之间的直接反应是很困难的，浸在渣中的焦炭与FeO的直接还原也是有限的，所以消耗碳素的直接还原反应实际上是通过气相的CO和H2来进行的。3—3为什么通常用生铁中的硅含量来表示炉温？答案：Si无论从液态还原还是从气态还原，都需要很高的温度，炉缸温度越高，还原进入生铁的Si就越多。反之，生铁中的Si就越少，炉缸温度(渣铁物理热)与生铁含Si成直线关系，因此通常用生铁含Si量来表示炉温3—4从铁氧化物中还原铁和从复杂化合物中还原铁有什么区别？答案：高炉原料中的铁氧化物常与其他化合物结合形成复杂化合物，形成这些复杂化合物时放出热量，能位降低，因此，从这些化合物中还原铁要比从自由铁氧化物中还原铁困难，要消耗更多的热量。3—5高炉炉渣是怎样形成的，炉渣在高炉冶炼过程中起什么作用？答：（1）初渣的生成。初渣的生成包括固相反应、软化、熔融、滴落几个阶段。（2）、中间渣的变化。形成的初渣在滴落下降过程中，随着温度升高，其化学成分和物理性质将不断发生变化，FeO不断被还原减少，流动性随温度的升高而增加。（3）、终渣的形成。中间渣经过风口区域后焦炭和喷吹煤粉燃烧后的灰分参与造渣，使渣中Al2O3和SiO2含量明显升高，而CaO和MgO却较初渣、中间渣相对降低。炉渣成分与性能趋于稳定后流入炉缸，形成终渣。作用：1、分离渣铁。由于炉渣具有低熔点、密度小和不溶于生铁的特点，渣、铁才能得以分离，获得纯净的铁。2、调整生铁成分。渣铁之间进行合金元素的还原及脱硫反应，起着控制生铁成分的作用。3、利于炉况顺行，能够获得良好的冶炼技术经济指标。4、保护炉衬，延长高炉寿命。炉渣附着在路墙上形成渣皮，起到保护炉衬的作用。3—6什么是炉渣的熔化温度和溶化性温度，他对高炉炼铁有什么影响？答案：炉渣的熔化温度指炉渣完全熔化为液相的温度，或液态炉渣冷却时开始析出固相的温度。影响：熔化温度是炉渣熔化性的标志之一，熔化温度高，表明它难熔，熔化温度低，表明它易熔。难熔炉渣在炉内温度不足的情况下，可能黏度升高，影响成渣带以下的透气性，不利于高炉顺行；但难熔炉渣成渣带低，进入炉缸时温度高，增加炉缸热量，对高炉冶炼有利。易熔炉渣流动性好，有利于高炉顺行，但降低炉缸热量，增加炉缸热消耗。因此，选择炉渣熔化温度时，必须兼顾流动性和热量两方面的因素。溶化性温度：炉渣从不能自由流动转变为能自由流动时的温度。影响：化性温度说明该温度下炉渣能否自由流动，因此，炉渣熔化性温度的高低影响高炉顺行和炉渣能否顺利排出。只有熔化性温度低于高炉正常生产所能达到的炉缸温度，才能保证高炉顺行和炉渣的正常排放。3—7哪些因素影响炉渣的脱硫能力？答：1、炉渣化学成分，炉渣碱度。一般规律是炉渣碱度愈高，脱硫能力愈强。但是，碱度过高使渣的流动性变坏，使炉渣的脱硫能力大大降低。高碱度渣只有在保证良好流动性的前提下才能发挥较强的脱硫能力。2、炉缸（渣、铁）温度。温度对炉渣脱硫能力的影响有两个方面：一是由于脱硫反应是吸热反应，提高温度对脱硫反应有利；二是提高温度降低炉渣黏度，促进硫离子和氧离子的扩散，对脱硫反应也是有利的。3、提高硫分配系数。4、还原性气氛。强烈的还原性气氛，可使渣中FeO不断被还原，不断降低其浓度，有利于反应向脱硫方向进行。4—1哪些因素影响炉料的顺利下降？（1）必要条件：①风口焦炭燃烧腾出空间；②焦炭在下降过程中，由于直接还原耗碳腾出空间；③矿石下降过程中，小颗粒进入大颗粒间，排列更紧密，矿石由固相变为液相体积收缩；④生成液态渣铁定期排出炉外。（2）力学条件：炉料在重力作用下降过程中受到一定的阻力，如：炉墙摩擦力、炉料之间的摩擦力、煤气对炉料的上浮力，炉料要想顺利下降必须克服这些条件。4—2炉缸燃烧反应在高炉冶炼过程中起什么作用，燃烧带对高炉冶炼有什么影响？答：炉缸燃烧反应在高炉冶炼过程中的作用如下：（1）、焦炭在风口前燃烧放出的热量，是高炉冶炼过程中的主要热量来源。（2）、炉缸燃烧反应的结果产生了还原性气体CO，为炉身中上部固体炉料的间接还原提供了还原剂，并在上升过程中将热量带到上部起传热介质的作用。（3）、由于炉缸燃烧反应过程中固体焦炭不断变为气体离开高炉，为炉料的下降提供了自由空间，保证炉料的不断下降。（4）、风口前焦炭的燃烧状态影响煤气流的初始分布，从而影响整个炉内的煤气流分布和高炉顺行。（5）、炉缸燃烧反应决定炉缸温度水平和分布，从而影响造渣、脱硫和生铁的最终形成过程及炉缸工作的均匀性，也就是说炉缸燃烧反应影响生铁的质量。燃烧带对高炉冶炼过程的影响1、对煤气流的分布的影响：燃烧带长，中心气流多；短则边缘多。燃烧带长和水平截面积大，煤气流分布均匀。燃烧带过长则中心过分发展，产生中心过吹。2、对炉缸工作均匀化的影响：燃烧带长，提高炉缸中心温度；短则边缘温度高。3、对高炉炉料下降的影响：燃烧带水平截面积大，炉料活动区域大，炉墙对炉料的摩擦力降低。4—3风口前理论燃烧温度与炉缸温度有什么区别，哪些因素影响理论燃烧温度？4—4炉缸煤气在上升过程中体积，成分和温度发生什么变化？答