炼铁学习题

第一章1.高炉炼铁的本质（任务）：[1]还原：将铁的氧化物还原为金属铁[2]造渣：实现渣铁分离[3]加热与控制：获得温度与化学成分合格的铁水。

2.高炉内型：炉缸、炉腹、炉腰、炉喉3.有效容积：高炉出铁口中心线所在水平面到大料钟下降位置下沿水平面之间的容积。

4.简述高炉炼铁过程主要有哪些设备系统构成：[1]高炉本体；[2]供料系统：[3]送风系统；[4]除尘系统；[5]渣铁处理系统[6]燃料喷吹系统5.高炉冶炼过程的特点：[1]逆流过程：良好的热效应；[2]对原料的粒度有要求，保证料层的透气性[3]黑箱原理：要求原料的稳定性和操作的稳定性[4]需要焦炭：a.供热；b.支撑气流通道（焦窗）；c.还原剂、渗碳剂。

[5]连续过程：除计划检修和事故处理外，生产到一代炉龄。

6.高炉炼铁过程中，炉内可以分为哪几个区域？[1]固体炉料区；[2]软熔区；[3]疏松焦炭区；[4]压实焦炭区；[5]渣铁贮存区；[6]风口焦炭循环区；7.生产过程中应严密控制的个关键性环节：[1]送风条件：[2]软熔区的位置形状及尺寸[3]固体炉料区的工作状态。

8.高炉炼铁的优缺点：（了解）[1]优点：a热交换条件好热效率好；b易于大量处理原料，生产效率高；c可使用的原料；d,铁收得率高； e.作业率高； f.炉子寿命长；[2]缺点：a铁水难以准确控制成分；b操作上难以准确控制温度。

9.高炉法和非高炉法[1]高炉法：传统的以焦炭为能源，与转炉炼钢相配合，组成高炉—转炉—轧机流程，被称为长流程。

[2]非高炉法：泛指高炉以外，不以焦炭为能源，通常分为直接还原与熔融还原，一般与电炉配合，组成直接还原或熔融还原—电炉—轧机流程。

10.简述发展钢铁工业的必备条件;[1]稳定可靠的原材料资源供应[2]稳定的动力资源[3]发达的运输业11.简述造块过程的作用：[1]粒度适于高炉[2]改善冶金性能，使高炉冶炼指标得到改善[3]去除某些有害元素，某些条件下，可脱除Zn、As、K、Na。

12.高炉炼铁对含铁原料的质量要求：[1]含铁品位；[2]脉石成分；[3]杂质元素；[4]矿石化学成分的稳定性；[5]冷态强度和粒度；[6]高温性能：13.含铁原料的高温性能包括哪几个方面，各包括哪几个指标；[1]热强度：矿石在受热及被还原的过程中及还原后都不应因强度下降的破碎，以免矿粉堵塞煤气流通孔道而造成的冶炼过程的障碍。

指标有：热爆裂性；低温还原粉化率；还原膨胀[2]还原性能：矿石中铁结合的氧被还原剂夺取的难易程度，一般还原性好，碳燃料消耗量低，主要取决于矿物组成致密程度、空隙及气孔分布状态。

指标有：还原度；还原速率指数。

[3]软化性；[4]熔滴性；14.简述溶剂的质量要求[1]有效成分高[2]S、P要尽可能低[3]要有一定的强度和均匀的粒度15.简述生铁、熟铁、钢的相同点和不同点：[1]相同点：以铁元素为主，含少量碳、硅、锰、磷、硫等元素的铁碳合金。

[2]不同点：a)成分：碳和其他元素含量不同。

钢：含碳量小于2.11%生铁：含碳量大于2.11%熟铁：含碳量小于0.02%b)性质：钢：综合机械性能好生铁：性质脆而硬，不能锻造熟铁：质软，塑性好，易变性，强度和硬度均较低16.简述发展钢铁工业的优势：[1]钢铁材料具有良好的物理化学性能，能满足人们的各种需求，目前仍不能为其他材料所代替——现代社会仍是铁器时代[2]所需资源储量丰富——可供人类长期大量采用。

[3]冶炼容易，积累了数千年生产和加工的丰富经验，生产规模很大，效率高，质量好和成本低——具有其他工业无法无可比拟的竞争优势。

[4]废旧钢铁制品能够返回钢铁生产流程——可以反复回收利用17.高炉燃料焦炭的质量要求：[1]强度：以转鼓指数表示[2]固体碳要高，灰分含量要低[3]挥发分要少（0.8-1.2%）[4]S、P杂质要少[5]成分和性能的稳定性及粒度[6]反应性小18.炼焦工艺：[1]洗焦：降低原料中的灰分和S（类似于选矿）[2]配煤：控制混合煤料的胶质层厚度[3]焦炉操作：干馏过程（合理控制加热制度）[4]熄焦：水熄、干熄（N2+CO2）19.高炉喷吹燃料：[1]固体燃料：煤：a)灰分低，固体碳含量高b)含S低，c)可磨性好d)粒度小：-200目占80%e)爆炸性弱f)燃烧性弱，反应性好[2]气体燃料：天然气、石油气、焦炉和高炉煤气、转炉煤气、发生炉煤气[3]液体燃料：重油、柴油、焦油20.耐材的性能指标：[1]物理性能：a)致密度、气孔率、吸水率b)透气性、c)耐压轻度d)热膨胀性[2]使用性能：a)耐火度：抗高温变形融化性能的指标、用耐火锥变形的温度表示。

b)荷重软化点：在施加一定压力并以一定升温速度加热时，当耐材塌毁时的温度，表征其机械特性。

（软化开始温度，软化性）c)耐急冷急热性：是指在温度急剧变化条件下，不开裂、不破碎的性能。

d)抗蠕变性能：荷重温度下，形变率e)导热性及导电性f)抗渣性：在使用过程中抵御渣化的能力。

耐材的选择原则：使用温度、使用环境21.简述高炉对耐火材料选择的一般原则是什么？高炉风口一般使用哪种耐火材料？[1]通常，耐材的选择原则：a)炉身上部温度较低，采用耐火度低、成本也低的黏土砖b)炉身下部、炉腰及炉腹部位承受较高的温度，更重要的是这些部位承受初成渣、高温煤气和由下部蒸发的碱金属的冲刷和侵蚀，故选用质量高，强度大又耐多种侵蚀的用Si3N4结合的SiC砖。

c)炉缸上部风口附近，为防止氧化烧蚀选用高铝砖，以下部位要用来贮存液态渣铁，故选用抗渗透、抗渣侵蚀、耐火度高、导热性好的碳砖。

d)为防止开炉时强氧化气氛对碳砖的烧损，炉缸炉底覆盖了一层黏土砖及高铝砖。

e)在炉底靠近水冷管处有一薄层导热性良好、强度又高的石墨—SiC砖[2]高炉风口一般采用硅砖作为耐火材料。

22.评价高炉生产效率的指标：[1]有效容积利用系数：[2]炉缸面积利用系数：23.评估燃料消耗的指标：[1]入炉焦比：[2]折算入炉焦比：[3]综合煤比：[4]折算综合煤比24.衡量辅助燃料喷吹作业的指标：[1]喷吹率：[2]置换比：25.评价高炉冶炼强化程度的指标：[1]冶炼强度：[2]综合冶炼强度[3]无喷吹辅助燃料[4]喷吹燃料[5]燃烧强度26.高炉寿命的表示方法：[1]两代高炉大修之间高炉的实际运行时间，即不计计划中进行的中小修而造成的休风以及封炉时间。

（一般-5年为低寿命，5-10年为中等，+10年为长寿）[2]每立方米炉容在一代炉龄期内的累计产铁量（一般-3000t/m3为低寿命，3000-5000 t/m3为中等，+5000 t/m3为高寿命）第二章1.简述高炉炼铁过程中物理水的来源及其影响来源： a.原燃料的吸附水；b.雨季造成的炉料带入的物理水； c.高炉炉顶高温时洒水带入的物理水。

影响：消耗高炉炉顶多余的热量，对高炉炼铁过程不产生影响。

可降低炉顶温度，有利于保护炉顶设备。

2.说明蒸发、分解、气化及析碳反应可能对高炉冶炼带来的危害。

[1]蒸发：消耗高炉炉顶多余的热量，对高炉炼铁过程不产生影响。

可降低炉顶温度，有利于保护炉顶设备。

[2]分解：一般不影响高炉过程，担当结晶水/碳酸盐析出过晚时，可能进入高温区，耗碳。

（a.强烈吸热，消耗大量高温区宝贵的热资源；b.消耗固体碳，破坏焦炭强度；c.产生的还原性气体CO和H2利用率不高）对策：a)高炉尽可能使用全熟料入炉，少加或不加天然块矿、石灰石b)高炉若添加溶剂，应以生石灰代替石灰石c)高炉若添加石灰石，应适当减小石灰石粒度。

[3]气化：轻者—阻塞炉料空隙，煤气阻力上升，料块强度下降；重者—炉料难行，悬料以及炉墙结厚、结瘤。

解决办法：a.提高炉顶温度，增大炉气量； b.降低渣的碱度，增大渣量。

[4]析碳反应：消耗高炉上部气体还原剂中的CO，析出的碳素渗入炉墙可破坏护衬，渗入炉料则可使炉料破坏，产生粉末阻碍煤气流，其自身形成的粉末阻塞炉料间空隙，使透气性下降。

（通常析碳反应量较少，对冶炼影响不大）原的曲线及具体反应，说明二者的差别，标出铁氧化物及金属铁的稳定区。

[1]对于CO，除Fe3O4−Fe x O曲线右上斜（吸热反应）外，其余左上斜（放热反应），对于H2，全部右上，均为吸热反应[2]<810℃,CO还原能力强于H2,>810℃, H2还原能力强于CO[3]对于CO，FeO—Fe最难还原对于H2，Fe3O4—Fe最难还原（实线为H2H2，虚线为CO）区，并说明依据a.反应消耗的还原剂是C，CO与H2仅起把FeO的O传给固体C的作用b.反应的平衡气相成份与温度的关系。

可由CO，H2还原铁氧化物与C的气化反应的等压平衡线组成。

c. C气化反应将图一分为二：左边CO％高于平衡气相CO％。

右边相反。

d.C气化反应与铁氧化物CO还原反应相交于680℃，710℃：e.一般气化反应800℃才能开始。

1000℃以上可剧烈进行。

所以，C还原温度应>710℃。

但由于高炉内煤气流速大，CO分解进行慢，各反应均未达平衡，CO在低温下，浓度高，也可还原出Fe5.研究高炉炼铁过程气固相还原反应动力学的目的发展间接还原、提高冶炼效率、降低燃料消耗6.什么是未反应核模型？反应过程处于不同控制环节的特征[1]内容：✧还原气体穿过边界层的外扩散✧还原气体穿过产物层的内扩散✧还原气体在反应界面的吸附✧界面化学反应✧氧化气体解附✧氧化气体穿过产物层的内扩散✧氧化气体穿过边界层的外扩散[2]不同控制环节的特征：a)外扩散控制：βA远小于De、k时，t与r0、f成正比b)内扩散控制：De远小于βA、k时，t与r02,1＋2（1－f）-3(1-f)2/3正比c)界面化学反应控制：k远小于βA 、De时，t与r0、1－(1-f) 1/3成正比。

d)混合控制：[3]未反应核模型的缺点：a)单颗粒：高炉用的是物料群b)等温反应模型：高炉内物料温度不断升高c)稳定态，平衡态。

未反应核模型只适用于致密或孔隙度很低的固相反应物（矿球）对孔隙度高的的矿球可应用多孔体积反应模型7.影响高炉气固反应的因素：（不详细）[1]温度；[2]压力[3]煤气成分[4]煤气流速[5]矿石粒度[6]矿石种类和性质8.简述高炉冶炼硅铁和锰铁的基本条件：[1]硅铁：a)温度高b)硅源c)碱度低d)Ca F2e)P CO[2]锰铁：a)提高炉温：平衡常数值K Mn增大，同时提高反应速率，使实际的分配比尽量接近平衡值。

b)提高炉渣碱度：(MnO)为碱性组份，渣中碱性物增多可提高MnO在渣中的活度系数。

Al2O3有使分配比提高的倾向。

c)提高生铁[Si]量：可促使渣铁接触时，[Si]氧化为(SiO2)发生相应的耦合反应，(MnO)下降9.硅的还原历程及反应机理：[1]Si还原历程：Si的氧化物有二种：SiO2，SiO(气) ，逐级转化＞1500℃SiO2—4SiO(气)—4Si＜1500℃SiO2—SiSiO2(s)+2C=Si(s)+2CO △G0＝174300－90.6T反应开始温度T b＝1923K＝1650℃SiO2 (s)+C＝SiO(g)+CO △G0＝159200－78.7T反应开始温度T b＝2022K＝1749℃[2]SiO2的还原机理：a)气相反应机理：Si的还原是通过气相的SiO及SiS等中间化合物进行的。