炼铁试题

炼铁原理考试题以下每题8分：1 试述焦炭在高炉炼铁中的四个作用及对其质量的要求1）还原剂2）发热剂3）料柱骨架4）渗碳2 对比三种炼铁工艺，说明他们的特点高炉：产能大，但使用焦炭，污染环境成本较低直接还原：产能小（比如转底炉），但污染小，成本高熔融还原：产能较直接还原高，低于高炉，污染小，如果使用铁浴法成本低，但不成熟（没有成熟案例）3 试比较两种气态还原剂CO和H2在高炉还原过程中的特点1）H2的还原能力随着温度的增高（810℃）也在不断提高，而且比CO强。

温度低于810℃时，CO的还原能力则比H2强。

这是因为>810℃时,H2对O2亲和力大于CO对O2的亲和力,<810℃时则相反。

2）H2的粘度较CO低，有助煤气流动3）H2 52kj /mol.fe, C 250kj4 给出水当量的定义和在高炉内沿高度的变化单位时间内炉料和煤气温度变化1℃所吸收或放出的热量，5比较铁的直接还原度和高炉直接还原度，分析它们描述高炉内还原情况的优缺点。

铁的直接还原度在冶炼条件基本稳定的情况下，铁的直接还原度能较灵敏地反映高炉还原过程的变化。

直接还原度直接还原度(degree of direct reduction)高炉内直接还原发展的程度，是衡量高炉能量利用的图1直弧型板坯连铸机示例重要指标。

在高炉铁矿石还原过程中凡直接消耗碳产生ＣＯ的和参与ＣＯ２+C一2CO的反应，本质上都与铁的直接还原类似，都发生在高温区，并吸收热量，使风口前燃烧碳量减少、焦比增高。

表示方法直接还原度有铁的直接还原度和高炉直接还原度两种表示方法。

铁的直接还原度从Fe(r)中以直接还原方式得到的铁量与全部还原出来的铁量之比值(rｄ)。

它是由前苏联巴甫洛夫定义的。

他认为高炉内Fe2Ｏ3一Fe3Ｏ4一FeＯ全部由间接还原完成，从FeＯ还原到金属铁一部分靠ＣＯ、H２的间接还原，其余则靠碳的直接还原，式中Fe还为直接还原与间接还原两种方式还原出来的总铁量；Feｄ为直接还原的铁量；Ｏｄ为直接还原各种元素夺取的氧量；ＯｄＳｉ，ＭｎMn，Ｐ直接还原非铁元素夺取的氧量；ＯＦｅＯ一Fe由FeＯ还原到Fe时夺取的全部氧量；ＣｄＦｅ直接还原铁消耗的碳量。

直接还原度与间接还原度的总和为1。

也即相应的间接还原度rｉ＝1—ra＝Feｉ／Fe／Fe还。

在冶炼条件基本稳定的情况下，铁的直接还原度能较灵敏地反映高炉还原过程的变化。

高炉直接还原度高炉内氧化物(除FeＯ外尚有SiＯ2、MnＯ、P2Ｏ5，以及微量元素Nb、Ｃr、V、Ti等的氧化物)还原过程中，以直接还原方式夺取的氧量与还原夺取的总氧量之比(Rd)：计算直接还原度的计算用于高炉配料、物料平衡及热平衡计算，对求理论焦比以及生产分析都十分重要。

根据不同条件有多种计算方法。

要求已知各种原燃料成分、铁水成分、鼓风含氧量和湿度以及炉顶煤气成分等。

根据直接还原消耗碳量计算(ＣｄFe)式中C氧为焦炭及其他物料、喷吹物料中被鼓风或氧化物氧化进入煤气中的碳量，C氧＝C焦＋C 喷＋C料+C熔+C挥发—C铁—C尘，C焦、C喷、C料、C熔、C挥发、Ｃ铁、C尘分别为冶炼1t生铁由焦炭、喷吹燃料、其他炉料、熔剂、挥发分、生铁、炉尘等带入(+)或带出(—)的碳量，kg／t铁；cm为风口前燃烧的碳量，根据鼓风量(Ｖ风)计算，ＣｄＳｉ，Ｍｎ，Ｐ，Ｓ为生铁中非铁元素的直接还原及脱硫消耗的碳量，k／t铁；1．5Ｃ镕为熔剂分解出的ＣＯ２中的碳以及50％的ＣＯ在高温区与碳发生反应消耗的碳之和，kg／t铁；c挥发为焦炭挥发分ＣＯ２、CO、CH４中的碳量，kg／t铁。

风口前燃烧的碳量(Ｃ风)根据风量(Ｖ风)的计算式为C风＝Ｖ风(ｗ+0．5φ)／０．9333，式中ｗ、φ分别是鼓风中的氧含量及湿度；０．9333为燃烧1Ｋｇ碳消耗氧量，m３Ｏ２／kgＣ。

根据铁的间接还原度(rｉ)计算rd＝1－rｉＣＯ—ｒｉＨ２式中rｉＣＯ，ｒｉＨ２分别是铁的ＣＯ间接还原度和H２的间接还原度。

式中FeＣＯ是从FeＯ中用ＣＯ间接还原的铁量，kg／t铁，ＣＯ２(熔+挥)、Fe2Ｏ3、MnＯ2分别为冶炼1t生铁由熔剂、焦炭挥发分中带入的ＣＯ２、由炉料带入的Fe２O３(应扣除被H２还原生成FeＯ的部分)和MnＯ２的量，kg／t铁；式中Fe H２是被H2还原的铁量，kg／t铁；H2还＝H2总＝H２煤气，kg／t铁；α为还原FeＯ的氢占炉内参加还原氢的百分数，％，一般≥85％。

实际生产条件下，氢在高炉内的利用率(ηＨ２＝０．3～０．5，(H2还＝(０．3～０．5)H2总)，而其中约85％以上参加了FeO—Fe的还原，所以当未知炉顶煤气中的含氢量时，可用下式计算ｒＨ２：入炉总氢量H２总＝H２燃+２／１８(H2Ｏ风+H２Ｏ喷)]，其中H２燃为燃料中总氢量，H２Ｏ风、H２Ｏ喷分别是鼓风及喷吹物中含水量。

在全焦操作的情况下，高炉煤气中氢量较少，不必单独计算氢，为考虑H２参加还原的影响，只需将项改为即可，式中H２为炉顶煤气中含H２量；％；β为参加还原的氢量与未参加还原氢的比值，它取决于氢的利用率，一般取β＝０．5左右，阻z的含义是按炉顶煤气含氢量估算H。

间接还原生成的离开高炉的水蒸气量。

根据从FeＯ中直接还原夺取的氧(ＯｄＦｅ)计算式中OＲ为还原过程中夺取的总氧量ＯＲ＝Ｏ料—Ｏ渣ＦｅＯ—Ｏ尘ＦｅＯ即炉料中与铁结合的氧量和被还原少量元素Ｓi、Mn、P等结合的氧量之和，扣除炉渣中FeＯ含氧量(Ｏ渣ＦｅＯ)和炉尘中FeＯ含氧量(Ｏ尘FeＯ)，m３Ｏ２／t铁；ＯｄＳｉ，Ｍｎ，Ｐ…为少量元素还原过程中夺取的氧量，m３Ｏ２／t铁；Ｏｉ为间接还原夺取的氧量，m３Ｏ２／t铁。

以下每题15分：6 由FeO与硫的分配比图，比较不同冶炼的条件对炉渣去硫反应的利弊7 画出Rist操作线图，并说明图中A、B、C、D、E点的意义8 软熔带的成因及结构如何?其形状和位置对煤气运动的状态及高炉中其他过程有何影响?软熔带是指在高炉内部，炉料从开始软化到滴落的区域。

倒V形它的形状像倒写的V。

其特点是：中心温度高，边沿温度低，煤气利用较好，而且对高炉冶炼过程一系列反应有着很好的影响。

2、V形它的形状像V，其特点刚好与倒V形相反。

边沿温度高，中心温度低，煤气利用不好，而且不利于炉缸一系列反应。

3、W形其特点与效果介于两者之间。

2 、软熔带对高炉生产的影响软熔带的形状决定了高炉煤气中下部分布，因而在一定程度上可以认为软熔带决定了高炉炉内温度场的分布，它的形状与位置对高炉冶炼过程产生明显的影响，如矿石的预还原，生铁含硅，煤气利用，炉缸温度与活跃程度以及对炉衬的维护等。

目前倒V形软熔带被公认为是最佳软熔带。

各种形状软熔带对冶炼进程的影响如表1所示。

在软熔带内，矿石、熔剂逐渐软化、熔融、造渣而形成液态渣铁，只有焦炭此时仍保持着固体状态。

形成的熔融而粘稠的初成渣与中间渣充填于焦块之间，并向下滴落，使煤气通过的阻力大大增加。

在软熔带是靠焦炭的夹层即焦窗透气，在滴落带和炉缸内是靠焦块之间的空隙透液和透气。

因此提高焦炭的高温强度，对改善整个区域的料柱透气性、透液性有重要意义。

上升的高炉煤气从滴下带到软熔带后，只能通过焦炭夹层流向块状带。

通过软熔带后，煤气被迫改变原来的流动方向，向块状带流去。

所以在软熔带中焦炭夹层数及总面积对煤气流的阻力有很大影响。

对形状相同的软熔带，若软熔带高度较高时含有较多的焦炭夹层，供煤气通过的断面积大，煤气通过的阻力减小；反之，煤气通过时阻力大。

但是软熔带高度增大，块状带的体积则减小，即矿石的间接还原区相应减小，煤气利用变差，焦比升高；反之，软熔带高度降低，可以提高煤气利用率，降低焦比。

所以，较高的软熔带属高产型，一般利用系数较高；较矮的软熔带属低焦化型，燃料比较低。

当增加软熔带宽度时，煤气压力要增大，这不仅由于块状带的体积因软熔带变宽而缩小，而且也因包含在软熔带内的焦炭夹层长度相对增加所致。

当缩小软熔带宽度时煤气压阻力减小。

一般来说，软熔带越窄，焦炭夹层的层数越多，夹层越厚，孔隙率越大，则软熔带透气性越好。

当原料水平好时可采用煤气利用好的倒V型软熔带，当原料水平有所下降时可采用W型软熔带，当原料水平较差甚至无法维持高炉顺行时可采用V型软熔带9 煤气在散料层中运动时，分析影响其△P/H值的因素。

结合生产实际提出如何改进的措施。

2311.75[]()eP w H d ερεφ∆-= 孔隙度、比表面平均直径、形状因子炉料特性，煤气状态去除矿石粉末，使用热爆裂性小的矿石，使用高SCI 焦炭，高压操作，降低煤气密度和流速。

一、简答题(共8题，每题5分，合计40分)1．简述提高高炉喷煤量的主要措施提高粉煤的燃烧性（研磨粒度更细？），降低未燃煤粉率提高焦炭质量（高SCI 及大粒度）富氧，高风温，高压2．什么是熔融还原炼铁法?并简述其现状及发展状况熔融还原炼铁法——冶炼液态生铁的炼铁法（使用非冶金焦）。

6．简述脱硫的热力学和动力学条件三高一低高温（炉缸）、大渣量、高碱度。

低粘度（增加MgO ）影响高炉渣脱硫的因素主要有炉渣成分，炉缸温度，动力学因素，炉渣黏度以及高炉操作等。

炉渣成分由于铁水中碳饱和，炉缸中CO分压基本固定，所以脱硫反应的程度主要决定于渣中CaO、CaS的活度和铁水中硫的活度以及反应的温度和动力学条件。

从热力学角度看，CaO比MgO、MnO有更高的脱硫能力，渣中CaO的活度在碱度(CaO／SiO2)高过1.0左右后，提高很快，因而脱硫能力显著提高。

高炉炉渣的碱度根据脱硫需要一般为0.95～1.25。

过高的碱度，炉渣熔化温度增高，液相中将出现2CaO •SiO2固体颗粒，使炉渣黏度升高，流动性变坏，反而不利于脱硫。

MgO，MnO本身能在一定范围内与硫起反应，又能改善炉渣的流动性，它们的存在对脱硫有利。

生铁中碳、硅及磷等元素使硫的活度系数增大4～6倍，而且在高炉还原气氛下，炉渣中的FeO较低，从理论上说明高炉中具有良好的脱硫条件，因而钢铁冶炼过程中．脱硫主要应在高炉炼铁时完成。

高炉炉凉时，炉渣中FeO升高，对脱硫不利，生铁含硫升高，导致出现不合格铁水。

Al2O3对脱硫反应也有影响，当炉渣碱度不变时，增加Al2O3将使Ls变小，但当用Al2O3代替SiO2时，则能增大Ls。

炉缸温度：脱硫是吸热反应，温度愈高越有利于反应进行，加快反应速度。

在高温下能加速FeO的还原，降低渣中FeO含量，也就降低了炉渣的氧势。

温度升高还可降低炉渣黏度，加速离子扩散有利于反应进行。

实践证明，炉缸温度愈高Ls值愈大，脱硫速度愈快，生铁中含硫愈低。

动力学因素在实际的高炉生产中，脱硫反应达不到平衡，必须考虑反应速度。

脱硫反应的速度可表示为式中K M是反应速度常数。

研究表明，随着碱度提高，K M增大。