钢铁冶金学(炼铁部分)

第一章概论

1、试述3种钢铁生产工艺的特点。

答：钢铁冶金的任务：把铁矿石炼成合格的钢。工艺流程：①还原熔化过程（炼铁）：铁矿石→去脉石、杂质和氧→铁；②氧化精炼过程（炼钢）：铁→精炼（脱C、Si、P等）→钢。

高炉炼铁工艺流程：对原料要求高，面临能源和环保等挑战，但产量高，目前来说仍占有优势，在钢铁联合企业中发挥这重大作用。

直接还原和熔融还原炼铁工艺流程：适应性大，但生产规模小、产量低，而且很多技术问题还有待解决和完善。

2、简述高炉冶炼过程的特点及三大主要过程。

答：特点：①在逆流（炉料下降及煤气上升）过程中，完成复杂的物理化学反应；

②在投入（装料）及产出（铁、渣、煤气）之外，无法直接观察炉反应过程，只能凭借仪器仪表简介观察；③维持高炉顺行（保证煤气流合理分布及炉料均匀下降）是冶炼过程的关键。

三大过程：①还原过程：实现矿石中金属元素（主要是铁）和氧元素的化学分离；②造渣过程：实现已还原的金属与脉石的熔融态机械分离；③传热及渣铁反应过程：实现成分与温度均合格的液态铁水。

3、画出高炉本体图，并在其图上标明四大系统。

答：煤气系统、上料系统、渣铁系统、送风系统。

4、归纳高炉炼铁对铁矿石的质量要求。

答：①高的含铁品位。矿石品位基本上决定了矿石的价格，即冶炼的经济性。②矿石中脉石的成分和分布合适。脉石中SiO2和Al2O3要少，CaO多，MgO含量合适。③有害元素的含量要少。S、P、As、Cu对钢铁产品性能有害，K、Na、Zn、Pb、F对炉衬和高炉顺行有害。④有益元素要适当。Mn、Cr、Ni、V、Ti 等和稀土元素对提高钢产品性能有利。上述元素多时，高炉冶炼会出现一定的问题，要考虑冶炼的特殊性。⑤矿石的还原性要好。矿石在炉被煤气还原的难易程度称为还原性。褐铁矿大于赤铁矿大于磁铁矿，人造富矿大于天然铁矿，疏松结构、微气孔多的矿石还原性好。⑥冶金性能优良。冷态、热态强度好，软化熔融温度高、区间窄。⑦粒度分布合适。太大，对还原不利；太小，对顺行不利。5、试述焦炭在高炉炼铁中的三大作用及其质量要求。

答：焦炭在高炉的作用：（1）热源：在风口前燃烧，提供冶炼所需的热量；（2）还原剂：固体碳及其氧化产物CO是氧化物的还原剂；（3）骨架作用：焦炭作为软融带以下唯一的以固态存在的物料，是支撑高达数十米料柱的骨架，同时又是煤气得以自下而上畅通流动的透气通路；（4）铁水渗碳。

质量的要求：粒度适中、足够的强度、灰分少、硫含量少、挥发成分含量合适、反应性弱（C+CO2=2CO）、固定C高等。

6、试述高炉喷吹用煤粉的质量要求。

答：1、灰分含量低、固定碳量高；2、含硫量少；3、可磨性好；4、粒度细；5、爆炸性弱，以确保在制备及输送过程中的人身及设备安全；6、燃烧性和反应性好。

7、熟练掌握高炉冶炼主要技术经济指标的表达方式。

η：每M3高炉有效容积每昼夜生产的合格铁量答：1、有效容积利用系数

u

(T/M 3.d)。

2、焦比：冶炼每吨生铁所消耗焦炭的千克数(kg/T)。

3、煤比：冶炼每吨生铁所消耗的煤粉的千克数(kg/T)。

4、燃料比(焦比+煤比+油比)：冶炼每吨生铁所消耗的固体和液体燃料的总和(kg/T)。

5、综合焦比(焦比+煤比×煤焦置换比)

)

()()()(t kg 产量折算合格生铁干焦耗用量入炉焦比折算= )()()()(t kg 产量折算合格生铁综合干焦耗用量综合焦比折算=

6、煤焦置换比：喷吹1kg 煤粉所能替代的焦炭的kg 数。一般为0.8～1.0(不包括褐煤)。

7、焦炭冶炼强度：每M 3高炉有效容积每昼夜燃烧的焦炭吨数(t/ M 3.d)。通常为0.8～1.0t/M 3.d 。

8、综合冶炼强度：每M 3高炉有效容积每昼夜燃烧的综合焦炭的吨数(t/M 3.d)。一般为0.9～1.15t/M 3.d 。

9、利用系数、焦比及冶炼强度三者关系：纯焦冶炼时，利用系数＝焦炭冶炼强度/焦比；喷吹燃料时：利用系数＝综合冶炼强度/综合焦比。

10、燃烧强度：每M 3炉缸截面积每昼夜燃烧的焦炭的吨数(t/ M 3.d)

11、工序能耗Ci ＝(燃料消耗+动力消耗-回收二次能源)/产品产量(吨标准煤/T)，1kg 标准煤的发热量为29310 kJ(7000千卡)。

注：

1、把铁矿石炼成合格的钢：①还原熔化过程（炼铁）：铁矿石→去脉石、杂质和氧→铁；②氧化精炼过程（炼钢）：铁→精炼（脱C 、Si 、P 等）→钢。

2、高炉原料：①铁矿石（凡是在当前的技术条件下，可经济地提取出金属铁的岩石，称为铁矿石。地壳中Fe 元素居第四位，占4.2 ％；在鉄矿石中不存在纯金属的铁，而是以氧化物、硫化物的形式存在；除含Fe 氧化物外，含有其他化合物，统称为脉石，常见的SiO 2、Al 2O

3、CaO 、MgO 。）：天然富矿、人造富矿（烧结矿、球团矿）；②熔剂：碱性熔剂（石灰、石灰石、白云石）、酸性熔剂（硅石）、特殊熔剂（萤石）；③其他含铁代用品(要求含铁梁高、杂质少、有一定的块度)：高炉和转炉炉尘、残铁、轧钢铁皮、硫酸渣。

3、铁矿石的分类：赤铁矿(Fe 2O 3)，理论含Fe70％，红条痕，较软，易还原；铁矿(Fe 3O 4)，理论含Fe72.4％，黑条痕，较硬，难还原；褐铁矿(xFe 2O 3.yH 2O)，黄褐条痕，疏松多孔，易还原；菱铁矿(FeCO 3)，理论含Fe48.2％，灰黄条

痕，焙烧后易还原。 由于地表的氧化作用，自然界中纯磁铁矿少见。磁铁矿变成：半假象赤铁矿（Fe/FeO 在3.5-7）或假象赤铁矿（Fe/FeO>7）。所谓假象：化学成分：Fe 3O 432e O F →，结晶构造不变，保持磁铁矿特征。

4、高炉燃料：气体燃料（焦炉煤气、高炉煤气）用于热风炉；固体燃料（焦炭、煤粉）用于高炉本体。