钢铁冶金概论整理

1、简述高炉冶炼过程的特点及三大主要过程。

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，无法直接观察炉内反应过程；

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。

三大主要过程：

1）还原过程

实现矿石中金属元素（主要是Fe）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

实现成分及温度均合格的液态铁水。

2、试述焦炭在高炉炼铁中的三大作用及其质量要求。

焦炭的三大作用：

1）热源→在风口前燃烧，提供冶炼所需热量；

2）还原剂→本身及其氧化产物CO均为铁氧化物的还原剂；

3）骨架和通道→矿石高温熔化后，焦炭是唯一以固态存在的物料。

有支撑数十米料柱的骨架作用

有保障煤气自下而上畅流的通道作用

作用3）是任何固体燃料所无法替代的。

4）生铁渗碳的碳源。

对焦炭的质量要求：

1）强度高；

2）固定C高；

3）灰分低；

4）S含量低；

5）挥发份合适；

6）反应性弱（C＋CO2→2CO）；

7）粒度合适

为矿石平均粒度的3～5倍为宜，d小/d大≈0.7

3、熟练掌握高炉冶炼主要技术经济指标的表达方式。

1）、有效容积利用系数ημ

定义：每M3高炉有效容积每昼夜生产的合格铁量（t/ m3.d）。

我国ημ＝1.6～2.4 t/ m3.d ；

日本ημ＝1.8～2.8 t/ m3.d

2）、焦比

定义：冶炼每吨生铁所消耗的焦炭的千克数（Kg/t）。

我国焦比为250～650Kg/t

3）、焦炭冶炼强度

定义：每m3高炉有效容积每昼夜燃烧的焦炭吨数（t/ m3.d）。

一般为0.8～1.0t/ m3.

4）Co利用率

3.烧结矿和球团矿有什么区别？

1）．富矿短缺，必须不断扩大贫矿资源的利用，而选矿技术的进步可经济地选出高品位细磨铁精矿。这种过细精矿不益于烧结，透气性不好，影响烧结矿产量和质量的提高，而用球团方法处理却很适宜，因为过细精矿易于成球，粒度愈细，成球性愈好，球团强度愈高。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）．适于球团法处理的原料已从磁铁矿扩展到赤铁矿、褐铁矿以及各种含铁粉尘，化工硫酸渣等；从产品来看，不仅能制造常规氧化球团，还可以生产还原球团、金属化球团等；同时球团方法适用于有色金属的回收，有利于开展综合利用。

4）.固结成块的机理不同：烧结矿是靠液相固结的，为了保证烧结矿的强度，要求产生一定数量的液相，因此混合料中必须有燃料，为烧结过程提供热源。而球团矿主要是依靠矿粉颗粒的高温再结晶固结的，不需要产生液相，热量由焙烧炉内的燃料燃烧提供，混合料中不加燃料。

5）生产工艺不同：烧结料的混合与造球是在混合机内同时进行的，成球不完全，混合料中仍然含有相当数量未成球的小颗粒。而球团矿生产工艺中必须有专门的造球工序和设备，将全部混合料造成10～

25mm的球，小于10mm的小球要筛出重新造球。

4.简述烧结矿的固结机理。何种液相有利于烧结矿质量的提高?

固态反应的机理是离子扩散。烧结料中各种矿物颗粒紧密接触，它们都具有离子晶格构造。在晶格中各结点上的离子可以围绕它们的平衡位置振动。温度升高，振动加剧，当温度升高到使质点获得的能量(活化能)足以克服其周围质点对它的作用能时，便失去平衡而产生位移(即扩散)。相邻颗粒表面电荷相反的离子互相吸引，进行扩散，遂形成新的化合物，使之连接成一整体。

FeO-SiO2，CaO-FeO-SiO2和CaO-Fe2O3三个易熔相，有利于烧结质量的提高。

5.从烧结矿和球团矿性能比较，说明合理的含铁原料搭配模式。

6.液泛现象定义、危害、预防措施

液泛：当煤气流速超过一定值时，煤气浮力超过液体向下重力，液体将滞留在焦炭层内而不能下流，严重时引起液泛，这时的压降梯度几乎垂直向上剧增，高炉顺行破坏。

危害：

1)高度弥散在渣铁间的气泡，使煤气流阻力大大升高；

2)被煤气流吹起的渣铁，在上部较低温度区域，有重新冷凝的危险；

3)渣铁的重新冷凝，一方面将导致料柱孔隙度降低，煤气流动受阻。另一方面，可造成炉墙结厚、结瘤，破坏高炉顺行。

对策：

提高焦炭粒度→ Fs ↓→f↓ (液泛因子)

改善焦炭强度→避免冶炼过程的细粒化→f↓

降低炉渣粘度→η↓→f↓

减少渣量L ↓→ K (流体流量比) ↓

减小气流速度↓ω→f↓ (高压操作)

大力发展间接还原→f↓

提高炉渣表面张力(表面张力小，易起泡→渣体积↑→↑ω→f↑ ) 7.试述水当量的定义及其在高炉高度方向上的变化特征。

1) 水当量定义

单位时间内炉料和炉内煤气温度变化1℃时，所吸收或放出的热量。

(2) 高炉高度方向的水当量变化特征

ω气：沿高炉高度方向变化很小

原因：下部气体量相对少，但热容较大；

上部气体量相对多，但热容较小；

两者的乘积变化不大！

ω料：在高炉上部变化不大、下部变化较大

原因：上部间接还原的放热补偿作用；

下部直接还原、熔损反应、熔化等使C料↑↑；进入炉缸仅剩渣铁过热耗热，C料↓↓在下部ω料存在峰值！

8.论述煤气流分布、煤气能量利用、高高炉顺行之间的关系