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
1）从煤气利用角度出发：炉料与煤气分布在炉子横截面上分布均匀，煤气流与炉料尽可能均匀的接触。

但这样的接触方法对下降炉料产生很大的阻力，不利于高炉顺行。

2）从高炉顺行角度分析：要求炉子边缘气流与中心气流适发展。

边缘气流发展，有利于降低固体料柱与炉墙间的摩擦力，使高炉顺行；适当发展中心，使炉缸中心活跃。

但煤气流的这种分布对煤气能量利用不利。

可见，高炉顺行与煤气能量利用之间有一定矛盾，合理的煤气分布就是采用适当的送风制度和装料方法控制好炉内两股煤气流的发展程度，在保证顺行的基础上，达到煤气能量利用最好和燃料消耗最低的目的。

9.何谓高炉四大操作制度，何谓“上部调节”和“下部调节”。

装料制度
送风制度
风温、风量含氧量、风压、风口直径、喷吹量等参数.
两个重要参数：风速和鼓风动能
造渣制度：控制炉渣各种理化性能的总称包括造渣过程
和终渣性能
热制度：在工艺操作上控制高炉内热状态方法的总称。

包括上部调节焦炭用量和下部调节送风参数
上部调节
▪炉料装入炉内方式的总称；
▪不同炉料对煤气流的阻力有差异；
▪炉料在高炉横截面上的分布状况影响煤气流的分布；
▪煤气流分布直接影响矿石的下降、还原、软化熔融等。

10.如何实现高炉系统的高压操作？高压操作以后对高炉冶炼进程的影响如何？并说明原因。

炉顶煤气压力>50（30）kPa时（国外认为>150kPa）称之为高压操作
1.鼓风机要有满足高压操作的压力，保证在高压操作下能向高炉供应足够风量；
2.高炉及整个炉顶煤气系统和送风系统必须保证可靠的密封及足够的强度以满足高压操作要求。

高压操作对冶炼的影响
11.提高风温后高炉冶炼进程将发生什么变化？并说明原因。

1)风口前燃烧C量减少
原因:风温提高是焦比下降所致（热风带入显热代替了部分焦炭的燃烧热）
2)高炉内温度场发生变化
原因：每↑100℃风温，风口理论燃烧温度↑60～80℃
C风↓→煤气量↓→使炉身上部温度↓
3)直接还原度略有升高
原因：CO↓和炉身温度↓
4)炉内压损△P ↑
原因：
焦比↓→料柱透气性变差
炉下部温度↑：煤气流速↑和SiO2挥发↑
→堵塞料柱孔隙
5)有效热消耗减少
焦比↓→灰分↓ → 渣量↓和硫量↓ → 脱硫耗热↓
6)改善生铁质量
风温↑ → 焦比下降，高炉的硫负荷下降，炉缸温度升高，热量充沛， → 易于冶炼低硫生铁；
12.提高风温可采取什么措施？风温的进一步提高受何限制？
13.什么是鼓风动能？ 鼓 风 动 能
式中：Q0－标准状态风量，m3/s ；
()()2
0027367602737367602121⎥⎦⎤⎢⎣⎡++*****==P t s n Q n g Q mV E ν
g －重力加速度，m/s2；
ν－空气标态重度，kg/m3；n －风口个数；
S －每个风口的通风截面积，m2；
P －热风压力，表压kg/cm2；
t －热风温度，℃。

14.直接还原定义Direct Reduction
指铁矿石在低于熔化温度之下还原成海绵铁的生产过程
15.熔融还原Smelting Reduction
指非高炉炼铁方法中那些冶炼液态生铁的工艺过程
16.海绵铁是一种低温固态下还原的金属铁。

性质：含碳低（<1%），不含硅锰等元素，而保存了矿石中的脉石。

海绵铁的主要用途是：1，要求最高的是冶金粉末；2，其次炼钢做稀释剂；3，铸造，炼铁；4，其余的还有滤料，配重，冷却等用途。