北科冶金复试真题答案汇总 - 图文

2005

一、名词解释（每题5分，共45分）

1. 高炉喷煤置换比：喷吹1kg煤粉所能代替的焦炭的千克数（一般为0.8左右）

2. SFCA：复合铁酸钙，铁酸钙中均含有一定量的Al2O3、SiO2等，故称为复合铁酸钙，记为SFCA。

3. 高炉的“四大操作制度”：装料制度；送风制度；造渣制度；热制度

4. 直接还原炼铁法；指矿石在低于熔化温度下还原成海绵铁的炼铁过程，其产品叫做直接还原铁，也称海绵铁。

5. 炼钢的主要原材料：铁水，废钢，生铁块；辅助材料有石灰、萤石、生白云石、菱镁矿、铁合金、冷却剂和增碳剂。

6. 顶底复吹转炉；通过顶枪和底部透气结构向转炉供气。按吹炼目的，复吹转炉分为加强搅

拌型、强化冶炼型和增加废钢用量型三类。

工艺特点①结合了顶吹、底吹转炉的优点

②反应速度快，热效率高，可实现炉内二次燃烧 ③吹炼后期强化熔池搅拌，使钢渣反应接近平衡

④保持顶吹转炉成渣速度快和底吹转炉吹炼平稳的双重优点 ⑤进一步提高了熔池脱磷脱硫的冶金效果 ⑥冶炼低碳钢（C=0.01～0.02%），避免了钢渣过氧化。

7. 炉外精炼；一般是指把转炉、电弧炉中初炼的钢水移到另一个容器中（一般是钢包），为

得到比初炼更高的生产率，更高的质量，而进行的冶金操作，也称二次精炼

8. 钢中五大元素；C、Si、Mn、P、S 9. 炼钢炉渣的基本组成及其作用： 答：炉渣基本组成：石灰，白云石，萤石

作用：a、脱硫脱磷 b、吸收氧化产物，减少钢液非金属夹杂 c、防止金属喷溅 d、保护炉衬

二、简答题（每题5分，共45分）

1. 简述现代钢铁生产流程。

答：长流程：采矿→选矿→烧结→高炉→铁水预处理→转炉→炉外精炼→连铸→连轧 短流程：直接还原（熔融还原）→电炉→炉外精炼→炉外精炼→连铸→连轧

2. 简述厚料层烧结的理论基础。

答：“自动蓄热作用”是厚料层烧结技术的理论基础。 自蓄热作用：即随烧结矿层的下移，料层温度最高值逐渐升高。自动蓄热来源于被上层热烧结矿预热了的空气以及自上层带入的热废气的加热作用。随着烧结过程的进行，燃烧层向下移动，烧结矿层增厚，自动蓄热作用愈显著，愈到下层燃烧温度愈高。灼热的烧结矿层相当于一个蓄热室。厚料层烧结可降低能源以及提高成品率。

3. 简述CO和H2还原铁氧化物的异同。

答：1）、用CO还原，除Fe3O4→FeO为吸热反应外，其余均为放热反应，用H2还原，全部曲线向下倾斜，均为吸热反应； 2）、低于810℃CO的还原能力大于H2的还原能力，反之则反。

3）、CO作为还原剂，FeO→Fe最难还原，H2作为还原剂，Fe3O4→Fe最难还原 4）、从反应动力学看，H2分子半径小，分子量小，粘度低，扩散能力强。以此说明不论在低温或高温下，H2还原反应速度CO还原反应速度快。 5）、在高炉冶炼条件下，H2还原铁氧化物还可以促进CO和C还原反应的加速进行。 6）、H2与CO还原一样，均属于间接还原，反应前后气相体积没有变化，即反应不受压力影响。 7）、除Fe2O3的还原外，Fe3O4和FeO的还原均为可逆反应。

4. 简述高炉上、 下部悬料的原因。

答：1）、上部悬料：即块状带悬料，块状带是由矿石和焦炭的层状分布结构组成的，当料层中某一局部由于升华物冷凝、碳素沉积反应或由于碱金属蒸汽的强烈作用而强度下降产生大量粉末，造成局部料层空隙度变小，阻力因子急剧增大，局部煤气压降梯度随之增大，炉料停止下降，发生悬料。 2）、下部悬料：高炉软熔带一下出现液相，透气性差，煤气流拖住炉料，产生悬料。热制度的波动引起软熔带位置的变化，液泛现象也导致悬料。

5. 简述降低高炉燃料比的途径。

答：降低燃料比的途径：（1）降低直接还原度，发展间接还原；（2）降低作为热量消耗的碳量，减小热损失。

降低高炉燃料比的具体对策：（1）高风温，降低作为热量消耗的碳量；（2）高压操作，风压不变条件下，高压操作后有利高炉顺行，煤气利用率升高；抑制碳的熔损反应，有利于发展间接还原；[Si]的还原减少，耗热减少；炉尘吹出量减少，碳损降低；煤气停留时间长有利于间接还原（3）综合鼓风，脱湿鼓风有利于减少水分的分解耗热，降低燃料比；富氧鼓风与喷煤相结合，提高风口前煤粉燃烧率；适当增加煤气中H2含量，有利于发展间接还原（4）精料：提高含铁品位，降低渣量，热量消耗减少；改善原料冶金性能，提高还原度，发展间接还原；加强原料整粒，提高强度，改善料柱透气性；改善焦炭质量（尤其是高温性能：反应性、反应后强度），强化焦炭骨架作用，降低焦炭灰分；合理炉料结构；控制软熔带厚度，减小煤气阻力损失；降低S负荷，减小脱S耗热。改善煤粉燃烧性（助燃剂等），降低灰分。 扩展：.通过什么途径可降低焦比? 答案：（1）降低热量消耗 ； （2）降低直接还原度；（3）增加非焦碳的热量吸收 ；（4）增加非焦碳的碳素收入

6. 简述炼钢过程脱碳反应的特点和作用。

答：特点：1）吹炼初期，温度较低，脱碳速度小。硅、锰与氧的亲和力大，首先氧化放热，随着温度升高，脱碳速度逐渐增大

2）吹炼中期，脱碳速度达到最大值基本保持不变，碳含量高，供氧为脱碳反应限制环节 3）吹炼后期，达到临界碳含量以后，随着碳含量的减少，碳在钢液中的扩散成为限制环节，脱碳速度降低。

作用：碳氧反应不仅完成脱碳任务；加大钢—渣界面，加速反应的进行；均匀熔池中成分和温度；有利于熔渣的形成；有利于非金属夹杂的上浮和有害气体的排出；放热升温。

7. 简述炉外精炼的单元操作。

答：（1）渣洗精炼：精确控制炉渣成分,通过渣钢反应实现对钢水的提纯 精炼。主要用于钢水脱氧、脱硫和去除夹杂物等方 面。

（2）真空精炼：在真空条件下实现钢水的提纯精炼。通常工作压力 ≥50Pa,适用于对钢液脱气、脱碳和用碳脱氧等反应 过程。

（3）熔池搅拌：通常是向反应体系提供一定的能量,促使该系统内的 熔体产生流动。通过对流加速熔体内传热、传质过 程,达到混匀的效果。搅拌的方法主要有气体搅拌、 电磁搅拌和机械搅拌三种方法。

（4）喷射冶金：通过载气将固体颗粒反应物喷入熔池深处,造成熔池的强烈搅拌并增大反应面积。固体颗

粒上浮过程中发生熔化、溶解,完成固－液反应,显著提高精炼效果。

（5）加热与控温：为了精确控制反应温度与终点钢水温度,多炉炉外精炼设备采用了各种不同的加热功能,避免精炼过程温降。主要的加热方法有:电弧加热、化学加热和脱碳二次燃烧加热。

8. 简述连铸中间包的作用。

答：1）稳定钢流，减少钢流的静压力和对结晶器中坯壳的冲刷；

2）均匀钢水温度，促进非金属夹杂物上浮去除； 3）分配钢液，多流连铸机由中间包对钢水进行分流； 4）储存钢液，多炉连浇换包时起缓冲衔接作用。 5）中间包冶金：挡墙，吹气，过滤和加热等

9. 简述连铸机的组成及其作用。

答：1）组成：钢包回转台，中间包及其载运设备，结晶器及其振动装置，二次冷却装置，拉坯矫直装置，引锭装置和铸坯切割装置。

三、论述题（从6题中选4题，每题15分，共60分）

1. 比较高碱度烧结矿和酸性氧化球团矿各自的特点，并说明我国高炉主要的含铁原料搭配模式。 答：1） 特点

2）搭配模式：高碱度烧结矿+酸性球团矿+块矿的综合炉料（考虑其冶金性能互补性） a、可克服因烧结矿碱度过高难熔而使单体不能滴落，而造成高炉操作困难的缺点 b、可以避免酸性炉料软熔温度过低，软化区间过宽的缺点

c、可以提高压差陡胜温度，使最大压差值降低，提高料柱透气性

d、可以发挥高碱度烧结矿冶金性能优良的优越性和酸性球团矿强度高，还原性，高粒度均匀，品位高的有点

e、酸性球团矿在升温还原过程中产生低熔点液相渣与呈固体状态的高碱度烧结矿发生渣化，抑制升温还原过程中低熔点液相渣的生成，有效地改善综合炉料的高温冶金性能。

2. 论述风口喷吹煤粉对高炉冶炼过程的影响，并说明其原因。

答：1）风口前燃料燃烧的热值下降：煤粉燃烧的脱气和结焦消耗热量，煤粉在燃烧区停留时间短，具有部分未燃煤粉

2）扩大燃烧带：.炉缸煤气量增加；部分煤粉在直吹管和风口内燃烧，在管路内形成高温(高

于鼓风温度400-800℃),促使中心气流发展（鼓风动能上升）

3）风口前理论燃烧温度下降：作为喷吹物的煤粉是冷态的；煤粉的热分解需要消耗热量 4）直接还原度降低：还原性组分（CO＋H2）浓度上升，绝对量上升(煤气量上升所致)；炉下部温度↓碳熔损反应受到抑制，焦比下降焦炭与CO2反应的表面积下降；焦比下降→单位生铁的炉料容积下降→矿石在炉内停留时间上升

5）煤气阻力损失（△P）上升：焦炭量下降，料柱透气性下降；煤气量上升，煤气流速增大 6）炉内温度场变化：高温区上移，炉身温度和炉顶温度略有上升；炉缸温度趋于均匀，炉缸边缘温度下降，风口理论燃烧温度下降所致，炉缸中心温度上升，煤气穿透能力增强所致

7）存在热滞后现象：喷入炉内的煤粉要分解吸热，炉缸温度暂时下降；被还原性强的煤气作用的炉料下降到炉缸后，由于直接还原耗热减少，炉缸温度回升；“热滞后”时间约为3－4小时

3. 分别论述高炉和转炉内，用炉渣进行脱硫反应的热力学和动力学条件，并比较高炉和转炉炉内脱硫的利弊。

答：1）高炉内： ①热力学脱硫分三步：

[FeS]→(FeS) (FeS) + (CaO)====(CaS) + (FeO) (FeO) + C===Fe + CO 总反应： [FeS]+(CaO)+C === (CaS)+Fe+CO 影响炉渣脱硫的热力学条件： a、提高温度：脱硫反应吸热

b、炉渣组成：炉渣碱度，R ? ? a(O2?) ? ? LS ?；渣中与S结合能力强的元素多，如CaS、MnS，使?(S2?) ? ? LS?；渣量，大渣量提高脱硫能力。

c、铁水成分：碳、硅、磷提高LS ，高炉内碳、硅、磷含量高，利于脱硫 d、高炉还原性气氛，还原渣[%O]。

②动力学条件：足够的炉渣温度，流动性好，粘度降低。动力学条件稍差 2）转炉内：

①脱硫热力学：[S]+（O2-）=（S2-）+[O]

能提高LS的均有利于脱硫，由上式可以看出a、提高温度，提高ks. b、提高[S]的活度 c、提高炉渣(O2-)活度 d、降低炉渣(S2-)活度系数 e、降低[O]活度。

即a 转炉高碱度炉渣有利于脱硫，但碱度过高粘度增加，不利于熔渣流动，不利于脱硫；b 炉渣高的FeO含量不利于脱硫；c 转炉中碳、硅、磷含量低，不利于脱硫。

②动力学条件：从双模理论出发，分析脱硫的各个环节，分为金属液中[S]的扩散，化学反应和渣液中离子（S2-）扩散，应得到脱硫的有力动力学条件为：a、增大反应界面积A。 b、提高温度，增加炉渣流动性，增强S的扩散能力。 c、增大S在铁液和渣液中的传质系数km ks,降低渣的粘度，增加搅拌。

3）比较利弊：理论上铁水脱硫条件比钢水脱硫条件好。脱硫要求渣中（FeO）含量低，转炉达不到要求，高炉满足。铁水碳、硅、磷含量高，硫活度系数高，分配系数增大，故铁水脱硫效果较好。但高炉动力学条件不好，脱硫造价高，开发铁水预处理工艺。

4. 试分析碱度(R)对炼钢过程脱磷的影响。

答：脱磷反应式：2[P]+5(FeO)+4(CaO)=(4CaO·P2O5)+5[Fe]

高碱度有利于脱磷，在炼钢初期，应将早化渣，提高炉渣碱度，有利于脱磷。但是碱度过高将导致炉渣变粘，流动性变差，使动力学条件变差，不利于脱硫。脱氧过程，炉渣碱度变低，有可能导致回磷。

5. 钢中夹杂物的主要来源及其减少钢中夹杂物的主要途经。

答：1）来源：a、内生夹杂：脱氧产物，二次氧化产物，渣—钢反应，钙处理等化学反应生成的夹杂物，钢液冷却和凝固过程中形成的夹杂

b、外来夹杂：炉渣卷入形成的夹杂物，耐火材料受侵蚀形成的夹杂物 2）减少途径：

a、减少和排除脱氧产物：提高终点碳含量，降低氧含量；强化脱氧；选用复合脱氧剂：加强搅拌

b、防止二次氧化：保护浇注全程

c、减少卷渣和下渣：挡渣出钢；控制中间包液面高度；稳定结晶器液面；控制水口插入深度 d、降低耐火材料侵蚀：提高耐火材料质量；降低钢水温度

6. 论述连铸方坯常见缺陷及防止措施。

2006

一、简答题(每题六分)

1、高炉内的直接还原与间接还原。

答：1）直接还原：还原剂为碳素，还原产物为CO,直接消耗固体碳，伴随强烈的吸热，还原剂不需要过剩系数，由于反应为吸热反应，所以需要额外消耗碳来补充热量。

2）间接还原：还原剂为气态CO和H2，还原产物为H2O和CO2，不直接消耗固体碳，还原剂需要过剩系数。（n大于1）

2、高碱度烧结矿、酸性氧化球团矿的固结机理。

答：1）高碱度烧结矿：烧结矿的固结经历了固相反应、液相反应、冷凝固结。当物料加热到一定温度时，各组分之间有了固相反应，生成低熔点物质，在燃烧带低熔点物质熔化形成液相，生成CaO-Fe2O3系液相（高碱度烧结矿的主要粘结剂），液相经过冷凝固结将未熔物粘结起来，成为多孔状的烧结矿。

2）酸性球团矿：

?磁铁球团矿：a、产生新Fe2O3微晶键，Fe2O3再结晶长大，Fe2O3晶桥键固结 b、Fe3O4再结晶长大连接，Fe3O4晶桥键固结 c、液相固结（小于5%）

?赤铁球团矿：a、原生Fe2O3再结晶长大连接，Fe2O3晶桥键固结 b、Fe3O4再结晶长大连接，Fe3O4晶桥键固结 c、液相固结（小于5%）

3、提高高炉喷煤量的主要措施。

答：1）改善原料、燃料质量，提高炉料透气性，改善高炉操作条件

2）保持较高的热风温度，增加炉内热补偿 3）提高炉内燃烧率

4）优化喷煤的煤种，控制混合煤成分 5）脱湿鼓风，富氧鼓风

4、熔融还原炼铁法。

答：熔融还原炼铁法是在温度高于渣铁熔点的熔融状态下，用碳把铁氧化物还原成金属铁的非高炉炼铁方法，其产品是液态生铁。现把不以焦炭为燃料，以煤炭为能源，利用天然块矿、人造富矿（烧结矿、球团矿）取代高炉冶炼液态生铁的方法都列为熔融还原法，它仅是把高炉过程在另一个不用焦炭的反应器内完成。基本不改变目前传统的钢铁生产基本原理。现阶段熔融还原炼铁法主要采用两种方式：一步法——用一个反应器完成铁矿石的高温还原及渣铁熔化分离的全过程。二步法——在第一个反应器内完成含铁原料的预还原，在第二个反应器内补充还原、熔化分离和产生还原气体减少还原消耗的热量。

5、脱硫的热力学和动力学条件。

答：脱硫的离子反应式[S]+（O2-）=（S2-）+[O]

1）对脱硫有利的热力学条件：

a、高温，属于吸热反应，高温有利于脱硫反应进行。

b、高碱度，炉渣碱度高，游离CaO多，或（O2-）增大，有利于脱硫。 c、低氧势，(FeO)高不利于脱硫。

d、高活度系数fs，金属液成分的影响： [C]、[Si]能增加硫的活度系数f[S]，降低氧活度，有利于脱硫。

2）动力学条件：从双模理论出发，分析脱硫的各个环节，分为金属液中[S]的扩散，化学反应和渣液中离子（S2-）扩散，应得到脱硫的有力动力学条件为： a、增大反应界面积A

b、提高温度，增加炉渣流动性，增强S的扩散能力

c、增大S在铁液和渣液中的传质系数km ks,降低渣的粘度

6、氧气顶底复吹转炉的特点。

答：1）结合了顶吹和底吹转炉的有点

2）反应速度快，热效率高，可实现炉内二次燃烧 3）吹炼后期强化熔池搅拌，使钢渣反应接近平衡

4）保持了顶吹转炉成渣速度快和底吹转炉冶炼平稳的双重优点 5）进一步提高了熔池脱硫脱磷的冶炼效果 6）冶炼低碳钢，避免钢渣过氧化

7、LF 精炼法。

答：将电弧埋入钢液面以上的熔渣层中，吹Ar搅拌，在还原气氛下利用高碱度合成渣精炼。钢包精炼是最常用的精炼方法，取代了电炉的还原期，解决了转炉冶炼优钢的问题，具有加热及搅拌功能，脱氧脱硫合金化。 工艺优点：

a、精炼功能，适宜生产超低硫超低氧钢

b、具备电弧加热功能，热效率高，升温幅度大，温度控制精度高 c、具备搅拌和合金化功能，易于实现窄成分控制，提高产品稳定性

d、采用钢渣精炼工艺，精炼成本低，吸收夹杂 e、设备简单，投资较少

8、连铸中间包的冶金功能。

答：1）净化功能：为生产高纯净度的钢，中间包采用挡渣墙、吹氩、陶瓷过滤器等措施，可大 幅降低钢中非金属夹杂物含量

2）调温功能：为使中间包前、中、后期钢水温度差小于5度，接近液相线温度浇注，扩大铸坯等轴晶率，减少中心偏析，可采用中间包加废钢、喷吹铁粉等调节钢水温度

3）成分微调：有中间包塞杆中心孔向结晶器喂入铝钛硼等包芯线，实现成分微调，既提高了氧化元素的收得率，又避免了水口堵塞

4）精炼功能：在中间包钢水表面加入双层渣，吸收钢中上浮的夹杂物，或者在中间包喂钙线改变夹杂物形态，防止水口堵塞

5）加热功能：采用感应加热和等离子加热技术，准确控制钢水浇注温度在3-5度。

9、连铸保护渣的作用。

答：1）隔热保温，隔绝空气，防止钢液过氧化 2）吸收钢液表面非金属夹杂物，净化钢渣界面

3）改善钢液与模壁之间的传热条件，减少钢液在凝固过程中产生的热应力，减少钢裂纹。 4）润滑坯壳，防止坯壳与结晶器粘连，导致漏刚。

10、钢中夹杂物的主要来源,并论述减少钢中夹杂物的主要途径。

答：1）来源：a、内生夹杂：脱氧产物，二次氧化产物，渣—钢反应，钙处理等化学反应生成的夹杂物，钢液冷却和凝固过程中形成的夹杂

b、外来夹杂：炉渣卷入形成的夹杂物，耐火材料受侵蚀形成的夹杂物 2）减少途径：

a、减少和排除脱氧产物：提高终点碳含量，降低氧含量；强化脱氧；选用复合脱氧剂：加强搅拌

b、防止二次氧化：保护浇注全程

c、减少卷渣和下渣：挡渣出钢；控制中间包液面高度；稳定结晶器液面；控制水口插入深度 d、降低耐火材料侵蚀：提高耐火材料质量；降低钢水温度

二、论述题(每题15 分)

1、我国目前钢铁冶金生产过程的主要流程以及发展趋势。

答：1）长流程：采矿→选矿→烧结→高炉→铁水预处理→转炉→炉外精炼→连铸→连轧 短流程：直接还原（熔融还原）→电炉→炉外精炼→炉外精炼→连铸→连轧

2）我国钢铁工业发展趋势：a产品更加纯洁化，b生产工艺更加高效低耗，c生产过程对环境更加友好。 因为长流程必须使用块状原料，需要配用质量好的炼焦煤在焦炉内冶炼成性能好的冶金焦，粉矿和精矿要制成烧结矿和球团矿，这两道工序不但能耗高而且生产中产生粉尘、污水和废气等对环境造成污染，而直接还原和熔融还原炼铁工艺是用块煤或气体还原剂代替高炉炼铁工艺所必须的焦炭来还原天然块矿、粉矿或人造块矿，适应性强，节约资源，保护环境，因此短流程将是钢铁冶金生产发展的趋势。

2、我国高炉含铁原料的主要特点,并讨论其合理搭配模式。

答：1）特点：a 含铁品位低 b冶金性能差 c原料成分波动大 d烧结矿FeO高 e烧结矿粉末含量高 f烧结矿固体燃耗高

2）搭配模式：高碱度烧结矿+酸性球团矿+块矿的综合炉料（考虑其冶金性能互补性） a、可克服因烧结矿碱度过高难熔而使单体不能滴落，而造成高炉操作困难的缺点 b、可以避免酸性炉料软熔温度过低，软化区间过宽的缺点

c、可以提高压差陡胜温度，使最大压差值降低，提高料柱透气性

d、可以发挥高碱度烧结矿冶金性能优良的优越性和酸性球团矿强度高，还原性，高粒度均匀，品位高的有点

e、酸性球团矿在升温还原过程中产生低熔点液相渣与呈固体状态的高碱度烧结矿发生渣化，抑制升温还原过程中低熔点液相渣的生成，有效地改善综合炉料的高温冶金性能。

3、铁水“脱硅、脱磷、脱硫”三脱处理的基本原理以及相关工艺。

答：1）脱硫：CaO（s）+[S]＋[C]＝(CaS)＋CO [S]＋[Mg]＝(MgS)

从热力学角度看，脱硫过程是选择与硫结合力大于生铁与硫结合力的元素或化合物，并使硫转化为微溶于铁的硫化物，同属创造良好的动力学条件，加速脱硫反应的进行。

脱硫剂：Na2CO3，CaC2，Mg，CaO，复合脱硫剂

工艺：投掷法：将脱硫剂投入铁水脱硫。搅拌法：通过中空机械器向铁水中加入脱硫剂，搅拌脱硫。喷吹法：将脱硫剂喷入铁水内脱硫

2）脱硅：[Si]＋2/3Fe2O3＝(SiO2)＋4/3Fe

将氧化剂加入流动的铁水中，硅的氧化产物形成熔渣。 脱硅剂：氧化铁皮和烧结矿粉

工艺：投入法：将脱硅剂料斗设置在撇渣器的主沟附近，利用电磁振动给料器向铁水沟内流动铁水给料，利用铁水从主沟落入铁水罐时的冲击搅拌作用使脱硅剂与铁水充分混合进行脱硫。顶喷法：用工作气压为0.2-0.3MPa的空气或氮气流作载流在铁水液面以上一定高度通过喷枪喷送脱硅剂

3）脱磷：2[P]＋3(CaO)＋5/3Fe2O3＝(3CaO P2O5)＋10/3Fe

铁水预脱磷与转炉脱磷原理相同，即在低温，高氧化性，高碱度熔渣条件下脱磷。 脱磷剂：苏打系脱磷剂，石灰系脱磷剂

工艺：机械搅拌法：把脱磷剂加入铁水包中，然后用机械搅拌器使铁水搅拌均匀，可在铁水中同时吹入氧。 喷吹法：把脱磷剂用载气喷吹到铁水包中，使脱磷剂与铁水混合反应，达到高效脱磷。

4、转炉结合RH 冶炼超低碳钢的基本原理和工艺特点。

答：1）原理：a、在转炉冶炼过程，脱碳反应为[C]+[O]=CO(g)，在高温和底吹氩搅拌下，钢中的[C]在终点含量较低。 b、在RH真空处理过程中，由于降低了气相中的分压，使碳氧反应平衡移动，继续反应生成CO气体。

碳氧浓度积： PCO11K?K?? a [ C ]. a [O ] a [ C ]a [ O ] f c ? f o ? [% C]?[%O]

当钢液中C和O的浓度很低时，fc 和fo可看做1，则由上式可看出钢液面上的气相压力Pco降低时，[%C]、[%O]也相应下降，随着系统压力的降低，不断生成CO从钢液溢出，从而达到脱碳目的。

2）工艺特点：a、反应速度快，处理周期短，生产效率高

b、反应效率高，钢水直接在真空室内进行反应

c、可进行吹氧脱碳和二次燃烧进行热补偿，减少温降 d、可以喷粉脱硫，冶炼超低硫钢

e、采用无碳钢包,避免钢包砖含的碳进入到钢水,导致钢水中碳含量增加 f、保证RH系统无漏气现象,且处理后采用无碳覆盖剂进行保温 5、电弧炉炼钢节能减耗新技术。

答：1）超高功率电弧炉技术：a、缩短熔化时间，提高生产效率b、改善热效率，降低电耗c、大电流，短电弧，热量集中。电弧稳定，对电网影响小

2）偏心炉底出钢技术

3）直流电弧炉技术（电极消耗低，电压波动小，噪音小）

4）电弧炉炼钢合理供电技术 5）电弧炉炼钢余热利用技术 6）泡沫渣技术 7）连续化生产技术 8）优质耐火材料

9）电弧炉加热部分铁水冶炼技术

6、连铸坯的常见缺陷以及改进措施。

答：1）常见缺陷：a、连铸坯的纯净度：纯净度是指钢中夹杂物含量、形态以及分布

b、表面缺陷：表面横裂纹，纵裂纹，网状裂纹，皮下夹渣，皮下气孔，表面凹陷 c、内部缺陷：中心偏析，中心疏松，中间裂纹，压下裂纹，夹杂等 d、形状缺陷：板坯的鼓肚，方坯的菱变，圆铸坯的椭圆形变

2）措施：

a、纯净度：无渣出钢，钢包精炼，无氧化浇注，中间包冶金

b、表面质量：控制结晶器液面稳定性；利用高频率小振幅的结晶器振动结构；初生坯壳的均匀性；结晶器钢液流动不应把液面上的渣子卷入钢液；保护渣性能，应较好吸收夹杂和润滑作用 c、内部质量：控制铸坯结构；合理的二冷制度；控制二冷区猪皮受力与变形；控制液相钢水流动，以促进夹杂物上浮和改善结构分布

d、形状缺陷：改进结晶器结构，防止结晶器内壁表面发生形变；降低液相高度，加大二冷强度；缩小轴辊间距；支承辊严格对中；防止支承辊变形

2007

一、简答:

1、高炉炼铁主要技术指标。

答：1）有效容积利用系数每M3高炉有效容积每昼夜生产的合格铁量（T/ M3.d）

2）焦比：冶炼每吨生铁所消耗的焦炭的千克数（Kg/T），煤比。综合焦比，燃料比，焦煤置换比

3）燃烧强度，焦炭冶炼强度：每m3高炉有效容积每天消耗焦炭的重量。综合冶炼强度，工序能耗

4）生铁合格率，休风率，高炉一代寿命。

2、焦炭在高炉炼铁中的三大作用及其质量要求。

答：1）热源：在风口前燃烧，提供冶炼所需热量。

2）还原剂：焦炭本身及其氧化产物CO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是任何固体燃料无法代替焦炭的原因。

质量要求：a、常温强度高温强度高 b、固定碳含量高，成分稳定 c、灰分低，挥发分适当 d、硫含量低e、反应性弱 f、粒度合适

3、影响烧结矿还原性的因素以及提高还原性的主攻方向。

答：1）因素：a、烧结矿的含铁品位：硅酸盐脉石少，还原性升高，受资源影响

b、烧结矿的组成矿物：铁橄榄石，钙铁橄榄石，磁铁矿，铁酸钙，赤铁矿，还原性依次提高

c、烧结矿显微结构：气孔率大，晶粒小，晶粒间硅酸盐包裹体小，还原性升高，受原料条件，烧结矿强度限制。

2）主攻方向：a、提高烧结矿碱度 b、低温烧结技术。发展复合铁酸钙矿相。

4、高炉冶炼过程中用CO、H 还原铁氧化物的特点。

答：(a.画出 CO 、比还原铁氧化物的平衡关系示意图（叉子曲线）): 1）、用CO还原，除Fe3O4→FeO为吸热反应外，其余均为放热反应，用H2还原，全部曲线向下倾斜，均为吸热反应； 2）、低于810℃CO的还原能力大于H2的还原能力，反之则反。 3）、CO作为还原剂，FeO→Fe最难还原，H2作为还原剂，Fe3O4→Fe最难还原 4）、从反应动力学看，H2分子半径小，分子量小，粘度低，扩散能力强。以此说明不论在低温或高温下，H2还原反应速度CO还原反应速度快。 5）、在高炉冶炼条件下，H2还原铁氧化物还可以促进CO和C还原反应的加速进行。 6）、H2与CO还原一样，均属于间接还原，反应前后气相体积没有变化，即反应不受压力影响。 7）、除Fe2O3的还原外，Fe3O4和FeO的还原均为可逆反应。

5、铁水预处理。

答：铁水预处理是指铁水兑入炼钢炉之前进行的各种处理。有脱硫预处理和三脱（脱硅、磷、硫）预处理。分为普通铁水预处理和特殊铁水预处理两大类。 普通铁水预处理包括：铁水脱硫、铁水脱硅和铁水脱P。特殊铁水预处理一般是针对铁水中含有的特殊元素进行提纯精炼或资源综合利用，如铁水提钒、提铌、脱铬等预处理工艺。

6、钢液脱磷的热力学和动力学条件。

答：1）热力学条件：

2[P]+5(FeO)+4(CaO)=(4CaO·P2O5)+5[Fe] 2[P]+5(FeO)+3(CaO)=(3CaO·P2O5)+5[Fe] ①降低温度有利于脱磷反应：脱磷是强放热反应。降低反应温度将使增大，所以较低的熔池温度有利于脱磷。（低温）

②提高炉渣碱度有利于脱磷反应：因CaO 是使降低的主要因素，增加渣中(CaO) 可以增大γCaO ，使钢中[P] 降低。（高碱）

③增加炉渣氧化铁活度有利于脱磷反应：（FeO）对脱磷反应的影响比较复杂。在其它条件一定时，在一定限度内增加（FeO）将使磷在渣- 钢间的分配比LP 增大。（增其活度）

④增加[P]活度系数有利于脱磷反应：金属中存在的杂质元素将对起一定的影响，通常在含磷熔铁中，增加[C] 、[O] 、[N] 、[Si] 和[S] 等的含量可使f[P] 增大，增加[Cr] 的含量使f[P] 减小，[Mn[ 和[Ni] 对f[P] 的影响不大。（增P活度系数）

⑤增加渣量有利于脱磷反应：增加渣量可以在LP一定时使金属中[P] 降低。因为增加渣量意味着稀释（P2O5 ）的浓度，从而使4CaO·P2O5 浓度也相应地降低，所以多次换渣操作是脱磷的有效措施。（增渣量）

2）动力学条件：脱磷反应是典型的钢渣界面反应，首先渣的形成速率对脱磷有关键性影响。熔渣形成后，在钢渣界面上的反应速率很快，反应的限制性环节是界面两侧的传质。研究表明，多数情况下氧的传质不是限制性环节，脱磷速率是由界面两侧磷的传质所限制。

①要有良好流动性的熔渣 ②充分熔池搅拌 7、转炉吹炼的脱碳的基本规律。

答：1）吹炼初期，温度较低，脱碳速度小。硅、锰与氧的亲和力大，首先氧化放热，随着温度升高，脱碳速度逐渐增大

2）吹炼中期，脱碳速度达到最大值基本保持不变，碳含量高，供氧为脱碳反应限制环节 3）吹炼后期，达到临界碳含量以后，随着碳含量的减少，碳在钢液中的扩散成为限制环节，脱碳速度降低。

8、超高功率电弧炉。

答：超高功率电弧炉是指单位时间输入电炉的能量比普通大2-3倍

超高功率电弧炉优点：a、缩短熔化时间，提高生产效率b、改善热效率，降低电耗c、大电流，短电弧，热量集中。电弧稳定，对电网影响小

超高功率电弧炉只有与有关技术结合才能实现高效节能。

9、RH 精炼法。

答：RH精炼法：也称钢液循环脱气法，是将钢液提升到一真空容器内处理。由于降低了气相中的分压，使碳氧反应平衡移动，继续反应生成CO气体。钢液不断从上升管进入真空室，经过脱气后从下降管流出真空室，这样连续循环完成脱气

主要冶炼高质量产品，如轴承钢、IF钢、硅钢、不锈钢、齿轮钢等。

RH工艺特点：①反应速度快、处理周期短，生产效率高，常与转炉配套使用。

②反应效率高，钢水直接在真空室内进行反应。

③可进行吹氧脱碳和二次燃烧进行热补偿，减少处理温降； ④可进行喷粉脱硫，生产超低硫钢。

10、连铸坯缺陷的主要类型。(每题六分)

答：1）连铸坯的纯净度：纯净度是指钢中夹杂物含量、形态以及分布

2）表面缺陷：表面横裂纹，纵裂纹，网状裂纹，皮下夹渣，皮下气孔，表面凹陷 3）内部缺陷：中心偏析，中心疏松，中间裂纹，压下裂纹，夹杂等 4）形状缺陷：板坯的鼓肚，方坯的菱变，圆铸坯的椭圆形变

二、论述(每题15 分)

1、烧结料层自动蓄热的原理,指出烧结生产中对其扬长避短的技术对策。

答：1）自蓄热作用：即随烧结矿层的下移，料层温度最高值逐渐升高。自动蓄热来源于被上层热烧结矿预热了的空气以及自上层带入的热废气的加热作用。随着烧结过程的进行，燃烧层向下移动，烧结矿层增厚，自动蓄热作用愈显著，愈到下层燃烧温度愈高。灼热的烧结矿层相当于一个蓄热室。“自动蓄热作用”是厚料层烧结技术的理论基础。厚料层烧结可降低能源以及提高成品率。

2）烧结生产中对“自动蓄热现象”扬长避短的技术对策： 扬长：厚料层烧结：基于烧结自动蓄热原理的厚料层烧结技术，为降低固体燃料提供了可能，也为低温烧结技术创造了有利条件。同时，对改善烧结矿质量亦有好处。

避短：控制燃料在料层高度方向上的分布：烧结过程的自动蓄热现象，烧结料层上下部不均匀：上部热量不足，下部热量过剩。人为地调整燃料分布，解决热量分布不均匀的问题，并降低燃耗：双层布料技术、燃料分加技术、偏析布料技术。

2、高炉喷吹煤粉的意义,喷煤对高炉冶炼的影响情况及原因,指出提高高炉喷煤量的技术措施。

答：1）高炉喷吹煤粉的意义：

a、煤粉代替部分焦炭，降低焦比，生铁成本降低 b、喷煤是调剂炉况热制度的有效手段

c、改善高炉炉缸工作状态，使高炉稳定顺行

d、降低理论燃烧温度，为高炉使用高风温或富氧鼓风创造条件

e、喷吹煤粉气化过程放出比焦炭多的氢气，提高煤气还原能力和扩散能力利于矿石还原 f、减少炼焦设施和生产焦炭量，节约资金，保护环境

2）喷煤对高炉冶炼的影响情况及原因：

a、炉缸煤气量增加，鼓风动能增加，燃烧带扩大

b、理论燃烧温度下降，炉缸中心温度均匀并略有上升 c、料柱阻损增加，压差升高

d、间接还原发展，直接还原降低 3）提高喷煤量措施：

①改善原料、燃料质量，提高炉料透气性，改善高炉操作条件。 ②保持较高的热风温度,增加炉内热补偿 ③提高炉内燃烧率

④优化喷煤的煤种，控制混合煤成分 ⑤脱湿鼓风、富氧鼓风

3、转炉、电弧炉炼钢新技术。

答：1）转炉炉炼钢新技术：

①铁水预处理新技术；转炉大型化全自动化；溅渣护炉和转炉长寿： ②顶底复吹转炉新工艺

③提高转炉煤气的回收和有效利用，实现“零耗”和“负能”炼钢 ④实现转炉操作计算机—副枪全自动化的闭环控制 ⑤测试新技术采用等 2）电弧炉炼钢新技术：

①超高功率电弧炉：优点：缩短融化时间，提高生产率；改善热效率，降低电耗；大电流短电弧，热量集中，电弧稳定，对电网影响小。

超高功率电弧炉只有与相关技术结合才能实现高效节能 ②偏心炉底出钢电弧炉

③直流电弧炉：电极消耗低、电压波动小和噪音小 4、LF炉高效脱硫的基本原理及相关工艺。 答：1）原理：①高碱度还原渣，渣量可达25kg/t

②电弧加热，炉渣温度高 ③可以强烈搅拌钢水 ④过程简单，易于控制

2）工艺：①挡渣出钢，控制吨钢下渣量不大于5kg/t ②造高碱度还原精炼渣，有利于脱硫 ③控制LF炉内还原性气氛

④良好的底吹氩搅拌，保证炉内有较高传质速度 ⑤电极埋弧加热钢液

5、连铸保护渣的作用。

答：1）隔热保温，隔绝空气，防止钢液过氧化 2）吸收钢液表面非金属夹杂物，净化钢渣界面

3）改善钢液与模壁之间的传热条件，减少钢液在凝固过程中产生的热应力，减少钢裂纹。 4）润滑坯壳，防止坯壳与结晶器粘连，导致漏刚。

6、以钢中夹杂物的来源和去除为例,讨论高洁净钢的冶金工艺。

答：1）来源：a、内生夹杂：脱氧产物，二次氧化产物，渣—钢反应，钙处理等化学反应生成的夹杂物，钢液冷却和凝固过程中形成的夹杂

b、外来夹杂：炉渣卷入形成的夹杂物，耐火材料受侵蚀形成的夹杂物

2）高洁净钢冶炼工艺：从炼钢——精炼——连铸生产洁净钢，主要控制对策

a、控制炼钢炉下渣量 b、钢包渣的氧化性控制 c、钢包精炼渣成分控制 d、保护浇筑

e、中间包控流装置 f、中间包覆盖剂 g、碱性包衬 h、钢中细微夹杂物的去除 i、防止浇注过程的下渣与卷渣 j、防止氩气泡吸附夹杂 k、结晶器钢水流动控制及保护渣

2008

一、简答题（每题 5 分，共 50 分）

1 分析高炉冶炼过程中，用 CO、H2还原铁氧化物的特点。

答：(a.画出 CO 、比还原铁氧化物的平衡关系示意图（叉子曲线）): 1）、用CO还原，除Fe3O4→FeO为吸热反应外，其余均为放热反应，用H2还原，全部曲线向下倾斜，均为吸热反应； 2）、低于810℃CO的还原能力大于H2的还原能力，反之则反。 3）、CO作为还原剂，FeO→Fe最难还原，H2作为还原剂，Fe3O4→Fe最难还原 4）、从反应动力学看，H2分子半径小，分子量小，粘度低，扩散能力强。以此说明不论在低温或高温下，H2还原反应速度CO还原反应速度快。 5）、在高炉冶炼条件下，H2还原铁氧化物还可以促进CO和C还原反应的加速进行。 6）、H2与CO还原一样，均属于间接还原，反应前后气相体积没有变化，即反应不受压力影响。 7）、除Fe2O3的还原外，Fe3O4和FeO的还原均为可逆反应。

2 高碱度烧结矿、酸性氧化球团矿的固结机理

答：1）高碱度烧结矿：烧结矿的固结经历了固相反应、液相反应、冷凝固结。当物料加热到一定温度时，各组分之间有了固相反应，生成低熔点物质，在燃烧带低熔点物质熔化形成液相，生成CaO-Fe2O3系液相（高碱度烧结矿的主要粘结剂），液相经过冷凝固结将未熔物粘结起来，成为多孔状的烧结矿。

3）酸性球团矿：

?磁铁球团矿：a、产生新Fe2O3微晶键，Fe2O3再结晶长大，Fe2O3晶桥键固结 b、Fe3O4再结晶长大连接，Fe3O4晶桥键固结 c、液相固结（小于5%）

?赤铁球团矿：a、原生Fe2O3再结晶长大连接，Fe2O3晶桥键固结 b、Fe3O4再结晶长大连接，Fe3O4晶桥键固结 c、液相固结（小于5%）

3 熔融还原炼铁法

答：1）熔融还原炼铁法：是在温度高于渣铁熔点的熔融状态下，用碳把铁氧化物还原成金属铁的非高炉炼铁方法，其产品是液态生铁。现在把不以焦炭为燃料，以煤炭为主要能源，使用天然富矿、人造富矿（烧结矿或球团矿）取代高炉生产液态生铁的方法都列为熔融还原法。它仅是把高炉过程在另一个不用焦炭的反应器中完成，基本不改变目前传统的钢铁生产基本原理。现阶段熔融还原法主要采用两种形式：一步法—用一个反应器完成铁矿石的高温还原及渣铁熔化分离的全过程；二步法一在第一个反应器内把含铁原料预还原，而在第二个反应器内补充还原。熔化分离和生产还原气体，以减少还原消耗的热量

熔融还原的优缺点：优点是是以煤炭为主要能源，可熔化造渣而去除矿石中的脉石和杂质，故对矿石品位的要求不像直接还原那样严格，生产出来的液态生铁含有碳、硅等氧化放热元素，便于现有典型的氧气转炉炼钢使用。缺点是熔融还原需要大量氧气或电能,能耗较高；还未形成一个定型的工艺；产品质量较差，脱硫不稳定；设备寿命不高。

4 高炉炼铁的主要技术指标

答：1）有效容积利用系数每M3高炉有效容积每昼夜生产的合格铁量（T/ M3.d）

2）焦比：冶炼每吨生铁所消耗的焦炭的千克数（Kg/T），煤比。综合焦比，燃料比，焦煤置换比

3）燃烧强度，焦炭冶炼强度：每m3高炉有效容积每天消耗焦炭的重量。综合冶炼强度，工序能耗

4）生铁合格率，休风率，高炉一代寿命。

5 脱硫的热力学和动力学条件

答：脱硫的离子反应式[S]+（O2-）=（S2-）+[O]

1）对脱硫有利的热力学条件：

c、高温，属于吸热反应，高温有利于脱硫反应进行。

d、高碱度，炉渣碱度高，游离CaO多，或（O2-）增大，有利于脱硫。 c、低氧势，(FeO)高不利于脱硫。

d、高活度系数fs，金属液成分的影响： [C]、[Si]能增加硫的活度系数f[S]，降低氧活度，有利于脱硫。

3）动力学条件：从双模理论出发，分析脱硫的各个环节，分为金属液中[S]的扩散，化学反应和渣液中离子（S2-）扩散，应得到脱硫的有力动力学条件为： d、增大反应界面积A

e、提高温度，增加炉渣流动性，增强S的扩散能力 增大S在铁液和渣液中的传质系数km ks,降低渣的粘度

6 电弧炉炼钢新技术

答： 电弧炉炼钢新技术：

①超高功率电弧炉：优点：缩短融化时间，提高生产率；改善热效率，降低电耗；大电流短电弧，热量集中，电弧稳定，对电网影响小。

超高功率电弧炉只有与相关技术结合才能实现高效节能 ②偏心炉底出钢电弧炉

③直流电弧炉：电极消耗低、电压波动小和噪音小

7 LF精炼法

答：将电弧埋入钢液面以上的熔渣层中，吹Ar搅拌，在还原气氛下利用高碱度合成渣精炼。钢包精炼是最常用的精炼方法，取代了电炉的还原期，解决了转炉冶炼优钢的问题，具有加热及搅拌功能，脱氧脱硫合金化。 工艺优点：

A、精炼功能，适宜生产超低硫超低氧钢

B、具备电弧加热功能，热效率高，升温幅度大，温度控制精度高 C、具备搅拌和合金化功能，易于实现窄成分控制，提高产品稳定性 D、采用钢渣精炼工艺，精炼成本低，吸收夹杂 E、设备简单，投资较少

8 连铸中间包的冶金功能

答：1）净化功能：为生产高纯净度的钢，中间包采用挡渣墙、吹氩、陶瓷过滤器等措施，可大 幅降低钢中非金属夹杂物含量

2）调温功能：为使中间包前、中、后期钢水温度差小于5度，接近液相线温度浇注，扩大铸坯等轴晶率，减少中心偏析，可采用中间包加废钢、喷吹铁粉等调节钢水温度

3）成分微调：有中间包塞杆中心孔向结晶器喂入铝钛硼等包芯线，实现成分微调，既提高了氧化元素的收得率，又避免了水口堵塞

4）精炼功能：在中间包钢水表面加入双层渣，吸收钢中上浮的夹杂物，或者在中间包喂钙线改变夹杂物形态，防止水口堵塞

5）加热功能：采用感应加热和等离子加热技术，准确控制钢水浇注温度

9 连铸保护渣的作用

答：1）隔热保温，隔绝空气，防止钢液过氧化 2）吸收钢液表面非金属夹杂物，净化钢渣界面

3）改善钢液与模壁之间的传热条件，减少钢液在凝固过程中产生的热应力，减少钢裂纹。 4）润滑坯壳，防止坯壳与结晶器粘连，导致漏刚。

10 钢中非金属夹杂物的主要来源，并论述减少钢中夹杂物的主要途径

答：1）来源：a、内生夹杂：脱氧产物，二次氧化产物，渣—钢反应，钙处理等化学反应生成的夹杂物，钢液冷却和凝固过程中形成的夹杂

b、外来夹杂：炉渣卷入形成的夹杂物，耐火材料受侵蚀形成的夹杂物 2）减少途径：

a、减少和排除脱氧产物：提高终点碳含量，降低氧含量；强化脱氧；选用复合脱氧剂：加强搅拌

b、防止二次氧化：保护浇注全程

c、减少卷渣和下渣：挡渣出钢；控制中间包液面高度；稳定结晶器液面；控制水口插入深度 d、降低耐火材料侵蚀：提高耐火材料质量；降低钢水温度

二、论述题（每题 10 分；总计 50 分）

1 我国目前钢铁冶金生产过程的主要流程以及发展趋势。

答：1）长流程：采矿→选矿→烧结→高炉→铁水预处理→转炉→炉外精炼→连铸→连轧 短流程：直接还原（熔融还原）→电炉→炉外精炼→炉外精炼→连铸→连轧

2）我国钢铁工业发展趋势：a产品更加纯洁化，b生产工艺更加高效低耗，c生产过程对环境更加友好。 因为长流程必须使用块状原料，需要配用质量好的炼焦煤在焦炉内冶炼成性能好的冶金焦，粉矿和精矿要制成烧结矿和球团矿，这两道工序不但能耗高而且生产中产生粉尘、污水和废气等对环境造成污染，而直接还原和熔融还原炼铁工艺是用块煤或气体还原剂代替高炉炼铁工艺所必须的焦炭来还原天然块矿、粉矿或人造块矿，适应性强，节约资源，保护环境，因此短流程将是钢铁冶金生产发展的趋势。

2 我国高炉含铁原料的主要特点，并讨论其合理搭配模式。

答：1）特点：a 含铁品位低 b冶金性能差 c原料成分波动大 d烧结矿FeO高 e烧结矿粉末含量高 f烧结矿固体燃耗高

2）搭配模式：高碱度烧结矿+酸性球团矿+块矿的综合炉料（考虑其冶金性能互补性） a、可克服因烧结矿碱度过高难熔而使单体不能滴落，而造成高炉操作困难的缺点 b、可以避免酸性炉料软熔温度过低，软化区间过宽的缺点

c、可以提高压差陡胜温度，使最大压差值降低，提高料柱透气性

d、可以发挥高碱度烧结矿冶金性能优良的优越性和酸性球团矿强度高，还原性，高粒度均匀，品位高的有点

e、酸性球团矿在升温还原过程中产生低熔点液相渣与呈固体状态的高碱度烧结矿发生渣化，

抑制升温还原过程中低熔点液相渣的生成，有效地改善综合炉料的高温冶金性能。

3 高炉喷煤的意义，并结合喷煤对高炉冶炼的影响，指出提高高炉喷煤量的措施。

答：1）高炉喷吹煤粉的意义：

b、煤粉代替部分焦炭，降低焦比，生铁成本降低 b、喷煤是调剂炉况热制度的有效手段

c、改善高炉炉缸工作状态，使高炉稳定顺行

d、降低理论燃烧温度，为高炉使用高风温或富氧鼓风创造条件

e、喷吹煤粉气化过程放出比焦炭多的氢气，提高煤气还原能力和扩散能力利于矿石还原 f、减少炼焦设施和生产焦炭量，节约资金，保护环境 2）喷煤对高炉冶炼的影响情况及原因：

b、炉缸煤气量增加，鼓风动能增加，燃烧带扩大 b、理论燃烧温度下降，炉缸中心温度均匀并略有上升 c、料柱阻损增加，压差升高

d、间接还原发展，直接还原降低 3）提高喷煤量措施：

①改善原料、燃料质量，提高炉料透气性，改善高炉操作条件。 ②保持较高的热风温度,增加炉内热补偿 ③提高炉内燃烧率

④优化喷煤的煤种，控制混合煤成分 ⑤脱湿鼓风、富氧鼓风

4 RH精炼法的基本原理及相关工艺。

答：RH精炼法：也称钢液循环脱气法，是将钢液提升到一真空容器内处理。由于降低了气相中的分压，使碳氧反应平衡移动，继续反应生成CO气体。钢液不断从上升管进入真空室，经过脱气后从下降管流出真空室，这样连续循环完成脱气

主要冶炼高质量产品，如轴承钢、IF钢、硅钢、不锈钢、齿轮钢等。

RH工艺特点：①反应速度快、处理周期短，生产效率高，常与转炉配套使用。

②反应效率高，钢水直接在真空室内进行反应。

③可进行吹氧脱碳和二次燃烧进行热补偿，减少处理温降； ④可进行喷粉脱硫，生产超低硫钢。

5 连铸坯的常见缺陷以及改进措施。

答：1）常见缺陷：a、连铸坯的纯净度：纯净度是指钢中夹杂物含量、形态以及分布

b、表面缺陷：表面横裂纹，纵裂纹，网状裂纹，皮下夹渣，皮下气孔，表面凹陷 c、内部缺陷：中心偏析，中心疏松，中间裂纹，压下裂纹，夹杂等 d、形状缺陷：板坯的鼓肚，方坯的菱变，圆铸坯的椭圆形变

3）措施：

a、纯净度：无渣出钢，钢包精炼，无氧化浇注，中间包冶金

b、表面质量：控制结晶器液面稳定性；利用高频率小振幅的结晶器振动结构；初生坯壳的均匀性；结晶器钢液流动不应把液面上的渣子卷入钢液；保护渣性能，应较好吸收夹杂和润滑作用 c、内部质量：控制铸坯结构；合理的二冷制度；控制二冷区猪皮受力与变形；控制液相钢水流动，以促进夹杂物上浮和改善结构分布

d、形状缺陷：改进结晶器结构，防止结晶器内壁表面发生形变；降低液相高度，加大二冷强度；缩小轴辊间距；支承辊严格对中；防止支承辊变形

2009

一、简答题(每题5分,共40分)

1.高炉内的直接还原与间接还原

答：1）直接还原：还原剂为碳素，还原产物为CO,直接消耗固体碳，伴随强烈的吸热，还原剂不需要过剩系数，由于反应为吸热反应，所以需要额外消耗碳来补充热量。

2）间接还原：还原剂为气态CO和H2，还原产物为H2O和CO2，不直接消耗固体碳，还原剂需要过剩系数。（n大于1）

2.高碱度烧结矿,酸性氧化球团矿的固结机理

答：1）高碱度烧结矿：烧结矿的固结经历了固相反应、液相反应、冷凝固结。当物料加热到一定温度时，各组分之间有了固相反应，生成低熔点物质，在燃烧带低熔点物质熔化形成液相，生成CaO-Fe2O3系液相（高碱度烧结矿的主要粘结剂），液相经过冷凝固结将未熔物粘结起来，成为多孔状的烧结矿。

4）酸性球团矿：

?磁铁球团矿：a、产生新Fe2O3微晶键，Fe2O3再结晶长大，Fe2O3晶桥键固结 b、Fe3O4再结晶长大连接，Fe3O4晶桥键固结 c、液相固结（小于5%）

?赤铁球团矿：a、原生Fe2O3再结晶长大连接，Fe2O3晶桥键固结 b、Fe3O4再结晶长大连接，Fe3O4晶桥键固结 c、液相固结（小于5%）

3.简述铁水预处理的主要内容及作用

答：铁水预处理：是指铁水兑入炼钢炉之前进行的各种处理。有脱硫预处理和三脱（脱硅、磷、硫）预处理。分为普通铁水预处理和特殊铁水预处理两大类。 普通铁水预处理包括：铁水脱硫、铁水脱硅和铁水脱P。特殊铁水预处理一般是针对铁水中含有的特殊元素进行提纯精炼或资源综合利用，如铁水提钒、提铌、脱铬等预处理工艺。

作用：(1) 满足用户对超低硫、磷钢的需求，发展高附加值钢种

(2) 减轻高炉脱硫负担，放宽对硫的限制，提高产量，降低焦比

(3)炼钢采用预处理后的低磷、低硫铁水冶炼，可获得巨大的经济效益。

(4) 炉外铁水预处理脱磷、脱硫可保持同炉内一样良好的 热力学条件，还可通过采用搅拌措施，大大改善动力 学条件，以较少的费用获得很高的脱磷、脱硫效率。

(5) 铁水深度预处理是目前冶炼纯净钢最经济的、最可 靠的技术保障，已成为生产优质低磷、低硫钢必不可 少的经济工序。

4.钢液脱磷的热力学和动力学条件

答：1）热力学条件：

2[P]+5(FeO)+4(CaO)=(4CaO·P2O5)+5[Fe] 2[P]+5(FeO)+3(CaO)=(3CaO·P2O5)+5[Fe] ①降低温度有利于脱磷反应：脱磷是强放热反应。降低反应温度将使增大，所以较低的熔池温度

有利于脱磷。（低温）

②提高炉渣碱度有利于脱磷反应：因CaO 是使降低的主要因素，增加渣中(CaO) 可以增大γCaO ，使钢中[P] 降低。（高碱）

③增加炉渣氧化铁活度有利于脱磷反应：（FeO）对脱磷反应的影响比较复杂。在其它条件一定时，在一定限度内增加（FeO）将使磷在渣- 钢间的分配比LP 增大。（增其活度）

④增加[P]活度系数有利于脱磷反应：金属中存在的杂质元素将对起一定的影响，通常在含磷熔铁中，增加[C] 、[O] 、[N] 、[Si] 和[S] 等的含量可使f[P] 增大，增加[Cr] 的含量使f[P] 减小，[Mn[ 和[Ni] 对f[P] 的影响不大。（增P活度系数）

⑤增加渣量有利于脱磷反应：增加渣量可以在LP一定时使金属中[P] 降低。因为增加渣量意味着稀释（P2O5 ）的浓度，从而使4CaO·P2O5 浓度也相应地降低，所以多次换渣操作是脱磷的有效措施。（增渣量）

2）动力学条件：脱磷反应是典型的钢渣界面反应，首先渣的形成速率对脱磷有关键性影响。熔渣形成后，在钢渣界面上的反应速率很快，反应的限制性环节是界面两侧的传质。研究表明，多数情况下氧的传质不是限制性环节，脱磷速率是由界面两侧磷的传质所限制。

①要有良好流动性的熔渣 ②充分熔池搅拌 5.转炉吹炼的脱碳的基本规律

答：1）吹炼初期，温度较低，脱碳速度小。硅、锰与氧的亲和力大，首先氧化放热，随着温度升高，脱碳速度逐渐增大

2）吹炼中期，脱碳速度达到最大值基本保持不变，碳含量高，供氧为脱碳反应限制环节 3）吹炼后期，达到临界碳含量以后，随着碳含量的减少，碳在钢液中的扩散成为限制环节，脱碳速度降低。

6.超高功率电弧炉

答：超高功率电弧炉是指单位时间输入电炉的能量比普通大2-3倍

超高功率电弧炉优点：a、缩短熔化时间，提高生产效率b、改善热效率，降低电耗c、大电流，短电弧，热量集中。电弧稳定，对电网影响小

超高功率电弧炉只有与有关技术结合才能实现高效节能。 7.连铸保护渣的作用

答：1）隔热保温，隔绝空气，防止钢液过氧化 2）吸收钢液表面非金属夹杂物，净化钢渣界面

3）改善钢液与模壁之间的传热条件，减少钢液在凝固过程中产生的热应力，减少钢裂纹。 4）润滑坯壳，防止坯壳与结晶器粘连，导致漏刚。

8.连铸坯缺陷的主要类型

答：1）连铸坯的纯净度：纯净度是指钢中夹杂物含量、形态以及分布

2）表面缺陷：表面横裂纹，纵裂纹，网状裂纹，皮下夹渣，皮下气孔，表面凹陷 3）内部缺陷：中心偏析，中心疏松，中间裂纹，压下裂纹，夹杂等 4）形状缺陷：板坯的鼓肚，方坯的菱变，圆铸坯的椭圆形变

二 论述题(每题10分,共60分)

1.画出LF RH精炼法示意图,讨论其精炼原理,并阐述其主要的精炼功能

答：1）LF精炼原理：将电弧埋入钢液面以上的熔渣层中，吹Ar搅拌，在还原气氛下利用高碱度合成渣精炼。确保钢水成分精确控制，温度均匀，夹杂物充分上浮，净化钢水目的，达到脱氧脱硫合金化升温的综合冶炼效果 精炼功能：

①精炼功能强，适宜生产超低硫、超低氧钢；

②具备电弧加热功能，热效率高，升温幅度大，温度控制精度高，控温准确度可达±5K； ③具备搅拌和合金化功能，易于实现窄成分控制，提高产品的稳定性；

2）RH精炼原理：当真空室抽真空后，插入管插入钢液中，Ar经钢液加热膨胀，形成向上流动的气泡，使上升管内的钢液随之上升进入真空室。气泡在真空室下突然膨胀，使钢液溅成极细微粒呈喷泉状，增加了钢液与真空接触面积，使钢液充分脱气。脱气后的钢液汇集在真空室底部，在密度差的作用下不断地从下降管回到钢包中。如此循环多次，达到精炼钢液的目的。 精炼功能： ①脱H：对完全脱氧钢液脱氢效率≮60%,对未完全脱氧钢液,由于C-O反应剧烈,＞70%.脱气时 间15~20min,[H]＜2ppm.

②脱N：N易形成N-化物,脱氮效率0~10%; ③脱O：∑[O]0.002~0.005%

④脱碳：对初始[C]有要求,处理15min,可使[C]＜0.002%; ⑤脱S：效率50~75%;

⑥减少非金属夹杂；改善钢水纯净度;

⑦成分微调：合金 元素控制精度为±0.003~0.010%

2.分别阐述高炉和转炉内用炉渣进行脱硫反应的热力学和动力学条件,并比较高炉和转炉内脱硫利弊

答：1）高炉内： ①热力学脱硫分三步：

[FeS]→(FeS) (FeS) + (CaO)====(CaS) + (FeO) (FeO) + C===Fe + CO 总反应： [FeS]+(CaO)+C === (CaS)+Fe+CO 影响炉渣脱硫的热力学条件： a、提高温度：脱硫反应吸热

b、炉渣组成：炉渣碱度，R ? ? a(O2?) ? ? LS ?；渣中与S结合能力强的元素多，如CaS、MnS，使?(S2?) ? ? LS?；渣量，大渣量提高脱硫能力。

c、铁水成分：碳、硅、磷提高LS ，高炉内碳、硅、磷含量高，利于脱硫 d、高炉还原性气氛，还原渣[%O]。

②动力学条件：足够的炉渣温度，流动性好，粘度降低。动力学条件稍差 3）转炉内：

①脱硫热力学：[S]+（O2-）=（S2-）+[O]

能提高LS的均有利于脱硫，由上式可以看出a、提高温度，提高ks. b、提高[S]的活度 c、提高炉渣(O2-)活度 d、降低炉渣(S2-)活度系数 e、降低[O]活度。

即a 转炉高碱度炉渣有利于脱硫，但碱度过高粘度增加，不利于熔渣流动，不利于脱硫；b 炉渣高的FeO含量不利于脱硫；c 转炉中碳、硅、磷含量低，不利于脱硫。

②动力学条件：从双模理论出发，分析脱硫的各个环节，分为金属液中[S]的扩散，化学反应和渣液中离子（S2-）扩散，应得到脱硫的有力动力学条件为：a、增大反应界面积A。 b、提高温度，增加炉渣流动性，增强S的扩散能力。 c、增大S在铁液和渣液中的传质系数km ks,降低渣的粘度，增加搅拌。

3）比较利弊：理论上铁水脱硫条件比钢水脱硫条件好。脱硫要求渣中（FeO）含量低，转炉达不到要求，高炉满足。铁水碳、硅、磷含量高，硫活度系数高，分配系数增大，故铁水脱硫效果较好。但高炉动力学条件不好，脱硫造价高，开发铁水预处理工艺。

3.试分析(FeO)对炼钢过程中脱磷和脱硫的影响,并说明异同

答：1）脱磷反应：是在金属液与熔渣界面进行的，首先是[P]被氧化成（P2O5），而后与（CaO）结合成稳定的磷酸钙：

2[P]+5(FeO)+4(CaO)=(4CaO·P2O5)+5[Fe]、 2[P]+5(FeO)+3(CaO)=(3CaO·P2O5)+5[Fe] 渣中（FeO）是石灰的溶剂，同时提高炉渣FeO含量可以降低P2O5活度系数，增加P的分配系数，渣中（FeO）含量升高从热力学、动力学方面均有利于脱磷。但吹炼中期，当炉渣中(FeO)含量过低时，炉渣出现返干现象，不利于脱磷脱硫，甚至出现回磷现象。吹炼后期，终点碳含量低时，渣中（FeO）含量升高，石灰化透，磷可以得到进一步脱除。

2）脱硫反应：[S]+（O2-）=（S2-）+[O]

由上式可以看出，(FeO)含量升高，LS降低，不利于脱硫。即脱硫要求低氧化性炉渣。 转炉脱硫渣中(FeO)含量应低于1%。

异同：(FeO)含量高有利于脱磷，(FeO)含量低有利于脱硫。转炉炉渣(FeO)含量在15%-20%之间，不利于脱硫，脱磷也要在温度较低的初期。

4. 烧结料层自动蓄热的原理,指出烧结生产中对其扬长避短的技术对策

答：1）自蓄热作用：即随烧结矿层的下移，料层温度最高值逐渐升高。自动蓄热来源于被上层热烧结矿预热了的空气以及自上层带入的热废气的加热作用。随着烧结过程的进行，燃烧层向下移动，烧结矿层增厚，自动蓄热作用愈显著，愈到下层燃烧温度愈高。灼热的烧结矿层相当于一个蓄热室。“自动蓄热作用”是厚料层烧结技术的理论基础。厚料层烧结可降低能源以及提高成品率。

2）烧结生产中对“自动蓄热现象”扬长避短的技术对策：

氧产物在渣相内形成，不在钢中生成非金属夹杂物。 真空脱氧法：是利用降低系统的压力来降低钢液中氧含量的脱氧方法。只适用于脱氧产物为气体的脱氧反应如[C]----[O]反应。（常用于炉外精炼）特点：脱氧产物为气体，易于排除，不会对钢造成非金属夹杂的污染，故这种脱氧方法的钢液洁净度高；但需要有专门的真空设备。

(3) 应用“叉子曲线”比较分析 CO、H2还原铁矿石的热力学特点，并阐述高 炉逆流式反应器反应过程的合理性（10 分）

答：(a.画出 CO 、比还原铁氧化物的平衡关系示意图（叉子曲线）): 1）、用CO还原，除Fe3O4→FeO为吸热反应外，其余均为放热反应，用H2还原，全部曲线向下倾斜，均为吸热反应； 2）、低于810℃CO的还原能力大于H2的还原能力，反之则反。 3）、CO作为还原剂，FeO→Fe最难还原，H2作为还原剂，Fe3O4→Fe最难还原 4）、从反应动力学看，H2分子半径小，分子量小，粘度低，扩散能力强。以此说明不论在低温或高温下，H2还原反应速度CO还原反应速度快。 5）、在高炉冶炼条件下，H2还原铁氧化物还可以促进CO和C还原反应的加速进行。 6）、H2与CO还原一样，均属于间接还原，反应前后气相体积没有变化，即反应不受压力影响。 7）、除Fe2O3的还原外，Fe3O4和FeO的还原均为可逆反应。 合理性：

(4) 简述光学显微镜、扫描电镜和 X 射线衍射仪三种测试方法的作用，并叙述 如何利用该三种方法确定炉渣物相。（10 分）

答：1）、光学显微镜：a、岩相显微镜：岩相显微镜是在透射光下测定透明矿物的物理光学性质，以鉴定和研究物相的一种方法。b、金相显微镜：金相显微镜可观察炉渣、耐火材料、金属、钢铁样品的显微组织，可以鉴定钢中的夹杂物。

2）、扫描电镜：扫描电镜是一种多分析功能的组合型仪器。它借助于扫描装置提供的细聚焦电子束，不但可以使样品被辐照的区域直径小于0.1μm，而且，可以扫描成像方式获得图像。这样在获得样品表面形貌放大像后，能同时进行指定微区的化学成分分析。

3）、X射线衍射：X射线照射到晶体上，和晶体发生相互作用，产生一定的衍射花样，它可反映出晶体内部的原子分布规律。因此，X射线衍射分析是通过衍射现象来分析晶体的内部结构。 确定炉渣物相：

(5) 试简述渣钢反应动力学研究方法（包括：如何确定反应初始时间；如何取 钢样和渣样并分析其成分变化；如何确定限制性环节。）。（10 分）

三、计算题（每题 10 分，共计 20 分）

(1) 将成分为 w[C]=0.15%、w[O]=0.016%的钢液送入真空室内进行真空处理。 真空度为 1kPa，温度为 1600℃。试计算钢液最终的平衡碳浓度及氧浓度（假定钢 液为理想溶液）。 已知：

[C] + [O] == CO(g) ΔGθ=–21244–38.91T J·mol–1（10 分）

(2)已知干风中含 O2 25% (ω=0.25)，含水 3% (φ=0.03)，试分别计算在高炉风口 燃烧带内 100Nm3鼓风和燃烧 1kg碳产生的煤气量及成分。（10 分）

2013

一、简答题从（16题中选14题回答，每题5分，共70分）

1.直接还原与熔融还原的工艺特点 直接还原 炼铁 工艺 天然气 还原气 矿石 粉矿或 球团矿 固态 海 绵 铁 直接还原炉 非焦煤 电炉炼钢 熔融还原 炼铁 工艺 非焦煤 预还原炉 矿石 液态生铁 熔融还原炉 转炉炼钢 2.现代电炉的的工艺特点

答：①超高功率电弧炉：优点：缩短融化时间，提高生产率；改善热效率，降低电耗；大电流短电弧，热量集中，电弧稳定，对电网影响小。

超高功率电弧炉只有与相关技术结合才能实现高效节能 ②偏心炉底出钢电弧炉

③直流电弧炉：电极消耗低、电压波动小和噪音小

3.为什么结晶器是连铸的核心？结晶器的参数有哪些？

4.直接还原与间接还原

答：1）直接还原：还原剂为碳素，还原产物为CO,直接消耗固体碳，伴随强烈的吸热，还原剂不需要过剩系数，由于反应为吸热反应，所以需要额外消耗碳来补充热量。

2）间接还原：还原剂为气态CO和H2，还原产物为H2O和CO2，不直接消耗固体碳，还原剂需要过剩系数。（n大于1）

5.什么叫合成渣洗？（还有一问忘了）

答：渣洗精炼：合成渣洗是由炼钢炉初炼的钢水在钢包内通过钢液对合成渣的冲洗进一步提升钢水质量的一种炉外精炼方法，精确控制炉渣成分,通过渣钢反应实现对钢水的提纯精炼。主要用于钢水脱氧、脱硫和去除夹杂物等方面。

6.富氧的影响及原因

答：富氧对高炉冶炼的影响：a. 提高产量：每富氧1％增产3～5％ b. 提高t理：每富氧1％,t理升高45～50℃ c. 燃烧带有缩小的趋势：N2下降, t理上升→加快碳的燃烧过程 d. 高温区下移，炉身、炉顶温度降低：煤气量下降所致 e. 直接还原度略有升高：尽管CO上升→ rd上

升 ，但是：炉身温度上升 → rd上升；I上升→ 停留时间下降 → rd上升

7.烧结矿的固结机理

答：1）高碱度烧结矿：烧结矿的固结经历了固相反应、液相反应、冷凝固结。当物料加热到一定温度时，各组分之间有了固相反应，生成低熔点物质，在燃烧带低熔点物质熔化形成液相，生成CaO-Fe2O3系液相（高碱度烧结矿的主要粘结剂），液相经过冷凝固结将未熔物粘结起来，成为多孔状的烧结矿。

8.液泛现象

答：“液泛现象”（ 煤气把渣铁托住而类似粥开锅）的危害：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。

防止对策: 提高焦炭粒度、改善焦炭强度、降低炉渣粘度、减少渣量L↓、减小气流速度ω↓、大力发展间接还原、提高炉渣表面张力（表面张力小，易起泡）

9.拜耳法的主要反应

答：拜耳法流程包括三个主要步骤：铝土矿溶出；铝酸钠溶液分解；氢氧化铝煅烧①溶出：指把①铝土矿中的氧化铝水合物（Al2O3·xH2O)溶解在苛性钠（NaOH)中，生成铝酸钠溶液。 Al2O3·xH2O + 2 NaOH = 2NaAlO2 + (x+1)H2O

Al(OH)3 + NaOH = NaAl(OH)4 AlOOH + NaOH + H2O = NaAl(OH)4 ②分解：析出固体氢氧化铝

2NaAlO2 + 4H2O = 2NaOH +Al2O3·xH2O (添加晶种 Al2O3·3H2O） ③ 煅烧：Al2O3·3H2O = Al2O3 + 3H2O （高温1100℃）

10.电解铝的阴极与阳极反应

答：阴极反应Al3+ + 3e = Al（液），

阳极反应3O2- + 1.5C – 6e = 1.5CO2(气)

扩展：铝电解的总反应式:Al2O3 + 1.5C = 2Al(液) +1.5CO2(气) 11.硅热法炼镁的主要原料和反应（就是皮江法）

答：1）原料：白云石（Mg 不低于30%， 在回转窑内煅烧， 1350 ℃ ）， 硅铁（Si75%), CaF2 (质量分数2.5%)

2）主要反应：2(CaO·MgO(s） + Si(Si –Fe)(s） = 2Mg(g） + 2 CaO·SiO2(s） Si + O2 = SiO2 2Mg + O2 = 2MgO 2MgO + Si = 2Mg + SiO2

12.镁热法还原钛的过程

答：TiCl4的还原。这一步是将钛由氯化物还原为金属钛的过程。用镁还原法生产金属钛是在密闭的钢制反应器中进行.将纯金属镁放入反应器中并充满惰性气体,加热使镁熔化(650 ℃),在800~900 ℃下,以一定的流速放入TiCl4与熔融的镁反应：TiCl4 +2Mg = 2MgCl2 +Ti。在温度800~1000 ℃下镁与氯化镁有较大的蒸气压而钛的蒸气压很小,让镁及氯化镁在真空下挥发后冷凝在冷凝器上,钛留在原来的还原罐内,从而使钛与其他组分分离.

13.连铸坯产生裂纹的原因？（还有一问忘了）

14.炼铜中硫化矿的主要原料

答：Cu2S(辉铜矿),CuFeS2(黄铜矿), CuS(铜蓝)

15.炼钢中锰与硫的比（具体怎么问的忘了）

根据经验S<0.025%,Mn/S=25~30,能有效控制热脆现象。一般应大于25。锰硫比较高凝固时不易产生裂纹。

扩展：Mn/Si大于3.0，可得到完全液态的脱氧产物，以改善钢水的流动性。

二、论述题（5选4，每题15分，共60分）

1.高压操作的影响及原因

答：(1)燃烧带减小：炉内压力↑鼓风体积↓，鼓风动能↓所致；CO2、O2分压↑燃烧速度加快所致

(2)对还原的影响(rd↓，[Si]↓)：因为抑制了 C＋CO2=2CO 正反应有利于间接还原发展， rd↓；因为抑制了 C＋SiO2=Si＋CO2正反应，[Si] ↓

(3)料柱阻力损失△P↓：由于，料层气流阻损△P与气体压力成反比

(4)大幅度减少炉尘吹出量：因为煤气动压头1/P∝ h动 ， P↑， h动↓

(5) 降低焦比:炉况顺行，煤气利用率提高；炉尘吹出量大幅度减少；产量提高，单位生铁热损减小；有利于间接还原发展；生铁含硅可控制在下限水平。

2.粘度对高炉冶炼的影响及影响粘度的原因，粘度对脱硫的影响

答：（1）炉渣粘度为流体单位速度梯度、单位面积上的内磨擦系数； （2）粘度过大：炉料下降、煤气上升困难，易产生“液泛”； 渣铁分离不好、反应速度降低；粘度过小：软熔带位置过高；侵蚀炉衬；

（3）影响炉渣粘度的因素: a) 温度：温度升高，粘度下降 b) 碱度：酸性渣中由于Si--O阴离子形成四面体网状结构，粘度大，酸性渣中加入CaO、MgO→消灭-O-键使粘度降低；碱性渣在高温下粘度小。碱度升高，粘度增大，由于R增大，使 CaO、MgO升高又使 固体悬浮质点升又使粘度升。 c) 渣中其他成分①Al2O3升使粘度升，原因:Al-O阴离子三长键结构 (但影响小于Si-O四长键);②TiO2升使粘度升，原因：Ti与C、N生成碳氮化物，熔点高，易析出固相质点； ③CaF2 (萤石) 升使粘度↓↓，原因：F是电极电位正值最大的元素，得到电子的倾向最强，2个F负可以取代一个网状结构的-O-位置，造成断口，生成的自由O2负又可以去破坏另一个-O-键④K2O、Na2O↑→粘度↓，原因 K2O、Na2O降低粘度的作用比较小，但它们的危害大

（3）对脱硫影响：

3.高炉如何脱硫的，为什么高炉有利于脱硫

答： ①热力学脱硫分三步：

[FeS]→(FeS) (FeS) + (CaO)====(CaS) + (FeO) (FeO) + C===Fe + CO 总反应： [FeS]+(CaO)+C === (CaS)+Fe+CO 影响炉渣脱硫的热力学条件： a、提高温度：脱硫反应吸热

b、炉渣组成：炉渣碱度，R ? ? a(O2?) ? ? LS ?；渣中与S结合能力强的元素多，如CaS、MnS，使?(S2?) ? ? LS?；渣量，大渣量提高脱硫能力。

c、铁水成分：碳、硅、磷提高LS ，高炉内碳、硅、磷含量高，利于脱硫 d、高炉还原性气氛，还原渣[%O]。

②动力学条件：足够的炉渣温度，流动性好，粘度降低。动力学条件稍差

4.氧气顶吹转炉中元素的氧化的规律，温度的变化规律（还有几点忘了） 答：

5.物相分析的几种方法？在冶金中的应用

答：1）方法：a、X射线衍射分析 b、电子显微分析 c、差热分析 、

2）应用：a、炉渣物相的分析 b、钢中夹杂物 c、耐火材料 d、烧结矿

三、计算题（每题10分，2题，共20分）

计算题不好描述，第二题是加入合金的量，好好复习就行了！

扬长：厚料层烧结：基于烧结自动蓄热原理的厚料层烧结技术，为降低固体燃料提供了可能，也为低温烧结技术创造了有利条件。同时，对改善烧结矿质量亦有好处。

避短：控制燃料在料层高度方向上的分布：烧结过程的自动蓄热现象，烧结料层上下部不均匀：上部热量不足，下部热量过剩。人为地调整燃料分布，解决热量分布不均匀的问题，并降低燃耗：双层布料技术、燃料分加技术、偏析布料技术。

5.谈谈对钢铁企业二次资源综合利用的看法及建议

答：1）转炉、焦炉、高炉煤气回收利用：可用做燃料；做化工原料；发电或生活用

2）回收蒸汽，蒸汽既可用于生产又可用于生活 3）回收烟尘，成为烧结矿和球团矿的原料

4）炉渣处理，一般先回收渣中有价值元素然后根据尾渣程度和不同将其作为烧结矿熔剂，建筑材料，水泥等

5）污水处理和污泥处理：污泥可作为转炉造渣的原料，污水处理澄清后循环使用。

6. 以钢中夹杂物的来源和去除为例,讨论高洁净钢的冶金工艺

答：1）来源：a、内生夹杂：脱氧产物，二次氧化产物，渣—钢反应，钙处理等化学反应生成的夹杂物，钢液冷却和凝固过程中形成的夹杂

b、外来夹杂：炉渣卷入形成的夹杂物，耐火材料受侵蚀形成的夹杂物

2）高洁净钢冶炼工艺：从炼钢——精炼——连铸生产洁净钢，主要控制对策

a、控制炼钢炉下渣量 b、钢包渣的氧化性控制 c、钢包精炼渣成分控制 d、保护浇筑

e、中间包控流装置 f、中间包覆盖剂 g、碱性包衬 h、钢中细微夹杂物的去除 i、防止浇注过程的下渣与卷渣 j、防止氩气泡吸附夹杂 k、结晶器钢水流动控制及保护渣

2010

一、简答题（共 8 题，每题 5 分，共 40 分）

1 简述转炉炼钢过程中的脱碳规律

答：1）吹炼初期，温度较低，脱碳速度小。硅、锰与氧的亲和力大，首先氧化放热，随着温度升高，脱碳速度逐渐增大

2）吹炼中期，脱碳速度达到最大值基本保持不变，碳含量高，供氧为脱碳反应限制环节 3）吹炼后期，达到临界碳含量以后，随着碳含量的减少，碳在钢液中的扩散成为限制环节，脱碳速度降低。

2 列举一种或两种不锈钢冶炼工艺

答：1）电炉 +AOD+ VOD“三步法”不锈钢生产工艺的主要 2）转炉不锈钢生产工艺

3 简述高碱度烧结矿、酸性氧化球团矿的固结机理

答：1）高碱度烧结矿：烧结矿的固结经历了固相反应、液相反应、冷凝固结。当物料加热到一定温度时，各组分之间有了固相反应，生成低熔点物质，在燃烧带低熔点物质熔化形成液相，生成CaO-Fe2O3系液相（高碱度烧结矿的主要粘结剂），液相经过冷凝固结将未熔物粘结起来，成为多孔状的烧结矿。

2）酸性球团矿：

?磁铁球团矿：a、产生新Fe2O3微晶键，Fe2O3再结晶长大，Fe2O3晶桥键固结 b、Fe3O4再结晶长大连接，Fe3O4晶桥键固结

c、液相固结（小于5%）

?赤铁球团矿：a、原生Fe2O3再结晶长大连接，Fe2O3晶桥键固结 b、Fe3O4再结晶长大连接，Fe3O4晶桥键固结 c、液相固结（小于5%）

4 简述铁水预处理的主要内容及作用

答：铁水预处理：是指铁水兑入炼钢炉之前进行的各种处理。有脱硫预处理和三脱（脱硅、磷、硫）预处理。分为普通铁水预处理和特殊铁水预处理两大类。 普通铁水预处理包括：铁水脱硫、铁水脱硅和铁水脱P。特殊铁水预处理一般是针对铁水中含有的特殊元素进行提纯精炼或资源综合利用，如铁水提钒、提铌、脱铬等预处理工艺。

作用：(1) 满足用户对超低硫、磷钢的需求，发展高附加值钢种

(2) 减轻高炉脱硫负担，放宽对硫的限制，提高产量，降低焦比

(3)炼钢采用预处理后的低磷、低硫铁水冶炼，可获得巨大的经济效益。

(4) 炉外铁水预处理脱磷、脱硫可保持同炉内一样良好的 热力学条件，还可通过采用搅拌措施，大大改善动力 学条件，以较少的费用获得很高的脱磷、脱硫效率。

(5) 铁水深度预处理是目前冶炼纯净钢最经济的、最可 靠的技术保障，已成为生产优质低磷、低硫钢必不可 少的经济工序。

5 简述 RH、VOD 精炼的特点及作用

答：1)RH特点：①反应速度快、处理周期短，生产效率高，常与转炉配套使用。

②反应效率高，钢水直接在真空室内进行反应。

③可进行吹氧脱碳和二次燃烧进行热补偿，减少处理温降； ④可进行喷粉脱硫，生产超低硫钢。 RH作用： ①脱H：对完全脱氧钢液脱氢效率≮60%,对未完全脱氧钢液,由于C-O反应剧烈,＞70%.脱气时 间15~20min,[H]＜2ppm.

②脱N：N易形成N-化物,脱氮效率0~10%; ③脱O：∑[O]0.002~0.005%

④脱碳：对初始[C]有要求,处理15min,可使[C]＜0.002%; ⑤脱S：效率50~75%;

⑥减少非金属夹杂；改善钢水纯净度;

⑦成分微调：合金 元素控制精度为±0.003~0.010%

2)VOD特点：

①精炼强度受钢包净空度的严格限制

②受包盖、炉渣等物理因素的影响，真空脱气效率有所 降低 ③真空条件下实现钢－渣反应，有利于脱硫和脱氧 VOD作用

①有效的脱气，减少[H]、[N]； ②脱氧，通过C+[O]=CO去除[O]； ③通过碱性顶渣去[S]；

④通过合金微调及吹Ar控制化学成分和温度； ⑤通过吹Ar使夹杂无聚集上浮。

6 简述一种非高炉炼铁技术及其优缺点

答：1）熔融还原炼铁法：是在温度高于渣铁熔点的熔融状态下，用碳把铁氧化物还原成金属铁

的非高炉炼铁方法，其产品是液态生铁。现在把不以焦炭为燃料，以煤炭为主要能源，使用天然

富矿、人造富矿（烧结矿或球团矿）取代高炉生产液态生铁的方法都列为熔融还原法。它仅是把高炉过程在另一个不用焦炭的反应器中完成，基本不改变目前传统的钢铁生产基本原理。现阶段熔融还原法主要采用两种形式：一步法—用一个反应器完成铁矿石的高温还原及渣铁熔化分离的全过程；二步法一在第一个反应器内把含铁原料预还原，而在第二个反应器内补充还原。熔化分离和生产还原气体，以减少还原消耗的热量

熔融还原的优缺点：优点是是以煤炭为主要能源，可熔化造渣而去除矿石中的脉石和杂质，故对矿石品位的要求不像直接还原那样严格，生产出来的液态生铁含有碳、硅等氧化放热元素，便于现有典型的氧气转炉炼钢使用。缺点是熔融还原需要大量氧气或电能,能耗较高；还未形成一个定型的工艺；产品质量较差，脱硫不稳定；设备寿命不高。

7 电弧炉高效冶炼的主要措施

答：1）超高功率电弧炉技术：a、缩短熔化时间，提高生产效率b、改善热效率，降低电耗c、大电流，短电弧，热量集中。电弧稳定，对电网影响小

2）偏心炉底出钢技术

3）直流电弧炉技术（电极消耗低，电压波动小，噪音小） 4）电弧炉炼钢合理供电技术 5）电弧炉炼钢余热利用技术 6）泡沫渣技术 7）连续化生产技术 8）优质耐火材料

9）电弧炉加热部分铁水冶炼技术

8 简述降低高炉焦比的主要措施

答：1）减少热量消耗：包括提高原料含铁品位，降低渣量，降低焦炭和煤粉中的灰分，降低鼓风中的水分，取消石灰石入炉

2）降低直接还原度：包括生产高还原性烧结矿和球团矿（精料）；改善高炉操作，富氧鼓风；高压操作，发展间接还原

3）提高风温

4）改善H2的利用，rH2升高则rd降低

二、计算题（共 2 题，每题 15 分，共 30 分）

1 (15 分)下图为 CO 还原铁氧化物的平衡图(叉子曲线)，试计算交叉点 O 处的 温度值和平衡气体组成。气体压力 101325Pa，仅考虑 CO 和 CO2。已知下面几个 反应的 ΔrGo：

Fe3O4(s) + CO(g) == 3FeO(s) + CO2(g) ΔrG1 o = 35 120–41.55 T (J/mol)

FeO(s) + CO(g) == Fe(s) + CO2(g) ΔrG2 o =–17 500 + 21.00 T (J/mol) 1/4Fe3O4(s) + CO(g) == 3/4 Fe(s) + CO2(g) ΔrG3 o = 0.17 T (J/mol)

三、综合题（共 3 题，每题 10 分，共 30 分）

1 论述连铸坯的凝固特点，并从凝固角度探讨提高铸坯质量的措施。

2 试分析（FeO）对炼钢过程中脱 P 和脱 S 的影响，并说明其异同。

答：1）脱磷反应：是在金属液与熔渣界面进行的，首先是[P]被氧化成（P2O5），而后与（CaO）结合成稳定的磷酸钙：

2[P]+5(FeO)+4(CaO)=(4CaO·P2O5)+5[Fe]、 2[P]+5(FeO)+3(CaO)=(3CaO·P2O5)+5[Fe] 渣中（FeO）是石灰的溶剂，同时提高炉渣FeO含量可以降低P2O5活度系数，增加P的分配系数，渣中（FeO）含量升高从热力学、动力学方面均有利于脱磷。但吹炼中期，当炉渣中(FeO)含量过低时，炉渣出现返干现象，不利于脱磷脱硫，甚至出现回磷现象。吹炼后期，终点碳含量低时，渣中（FeO）含量升高，石灰化透，磷可以得到进一步脱除。

2）脱硫反应：[S]+（O2-）=（S2-）+[O]

由上式可以看出，(FeO)含量升高，LS降低，不利于脱硫。即脱硫要求低氧化性炉渣。 转炉脱硫渣中(FeO)含量应低于1%。

异同：(FeO)含量高有利于脱磷，(FeO)含量低有利于脱硫。转炉炉渣(FeO)含量在15%-20%之间，不利于脱硫，脱磷也要在温度较低的初期。

3 叙述烧结料层“自动蓄热”的原理，指出烧结生产中对应的技术对策。

答：1）自蓄热作用：即随烧结矿层的下移，料层温度最高值逐渐升高。自动蓄热来源于被上层热烧结矿预热了的空气以及自上层带入的热废气的加热作用。随着烧结过程的进行，燃烧层向下移动，烧结矿层增厚，自动蓄热作用愈显著，愈到下层燃烧温度愈高。灼热的烧结矿层相当于一个蓄热室。“自动蓄热作用”是厚料层烧结技术的理论基础。厚料层烧结可降低能源以及提高成品率。

2）烧结生产中对“自动蓄热现象”扬长避短的技术对策： 扬长：厚料层烧结：基于烧结自动蓄热原理的厚料层烧结技术，为降低固体燃料提供了可能，也为低温烧结技术创造了有利条件。同时，对改善烧结矿质量亦有好处。

避短：控制燃料在料层高度方向上的分布：烧结过程的自动蓄热现象，烧结料层上下部不均匀：上部热量不足，下部热量过剩。人为地调整燃料分布，解决热量分布不均匀的问题，并降低燃耗：双层布料技术、燃料分加技术、偏析布料技术。

2011

一.简答题（6X10）

1.简述炼钢（包括二次精炼）的主要任务。

答：1）转炉炼钢：“四脱”（碳、氧、磷和硫）；“二去”（去气N、H和去非金属夹杂）；“二调整”（成分和温度）；凝固成型；废钢炉渣返回利用；煤气、蒸汽回收

2）二次精炼：脱硫，脱氧，去气，去夹杂。调整钢液温度及成分，提高钢液洁净度，冶炼高品质钢

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