钢铁冶金学-炼铁部分习题

1、冶金的方法及其特点是什么？

提取冶金工艺方法：火法冶金、湿法冶金、电冶金、卤化冶金、羰基冶金等。

(1) 火法冶金：在高温下利用各种冶金炉从矿石或其它原料中进行金属提取的冶金工艺过程。操作单元包括：干燥、煅烧、焙烧(烧结)、熔炼、精炼。

(2) 湿法冶金：在水溶液中对矿石和精矿中的金属进行提取和回收的冶金过程。操作单元包括：浸取(出)、富

(3) 电冶金：利用电能提取金属的冶金过程，包括电热冶金和电化学冶金。

电热冶金：利用电能转变为热能进行金属冶炼，实质上属火法冶金。

电化学冶金：利用电化学反应使金属从含金属盐类的溶液或熔体中析出。如：

①水溶液电解：如Cu、Pb、Zn等。可列入湿法冶金。

②熔盐电解：如Al、Mg、Ca、Na等。可列入火法冶金。

钢铁冶金：火法、电热冶金

有色冶金：火法、湿法、电化学冶金。通常为“火法＋湿法”联合。集(净化和浓缩)、提取(金属或金属化合物)等

2、钢与生铁有何区别？

都是以铁为基底元素，并含少量C、Si、Mn、P、S——铁碳合金。

(1) 生铁：硬而脆，不能锻造。

用途：①炼钢生铁；

②铸造生铁，占10%。用于铸造零、部件，如电机外壳、机架等。

(2) 钢：有较好的综合机械性能，如机械强度高、韧性好、可加工成钢材和制品；能铸造、锻造和焊接；还可加工成不同性能的特殊钢种。

3、钢铁冶炼的任务及基本冶炼工艺是什么？

把铁矿石冶炼成合格的钢：

铁矿石：铁氧化物，脉石杂质。

炼铁：去除铁矿石中的氧及大部分杂质，形成铁水和炉渣并使其分离。

炼钢：把铁水进一步去除杂质，进行氧化精炼。

铁矿石→去脉石、杂质和氧→铁铁→精炼（脱C、Si、P等）→钢

4、试述3种钢铁生产工艺及其特点。

传统流程：间接炼钢法：高炉炼铁+ 转炉炼钢。

优点：工艺成熟，生产率高，成本低

缺点：流程工序多，反复氧化还原，环保差

短流程：直接炼钢法：直接还原炉+ 电炉，将铁矿石一步炼成钢。

优点：避免反复氧化还原

缺点：铁回收率低，要求高品位矿，能耗高，技术尚存在一定问题。

新流程：熔融还原法：熔融还原炉+ 转炉(将铁矿石一步炼成钢)。

优点：工艺简单，投资少、成本低，资源要求不高，环境友善。

缺点：能耗高，技术尚存在大量问题，仅Corex投入工业应用。

5、一个现代化的钢铁联合企业有哪些主要工序和辅助工序？用框图画出钢铁联合企业的生产工艺流程。

目前，钢铁联合企业的主要生产流程还是传统流程：

采矿——选矿——高炉炼铁——转炉炼钢——炉外精炼——连续铸钢——轧钢——成品钢材

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6、我国铁矿石资源有什么特点？高炉炼铁常用铁矿石有哪几种？各有什么特点？

我国铁矿石资源特点：分布“广”、品位“贫”、成分“杂”。

分布广；贫矿多；多元素共生的复合矿多，难选难采的矿石多。

天 富矿石：可直接冶炼的矿石，含铁量为其理论含铁量70%以上的矿石。如：含铁50%的(天然富)块矿。 然 贫矿石：品位太低，需经选矿加工富集的矿石。

矿 富矿粉：富铁矿在破碎过程中得到的粉矿，粒度＜10mm 。

石 精矿(粉)：贫铁矿经选矿加工处理后获得的高品位矿石，通常为粉矿，粒度-200目左右。

人 烧结矿：铁矿粉(精矿粉、富矿粉、含铁粉尘和烟尘)加入适量的燃料和熔剂烧结成块矿。

造 优点：可利用粉矿，扩大矿源，冶金性能好。

富 球团矿：把润湿的精矿粉和少量添加剂混合，在造球机中滚成8～15mm 的圆球，再经过干燥和焙烧，矿 使生球固结，成为适合高炉使用的含铁原料。

7、铁矿石入炉前需进行哪些准备处理工作？

8、高炉炼铁对铁矿石的质量要求是什么？

成分稳定，含铁高，脉石少，含P 、S 等有害杂质低，粒度均匀，还原性好。

9、粉矿造块的意义及其方法有哪些？

造块原因：

①富矿越来越少，不得不大量利用贫矿。

②富矿开采过程产生大量粉矿，粉矿不能直接入高炉冶炼。

③改善和控制含铁原料的冶金性能。

如：烧结矿优点：透气性好，还原性好，去除部分有害元素。

④通过造块过程，可脱除某些杂质，如：S、P、K、Na等；

⑤充分利用工业废物，如：高炉炉尘、轧钢铁皮、均热炉炉渣等。

方法：烧结法和球团法。

人造富矿：粉矿经造块后获得的烧结矿和球团矿(冶金性能高于天然富矿)。

配加熔剂，去除有害杂质。

熟料：粉矿经造块后获得的烧结矿、球团矿，统称人造富矿或熟料。

10、焦炭在高炉炼铁中起何作用？高炉对其质量有何要求？

焦炭的三大主要作用：

1.发热剂：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。

对焦炭的质量要求：

①强度高；②固定C高；③灰分低；④S含量低；⑤挥发分合适；

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)。

11、常用的高炉喷吹燃料有哪些？对高炉喷吹用煤粉有哪些要求？

煤粉(无烟煤、烟煤、褐煤)、天然气、重油

高炉喷吹用煤粉的质量要求：

①固定C高，灰分低；②含S低；③粒度细（－200网目占80%以上）；

④煤粉可磨性好，爆炸性弱；⑤燃烧性好，反应性强。

12、高炉炼铁为什么要加入熔剂？常用的熔剂有哪些？对其有什么要求？

加入碱性熔剂目的：

①降低矿石中脉石和焦炭灰分的熔点，与熔剂CaO生成低熔点的炉

渣。

②高炉中加入熔剂后，炉渣熔点降低，其粘度也下降，因而渣的流

动性好，渣铁易分离。

③有利于脱硫，改善铁水质量

[FeS] + (CaO) + [C] ====== (CaS) + [Fe] + CO↑

因矿石脉石、焦炭灰分为酸性，故高炉所用熔剂多属碱性。

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

对碱性熔剂的要求：

①有效成分含量高。碱性氧化物含量高，酸性氧化物含量低。

②S、P含量低。

③粒度均匀，强度好，粉末少。

13、试述烧结矿的生产工艺流程。

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工艺流程：

原料准备→配料→混合→铺底料→布料→点火→烧结

→冷却→破碎→筛分→成品烧结矿→高炉。

14、试述球团矿的生产工艺流程。

1、高炉冶炼有什么特点？用框图表示现代高炉炼铁车间生产工艺流程。

特点

①逆流：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“黑箱”：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顺行：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。

2、从高炉解剖分析高炉冶炼过程大致可分为几个区域？冶炼过程的主要物理化学变化有哪些？写出反应式。

高炉内炉料的形态：

块状带、软熔带、滴落带、风口带、炉缸带

高炉内的变化和化学反应：

o 风口前燃料的燃烧：2C + O2 == 2CO

o 逆向运动热交换

o 水分蒸发、碳酸盐分解：H2O +C == CO + H2；XCO3 == XO + C02

o 还原反应：MeO +X == Me + XO

o 固液转变

o 脱硫反应：[FeS]+(CaO)+C == (CaS)+Fe+CO

o 渗碳反应和渣铁形成：2CO == CO2 + C;3Fe固+ 2CO == Fe3C + CO2

3、风口前燃料燃烧有何重要意义？高炉内燃烧反应有什么特点？何谓回旋区或燃烧带？

风口燃烧带的作用：①提供热源；②提供还原剂CO；③提供炉料下降的空间。

特点：

·焦炭75%以上C到达风口前燃烧，其它参与还原、气化、渗C。风口喷吹补充燃料(煤粉、重油和天然气等)要先热解后再燃烧。

·风口区为高温、过剩C，故离开风口燃烧带的碳氧化物全为CO！

燃烧带煤气主要产物是CO、少量的H2以及风中的大量N2。

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