钢铁冶金学炼铁部分第三版课后答案

第一部分 基本概念及定义

1. 高炉法：传统的以焦炭为能源，与转炉炼钢相配合，组成高炉—转炉—轧机流程，被称为长流程，是目前的主要流程。

2. 非高炉法：泛指高炉以外，不以焦炭为能源，通常分为直接还原和熔融还原，一般与电炉配合，组成直接还原或熔融还原—电炉—轧机流程，被称为短流程，是目前的辅助流程。

3. 钢铁联合企业：将铁矿石在高炉内冶炼成生铁，用铁水炼成钢，再将钢水铸成钢锭或连铸坯，经轧制等塑形变形方法加工成各种用途的钢材。

4. 高炉有效容积：由高炉出铁口中心线所在平面到大料钟下降位置下沿水平面之间的容积。

5. 铁矿石：凡是在一定的技术条件下，能经济提取金属铁的岩石。 6. 富矿：一般含铁品位超过理论含铁量70%的矿，对于褐铁矿、菱铁矿及碱性脉石矿含铁量可适当放宽。

7. 还原性能：矿石中铁结合的氧被还原剂夺取的难易程度。主要取决于矿石的致密程度、空隙及气孔分布状态。一般还原性好，碳素燃料消耗量低。

8. 熔剂：由于高炉造渣的需要，入炉料中常需配加一定数量的助熔剂，该物质就称为熔剂。

9. 耐火度：抗高温熔化性能的指标，用耐火锥变形的温度表示，它表征耐火材料的热性质，主要取决于化学组成、杂质数量和分散程度。实际使用温度要比耐火度低。

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，无法直接观察炉内反应过程，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。

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

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

炼钢学复习题

第二章

一．思考题

1.炼钢的任务。

1)脱碳：含碳量是决定铁与钢定义的元素，同时也是控制性能最主要的元素，一般来用向钢中供养，利于碳氧反应去除。2）脱硫脱磷：对绝大多数钢种来说，硫磷为有害元素，硫则引起钢的热脆，而磷将引起钢的冷脆，因此要求炼钢过程尽量去除。3）脱氧：在炼钢中，用氧去除钢中的杂质后，必然残留大量氧，给钢的生产和性能带来危害，必须脱除，减少钢中含氧量叫做脱氧。（合金脱氧，真空脱氧）4）去除气体和非金属夹杂物：钢中气体主要指溶解在钢中的氢和氮，非金属夹杂物包括氧化物，硫化物以及其他化合物，一般采用CO气泡沸腾和真空处理手段。5）升温：炼钢过程必须在一定高温下才能进行，同时为保证钢水能浇成合格的钢锭，也要求钢水有一定的温度，铁水最温度很低，1300摄氏度左右 Q215钢熔点1515摄氏度6）合金化：为使钢有必要的性能，必须根据钢中要求加适量的合金元素。7）浇成良锭：液态钢水必须浇铸成一定形状的固体铸坯，采用作为轧材的原料，同时要求质量良好，一般有模铸和连铸两种方式。

2.S的危害原因和控制方式。 （1） 产生热脆。（硫的最大危害）（2）形成夹杂：S在固体钢中基本上是以硫化物夹杂的形式存在。降低塑性，危害各向同性（采

钢铁冶金学炼钢部分

一、填空

1. 出钢的方法有挡渣出钢、钢渣混出。

2. 炼钢中五大危害元素有：S、P、O、H、N。

3. 转炉和平炉的不同点有：供氧源（转炉：鼓入空气；平炉：氧化铁）、热来源（转炉：

反应热；平炉：蓄热炉） 4. 钢与生铁的区别：首先是碳的含量，理论上一般把碳含量小于2.11%称之钢，它的熔点

在1450-1500℃，而生铁的熔点在1100-1200℃。在钢中碳元素和铁元素形成Fe3C固熔

体，随着碳含量的增加，其强度、硬度增加，而塑性和冲击韧性降低。

5. 炼钢的基本任务包括：（1）脱碳、脱磷、脱硫、脱氧 ； （2）去除有害气体和夹杂；

（3）.提高温度； （4）.调整成分

6. 完成炼钢任务的工艺手段：供氧，造渣，升温，加脱氧剂、合金化操作。 7. 钢中磷的含量高会引起钢的 “冷脆”，即从高温降到0℃以 下，钢的塑性和冲击韧性降低。

8. 硫对钢的性能会造成不良影响，钢中硫含量高，会使钢的热加工性能变坏，即造成钢的“热脆”性。

9. 硫还会明显降低钢的焊接性能，引起高温龟裂，并在焊缝中产生气孔和疏松，从而降低

焊缝的强度。硫含量超过0.06%时，会显著恶化钢的耐蚀性。硫还是连铸坯中偏析最为严重的元素。

10.

钢铁冶金资料

1.4.1 高炉炼铁工业流程及炉内主要过程

高炉系统

高炉本体、原燃料系统、上料系统、送风系统、渣铁处理系统、煤气净化系统

高炉过程特点

在炉料与煤气逆流运动的过程中完成了多种错综复杂地交织在一起的化学变化和物理变化，且由于高炉是一个密闭的容器，除去上料和排除产物外，只能凭借仪器、仪表间接观察。

高炉冶炼过程的主要目的

用铁矿石经济而高效率地得到温度和成分合乎要求的液态生铁。 ① 实现矿石中金属元素和氧元素的化学分离——还原过程；

② 实现已被还原的金属与脉石的机械分离——熔化与造渣过程； ③ 控制温度和液态渣铁之间的交互作用得到温度和化学成分合格的铁液。

1.4.1.2 生产过程中应严密控制的关键性环节

? A 送风条件

在保证顺行的前提下，鼓入炉内的风量越大则生产率越高；风口循环区在炉缸半径方向上大小适当，在圆周方向上分布均匀，以保证煤气分布合理；根据鼓风成分以及是否喷吹辅助燃料，调节鼓风温度以适应炉内状态的需要。

? B 软熔区的位置、形状、尺

第三章：合金结构钢

1．分析热轧钢和正火钢的强化方式和主强化元素又什么不同，二者的焊接性有何差别？在制定焊接工艺时要注意什么问题？

答：热轧钢的强化方式有：（1）固溶强化，主要强化元素：Mn，Si。（2）细晶强化，主要强化元素：Nb,V。

（3）沉淀强化，主要强化元素：Nb,V.；正火钢的强化方式：（1）固溶强化，主要强化元素：强的合金元素（2）细晶强化，主要强化元素：V,Nb,Ti,Mo（3）沉淀强化，主要强化元素：Nb,V,Ti,Mo.；焊接性：热轧钢含有少量的合金元素，碳当量较低冷裂纹倾向不大，正火钢含有合金元素较多，淬硬性有所增加，碳当量低冷裂纹倾向不大。热轧钢被加热到1200℃以上的热影响区可能产生粗晶脆化，韧性明显降低，而是、正火钢在该条件下粗晶区的V析出相基本固溶，抑制A长大及组织细化作用被削弱，粗晶区易出现粗大晶粒及上贝、M-A等导致韧性下降和时效敏感性增大。制定焊接工艺时根据材料的结构、板厚、使用性能要求及生产条件选择焊接。

2．分析Q345的焊接性特点，给出相应的焊接材料及焊接工艺要求。

答:Q345钢属于热轧钢，其碳当量小于0.4％，焊接性良好，一般不需要预热和严格控制焊接热输入，从脆硬倾向上，Q345钢连续冷却时，珠光体转变右移

1、 钢和生铁的区别？?

答：C??1.2%的钢很少实用；还含Si、Mn等合金元素及杂质。生铁硬而脆，冷热加工性能差，必须经再次冶炼才能得到良好的金属特性；钢的韧性、塑性均优于生铁，硬度小于生铁

长流程：以铁矿石为原料，煤炭为能源-高炉-铁水预处理-转炉炼钢-炉外精炼-连铸-轧钢 短流程：以废钢为原料，电为能源-电炉炼钢-炉外精炼-连铸-轧钢 2、炼钢的基本任务？?

答：钢铁冶金的任务是由生产过程碳、氧位变化决定的。炼钢的基本任务分为脱碳，脱磷，脱硫，脱氧，脱氮、氢等，去除非金属夹杂物，合金化，升温（1200°C→1700°C），凝固成型，废钢、炉渣返回利用，回收煤气、蒸汽等。

高炉——分离脉石，还原铁矿石 铁水预处理——脱S,Si,P 转炉——脱碳，升温 炉外精炼——去杂质，合金化 ?3、钢中合金元素的作用？?

答：C：控制钢材强度、硬度的重要元素，每1％[C]可增加抗拉强度约980MPa；Si：增大强度、硬度的元素，每1％[Si]可增加抗拉强度约98MPa；Mn：增加淬透性，提高韧性，降低S的危害等；Al：细化钢材组织，控制冷轧钢板退火织构；Nb：

1、 钢和生铁的区别？

答：C < 2.11%的Fe-C合金为钢；C > 1.2%的钢很少实用；还含Si、Mn等合金元素及杂质。生铁硬而脆，冷热加工性能差，必须经再次冶炼才能得到良好的金属特性；钢的韧性、塑性均优于生铁，硬度小于生铁

长流程：以铁矿石为原料，煤炭为能源-高炉-铁水预处理-转炉炼钢-炉外精炼-连铸-轧钢 短流程：以废钢为原料，电为能源-电炉炼钢-炉外精炼-连铸-轧钢 2、炼钢的基本任务？

答：钢铁冶金的任务是由生产过程碳、氧位变化决定的。炼钢的基本任务分为脱碳，脱磷，脱硫，脱氧，脱氮、氢等，去除非金属夹杂物，合金化，升温（1200°C→1700°C），凝固成型，废钢、炉渣返回利用，回收煤气、蒸汽等。

高炉——分离脉石，还原铁矿石 铁水预处理——脱S,Si,P 转炉——脱碳，升温 炉外精炼——去杂质，合金化 3、钢中合金元素的作用？

答：C：控制钢材强度、硬度的重要元素，每1％[C]可增加抗拉强度约980MPa；Si：增大强度、硬度的元素，每1％[Si]可增加抗拉强度约98MPa；Mn：增加淬透性，提高韧性，降低S的危害等；Al：细化钢材组织，控制冷轧钢板退火织构；Nb：