钢铁冶金学(炼铁部分)

《钢铁冶金学(炼铁部分)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《钢铁冶金学(炼铁部分)（24页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、 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：复原熔化过程炼铁：铁矿石去脉石、杂质和氧铁；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。直接复原和熔融复原炼铁工艺流程：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与三大主要过程。答：特点：在逆流炉料下降与煤气上升过程中，完成复杂的物理化学反响；在投入装料与产出铁、渣、煤气之外，无法直接观察炉反响过程，只能凭借仪器仪表简介观察；维持高炉

2、顺行保证煤气流合理分布与炉料均匀下降是冶炼过程的关键。三大过程：复原过程：实现矿石中金属元素主要是铁和氧元素的化学别离；造渣过程：实现已复原的金属与脉石的熔融态机械别离；传热与渣铁反响过程：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：高的含铁品位。矿石品位根本上决定了矿石的价格，即冶炼的经济性。矿石中脉石的成分和分布适宜。脉石中SiO2和Al2O3要少，CaO多，MgO含量适宜。有害元素的含量要少。S、P、As、Cu对钢铁产品性能有害，K、Na、Zn、Pb、F对炉衬和高炉顺行有害

3、。有益元素要适当。Mn、Cr、Ni、V、Ti等和稀土元素对提高钢产品性能有利。上述元素多时，高炉冶炼会出现一定的问题，要考虑冶炼的特殊性。矿石的复原性要好。矿石在炉被煤气复原的难易程度称为复原性。褐铁矿大于赤铁矿大于磁铁矿，人造富矿大于天然铁矿，疏松结构、微气孔多的矿石复原性好。冶金性能优良。冷态、热态强度好，软化熔融温度高、区间窄。粒度分布适宜。太大，对复原不利；太小，对顺行不利。5、试述焦炭在高炉炼铁中的三大作用与其质量要求。答：焦炭在高炉的作用：1热源：在风口前燃烧，提供冶炼所需的热量；2复原剂：固体碳与其氧化产物CO是氧化物的复原剂；3骨架作用：焦炭作为软融带以下唯一的以固态存在的物料

4、，是支撑高达数十米料柱的骨架，同时又是煤气得以自下而上畅通流动的透气通路；4铁水渗碳。质量的要求：粒度适中、足够的强度、灰分少、硫含量少、挥发成分含量适宜、反响性弱C+CO2=2CO、固定C高等。6、试述高炉喷吹用煤粉的质量要求。答：1、灰分含量低、固定碳量高；2、含硫量少；3、可磨性好；4、粒度细；5、爆炸性弱，以确保在制备与输送过程中的人身与设备平安；6、燃烧性和反响性好。7、熟练掌握高炉冶炼主要技术经济指标的表达方式。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焦炭的千克数(kg/T)。3、煤比：冶炼每吨生铁所消耗的煤粉

5、的千克数(kg/T)。4、燃料比(焦比+煤比+油比)：冶炼每吨生铁所消耗的固体和液体燃料的总和(kg/T)。 5、综合焦比(焦比+煤比煤焦置换比)6、煤焦置换比：喷吹1kg煤粉所能替代的焦炭的kg数。一般为0.81.0(不包括褐煤)。7、焦炭冶炼强度：每M3高炉有效容积每昼夜燃烧的焦炭吨数(t/ M3.d)。通常为0.81.0t/M3.d。8、综合冶炼强度：每M3高炉有效容积每昼夜燃烧的综合焦炭的吨数(t/M3.d)。一般为0.91.15t/M3.d。9、利用系数、焦比与冶炼强度三者关系：纯焦冶炼时，利用系数焦炭冶炼强度/焦比；喷吹燃料时：利用系数综合冶炼强度/综合焦比。10、燃烧强度：每M3

6、炉缸截面积每昼夜燃烧的焦炭的吨数(t/ M3.d)11、工序能耗Ci(燃料消耗+动力消耗-回收二次能源)/产品产量(吨标准煤/T)，1kg标准煤的发热量为29310 kJ(7000千卡)。注：1、把铁矿石炼成合格的钢：复原熔化过程炼铁：铁矿石去脉石、杂质和氧铁；氧化精炼过程炼钢：铁精炼脱C、Si、P等钢。2、高炉原料：铁矿石但凡在当前的技术条件下，可经济地提取出金属铁的岩石，称为铁矿石。地壳中Fe元素居第四位，占4.2 ；在鉄矿石中不存在纯金属的铁，而是以氧化物、硫化物的形式存在；除含Fe氧化物外，含有其他化合物，统称为脉石，常见的SiO2、Al2O3、CaO、MgO。：天然富矿、人造富矿烧结

7、矿、球团矿；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；其他含铁代用品(要求含铁梁高、杂质少、有一定的块度)：高炉和转炉炉尘、残铁、轧钢铁皮、硫酸渣。3、铁矿石的分类：赤铁矿(Fe2O3)，理论含Fe70，红条痕，较软，易复原；铁矿(Fe3O4)，理论含Fe72.4，黑条痕，较硬，难复原；褐铁矿(xFe2O3.yH2O)，黄褐条痕，疏松多孔，易复原；菱铁矿(FeCO3)，理论含Fe48.2，灰黄条痕，焙烧后易复原。 由于地表的氧化作用，自然界中纯磁铁矿少见。磁铁矿变成：半假象赤铁矿Fe/FeO在3.5-7或假象赤铁矿Fe/FeO7。所谓假象：化学成分：Fe3O4，结晶构造不

8、变，保持磁铁矿特征。4、高炉燃料：气体燃料焦炉煤气、高炉煤气用于热风炉；固体燃料焦炭、煤粉用于高炉本体。第二章铁矿粉造块1、试述高炉冶炼对含铁原料的要求，如何到达这些要求？答：贫矿经选矿后的精矿粉经造块烧结或球团过程，可改善矿石的冶金性能，脱去某些杂质S、P、K、Na等，并综合利用大量粉尘和烟尘。2、简述固相反响的特点与对烧结反响的影响。答：在一定温度下，某些离子克制晶格结合力，进展位置交换，并扩散到与之相邻的其它晶格的过程，称为固相反响。特点：反响温度远低于固相反响物的熔点或它们的低共熔点；温度高有利于固相反响的进展；固相反响受化学组成的影响，虽不能形成有效的固相连接，但为液相的生成提供了前

9、提条件(低熔点的固相反响产物)。3、简述烧结矿的固结机理，何种液相利于烧结矿质量的提高？答：固结机理：烧结物料中主要矿物是高熔点的，当被加热到一定温度时，各组分间有了固相反响，生成新的能与原组分形成具有低共熔点的化合物，使得它们在较低的温度下生成液相，开场熔融。熔融的液态物质冷却时成为那些尚未溶入液相的颗粒的巩固的连接桥，从而实现固结。粘结相由铁酸钙组成。可使烧结矿的强度和复原性同时得到提高。这是因为：铁酸钙(CF)自身的强度和复原性都很好;铁酸钙是固相反响的最初产物，熔点低，生成速度快，超过正硅酸钙的生成速度，能使烧结矿中的游离CaO和正硅酸钙减少，提高烧结矿的强度;由于铁酸钙能在较低温度下

10、通过固相反响生成，减少Fe2O3和Fe3O4的分解和复原，从而抑制铁橄榄石的形成；改善烧结矿的复原性。4、 改善烧结料层透气性的对策如何？5、试述烧结生产中“自动蓄热现象扬长避短的技术对策。答：扬长：厚料层烧结技术正是基于自动蓄热技术的，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：自动蓄热现象导致烧结料层上下热量不均匀，上部热量缺乏，下部过剩。所以应该控制燃料在料层高度上的分布，以降低燃料消耗，节约能量。6、试述低温烧结理论的要点。答：高碱度下生成的钙的铁酸盐铁酸钙，不仅复原性好，而且强度也高。铁酸钙主要是由Fe2O3和CaO组成。烧结温度超过

11、1300后，Fe2O3易发生热分解，形成Fe3O4和FeO，而Fe3O4是不能与CaO结合的。相反，FeO的出现会导致2FeOSiO2，CaOFeOSiO2的生成，从而恶化复原性。不同形态的铁酸钙组成的烧结矿，其质量是不同的；而烧结温度对铁酸钙的形态影响显著。为了生成铁酸钙矿物，需要实现低温烧结工艺。7、归纳影响烧结矿强度的因素。8、简述影响烧结矿复原性的因素以与提高复原性的主攻方向。9、简述铁精矿粉的成球机理，并讨论其影响因素。答：铁精粉粒度小，外表能大，存在着以降低外表力来降低外表能的倾向，易发生吸附现象。含铁粉料多为氧化矿物，易吸附水。其中局部水在微细空隙中产生凹液面，具有将细粒了挤向水

12、滴而凝聚的作用。即毛细水对成球过程的主导作用。加水润湿的同时，机械滚动作用使靠水润湿产生的母球被挤压，毛细结构变化，挤出毛细水，过湿外表又吸附分矿使母球长大。形成母球。母球是造球的核心，靠加水润湿产生母球长大(机械力润湿作用)。滚动中压紧毛细结构变化挤出毛细水过湿外表又粘附粉矿母球长大生球压实(机械力作用)。使矿粉颗粒以最严密方式排列，最大限度发挥水的分子引力、毛细管力以与物料的摩擦阻力，使生球强度大大提高。10、简述氧化球团矿的焙烧固结机理。答：1Fe2O3的微晶键连接：磁铁矿生球在氧化气氛中焙烧时，当加热到200300就开场氧化形成Fe2O3微晶。由于新生的Fe2O3微晶中原子迁移能力较强

13、，在各个颗粒的接触面上长大成“连接桥又称Fe2O3微晶键，使颗粒互相连接起来。在900以下焙烧时，这种连接形式使球团矿具有一定的强度。但由于温度低，Fe2O3微晶长大有限，因此仅靠这种形式连接起来的球团矿强度是不够。2Fe2O3的再结晶：当磁铁矿生球在氧化性气氛下继续加热到10001300时，磁铁矿可全部转变成赤铁矿，而由磁铁矿氧化形成的Fe2O3微晶开场再结晶，使一个个相互隔开的微晶长大成连成一片的赤铁矿晶体，使球团矿具有很高的氧化度和强度。3)在缺乏氧气的地方温度到达一定水平时，磁铁矿颗粒也能够通过扩散产生Fe3O4晶键连接，然后再更高温度下，发生Fe3O4的再结晶和晶粒长大，使磁铁矿颗粒

14、结合成一个整体。4液相粘结：两颗矿粒被液相粘结起来，如果生产酸性球团矿，在氧化气氛中，可能产生的液相为低熔点的脉石矿物或添加剂藻土等。在中性或弱复原性气氛中焙烧，那么磁铁矿与脉石中的二氧化硅反响，产生2FeO.SiO2液相。注：1、烧结矿参加CaO，复原性；球团矿参加MgO，软熔性能。2、散粒物料聚结现象是颗粒间相互联结力与相互排斥力作用的结果，结合力 联结力排斥力(重力)。3、烧结过程矿层分布：烧结矿层上冷下热，约4050 mm为脆性层(T低、急冷)，冷烧结矿层和热烧结矿层；燃烧层即烧结层，厚度约为1550mm，温度为11001400，主要反响为燃烧反响；预热层厚度为2040 mm，特点是热

15、交换剧烈，温度快速下降，主要反响为水分蒸发、结晶水与石灰石分解、矿石氧化复原与固相反响；冷料层即过湿层，上层带入的水分由于温度低而凝结，过多的重力水使混合料小球被破坏影响料层透气性；垫底料层为保护烧结机炉篦子不因燃烧带下移而烧坏。4、a)磁铁矿、赤铁矿、铁酸一钙、铁橄榄石有较高强度，其次为钙铁橄榄石与铁酸二钙，最差的是玻璃相。b)赤铁矿、磁铁矿和铁酸一钙容易复原，铁酸二钙复原性较差，玻璃体、钙铁橄榄石、钙铁辉石，特别是铁橄榄石难以复原。c)烧结矿中以强度好的组分为主要粘结相，烧结矿的强度就好。以复原性好的组分为主要粘结相，且气孔率高、晶粒嵌布松弛、裂纹多的烧结矿易复原。5、欲提高产量，需改善料层透气性；可提高抽风负压；透气性和负压不变时，增加料层高度会导致产量下降；透气性指数P与烧结料粒径d成正比，与料层孔隙率成正比。6、“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。自蓄热来源于被上层热烧结矿预热了的空气以与自上层带入的热废气加热冷料的作用。“自蓄热作用是厚料层烧结技术的理论根底。厚料层烧结可降低能源以与提高成品率。