钢铁冶金学试题

-1-钢铁冶金学（炼铁学部分）试卷（A）院(系)班级学号姓名试卷卷面成绩占课程考核成绩%平时成绩占%课程考核成绩题号一二三四五六七八九十小计得分8020（注：答题需在答题纸上进行，请不要在试卷上答题，否则将被扣分。）一、名词解释题（每题3分，共18分）1.高炉有效容积利用系数2.SFCA3.煤气CO利用率4.高炉的管道行程5.高炉的碱负荷6.COREX炼铁工艺二、判断题(每题1.5分，共30分)（对：√，错：×。）1.磁铁矿的理论含铁量为70％，黑色条痕，疏松结构，较易还原。2.焦炭的主要质量要求是：含碳量高，反应性高，反应后强度高。3.高炉炼铁要求喷吹用煤粉的爆炸性弱，可磨性指数大，燃烧性高。4.高风温热风炉的炉顶耐火材料一般使用高铝砖或碳砖。5.为确保烧结矿固结强度，一般要求烧结最高温度为1350～1380℃。6.烧结过程的焦粉偏析布料有利于烧结上、下料层温度的均匀化。7.厚料层烧结工艺的主要目的是为了提高烧结矿生产能力。8.酸性氧化焙烧球团矿的固结主要靠FeO与SiO2形成的低熔点化合物粘结。9.原燃料中的P2O5在高炉中不能被还原而全部进入生铁。10.耦合反应的平衡常数是与之相关的简单反应平衡常数的组合。11.阻止高炉内K、Na循环富集的对策之一是降低炉渣二元碱度。得分得分-2-12.高炉风口燃烧带出来的煤气中既有CO又有CO2，但前者含量更高。13.增大高炉鼓风动能的措施之一，是扩大高炉风口直径。14.提高风口理论燃烧温度，有利于补偿喷吹煤粉热分解带来的温度变化。15.抑制“液泛现象”，有利于改善高炉下部的透气性、透液性。16.矿石的软熔性能影响高炉软熔带的位置，但不影响其厚度。17.加大矿石批重将有助于抑制高炉内的中心煤气流。18.与加湿鼓风不同，脱湿鼓风的主要作用在于提高高炉产量。19.富氧鼓风不仅可以给高炉带入热量，而且可以增加高炉产量。20.炉衬寿命的问题，是熔融还原炼铁法需要解决的关键技术。三、简答题（每题8分，共24分）1.简述烧结矿固结机理，何种粘结相（液相）有利于改善烧结矿质量?2.提高高炉鼓风温度对其冶炼过程的影响如何，并说明其原因。3.画出高炉理想操作线，并说明A、B、C、D、E、P、W点的意义。四、论述题(每题14分，共28分)1.分析炉渣粘度对高炉冶炼过程的影响，并论述影响炉渣粘度的因素以及维持适宜的高炉炉渣粘度的技术措施。2.论述降低高炉燃料比的技术措施。a.画出高炉能量利用图解分析的rd—C图，分析指出我国高炉降低燃料比的两大途径；b.根据所学的炼铁理论和工艺知识，阐述降低高炉燃料比的具体对策。得分得分-3-钢铁冶金学（炼铁学部分）A卷试题答案要点及评分标准一、名词解释（每题3分，共18分）1高炉有效容积利用系数：每M3高炉有效容积每昼夜生产的合格铁量（T/M3.d）；2SFCA：复合铁酸钙，烧结矿中强度和还原性均较好的矿物；3煤气CO利用率：煤气中CO2体积与CO和CO2体积总和的比值，CO=CO2(CO+CO2)，表明了煤气利用程度的好坏；4高炉的管道行程：高炉中各种炉料的粒度和密度各不相同且分布不均匀，在炉内局部出现气流超过临界速度的状态，气流会穿过料层形成局部通道而逸走，压差下降，在高炉中形成“管道行程”。5高炉的碱负荷：冶炼每吨生铁入炉料中碱金属氧化物(K2O+Na2O)的千克数；6COREX炼铁工艺：典型的二步法熔融还原炼铁工艺，由奥钢联（VAI）于70年代末合作开发，其目的是以煤为燃料，由铁矿石直接生产液态生铁。由预还原竖炉和熔融气化炉组成。二、判断题（每题1.5分，共30分）（对：√，错：×）1.×；2.×；3.√；4.×；5.×；6.√；7.×；8.×；9.×；10.√；11.√；12.×；13.×；14.√；15.√；16.×；17.√；18.×；19.×；20.√三、简答题（每题8分，共24分）1简述烧结矿固结机理，何种粘结相（液相）有利于改善烧结矿的质量？答：（1）烧结矿的固结经历固相反应、液相生成及冷凝固结过程；（2分）（2）固相反应在低于本身熔点的温度下进行，固相反应生成的低熔点物质为-4-液相生成提供条件；（1分）（3）在燃烧带，低熔点物质熔化形成液相，烧结过程中生成的液相主要有FeO-SiO2系、CaO-SiO2系、CaO-FeO-SiO2系以及Fe2O3-CaO系，随烧结工艺条件、原料条件及碱度的不同，各液相生成的数量不同。（高温、还原性气氛易生成FeO-SiO2及CaO-FeO-SiO2，低温、氧化性气氛易生成Fe2O3-CaO液相）；（3分）（4）燃料燃烧完毕，在抽风冷却作用下，液相冷凝将未熔物粘结起来成为烧结矿；（1分）（5）Fe2O3-CaO系液相形成的矿物具有良好的还原性及强度，对改善烧结矿质量有利。（1分）2提高高炉鼓风温度对其冶炼过程的影响如何，并说明原因。答：（1）风口前燃烧碳量减少，风温提高，焦比下降；（1分）（2）高炉内温度场发生变化：炉缸温度升高，炉身上部、炉顶温度下降，中温区（900～1000℃）扩大，由于每升高100℃风温，风口理论燃烧温度上升60～80℃，风口前燃烧碳减少，煤气量降低，导致炉身上部温度降低；（2分）（3）直接还原度略有升高，生成的CO减少，炉身温度降低；（1分）（4）炉内压损增大，焦比下降，炉内透气性变差，高炉下部温度升高，煤气流速度增大，同时SiO的挥发增加，堵塞料柱孔隙；（2分）（5）有效热消耗减少，焦比降低，渣量减少，S负荷降低，脱硫耗热减少；（1分）（6）改善生铁质量，焦比降低，S负荷降低，炉缸热量充沛，易得到低S-5-生铁；炉温升高，可控制Si的下限，生产低Si铁；（1分）3画出高炉理想操作线，并说明A、B、C、D、E、P、W点的意义。答：（4+4分）A’E’为理想操作线A：入炉矿石铁的氧化程度和炉顶煤气中碳的氧化程度B：不发生重叠情况下（直接还原结束，间接还原开始），直接还原和间接还原的理论分界点C：铁氧化物直接还原传递的氧与其它来源的氧→CO的分界点D：鼓风中的氧与少量元素还原（包括脱S、熔剂、CO2还原）传递的氧→CO的分界点E：鼓风生成CO的起点W：化学平衡的限制点P：热平衡的限制点X=O/CY=O/FeWs21BPUEE'yiydyAyfybyEAA'VGHMZωw'OCDFQ/qd-6-四、论述题（每题14分，共28分）1.分析炉渣粘度对高炉冶炼过程的影响，并论述影响炉渣粘度的因素以及维持适宜的高炉炉渣粘度的技术措施？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分）（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分）（3）影响炉渣粘度的因素包括：（6分）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；碱性渣在高温下粘度小。碱度升高，粘度增大，由于RCaO、MgO固体悬浮质点c)渣中其他成分：①Al2O3，原因：AlO阴离子三长键结构(但影响小于SiO四长键)；②TiO2，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)，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可以取代一个网状结构的O位置，造成断口，生成的自由O2又可以去破坏另一个O键；④K2O、Na2O，原因：K2O、Na2O降低的作用比较小，但它们的危害大!（4）维持适宜的高炉炉渣粘度的技术措施：主要包括适宜的熔化性温度，操作过程保证炉渣具有一定的过热度，调整炉渣成分，控制合理的碱度。（3分）-7-2.论述降低高炉燃料比的技术措施。a.画出高炉能量利用图解分析的rd—C图，分析指出我国高炉降低燃料比的两大途径；b.根据所学的炼铁理论和工艺知识，阐述降低高炉燃料比的具体对策；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。（7分）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。（7分）-8-钢铁冶金学（炼铁学部分）试卷（B）院(系)班级学号姓名试卷卷面成绩占课程考核成绩%平时成绩占%课程考核成绩题号一二三四小计得分8020（注：答题需在答题纸上进行，请不要在试卷上答题，否则将被扣分。）一、名词解释题（每题3分，共18分）1.高炉冶炼强度2.HPS3.高炉渣熔化性温度4.高炉的悬料5.高炉的硫负荷6.FINEX炼铁工艺二、判断题(每题1.5分，共30分)（对：√，错：×。）1.“假象”赤铁矿的结晶结构未变，而化学成分已变为Fe2O3。2.一般要求焦炭的反应性高，而煤粉的反应性则要低。3.高炉风口喷吹的煤粉，有少量是与煤气中的CO2反应而气化的。4.高炉炉身上部炉墙的耐火材料一般选择使用碳砖。5.烧结料层的自动蓄热现象，主要是由于燃料在料层中的偏析所致。6.提高烧结矿碱度有助于增加烧结矿中铁酸钙矿物的含量。7.实现厚料层烧结工艺的重要技术措施是烧结偏析布料。8.对酸性氧化球团矿的焙烧效果而言,赤铁矿优于磁铁矿。9.原燃料中的Al2O3在高炉内可被少量还原而进入生铁。10.高炉内渣铁反应的最终结果由耦合反应的平衡常数所决定。11.高炉炉渣的表面张力过小时，易造成渣中带铁，渣铁分离困难。得分得分-9-12.导致高炉上部悬料的主要原因之一是“液泛现象”。13.高炉风口前碳的燃烧反应的最终产物是CO2。14.高炉实施高压操作后，鼓风动能有增大的趋势。15.高炉脱湿鼓风，有提高风口理论燃烧温度的作用。16.炉内进入间接还原区的煤气体积小于炉缸产生的煤气体积。17.具有倒V型软熔带的高炉，其中心煤气流比边缘煤气流发达。18.为了抑制边缘煤气流，可采取“高料线”或“倒装”的装料制度。19.高炉富氧鼓风，有助于提高喷吹煤粉的置换比。20.目前最成熟的直接还原炼铁工艺是煤基直接还原炼铁法。三、简答题（每题8分，共24分）1.简述酸性氧化球团矿生产工艺，说明该类球团矿的焙烧固结机理。2.简述风口喷吹煤粉对高炉冶炼过程的影响，并说明其原因。3.画出高炉理想操作线，并说明A、B、C、D、E、P、W点的意义。四、论述题(每题14分，共28分)1.分析高炉冶炼过程中，用CO、H2还原铁氧化物的特点。a.画出CO、H2还原铁氧化物的平衡关系示意图（叉子曲线）；b.分别从热力学、动力学上比较CO、H2还原铁氧化物的异同。2.Ergun公式如下：PLwdewdeg15012321.75213()()()a.说明式中各因子的物理意义以及用上式对高炉作定性分析时适用的区域。b.从炉料和煤气两方面分析影响△P的因素,并论述改善炉内透气性的方法。得分得分-10-钢铁冶金学（炼铁学部分）B卷试题答案要点及评分标准一、名词解释题（每题3分，共18分）1、高炉冶炼强度：是高炉冶炼过程强化的程度，以每昼夜（d）燃烧的干焦量来衡量：冶炼强度(I)=干焦耗用量/有效容积×实际工作日[t/(m3·d)]2、HPS：指代小球烧结法：将烧结混合料用圆盘造球机预先制成一定粒度（粒度上限为6-8mm），然后使小球外裹部