冶金概论复习题及答案.docx
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冶金概论复习题及答案
冶
金
概
论
复
习
题
及
答
案
学校：
内蒙古科技大学
学院：
能源与环境学院
专业：
热能与动力工程09-1班
姓名：
郭冠中
1.金属是如何分类的？
黑色金属包括哪些？
答：
有色金属和黑色金属两类。
黑色金属包括：
铁、铬、锰。
2.简述各种冶金方法及其特点？
答：
（1）火法冶金。
它是指在高温下矿石经熔炼与精炼反应及熔化作业，使其中的金属和杂质分开，获得较纯金属的过程。
整个过程可分为原料准备、冶炼和精炼三个工序。
过程所需能源主要靠燃料供给，也有依靠过程中的化学反应热来提供的。
（2）湿法冶金。
它是在常温或低于100℃下，用溶剂处理矿石或精矿，使所要提取的金属溶解于溶液中，而其他杂质不溶解，然后再从溶液中将金属提取和分离出来的过程。
由于绝大部分溶剂为水溶液，故也称水法冶金。
该方法包括浸出、分离、富集和提取等工序。
3.钢铁冶炼的任务是什么？
答：
在炼铁炉内把铁矿石炼成生铁，再以生铁为原料，用不同方法炼成合格的钢，再铸成钢锭或连铸坯。
4.提取冶金学和物理冶金学？
答：
（1）提取冶金学：
是研究如何从矿石中提取金属或金属化合物的生产过程，由于该过程伴有化学反应，故又称化学冶金。
（2）物理冶金学：
是通过成形加工制备有一定性能的金属或合金材料，研究其组成、结构的内在联系，以及在各种条件下的变化规律，为有效地使用和发展特定性能的金属材料服务。
它包括金属学、粉末冶金、金属铸造、金属压力加工等。
（3）电冶金:
它是利用电能提取和精炼金属的方法。
按电能形式可分为两类：
1）电热冶金：
利用电能转变成热能，在高温下提炼金属，本质上与火法冶金相同。
2）电化学冶金：
用化学反应使金属从含金属的盐类的水溶剂或熔体中析出，前者成为溶液电解，如铜的电解冶炼，可归入湿法冶金；后者称为熔盐电解，如电解铝，可列入火法冶金。
5.钢铁与的区别
答：
钢和铁最根本的区别是含碳量不同。
生铁中含碳量大于2%，钢中含碳量小于2%。
钢的综合性能，特别是机械性能（抗拉强度、韧性、塑形）比生铁好得多，因而用途也比生铁广泛的多。
6.为什么要进行选矿？
常用对选矿方法有哪几种？
答：
选矿的目的主要是为了提高矿石品位；
常用的方法有:
重力选矿法、磁力选矿法、浮游选矿法。
（1）重力选矿法：
简称重选，是利用不同密度或粒度的矿粒在选矿介质中具有不同沉降速度的特性，将在介质中运动的矿粒混合物进行选别，从而达到使被选矿物与脉石分离的目的。
（2）磁力选矿法：
简称磁选法。
磁选法是利用矿物和脉石的磁性差异，在不均匀的磁场中，磁性矿物被磁选机的磁极吸引，而非磁性物质则被磁极排斥，从而达到选别的目的。
（3）浮游选矿法：
简称浮选法。
浮选法是利用矿物表面不同亲水性，选择性地讲疏水性强的矿物质泡沫浮到矿浆表面，而亲水性矿物则留在矿浆中，从而实现有用矿物与脉石的分离。
7.常用对铁矿粉造块方法有哪几种？
答：
烧结法造块和球团法造块。
【粉矿造块的作用主要有：
（1）通过造块可以有效地利用铁矿资源；
（2）通过造块，高炉使用烧结矿和球团矿可提高生铁质量；（3）通过造块，高炉使用烧结矿和球团矿有利于高炉强化冶炼，提高产量降低焦比。
】
8.从高炉解剖分析高炉冶炼过程大致分为几个区域？
答：
固体炉料区、软熔带、滴落带、焦炭回旋区、渣铁聚集区。
9.高炉冶炼有哪些主要技术经济指标？
分别是如何定义的？
答：
高炉生产主要经济指标：
评价高炉生产的技术经济指标主要有：
（1）高炉有效容积系数
，是指每
高炉有效容积，每日生产的合格生铁量。
用生铁日产量（P）与有效容积（
）的比值可表示为：
。
它是衡量高炉生产效率的重要指标。
目前高炉平均水平达1.5-2.0
，先进水平超过3.0
.
（2）入炉焦比（K）。
每炼1吨生铁消耗的焦炭量，习惯用Kg/tFe表示。
高炉入炉焦比是能耗的重要指标。
目前一般为400-600Kg/tFe，先进高炉低于400Kg/tFe.
（3）燃料比，高炉采用喷吹辅助燃料后，生产1吨生铁所需的燃料总量（包括焦炭和喷吹燃料）称为燃料比，每吨生铁的喷吹媒量和喷油量等。
分别称为煤比和油比等，燃料比=焦比+煤比（或油比等）。
若把喷吹燃料折算成相应的焦炭量，再加上焦比则称为综合焦比，燃料比和综合焦比都是判断冶炼1吨生铁总燃料消耗量的重要指标。
（4）冶炼强度和综合冶炼强度。
表示高炉冶炼过程强化程度的指标。
每
高炉有效容积，每日燃烧的焦炭量称为冶炼强度（J），单位
，当喷吹辅助燃料时，还需要考虑喷吹燃料量，即每日消耗的燃料总量称为综合冶炼强度。
有效利用系数、焦比与冶炼强度之间存在着一下关系：
（5）生铁合格率。
生铁化学成分符合国家标准的总量占生铁总产量的百分数，它是衡量生铁质量的指标。
（6）休风率。
高炉休风时间（不包括计划大、中、小休）占日历工作时间的百分数，休风率反应高炉操作及设备维护的水平。
（7）生铁成本。
生产每吨合格生铁所需原料、燃料、材料、动力、人工等一切费用的总和，单位元/tFe。
（8）炉龄（高炉一代寿命）即从高炉点火开始到停炉大修之间实际运行时间或生产总量。
炉龄长，产铁多，经济效益高。
目前平均炉龄国外已超过8年，每
炉容铁量达5000t以上，日本君津3号高炉曾创下8000
的纪录。
10.现代高炉内型有哪几部分组成？
画出示意图，写出各部分名称。
答：
炉喉、炉身、炉腰、炉腹和炉缸五部分
11.高炉冶炼的主要技术经济指标？
答：
（高炉有效容积利用系数、冶炼强度、入炉焦比和综合焦比）
12.某高炉容积
，年产量100万吨炼钢生铁，消耗60万吨焦炭，每吨生铁喷吹煤粉150Kg，计算高炉的有效容积利用系数、焦比、燃料比及冶炼强度各为多少？
解：
Vu=2000m3，P=100×104/365t/d，煤比M=150kg/t，
1）高炉有效容积利用系数：
ηu=1.37t/（d·m3）
2）焦比：
K＝600kg/tFe
3）燃料比为：
K+M=750kg/tFe
4）冶炼强度：
I＝821.9kg/（d·m3）
13.高炉冶炼产品和副产品有哪些？
答：
高炉炼铁生产的主要产品是生铁，副产品是炉渣、煤气和炉尘（瓦斯灰）
14.我国铁矿石资源有什么特点？
高炉冶炼常用铁矿石有哪几种？
各自的主要成分和特点是什么？
答：
（1）中国铁矿资源有两个特点：
一是贫矿多，贫矿出储量占总储量的80%；二是多元素共生的复合矿石较多。
此外矿体复杂；有些贫铁矿床上部为赤铁矿，下部为磁铁矿。
（2）工业用铁矿石是以其中含铁量占全铁85%以上的该种含铁矿物来命名的。
含铁矿物分为氧化铁矿（Fe2O3、Fe3O4）、含水氧化铁矿（Fe2O3.nH2O）和碳酸盐铁矿（FeCO3）。
高炉炼铁使用的铁矿石也就分为赤铁矿（红矿）Fe2O3、磁铁矿（黑矿）Fe3O4、褐铁矿Fe2O3nH2O和菱铁矿FeCO3。
赤铁矿的特征是它在瓷断面上的划痕呈赤褐色，无磁性。
质软、易破碎、易还原。
含铁量最高是70%。
但有一种以γ－Fe2O3形态存在的赤铁矿，结晶组织致密，划痕呈黑褐色，而且具有强磁性，类似于磁铁矿。
磁铁矿在瓷断面上的划痕呈黑色，组织致密坚硬，孔隙度小，还原比较困难。
磁铁矿可以看作是Fe2O3和
的结合物，其中Fe2O369%，FeO31%，理论含铁量为72.4%。
自然界中纯粹的磁铁矿很少见到，由于受到不同程度的氧化作用，磁铁矿中的Fe2O3成分增加，
成分减少。
磁铁矿具有磁性，这是磁铁矿最突出的特点。
褐铁矿是含有结晶水的氧化铁矿石，颜色一般呈浅褐色到深褐色或黑色，组织疏松，还原性较好。
褐铁矿的理论含铁量不高，一般为37%～55%，但受热后去掉结晶水，含铁量相对提高，且气孔率增加，还原性得到改善。
菱铁矿为碳酸盐铁矿石，颜色呈灰色、浅黄色中褐色。
理论含铁量不高，只有48.2%，但受热分解放出CO2后，不仅提高了含铁量，而且变成多孔状结构，还原性很好。
因此，尽管含铁量较低，仍具有较高的冶炼价值。
15.铁矿石入炉前需要进行哪些准备处理工作？
答：
破碎、筛分、中和（混匀）、焙烧、选矿、和造块等加工处理过程。
16.开采铁矿石有哪些方法？
适用于开采什么储藏特点的矿石？
答：
17.高炉冶炼对铁矿石有什么要求？
答：
高炉冶炼使用的铁矿石必须含铁量高，脉石少，有害杂质少，成分稳定，还原性好，软化温度高，机械强度高，粒度均匀、合适。
18.铁矿粉造块的意义和方法有哪些？
答：
（见7）
19.用示意图说明烧结过程料层断面的变化。
答：
烧结机混合料的整个过程是在负压抽风下，沿料层高度自上而下逐渐进行的。
在烧结机上取某一断面，可见料层有明显的分层，依次出现烧结矿层、燃烧层、预热层、干燥层和过湿层，然后又相继消失，最后剩下烧结矿层。
20.高炉用燃料主要有哪些？
答：
1、木炭。
木炭由木材在足够温度下干馏而成，是最早使用的高炉燃料。
它固定碳含量高，灰分低；几乎不含硫；气孔度高。
但木炭机械强度差，价格高，因此作为高炉燃料已被淘汰
2、无烟煤（或称白煤）。
它的化学成分能基本满足炼铁的要求；低温强度好，可远距离运输；但它的气孔度很低，热稳定性差，在高炉内受热后碎裂成粉末，而且含硫一般也较高。
现已不再使用。
3、焦炭。
由煤在高温下（900℃～1000℃）干馏而成。
它的成分完全能满足高炉炼铁的要求；机械强度大大高于木炭；热稳定性比白煤好；气孔度虽不如木炭，但比白煤大得多。
焦炭是现代高炉理想的燃料，也是目前高炉的主要燃料。
4、喷吹用燃料。
为了降低焦比，目前世界各国普遍采用从高炉风口喷入部分燃料以代替部分焦炭。
喷吹燃料有煤粉、重油和天然气。
5、型焦。
作为代用燃料，目前国内外都在研究用无烟煤、贫煤、褐煤等非结焦煤的成型技术，按工艺生产流程可分为热压成型和冷压成型两类。
（在高炉上使用型焦目前尚处于冶炼试验阶段）
21.焦炭在高炉冶炼中起什么作用？
答：
1、提供高炉冶炼所需要的大部分热量。
2、提供高炉冶炼所需的还原剂。
3、焦炭是高炉料柱的骨架。
4、生铁形成过程中渗碳的碳源。
22.常用的高炉喷吹燃料有哪些？
答：
高炉喷吹燃料有固体、液体和气体等。
固体多用无烟煤粉，少数高炉喷吹烟煤粉。
液体多用重油。
气体燃料主要是天然气。
23.什么是直接还原和间接还原？
比较它们的特点，什么是直接还原度？
答：
在高炉冶炼中，凡是以CO作为还原剂，生成CO2的还原反应称为间接还原。
以H2为还原剂生成H2O的还原反应也归于间接还原。
凡是用碳作还原剂还原铁氧化物，生成CO的还原反应称为直接还原。
巴甫洛夫假定，铁矿石在高炉内全部以间接还原的形式还原至
，从
以直接还原的形式还原的铁量
与呗还原的总铁量
之比，称为铁的直接还原度，记作
；
式中：
---生铁中含铁量，%。
--炉金属带入生铁中的量，%。
直接还原是吸热很大的反应，而间接还原大部分是放热反应。
直接还原时，
碳可以夺取铁氧化物中的
氧原子，而间接还原需要一定过量的还原剂才能满足化学平衡条件的需要。
因此，从降低高炉焦比来看，只有直接还原和间接还原在适宜的比例范围内，才能取得最佳效果。
研究表明，这一适宜的直接还原度为0.2-0.3，高炉实际操作中的直接还原度常在0.4-0.5，甚至更高，均大于适宜的直接还原度，表明高炉当前降低燃料消耗的基本途径是：
改进间接还原，降低
；
24.写出高炉内风口前炭素燃烧反应、铁的直接还原反应和间接还原反应。
答：
风口前焦炭燃烧的化学反应式：
铁的直接还原：
小于570℃，用CO作还原剂时：
大于570℃，用CO作还原剂时：
小于570℃，用
作还原剂时：
大于570℃，用
作还原剂时：
铁的间接还原：
25.分析高炉炉料下降的必备条件和力学条件？
答：
26.炼铁的基本任务是什么？
答：
（1）脱碳：
在高温熔融状态下进行氧化熔炼，把生铁中的碳氧化降低到所炼钢号规格范围内，是炼钢过程的一项最主要任务。
（2）去磷和去硫。
把生铁中的有害杂质磷和硫降低到锁链钢号规格范围内。
（3）去气和去非金属夹杂物。
吧熔炼过程中进入钢液中的有害气体（氢和氧）及非金属夹杂物（氧化物、硫化物、硅酸盐）排除掉。
（4）脱氧与合金化。
把氧化熔炼过程中生成对钢质有害的过量的氧从刚液中排除掉；同时加入合金元素，将刚液中的各种合金元素的含量调整到锁链钢号规格范围内。
（5）调温。
按照熔炼工艺的需要，适时地提高和调整钢液温度到出刚温度。
（6）浇注。
吧熔炼号的合格钢液浇注成一定尺寸和形状的钢锭或连铸坯，以便下一步轧制成钢材，包括钢锭或连续铸钢。
27.炼钢过程的主要反应有哪些？
为什么要脱磷？
写出脱磷的化学反应式？
答：
脱碳反应、脱磷反应、脱硫反应、硅、锰的氧化和还原反应；
因为磷高时使钢的焊接性、冷弯性能和塑性降低。
用碱性炉渣进行脱磷的反应为：
在渣-金界面
3
+2［P］+5［O］=（3CaO·P2O5）
ΔGo=-1487150+636.40T J/mol
3
+2［P］+5
=（3CaO·P2O5）+5Fe
ΔGo=-882150+374.40T J/mol
在渣-金-气界面
3
+2［P］+5/2O2=（3CaO·P2O5）
ΔGo=-2069940+620.94T J/mol
28.硫和磷对钢性能有什么影响？
答：
硫：
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。
磷：
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，并使钢的焊接性能与冷弯性能变差。
磷是降低钢的表面张力的元素，随着磷含量的增加，钢液的表面张力降低显著，从而降低了钢的抗裂性能。
磷是仅次于硫在钢的连铸坯中偏析度高的元素，而且在铁固熔体中扩散速率很小，因而磷的偏析很难消除，从而严重影响钢的性能。
29.连续铸钢与模铸相比有什么优越性？
答：
（1）．连铸既可节省模铸法德一整套设备、初轧机和均热炉，又可节约大量耐火材料、燃料、动力和人力。
可节能约70%，可节省基建投资约30%可降低成本约10%-25%。
（2）．连铸坯的切头率比钢锭少得多可提高成材率10%-15%.
（3）．可以简化车间布置，改善操作条件和工作环境，提高劳动生产率，为实现炼钢和轧钢生产自动化、连续化创造条件。
（4）．连铸坯组织致密，夹杂少，质量好。
30.连铸机有哪几种类型？
以弧形连铸机为例，说明连铸机对主要组成部分及各自对的作用
答：
立式连铸机、立弯式连铸机、弧型连铸机、椭圆连铸机、水平连铸机。
以弧形连铸机为例，它是由下列几个主要部分组成的：
浇注设备；结晶器；二次冷却装置（二冷区）；拉坯矫直装置；铸坯切割装置及运输辊道等；
？
31.轧钢生产工艺过程中，原料加热的目的是什么？
答：
加热的目的是降低金属的变形抗力，提高金属的塑性，改善组织性能。
32.一个现代化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生产工艺流程。
答：
原料系统；矿山－选矿－烧结（球团）
冶炼系统：
炼铁－铁水预处理－炼钢－炉外精练－连铸
产品系统：
初轧－无缝、轨梁、线材、薄板
工艺流程：
铁矿－选矿－烧结、球团并焦化－炼铁（高炉）－铁水预处理－炼钢（转炉）－炉外精练－连铸（模铸）、－初轧－无缝、轨梁
33.简述钢铁工业环境污染主要有哪些？
如何改进钢铁生产环境？
答：
废水污染、空气污染、钢铁渣污染、噪声污染
钢铁工业用水一部分可以重复使用，或者经处理后使用；大量钢渣作为生产水泥的原料。
34.钢铁生产用能源有哪些？
我国钢铁工业能源及能耗的特点是什么？
分析节能用途。
答：
①、钢铁生产用能源主要有煤炭、燃料油（重油）、天然气、电力等。
②、我国钢铁工业能源以煤为主，电力及重油也占一定比例，天然气用量很少。
能耗特点：
我国钢铁工业能源消耗中，钢铁冶炼是耗能最高的工序，占钢铁工业总能耗的60－70％，主要在炼铁系统，焦化、烧结、球团、炼铁是主要的耗能工序，占50％以上，其中炼铁占32.3%，烧结9.6％，焦化8.9％，球团0.1％，合计为50.9%；炼钢11.7％，轧钢系统14.4％，其它17.5％，损失大约5.5%。
③、节能途径：
（1）改进生产工艺，提高原料质量，改善热工制度。
例如增加废钢比等；铁矿石品位提高1%，可降低焦比5-10Kg/吨铁；提高燃烧率，促进能源有效利用
（2）降低能量散失，减少生产工序：
如增加连铸比、热锭装送、减少中间加热等
（3）回收利用散失的热量：
钢铁生产过程中散失的能量占总输入能量的比例很大，合理回收是重要的节能措施。
35.从连铸坯热送热装和直接轧制工艺的发展来看，该工艺分为哪几个阶段？
各个阶段的主要特征是什么？
答：
（1）连铸坯冷装炉后轧制室温
（2）连铸坯热装轧制（60年代）热坯经保温缓冲装均热炉加热后轧制（400℃--A1）
（3）连铸坯直接热装轧制（70年代）热坯直接装均热炉加热后轧制（A1-A3）
（4）连铸坯热装直接轧制（80年代）输送过程中补热和均热后直接轧制（A3—1100℃
（5）连铸坯直接轧制（90年代）输送过程中边角补热和均热后直接轧制（1100℃）
36.实现连铸坯热送热装的制程技术有哪些？
答：
1.无缺陷连铸坯的生产技术。
2.高温连铸坯的生产技术。
3.过程保温及补热、均热技术4.适应不同铸坯热履历的轧制技术。
5.炼钢——轧钢一体化生产管理技术。
37.简述连铸坯输送过程的保温和补热技术。
答：
连铸机机内保温、切割区域保温与边角加热、运输与精整间的辊道保温与边棱加热、热带卷箱以及冷却水挡水板改进等技术。
38.简述连铸坯热送热装的意义？
答：
降低热轧加热炉燃耗、减少钢坯氧化烧损和提高热轧产量、改革传统的钢铁工业结构。
39.炼钢炉渣的来源及主要组成是什么？
答：
来源：
炼钢过程有目的加入的造渣材料，如石灰、石灰石、萤石、硅石、铁矾土及火砖块。
钢铁材料中Si、
、P、Fe等元素的氧化产物。
冶炼过程被侵蚀的炉衬耐火材料
组成：
不同炼钢方法采用不同的渣系进行冶炼，造不同成分的炉渣，可达到不同的冶炼目的。
转炉炼钢造碱性氧化渣，而电炉炼钢造碱性还原渣，它们在物理化学性质和冶金反应特点上有明显的差别。
碱性氧化渣因碱性氧化物
含量较高，具有脱磷、脱硫能力，碱性还原渣因含有CaC2，不仅具有脱硫能力，而且有脱氧能力类别
类别
化学成分
转炉中组成%
电炉中组成%
冶金反应特点
酸性氧化渣
SiO2
P2O5
50
50
1－4
50
50
[C],[Si],[
]氧化缓慢
不能脱P、脱S；
钢水中[O]较低
碱性氧化渣
CaO/SiO2
3.0－4.5
35－55
7－30
2－8
2－12
2.5－3.5
40-50
10-25
5-10
5-10
[C],[Si],[
]迅速氧化
能较好脱P；
能脱去50%的S；
钢水中[O]较高。
碱性还原渣
（白渣）
CaO/SiO2
CaO
CaF2
Al2O3
FeO
CaC2
䦋㌌㏒㧀좈琰茞ᓀ㵂Ü
2.0-3.5
50-55
5-8
2-3
<0.5
<10
<1
脱S能力强；
脱氧能力强；
钢水易增碳
钢水易回磷
钢水中[H]增加
钢水中[N]增加
40.炼钢用的主要金属料和非金属料有哪些？
答：
金属料:
铁水废钢合金钢
非金属料:
造渣剂（石灰,菱镁矿,合成造渣剂,萤石,白云石,锰石矿,石英砂）
冷却剂（废钢、生铁块、铁矿石和氧化铁皮、石灰石等）
燃料和增碳剂（焦炭,煤块,重油）
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