30. 锰铁:高炉只生产高碳锰铁。
31. 硅铁:炼钢用脱氧剂和合金添加剂、还原剂。 32. 高炉渣:用于制造水泥。
33. 炉尘:处理后可作烧结原料。 34. 高炉冶炼过程中,燃烧带的燃烧状态有静态和动态两种。前者是在鼓风动能低时(小高炉、固定床),炭块是相对静止的,后者是在鼓风动能高时(一般大、中型高炉、流化床),炭块是在剧烈的旋转运动中与氧反应而气化。
35. 燃烧带处温度最高,碳只能与氧或水反应生成CO,其他为H2和N2。 36. 还原反应的控制环节三步骤为外扩散、内扩散、界面化学反应。
37. 各种矿石还原性由高到低的顺序是:球团矿→褐铁矿→烧结矿→菱铁矿→赤铁矿→磁铁矿 。
38. 炉渣碱度的表示方法:1)二元碱度:R=CaO/SiO2;三元碱度:R=(CaO+MgO)/SiO2;四元碱度:R=(CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3)。
39. 熔化温度过高,过分难熔,在炉内只能呈半熔融、半流动的状态,将造成炉料“难行”,渣铁难以分离;熔化温度过低,难以继续提高炉缸温度,加之FeO直接还原大量吸热,将引起炉凉,会使脱硫能力减弱,最终导致焦比升高。
40. 熔化性温度高,渣形成的较晚,软熔带低,有利于提高炉缸温度;熔化性温度过高,将引起粘度升高,流动性变差,使高炉不能正常生产。实际高炉的熔化性温度常在1250-1350℃。
41. 高炉渣按其成渣过程有初渣,中间渣,终渣之分。 42. 气相还原需要一个过剩系数。
43. 高炉的生产原则是:优质、低耗、高产、长寿、高效益。 44. 有效容积利用系数(ηV)、冶炼强度(I)和焦比(K)之间的关系为:ηV = I /K。 45. 生铁质量指标有:[S],铁水温度。
46. 提高产量,冶炼强度过高,炉料停留时间减少,脱硫反应能力下降,铁水加热不充分,将导致铁水[S]升高,温度下降。
47. 高炉操作制度有:装料制度——上部调节;送风制度——下部调节;造渣及热制度——物料平衡及热平衡计算。
48. 高炉装料系统有:双钟式系统(双钟马基式旋转布料器),可调炉喉系统(变径炉喉活动板布料器),无料钟装料系统(无钟炉顶布料溜槽布料器)。
49. 无钟炉顶的四种典型的布料方式有:扇形布料,螺旋布料或步进式同心圆布料,定点布料,扇形布料。
50. 生产上可供选择的装料制度内容有:批重、装料顺序、料线和高炉装料系统的布料功能变动等。
51. 批重大于临界批重时,矿石布向中心较多,加重中心;批重过大则中心、边缘均加重。批重小于临界批重时,矿石布不到中心,此时,随批重增加而加重边缘的作用不明显。 52. 高炉喷吹燃料后,保持焦批不动,扩大矿石批重,以保持焦窗面积。
53. 料线的高低,可以改变炉料堆尖位置与炉墙的距离。一般选用料线在碰撞点(面)以上,并保证加完一批料后仍有0.5m以上的余量;以免影响大钟或溜槽的动作,损坏设备。 54. 装料顺序按炉料入炉顺序可分为:正装、倒装、同装、分装、混同装。
55. 在料线高低、批重大小一定的情况下,主要靠炉料装入炉内的先后次序来控制炉料在炉喉内的分布。先落入炉的料一般靠近炉墙多,后入炉的料沿已形成的料面斜坡滚向中心较多。当焦炭的堆角小于矿石的堆角,上述规律(如图)适用,焦炭的堆角大于矿石的堆角,则反常。矿石粒度:大块矿石加重中心,小块矿石加重边缘。
56. 装料顺序是指一批料中矿石和焦炭进入高炉的顺序。
57. 适宜冶炼强度随冶炼条件的改善不断增大的,对应的最低焦比也将进一步下降。(如图)
58. 一般无料钟式高炉装料顺序对煤气流分布的调节作用不如料钟式高炉。但批重的影响,无论对何种装料设备的高炉都大。
59. 上下部调节相配合是组织最佳的煤气流动状态的关键。下部调节的效果较上部调节快而有效。
60. 送风制度包括鼓风量、风中含氧及含湿量、风温、风压、风口直径、风口中心线与水平的倾角,风口端伸入炉内的长度等。由此又确定了两个重要的鼓风参数,即风速和鼓风动能。 61. 适宜的鼓风动能与炉缸直径、原燃料条件有关。炉缸直径越大,鼓风动能E越大;原燃料条件差,应保持较低的E值,原燃料条件好,应保持较高的E值。E值增大,燃烧带扩大,边缘气流减少,中心气流增强。喷吹燃料后,精确计算E值困难,我国的喷煤实践,每增加10%喷煤量,风口面积应扩大8%左右。
62. 造渣制度包括造渣过程和对终渣性能的控制,主要是[Si]和[S]。 63. 造渣制度选择的依据:冶炼条件、生铁品种。
64. 热制度的表示方法:铁水温度和生铁含硅量。前者正常生产是在1350℃-1550℃之间波动,一般为 1450℃左右,俗称“物理热”;后者硅全部是直接还原,炉缸热量越充足,越有利于硅的还原,生铁中含硅量就高,因此生铁含硅量的高低,在一定条件下可以表示炉缸热量的高低,俗称“化学热”。目前许多工厂尚无直接测量铁水温度的仪器,生铁含硅量是表示热制度的常用指标。
65. 传统的炉缸渣、铁排放一般是一个铁口、两个渣口。出铁前从渣口排出上渣,出铁时从铁口排出铁水和下渣。
66. 炉况判断的方法有直接观测法和利用仪表判断两种。前者包括看铁、看渣和看风口。 67. 常见的炉况失常包括低料线、管道行程、崩料、悬料现象,利用上下部调节及时处理,能较快恢复, 否则,会出现炉缸堆积、大凉、炉缸冻结等大事故。煤气流长期分布不合理及炉温大幅波动,会导致炉墙结厚、结瘤。炉况失常最为严重的使炉缸和炉底烧穿。
68. 高风温取得的具体采用措施有:采用高发热值的燃料,预热空气和燃料。
69. 高炉允许的最低理论燃烧温度至少应高于冶炼的液体产品温度,允许的炉缸煤气温度下限应保证能过热铁水和炉渣,以及保证其它吸热的高温过程(例如锰的还原,脱硫等)的进行。一般喷吹天然气时t理的下限控制在1850-1900℃,喷吹煤粉时应控制在2000~2100℃,当喷吹量已达到使t理降到允许的最低水平时,就要采用维持t理不再下降的高风温或富氧等措施,以进一步扩大喷吹量。
70. 置换比的表示形式有平均置换比、差值置换比和微分(瞬时)置换比三种。 71. 生产实践表明,喷吹的煤粉在风口燃烧带内的燃烧率保持在85%以上时,不会影响高炉。 72. 随着喷吹量的增加,喷吹燃料的置换比下降,可采用富氧来扩大喷吹量。富氧鼓风是往高炉鼓风中加入工业氧,使鼓风含氧量超过大气含氧量。
73. 加湿鼓风曾给高炉带来产量提高和焦比降低的作用,在高炉采用喷吹燃料后,加湿鼓风逐步淘汰。因为喷吹的作用更为明显。
74. 加湿鼓风的方法有:氯化锂脱湿法,冷却脱湿法,冷却+氯化锂脱联合湿法。
75. 非高炉法除高炉外不用焦炭炼铁的各种工艺方法,分为直接还原法和熔融还原法。前者是以煤、气体或液态燃料为能源和还原剂,在铁矿石软化温度以下还原获得固态海绵铁的工艺方法。后者是在熔融状态下完成还原反应(还原铁矿石)的工艺方法。
76. 直接还原法产品:海绵铁,直接还原铁(DRI)。 77. 气体还原剂法(气基法):以天然气为主要能源,代表性方法有竖炉法、反应罐法和流态化法。固态
还原剂法(煤基法):以煤为主要能源,代表性方法有SL-RN法、Krupp法。
78. 熔融还原法的分类:一步法和二步法。前者是用一个反应器完成铁矿石的高温还原和渣铁熔化,生成的CO排出反应器后在回收利用;后者是先利用CO能量在第一个反应器内预还原矿石,再在第二个反应器内补充还原和熔化。
79. 一步法熔融还原工艺,方法包括回转炉法,悬浮态法,电炉法和Romelt法。
80. 二步法熔融还原工艺,第一步:加热并预还原矿石,还原度一般在30%~80%,可使用低级能源。常用设备是悬浮态及回转窑;第二步:补充还原及渣铁熔化分离。常用设备是电弧炉霍等离子电炉。通常第一步及第二步能量消耗分别提供,或只由第二步的气流在第一步中起部分作用。
81. 不均匀粒度炉料时,ε将进一步下降(小粒添充于大粒的孔隙中),粒度差别越大,ε越小。大小颗粒单独存在时,ε均约为0.40;大小颗粒加以混合,则ε<0.40;当大颗粒占64%,小颗粒占36%时,ε为最小,且当粒径比愈小时,ε降低得愈厉害。 82. 料块φ↑→摩擦阻力↓、ΔP↓ 。
83. 料块当量直径↑→摩擦阻力↓、ΔP↓。 84. 欧根公式:,第一项代表层流情况,第二项代表紊流情况。
85. 焦炭的透气性大大优于矿石,炉内固相区决定煤气流分布的是矿石层对焦炭层的相对厚度。
86. Q和ΔP均为高炉可知信息,故常用Q2/△P作为透气性指数。由于ε恒小于1,ε细小的变化都会导致大幅度变化,故用上式作为反映炉内透气性的变化是非常灵敏的,高炉工长常用透气性指数来分析高炉炉内的透气性状况。 87. 一座高炉燃料比决定后,产量正比于送风量,炉内煤气量正比于送风量,炉内压力降(ΔP)正比于炉内煤气量,(ΔP)↑↑→煤气流支托起炉料(悬料),欧根公式可以定性分析高炉产量的极限。
88. 欧根公式的限制:表达式是从固定床条件下推导出来的,只适用于炉身上部没有炉渣和铁水的“干区” 。高炉实际是移动床,ε移>ε固。ΔP移稍小于ΔP固。
89. L2 层透气性最差,开始流化;L1层压住L2层使其不能膨胀,ΔP2 ↑↑;当有效作用力F<0时,悬料发生,L 2、L1被煤气流托住;L3仍可下降,从而形成空腔。
90. 上部热量交换区:热交换比较强烈;发生Fe2O3被间接还原成Fe3O4及部分FeO。空区(又称热储备区):炉料与煤气的温差很小(5~50℃),即发生微弱的热交换;发生FeO的间接还原及部分直接还原。下部热交换:热交换强烈;所有强烈吸热的反应皆在此发生。(如图)
91. 水当量的由来:前苏联学者В.И.基达耶夫在求解tg和ts与z的关系时,将传热方程中sscG?和g
gcG?分别定义为炉料和煤气的水当量,用以解释高度方向上的温度变化,即: ssscGW??,gggcGW??。 92. 高炉内传热可视为“稳定态”,即炉料与煤气内部无温差。 92. 高炉内传热可视为“稳定态”,即炉料与煤气内部无温差。
第三部分 简答题+论述题
1. 简述生铁、熟铁、钢的相同点和不同点。 答: (1) 相同点:
以铁元素为主,含有少量碳、硅、锰、磷、硫等元素的铁碳合金。 (2) 不同点: a) 成分:碳和其他元素含量不同。
钢:含碳量小于2.11%; 生铁:含碳量大于2.11%; 熟铁:含碳量小于0.02%。 b) 性质:
熟铁:质软,塑形好,易变形,强度和硬度均较低; 生铁:性质硬而脆,不能锻造; 钢:综合机械性能好。
2. 简述发展钢铁工业的优势。
答: (1) 钢铁材料具有良好的物理化学性能,能满足人们的各种需要,目前尚不能为其他材料所代替——现代社会仍是铁器时代;
(2) 所需资源储量丰富——可供人类长期大量采用;
(3) 冶炼容易,积累了数千年生产和加工的丰富经验,生产规模大,效率高,质量好和成本低——具有其他工业无可比拟的竞争优势;
(4) 废旧钢铁制品能够返回钢铁生产流程——可以反复回收利用。
3. 简述发展钢铁工业的必备条件。 答: (1) 稳定可靠的原材料资源供应; (2) 稳定的动力资源; (3) 发达的运输业(4) 雄厚的资金保证。
4. 简述现代炼铁法的分类及各自的优缺点。
答: (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。 a. 优点:生产规模大,效率高,成本低; b. 缺点:能耗高,污染大。
(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。 a. 优点:能耗低,污染小;
b. 缺点:生产规模小,效率低,成本高。
5. 简述炼铁在钢铁联合企业中的地位。
答: 炼铁是关键工序,是二次能源(煤气)供应中心。其产品质量、品种、产量是衡量钢铁企业生产水平的基本标志。
6. 简述高炉炼铁的本质。
答: (1) 还原:将铁的氧化物还原为金属铁; (2) 造渣:实现渣铁分离; (3) 加热与控制:获得温度与化学成分合格的铁水。
7. 简述高炉内型的概念?高炉内型分为哪几段?
答: 高炉内型:高炉是一个竖立圆筒形炉子,其内部工作空间的形状称为高炉内型,即通过高炉中心线的剖面轮廓。
现代高炉内型一般由炉缸、炉腹、炉腰、炉身、炉喉五段组成。 8. 简述高炉炼铁过程主要有哪些设备系统构成? 答: 附属设备系统:
(1) 供料系统; (2) 送风系统; (3) 除尘系统; (4) 渣铁处理系统; (5) 燃料喷吹系统。
9. 简述高炉炼铁过程中,炉内可以分为哪几个区域?
答: 高炉内各区域的分布: (1) 固体炉料区; (2) 软熔区; (3) 疏松焦炭区; (4) 压实焦炭区; (5) 渣铁贮存区; (6) 风口焦炭循环区。
10. 简述高炉炼铁过程的特点?
答: 冶金过程特点: (1) 逆流过程:良好的热效应;
(2) 对原料的粒度有要求,保证料层的透气性; (3) 黑箱原理:要求原料稳定性和操作稳定性; (4)
要用焦炭: a. 提供热量; b. 支撑气流管道(焦窗); c. 还原剂。 (5)
连续过程:一经开炉,就必须日以继夜、成年累月连续生产,除计划检修和事故处理 外,直至生产到一代炉龄终了才停炉。
11. 简述造块过程的作用? 答:造块过程的作用有: (1) 粒度适于高炉;
(2) 改善冶金性能,使高炉冶炼指标得到改善;
(3) 去除某些有害元素,某些条件下,可脱除Zn、As、K、Na。
12. 简述熔剂的质量要求有哪些? 答:熔剂的质量要求有:
(1) 有效成分高; (2) S、P要尽可能低; (3) 要有一定的强度和均匀的粒度组成。
13. 概括高炉冶炼的全过程?
答: 高炉冶炼的全过程可以概括为:
在尽量低能量消耗的条件下,通过受控的炉料及煤气流的逆向运动,高效率地完成还原、造渣、传热及渣铁反应等过程,得到化学成分与温度较为理想的液态金属产品。
14. 简述高炉炼铁过程中物理水的来源及其影响? 答:物理水的来源有: (1) 原燃料的吸附水;
(2) 雨季造成的炉料带入的物理水; (3) 高炉炉顶高温时洒水带入的物理水。 影响: 消耗高炉炉顶多余的热量,对高炉炼铁过程不产生影响。可降低炉顶温度,有利于保护炉顶设备。