《冶金工程概论》思考题20170605

《冶金工程概论》思考题1．什么是冶金？有哪几种冶金方法？说明各种方法的特点。

答：冶金就是从矿石中提取金属或金属化合物，用各种加工方法将金属制成具有一定性能的金属材料的过程和工艺。

冶金的技术主要包括火法冶金、湿法冶金以及电冶金。

火法冶金：利用高温从矿石中提取金属或其化合物的冶金过程。

此过程没有水溶液参加，故又称为干法冶金。

湿法冶金：湿法冶金这种冶金过程是用酸、碱、盐类的水溶液，以化学方法从矿石中提取所需金属组分，然后用水溶液电解等各种方法制取金属。

2．冶金分几类？简述黑色冶金的主要工序。

答：冶金分为火法冶金和湿法冶金火法冶金（黑色冶金）用燃料、电能或其他能源产生高温，在高温下，从矿石中提取和精炼金属或其化合物。

火法冶金一般分矿石准备、冶炼、精炼和烟气处理等步骤。

3．简述新中国钢铁工业的发展的几个主要阶段。

答：新中国现代钢铁工业的崛起、壮大，大体经历了改革开放之前的高度集中的计划经济时期(1949～1978年)、改革开放初期(1978～1992年，计划经济向市场经济的过渡期)、社会主义市场经济初期(1993～2000年)和深化改革扩大开放国民经济高速增长时期(2001年以来)四个发展阶段。

4.简述钢铁工业的发展趋势。

答：高效化及大型化、连续化、自动化节约资源能源降低制造成本、发展高新技术所需的新材料、连铸技术，发展近终成型毛坯技术制备信技术中国的钢铁制造业产能过剩，无缝彩钢和特种钢应该还有市场，任何行业当同质量产品的竞争达到一定限度的时候必然会逼迫整个行业的技术含量有所提高。

5．简述有色金属工业的发展趋势。

答：按照“十一五”规划，未来发电、电网、运输设备（汽车、火车、地铁等）制造、机械、电子、航空航天、建筑、武器装备制造等行业对有色金属的需求将持续增长。

其中发电、电网、建筑等行业对铜、铝的需求强劲；运输设备制造对铝的用量将越来越多；机械、电子等待业需要铜、铝、镍、锡、锌、钨、钽等多种金属；而航空航天、武器装备等行业需要钛、铬、稀土金属等战略性金属作为基本的原村料。

按照规划“十一五”期间GDP平均复合年增长率将超过5.7%，有色金属作为重要的基础原材料工业，不仅没有边缘化的危险，而且随着工业化及产业升级的深入发展，加上其固有的资源约束特征，其重要性及战略意义将更加突出。

6．高炉冶炼用燃料作用是什么？有哪些种类？答：高炉用燃料包括焦炭和喷吹燃料两大类。

高炉对焦炭的要求是：具有合适的反应性，且含碳高、灰分和杂质低、强度好。

焦炭在炼铁过程中有三种作用：一是燃烧供给热量（热源）；二是作为料柱骨架（气窗）；三是作还原剂。

因此，焦炭中的含碳量越高越好。

除了强度好和骨架作用外，高炉对喷吹燃料的要求及其作用与焦炭相同。

但对其可磨性、燃烧性、粒度等有特殊的要求。

7．铁矿粉造块有哪些方法？造块的目的意义何在？答：铁矿石造块(iron ore agglomeration)意义：将不能直接加入高炉的精(富)矿粉通过高温固结的烧结法和球团法以及低温固结的球团法和压块法，制成人造富矿的原料加工处理工艺。

铁矿石造块的目的是充分利用贫铁矿和富矿粉，扩大钢铁生产的资源；通过造块改善铁矿石的冶金性能，为高炉提供优质原料以改善冶炼指标。

8．高炉冶炼铁氧化物还原的方式有哪些？试分别写出还原反应方程式。

答：间接还原法：3CO+Fe2O32Fe+3CO2直接还原法：C+O2=CO2，C+CO2=2CO，3CO+Fe2O3=2Fe+3CO2（条件均为高温）9．高炉内除了铁还原外，还有哪些元素发生还原，对高炉炼铁有什么影响？答:C元素被还原，能够促进铁的生成。

硫元素是一种有害元素，硫含量过高会表现“热脆”性，高温情况下硫集中，在硫集中层面容易断裂。

如果矿石或者燃料中S过高，通常会影响到焦比，或者被迫调高碱度，影响高炉顺行。

磷元素与硫刚好想法，表现为冷脆性，在低温情况下，韧性很差，容易断裂，但是磷在铸造复杂模型的时候，用途较大，因为高磷铁水的流动性很好。

在高炉中影响较小，通常接近100% 还原。

脱磷操作只能在炼钢环节进行，高磷往往会对炼钢形成一定困难。

锰，这个元素比较少，同样在高炉中无法单独控制，影响也比较小，但是对于炼钢影响较大。

但是高锰含量的铁水有个特点就是在凝结温度低，在炉凉，或者炉缸冻结的时候，通常会使用锰铁矿。

钛，通常是加入钒钛铁矿使得钛含量升高，通常在炉龄比较老，或者在高炉炉缸冷却壁破损的情况下会使用，有护炉效果，但是低炉温效果不明显。

Si，通常是矿石中的SiO2带入的，调节碱度，铁水中的Si元素多少也能反映高炉运行情况。

10．高炉炉渣有什么作用？它是如何形成的？答：炉渣对高炉冶炼还有以下几方面的作用：(1)渣铁之间进行合金元素的还原及脱硫反应，起着控制生铁成分的作用。

比如，高碱度渣能促进脱硫反应，有利于锰的还原，从而提高生铁质量；SiO%含量高的炉渣促进Si的还原，从而控制生铁含Si量等。

(2)炉渣的形成造成了高炉内的软熔带及滴落带，对炉内煤气流分布及炉料的下降都有很大的影响，因此，炉渣的性质和数量对高炉操作直接产生作用。

(3)炉渣附着在炉墙上形成渣皮，起保护炉衬的作用。

但是另一种情况下又可能侵蚀炉衬，起破坏性作用。

因此，炉渣成分和性质直接影响高炉寿命。

形成原因：炼铁所用的铁矿石中金属铁的品位一般都不会太高，含有其它矿物，在炼铁的时候由于密度的差异这些杂质会上浮，再通过耙渣进行渣铁分离，分离出的渣即为矿渣。

11．高炉冶炼设备包括哪几大系统，各自的作用是什么？答：高护炼铁主要设备组成有：高炉本体，高炉除尘器，高炉鼓风机，高炉热风炉，铁水罐车等高炉炉本体较为复杂，高炉本体：横断面为圆形的炼铁竖炉。

用钢板作炉壳，壳内砌耐火砖内衬。

高炉本体自上而下分为炉喉、炉身、炉腰、炉腹、炉缸5部分。

由于高炉炼铁技术经济指标良好，工艺简单，生产量大，劳动生产效率高，能耗低等优点，故这种方法生产的铁占世界铁总产量的绝大部分。

高炉生产时从炉顶装入铁矿石、焦炭、造渣用熔剂（石灰石），从位于炉子下部沿炉周的风口吹入经预热的空气。

在高温下焦炭（有的高炉也喷吹煤粉、重油、天然气等辅助燃料）中的碳同鼓入空气中的氧燃烧生成的一氧化碳和氢气，在炉内上升过程中除去铁矿石中的氧，从而还原得到铁。

炼出的铁水从铁口放出。

铁矿石中未还原的杂质和石灰石等熔剂结合生成炉渣，从渣口排出。

产生的煤气从炉顶排出，经除尘后，作为热风炉、加热炉、焦炉、锅炉等的燃料。

高炉冶炼的主要产品是生铁，还有副产高炉渣和高炉煤气。

高炉除尘器：用来收集高炉煤气中所含灰尘的设备。

高炉用除尘器有重力除尘器、离心除尘器、旋风除尘器、洗涤塔、文氏管、洗气机、电除尘器、布袋除尘器等。

粗粒灰尘（>60～90um），可用重力除尘器、离心除尘器及旋风除尘器等除尘；细粒灰尘则需用洗气机、电除尘器等除尘设备。

高炉鼓风机：高炉最重要的动力设备。

它不但直接提供高炉冶炼所需的氧气，而且提供克服高炉料柱阻力所需的气体动力。

现代大、中型高炉所用的鼓风机，大多用汽轮机驱动的离心式鼓风机和轴流式鼓风机。

近年来使用大容量同步电动鼓风机。

这种鼓风机耗电虽多，但启动方便，易于维修，投资较少。

高炉冶炼要求鼓风机能供给一定量的空气，以保证燃烧一定的碳；其所需风量的大小不仅与炉容成正比，而且与高炉强化程度有关、一般按单位炉容2.1～2.5m3/min的风量配备。

但实际上不少的高炉考虑到生产的发展，配备的风机能力都大于这一比例。

高炉热风炉：热风炉是为高炉加热鼓风的设备，是现代高炉不可缺少的重要组成部分。

现代热风炉是一种蓄热式换热器。

目前风温水平为1000℃~1200 ℃，高的为1250 ℃~1350 ℃，最高可达1450 ℃~1550 ℃。

提高风温可以通过提高煤气热值、优化热风炉及送风管道结构、预热煤气和助燃空气、改善热风炉操作等技术措施来实现。

理论研究和生产实践表明，采用优化的热风炉结构、提高热风炉热效率、延长热风炉寿命是提高风温的有效途径。

铁水罐车：铁水罐车用于运送铁水，实现铁水在脱硫跨与加料跨之间的转移或放置在混铁炉下，用于高炉或混铁炉等出铁。

12．炼钢的基本任务有哪些？答：炼钢的基本任务是脱碳、脱磷、脱硫、脱氧，去除有害气体和非金属夹杂物，提高温度和调整成分。

归纳为：“四脱”（碳、氧、磷和硫），“二去”（去气和去夹杂），“二调整”（成分和温度）。

采用的主要技术手段为：供氧，造渣，升温，加脱氧剂和合金化操作。

13．炼钢过程中脱碳反应的作用有哪些？答:升温，产生大量CO气泡可以较好的搅拌熔池，再有就是加强去P 的动力学条件，为生成良好的泡沫渣产生足够的CO气泡。

14．炼钢所用的原材料有哪些，试说明对废钢的要求。

答：主要原料是铁水以及废钢(废钢用于降温及降低成本！属于金属料(及其他合金比如泥铁，添加较少。

价格较高)，造渣料如大量的石灰，白云石，莫来石等。

铁水铸成的面包铁最常用，轧钢的切头切尾，废旧设备，不合格的钢坯等都可以若外购废钢，严禁武器、弹药、有色金属及密闭容器混入潮湿废钢不许入炉。

15．钢液中的气体有哪些，有什么危害，如何去除？答：一氧化碳，二氧化硫以及氮氧化合物，这些气体容易对环境产生污染，常采用脱碳反应作为去气的手段。

16．目前主要的炼钢方法有哪两种？试比较转炉炼钢和电弧炉炼钢的各自特点？答：转炉炼钢和电弧炉炼钢两种， (1)转炉炼钢。

炼钢（氧气顶吹转炉、顶底复合吹炼转炉、侧吹转炉、底吹转炉）炼钢，是利用氧与铁水中的碳、硅、锰、磷元素反应放出的热量来进行冶炼的，不用从外部进行加热。

目前，世界上每年约有60%的钢是用转炉（碱性氧气转炉）生产的。

虽然近年电炉钢发展较快，使高炉一转炉流程受到一定的冲击，但转炉有着铁源来自矿石、钢质纯净等优势，因此在世界上转炉炼钢仍然占据主要份额。

(2)电炉炼钢。

电炉炼钢是利用电能作为主要热源来进行冶炼。

最常用的电炉有电弧炉和感应炉两种。

而电炉炼钢占电炉钢产量的绝大部分。

一般所说电炉即是指电弧炉。

电炉可全部用废钢作金属原料，可冶炼力学性能和化学成分要求严格的钢，如特殊工具钢、航空用钢和不锈钢等。

17．连铸机有哪些结构形式，简述连铸机的主要设备构成。

答：把高温钢水连续不断地浇铸成具有一定断面形状和一定尺寸规格铸坯的生产工艺过程叫做连续铸钢。

完成这一过程所需的设备叫连铸成套设备。

浇钢设备、连铸机本体设备、切割区域设备、引锭杆收集及输送设备的机电液一体化构成了连续铸钢核心部位设备，习惯上称为连铸机。

18．试说明有色金属的分类情况。

答：有色材按化学成份分类：铜和铜合金材、铝和铝合金材、铅和铅合金材、镍和镍合金材、钛和钛合金材。

按形状分类时，可分为：板、条、带、箔、管、棒、线、型等品种。

有色合金按合金系统分：重有色金属合金、轻有色金属合金、贵金属合金、稀有金属合金等；按合金用途则可分：变形（压力加工用合金）、铸造合金、轴承合金、印刷合金、硬质合金、焊料、中间合金、金属粉未等。