钢铁冶金学(炼钢学)

钢铁冶⾦学（炼铁部分）钢铁冶⾦学(炼铁部分)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：①还原熔化过程（炼铁）：铁矿⽯→去脉⽯、杂质和氧→铁；②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。

直接还原和熔融还原炼铁⼯艺流程：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及三⼤主要过程。

答：特点：①在逆流（炉料下降及煤⽓上升）过程中，完成复杂的物理化学反应；②在投⼊（装料）及产出（铁、渣、煤⽓）之外，⽆法直接观察炉内反应过程，只能凭借仪器仪表简介观察；③维持⾼炉顺⾏（保证煤⽓流合理分布及炉料均匀下降）是冶炼过程的关键。

三⼤过程：①还原过程：实现矿⽯中⾦属元素（主要是铁）和氧元素的化学分离；②造渣过程：实现已还原的⾦属与脉⽯的熔融态机械分离；③传热及渣铁反应过程：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：①⾼的含铁品位。

矿⽯品位基本上决定了矿⽯的价格，即冶炼的经济性。

②矿⽯中脉⽯的成分和分布合适。

脉⽯中SiO2和Al2O3要少，CaO多，MgO 含量合适。

③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。

④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。

⑤矿⽯的还原性要好。

矿⽯在炉内被煤⽓还原的难易程度称为还原性。

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、微⽓孔多的矿⽯还原性好。

⑥冶⾦性能优良。

冷态、热态强度好，软化熔融温度⾼、区间窄。

钢铁冶金学炼铁部分第三版（原创实用版）目录一、钢铁冶金学炼铁部分的概述二、钢铁冶金学炼铁部分的主要内容三、钢铁冶金学炼铁部分的重要性四、钢铁冶金学炼铁部分的未来发展趋势正文一、钢铁冶金学炼铁部分的概述钢铁冶金学炼铁部分是钢铁冶金学的一个重要组成部分，主要研究炼铁的原理、方法、设备和工艺。

炼铁是钢铁生产的第一步，其任务是将含铁的矿石通过高温还原的方法转化为铁。

炼铁部分的研究内容不仅包括传统的高炉炼铁，还包括直接还原法、熔融还原法等新型炼铁技术。

二、钢铁冶金学炼铁部分的主要内容钢铁冶金学炼铁部分的主要内容包括以下几个方面：1.矿石的准备和预处理：包括矿石的选择、破碎、筛分、混合等过程。

2.高炉炼铁：研究高炉的结构、原理、操作和控制，以及高炉炼铁的副产品（如炉渣、煤气等）的处理和利用。

3.直接还原法：研究使用一氧化碳、氢气等还原剂直接将矿石还原成铁的方法。

4.熔融还原法：研究在高温下将矿石和熔剂混合熔融，然后通过还原反应生成铁的方法。

5.铁的冶炼：研究铁的熔炼、铸造和连铸等过程，以及铁中的杂质控制和质量管理。

三、钢铁冶金学炼铁部分的重要性钢铁冶金学炼铁部分对于我国钢铁工业的发展具有重要意义，主要表现在以下几个方面：1.提高钢铁产量：炼铁是钢铁生产的第一步，其产量和质量直接影响到钢铁的总产量和质量。

2.降低生产成本：研究炼铁过程中的节能、减排和资源综合利用等技术，有助于降低钢铁生产的成本。

3.提高钢铁质量：研究炼铁过程中的杂质控制和质量管理技术，有助于提高钢铁的质量和性能。

4.保护环境：研究炼铁过程中的环保技术和副产品利用，有助于减少污染，实现绿色生产。

四、钢铁冶金学炼铁部分的未来发展趋势随着科技的进步和社会的发展，钢铁冶金学炼铁部分将面临以下发展趋势：1.绿色发展：加大对环保技术和副产品利用的研究，实现炼铁过程的绿色化和可持续发展。

2.智能化：借助大数据和人工智能技术，实现炼铁过程的智能化控制和优化，提高生产效率和质量。

炼钢学复习题第二章一．思考题1.炼钢的任务。

1)脱碳：含碳量是决定铁与钢定义的元素，同时也是控制性能最主要的元素，一般来用向钢中供养，利于碳氧反应去除。

2）脱硫脱磷：对绝大多数钢种来说，硫磷为有害元素，硫则引起钢的热脆，而磷将引起钢的冷脆，因此要求炼钢过程尽量去除。

3）脱氧：在炼钢中，用氧去除钢中的杂质后，必然残留大量氧，给钢的生产和性能带来危害，必须脱除，减少钢中含氧量叫做脱氧。

（合金脱氧，真空脱氧）4）去除气体和非金属夹杂物：钢中气体主要指溶解在钢中的氢和氮，非金属夹杂物包括氧化物，硫化物以及其他化合物，一般采用CO气泡沸腾和真空处理手段。

5）升温：炼钢过程必须在一定高温下才能进行，同时为保证钢水能浇成合格的钢锭，也要求钢水有一定的温度，铁水最温度很低，1300摄氏度左右 Q215钢熔点1515摄氏度6）合金化：为使钢有必要的性能，必须根据钢中要求加适量的合金元素。

7）浇成良锭：液态钢水必须浇铸成一定形状的固体铸坯，采用作为轧材的原料，同时要求质量良好，一般有模铸和连铸两种方式。

2.S的危害原因和控制方式。

（1）产生热脆。

（硫的最大危害）（2）形成夹杂：S在固体钢中基本上是以硫化物夹杂的形式存在。

降低塑性，危害各向同性（采用Mn抑制S的热脆），影响深冲性能和疲劳性能，夹杂物的评级，强度（S对钢的影响不大）（3）改善切削性能（这是硫的唯一有用用途）（2）控制措施有两种方法：（1）提高Mn含量：Mn/S高则晶界处形成的MnS量多、FeS 量生成量少，提高了钢的热塑性，减少了钢裂纹倾向。

（2）降低S含量：过高的S 会产生较多的MnS夹杂，影响钢的性能。

3.Mn控制S的危害的原理，要求值。

Mn影响S的原理：钢中的Mn在凝固过程中同样产生选分结晶，在晶界处与S反应生产MnS。

Mns的熔点高，在轧制和连铸过程中仍处于固态，因此消除了低熔点FeS引起的热脆现象。

Mn\S:Mn对S的控制力，一般用Mn和S的质量百分数的比值表示，称为“锰硫比”。

钢铁冶金学炼铁部分第三版摘要：一、钢铁冶金学炼铁部分的概述二、炼铁的原理和过程三、炼铁的设备和操作四、炼铁的环保和节能五、炼铁的发展趋势正文：一、钢铁冶金学炼铁部分的概述《钢铁冶金学炼铁部分第三版》是一本关于钢铁冶金学的专业书籍，主要介绍了炼铁的基本原理、过程、设备和操作。

本书在继承前两版的基础上，对炼铁技术进行了全面更新，以适应现代钢铁工业的发展。

书中还强调了炼铁的环保和节能，以及炼铁技术的发展趋势，为我国钢铁工业的持续发展提供了重要的理论支撑。

二、炼铁的原理和过程炼铁的原理是通过高温下的还原反应，将铁矿石中的铁氧化物还原成金属铁。

炼铁的过程主要包括原料准备、烧结、焦化、炼铁炉炼铁等环节。

在原料准备阶段，将铁矿石、焦炭、石灰石等原料进行混合和粉碎。

烧结是将混合好的原料进行高温烧结，形成烧结矿。

焦化是利用焦炭对铁矿石进行还原，生成一氧化碳和金属铁。

炼铁炉炼铁是将焦炭和烧结矿放入高炉，在高温下进行还原反应，生成金属铁。

三、炼铁的设备和操作炼铁的主要设备包括烧结炉、焦炉、高炉等。

烧结炉用于将原料进行烧结，形成烧结矿。

焦炉用于焦化，生成焦炭。

高炉用于炼铁，将铁矿石通过还原反应生成金属铁。

炼铁的操作主要包括原料配比、烧结矿破碎、烧结、焦化、高炉炼铁等环节。

四、炼铁的环保和节能炼铁过程中会产生大量的烟尘、二氧化硫等污染物，需要采取相应的环保措施进行治理。

目前，我国炼铁企业普遍采用除尘、脱硫等技术，有效降低了污染物排放。

此外，炼铁企业还通过提高资源利用率、降低能耗等措施，实现了炼铁过程的节能减排。

五、炼铁的发展趋势随着我国钢铁工业的转型升级，炼铁技术也在不断发展。

未来，炼铁技术将朝着绿色、高效、智能化的方向发展。

具体表现在：提高炼铁矿利用率，降低能耗；推广绿色炼铁技术，降低污染物排放；应用智能化技术，提高炼铁生产效率。

1.绪论 (4)1.1 炼钢历史的发展过程 (4)1.２我国钢铁冶金的发展 (5)1.3炼钢的基本任务 (5)2. 炼钢任务、原材料和耐火材料 (7)2.1去除杂质 (7)2.2 调整钢的成分 (8)2.3 浇注成内外部质量好的钢锭和钢坯 (9)3. 炼钢熔池中的基本反应 (10)3.1 脱碳反应 (10)3.1.1 脱碳反应的作用 (10)3.1.2碳在熔铁中的溶解 (11)3.1.3 脱碳反应的热力学条件 (11)3.1.4 脱碳反应的动力学条件 (13)3.2 硅锰的氧化和还原 (16)3.3脱磷反应 (17)3.3.1 磷在钢铁冶炼过程中氧化 (18)3.3.2 脱磷的热力学条件 (20)3.3.3 冶炼低磷钢的几个问题 (22)3.4 脱硫反应 (25)3.4.1 硫在炼钢中表现的热力学性质 (25)3.4.2 碱性氧化渣与金属间的脱硫反应 (26)3.4.3 熔渣脱硫的计算 (29)3.4.4 气相在脱硫中的作用 (30)3.5 钢中气体和非金属夹杂物 (32)3.5.1 钢中气体 (32)3.5.2 钢中的非金属夹杂物 (35)3.5.3 非金属夹杂物的种类 (35)3.5.4 夹杂物的来源及减少其的措施 (37)4 转炉炼钢工艺 (39)4.1 炼钢用原材料 (39)4.1.1 金属料 (39)4.1.2 造渣材料 (40)4.1.3 氧化剂（自学） (41)4.1.4 冷却剂（自学） (42)4.1.5 还原剂和增碳剂（自学） (42)4.2 装料 (42)4.2.1 三种不同的装入制度 (42)4.2.2 确定个阶段装入量应考虑的因素 (43)4.3 铁的氧化和熔池传氧方式 (43)4.3.1 铁的氧化和还原 (43)4.3.2 炉渣的氧化作用 (44)4.3.3 杂质的氧化方式—直接氧化和间接氧化 (44)4.4 供氧 (45)4.4.1氧流对熔池作用 (45)4.4.2 氧化机理 (51)4.4.3 LD的供氧操作 (52)4.5 造渣 (53)4.5.1炉渣碱度的控制 (53)4.5.2炉渣粘度的控制 (56)4.5.3炉渣氧化性的控制 (56)4.5.4放渣及留渣操作 (58)4.6 温度及终点的控制 (58)4.6.1 LD物料平衡和热平衡 (59)4.6.2 出钢温度的确定 (59)4.6.3 吹炼过程的温度控制 (59)4.6.4 终点控制 (60)4.7 脱氧和合金化 (60)4.7.1 吹炼终点的含氧量及脱氧的任务 (60)4.7.2 脱氧剂的选择及加入量的确定 (62)4.7.3 脱氧操作 (64)4.7.4 合金化的一般原理 (65)5 转炉顶底复合吹炼 (67)5.1 转炉顶底复吹的发展及其特点: (67)5.1.1 顶吹底吹转炉炼钢的特点及复合吹工艺的产生 (67)5.1.2 复合吹炼工艺的分类及目前发展状况 (68)5.1.3 复合吹炼的主要冶金特点 (69)5.2复合吹炼的熔池搅拌问题 (70)5.2.1转炉熔池搅拌问题—CO气泡搅拌及气流搅拌 (70)5.2.2 搅拌能与均匀混合时间（混匀时间） (72)5.3 复合吹炼的冶金问题 (73)5.3.1 对成渣及渣中FeO的影响 (73)5.3.2 对各元素化学反应的影响 (74)5.3.3 对钢中气体含量的影响 (75)5.4 底部供气元件 (76)5.4.1 底部供气种类及选择 (76)5.4.2 底部供气元件的种类及特点 (76)5.4.3 底部供气元件的布置对熔池搅拌的影响 (78)6 炼钢常用耐火材料 (79)6.1 炉衬材料 (79)6.2 炉衬破损机理 (80)6.3 延长炉龄的措施（自学） (81)7 预脱硫 (83)8 含钒铁水的吹炼 (87)8.1 提钒 (87)8.2 半钢炼钢 (89)使用说明 (90)参考文献 (91)1.绪论钢铁是现代生产和科学技术中应用最广的金属材料.特别是钢,在金属材料的用量中约占85%以上.这是由于钢的强度高,韧性好,容易加工和焊接,使优良的结构材料.钢的品种由上千种,可以跟据不同要求,得到不同性能的钢.作为钢的基体的铁元素在地壳中的蕴藏量5.10%,在金属元素中仅次于铝8.80%,容易从矿石中提取和加工.近三四十年,钢生产迅速发展,世界上岗的年产量已超过七亿吨.近代钢铁生产的主要方法一直是沿用”二步法”,第一步先用矿石冶炼出生铁,第二不再以生铁和废钢为基本原料炼出不同的钢种.近十几年,虽然有人在”一步法”上作了大量的工作,即直接还原—从矿石直接还原出钢,但目前来看,最起码在近期,其法不会最为生产钢的主要手段;也很难成为发展方向.原因主要是其技术不成熟;成本太高.1.1 炼钢历史的发展过程近代主要的炼钢方法首推1885年在英国获得专利的贝塞麦法,即酸性空气底吹转炉炼钢法.他是在底吹转炉中,将空气直接吹入铁水,利用空气中的氧气氧化铁水中铁、硅、锰、镁等元素，并依靠这些元素氧化释放出的热量将体金属加热到能顺利进行浇铸所需的高温。

钢铁冶金学（炼钢部分）第一部分炼钢的基本任务1、钢和生铁的区别？答：C < 2.11%的Fe-C合金为钢；C > 1.2%的钢很少实用；还含Si、Mn等合金元素及杂质。

生铁硬而脆，冷热加工性能差，必须经再次冶炼才能得到良好的金属特性；钢的韧性、塑性均优于生铁，硬度小于生铁。

2、炼钢的基本任务？答：钢铁冶金的任务是由生产过程碳、氧位变化决定的。

炼钢的基本任务分为脱碳，脱磷，脱硫，脱氧，脱氮、氢等，去除非金属夹杂物，合金化，升温（1200°C→1700°C），凝固成型，废钢、炉渣返回利用，回收煤气、蒸汽等。

3、钢中合金元素的作用？答：C：控制钢材强度、硬度的重要元素，每1％[C]可增加抗拉强度约980MPa；Si：增大强度、硬度的元素，每1％[Si]可增加抗拉强度约98MPa；Mn：增加淬透性，提高韧性，降低S的危害等；Al：细化钢材组织，控制冷轧钢板退火织构；Nb：细化钢材组织，增加强度、韧性等；V：细化钢材组织，增加强度、韧性等；Cr：增加强度、硬度、耐腐蚀性能。

4、钢中非金属夹杂物来源？答：5、主要炼钢工艺流程？答：炒钢→坩埚熔炼等→平炉炼钢→电弧炉炼钢→氧气顶吹转炉炼钢→氧气底吹转炉和顶底复吹炼钢。

主要生产工艺为转炉炼钢工艺和电炉炼钢工艺。

与电炉相比，氧气顶吹转炉炼钢生产率高，对铁水成分适应性强，废钢使用量高，可生产低S、低P、低N的杂质钢，可生产几乎所有主要钢品种。

顶底复吹工艺过氧化程度低，熔池搅拌好，金属-渣反应快，控制灵活，成渣快。

现代炼钢流程：炼铁，炼钢（铁水预处理、炼钢、炉外精炼），连铸，轧钢，主要产品。

第二部分炼钢的基本反应1、铁的氧化和熔池的基本传氧方式？答：火点区：氧流穿入熔池某一深度并构成火焰状作用区(火点区)。

吹氧炼钢的特点：熔池在氧流作用下形成的强烈运动和高度弥散的气体－熔渣－金属乳化相，是吹氧炼钢的特点。

乳化可以极大地增加渣－铁间接触面积，因而可以加快渣－铁间反应。

钢铁冶金学炼钢部分一、填空1.出钢的方法有挡渣出钢、钢渣混出。

2.炼钢中五大危害元素有：S、P、O、H、N。

3.转炉和平炉的不同点有：供氧源（转炉：鼓入空气；平炉：氧化铁）、热来源（转炉：反应热；平炉：蓄热炉）4.钢与生铁的区别：首先是碳的含量，理论上一般把碳含量小于2.11%称之钢，它的熔点在1450-1500℃，而生铁的熔点在1100-1200℃。

在钢中碳元素和铁元素形成Fe3C固熔体，随着碳含量的增加，其强度、硬度增加，而塑性和冲击韧性降低。

5.炼钢的基本任务包括：（1）脱碳、脱磷、脱硫、脱氧；（2）去除有害气体和夹杂；（3）.提高温度；（4）.调整成分6.完成炼钢任务的工艺手段：供氧，造渣，升温，加脱氧剂、合金化操作。

7.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。

8.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。

9.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。

10.一般测定的是钢中的全氧，即氧化物中的氧和溶解的氧之和。

11.钢中气体主要是指氢与氮，它们可以溶解于液态和固态纯铁和钢中。

12.在钢材的纵向断面上，呈现出圆形或椭圆形的银白色斑点称之为“白点”。

13.钢中的氮是以氮化物的形式存在，它对钢质量的影响体现出双重性。

14.钢中氮含量高时，在250-4500C温度范围，其表面发蓝，钢的强度升高，冲击韧性降低，称之为“蓝脆”。

15.钢中非金属夹杂按来源分可以分成外来夹杂和内生夹杂。

16.平炉冶炼的发明人：西门子、马丁。

17.夹杂物按成分可以分为：氧化物夹杂、氮化物夹杂、硫化物夹杂、各种钙铝的复杂氧化物。

夹杂物按加工性能可以分为：塑性夹杂、脆性夹杂、点状不变形夹杂。

18.从钢的性质可看出碳也是重要的合金元素，它可以增加钢的强度和硬度，但对韧性产生不利影响。

钢铁冶金学（炼铁部分）第一部分基本概念及定义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。

2.非高炉法：泛指高炉以外，不以焦炭为能源，通常分成轻易还原成和熔融还原成，通常与电炉协调，共同组成轻易还原成或熔融还原成―电炉―轧机流程，被称作长流程，就是目前的辅助流程。

3.钢铁联合企业：将铁矿石在高炉内冶炼成生铁，用铁水炼成钢，再将钢水铸成钢锭或连铸坯，经轧制等塑形变形方法加工成各种用途的钢材。

4.高炉有效率容积：由高炉出来铁口中心线所在平面至大料钟上升边线下沿水平面之间的容积。

5.铁矿石：凡是在一定的技术条件下，能经济提取金属铁的岩石。

6.富矿：一般含铁品位超过理论含铁量70%的矿，对于褐铁矿、菱铁矿及碱性脉石矿含铁量可适当放宽。

7.还原性能够：矿石中铁融合的氧被还原剂夺回的深浅程度。

主要依赖于矿石的球状程度、空隙及气孔原产状态。

通常还原性不好，碳素燃料消耗量高。

8.熔剂：由于高炉造渣的需要，入炉料中常需配加一定数量的助熔剂，该物质就称为熔剂。

9.耐火度：抗炎高温熔融性能的指标，用耐热锥变形的温度则表示，它表观耐火材料的热性质，主要依赖于化学共同组成、杂质数量和集中程度。

实际采用温度必须比耐火度高。

10.荷重软化点：在施加一定压力并以一定升温速度加热时，当耐火材料塌毁时的温度。

它表征耐火材料的机械特性，耐火材料的实际使用温度不得超过荷重软化点。

11.耐急冷急热性（抗热震性）：就是所指在温度急剧变化条件下，不脱落、不碎裂的性能。

12.抗蠕变性能：荷重工作温度下，形变率。

13.抗渣性：在使用过程中抵御渣化的能力。

14.高炉有效率容积利用系数（吨/米日）=合格生铁约合产量/（有效率容积×规定工作日）。

15.入炉焦比：干焦耗用量/合格生铁产量（kg/t），一般250~550kg/t。

16.冶炼强度：干焦耗用量/（有效容积×实际工作日），t/m3h。