炼 铁 学

ೖᄤኧআᇴᓾ೯!
ဉීǖጲሆᒑ۞਺෗ࠤஊျਜ਼ݝॊৈཱཽྀᆐᒮገࡼ൙ၤᄌLjఠ၂ดྏᏐࡍ᎖ᑚৈपᆍLjด
ྏᑵཀྵቶݙতۣᑺLjࡊښஞ৙ݬఠ!
名词解释：
假象及半假象赤铁矿：由于地表的氧化作用，自然界中纯磁铁矿很少见，在化学成分上Fe3O4被氧化成Fe2O3，但仍保留了原磁铁矿结晶结构特征。

有效容积利用系数：每立方米高炉有效容积每昼夜生产的合格铁量。

焦比：冶炼每吨生铁所消耗的焦炭的千克数。

煤比：冶炼每吨生铁所消耗的煤粉的千克数。

燃料比：冶炼每吨生铁所消耗的固体燃料的总和。

（燃料比=焦比+煤比）
综合焦比：焦比+煤比X煤焦置换比
煤焦置换比：喷吹1kg煤粉所能代替的焦炭数。

焦炭冶炼强度：每立方米高炉有效容积每昼夜燃烧的焦炭吨数。

综合冶炼强度：每立方米高炉有效容积每昼夜燃烧的综合焦炭的吨数。

燃烧强度：每平方米炉缸截面积每昼夜燃烧的焦炭吨数。

工序能耗：Ci=（燃料消耗+动力消耗-回收二次能源）/产品产量
固相反应：在一定温度下，某些离子克服晶格结合力，进行位置交换，并扩散到与其相邻的其他晶格内的过程，叫固相反应。

铁酸钙理论（低温烧结理论）：生产高碱度烧结矿，粘结相主要由铁酸钙组成。

该系的特点是无需高温，燃料消耗少；矿物的强度高还原性好。

自蓄热作用：随着烧结层的下移，料层温度的最高值逐渐提高。

自蓄热来源于被上层热烧结矿预热了的空气以及上层带入的热废气的加热作用。

HPS：指小球烧结法，即将烧结混合料用圆盘造球机预先制成一定粒度（上限为6·~8mm），然后使小球外裹部分燃料，最后铺在烧结台车上进行烧结的造块新工艺。

SFCA：即复合铁酸钙理论，实际烧结矿中的铁酸钙，无论是针状还是片状，都不是单纯的CaO和Fe2O3组成的，铁酸钙中含有一定量的Al2O3和SiO2等，称为复合铁酸钙。

铁氧化物的直接还原：还原剂为固体C，还原产物为CO。

铁氧化物的间接还原：还原剂是H2或CO，还原产物为H2O或CO2。

直接还原度：通过直接还原方式还原出来的铁量与还原出来的总铁量之比。

耦合反应：风口以下炉缸区域，渣铁间的氧化还原反应，即耦合反应。

熔化温度：炉渣受热升温过程中，固相完全消失的最低温度，即相图上的液相线温度（相当于软熔带下沿温度）。

熔化性温度：炉渣可以自由流动时的最低温度。

长渣和短渣：温度降到一定值后，粘度急剧上的称为短渣；随温度下降粘度上升缓慢称为长渣。

表面张力：生成单位面积的液相与气相的新交界面所消耗的能量。

界面张力：渣铁之间形成单位面积界面所消耗的能量。

燃烧带：风口前碳被氧化而气化的区域，又叫风口回旋区，它是高炉内唯一的氧化区域，故又称氧化带。

管道行程：煤气总是沿着透气性好的路线上升，高炉炉料的特性及在炉内的分布时不同的，在炉内局部出现气流超过临界速度的转态，局部区域煤气流过分发展的现象。

液泛现象：当渣量多，渣粘度大，煤气流速快时，出现煤气把渣铁拖住而不能降落的现象。

空区（热储备区）：高炉中下部，炉料与煤气的温差很小，大约只有5~50℃左右，发生微弱

1、高炉系统包括高炉本体、原燃料系统、上料系统、送风系统、渣铁处理系统、煤气清洗处理系统。

2、高炉生产过程控制的关键性环节有送风条件，软熔区的位置、形状及尺寸，固体炉料区的工作状态3、铁矿石的分为赤铁矿、磁铁矿、褐铁矿、菱铁矿4、铁矿石评价的要点有含铁品位、脉石的成分及分布、有害元素的含量、有益元素、矿石的还原性、矿石的高温性能。

5、炼焦工艺过程中影响焦炭质量的环节大体上可分为洗煤、配煤、焦炉操作、熄焦等，其中配煤起着决定作用，配煤中最重要的是控制混合煤料的胶质层厚度。

6、洗煤的目的在于降低原煤中灰分及硫的质量分数。

7、高炉生产的产品有生铁、铁合金、高炉煤气、炉渣 1、散状物料聚集时颗粒间的固结力＝联结力—排斥力 2、烧结过程的主反应有燃烧反应、分解反应、还原与再氧化反应、气化反应、水分蒸发和凝结。

3、烧结料固结经历固相反应、液相生成、冷凝固结过程。

4、烧结过程中固相反应能够进行的重要因素是温度。

5、液相生成是烧结成型的基础，液态物质的数量和性质是影响烧结固结好坏，乃至冶金性能的重要因素。

6、常见的烧结矿显微结有粒状结构、斑状结构、骸状结构、丹点状的共晶结构、熔蚀结构。

7、烧结矿冷凝形成的矿物组成及其结构是影响烧结矿质量的重要因素。

8、生球成型的机理是利用细磨粉料表面能大的特性。

9、铁矿粉球团过程包括生球成型和熔烧固结两个主要作业。

成球过程分为三个阶段：形成母球、母球长大、长大了的母球进一步紧密。

10、生球干燥的目的是避免焙烧时发生破裂、同时提高焙烧效率。

由表面气化和内部扩散两个过程组成。

11、球团矿在高温下焙烧，引起强度增加的原因有：晶桥联结；固相烧结固结；液相烧结固结 12、现代高炉冶炼最佳炉料结构为高碱度烧结矿配加酸性球团矿。

1、FexO，方铁矿，俗称浮士体，是立方晶系氯化钠型的Fe2缺位的晶体。

2、FexO在低温下不能稳定存在，当温度低于570℃时，将分解成为Fe3O4 ＋α-Fe。

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）焦比：冶炼每吨生铁所消耗的焦炭的千克数（Kg/T）CO煤气利用率：煤气中CO2体积与co和co2体积总和的比值ηCO = CO2 ⁄ (CO+CO2)，表明煤气利用程度的好坏。

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。

COREX炼铁工艺：CO REX炼铁工艺：典型的二步法熔融还原炼铁工艺，由奥钢联（V AI）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。

高炉渣溶化性温度：炉渣可自由流动的最低温度。

高炉的硫负荷：冶炼每吨生铁炉料带入硫的千克数称为硫负荷。

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)]高炉渣熔化温度：炉渣在受热升温过程中固相完全消失的最低温度。

燃烧强度：每昼夜、每平方米炉缸截面积上每昼夜燃烧的干焦量。

水当量：单位时间内炉料和炉气流温度变化1℃时所吸收或放出的热量。

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。

答：（1）风口前燃烧碳量减少，风温提高，焦比下降；（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；（3）直接还原度略有升高，生成的CO减少，炉身温度降低；（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；（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；（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生铁；炉温升高，可控制Si的下限，生产低Si铁。

课程名称：炼铁学英文名称：Iron Making学时与学分:32/2（其中实验学时：,课内上机学时：）先修课程要求：无机化学，物理化学，钢铁冶金原理适应专业：矿物加工工程、冶金工程参考教材：钢铁冶金学（炼铁部分），王筱留，北京:冶金工业出版社，2005.3铁冶金学，张家驹，沈阳:东北工学院出版社,1988钢铁冶金教程，包燕平，冯捷，冶金工业出版社，2008.7课程简介：本课程为矿物加工工程（团矿方向）钢铁冶金工程学科的专业课，课程内容包括高炉炼铁的基本物理化学原理、传输理论、能量利用、工艺过程与强化方法、数学模型及非高炉炼铁的原理与工艺，主要讲述炼铁过程的基本理论、工艺过程与强化及炼铁技术的最新发展，使学生掌握炼铁基础理论和系统的专门知识，为从事本领域的科学研究和生产实践奠定基础。

一、课程在培养方案中的地位、目的和任务本课程是面向矿物加工工程专业（团矿方向）本科生的专业必修课程，主要任务是讲述炼铁过程的基本理论、工艺过程与强化及炼铁技术的最新发展，为从事炼铁生产、设计、教学、科学研究与开发、技术经济管理奠定基础。

二、课程的基本要求正确理解炼铁原理，掌握高炉冶炼工艺过程及其强化措施，了解高炉冶炼过程数学模型、自动控制技术、非高炉炼铁的原理与工艺及炼铁技术的最新发展。

三、课程的基本内容以及重点难点1．基本内容1）绪论：钢与铁，钢铁联合企业钢铁工业的发展，炉内主要过程，炼铁原料、燃料及其他辅助原料，炉料结构，高炉产品、技术经济指标。

2）高炉炼铁过程物理化学基础：蒸发、分解与气化，铁氧化物及其它元素的还原，耦合反应，造渣过程，生铁的形成等。

3）高炉炼铁过程中的传输现象：高炉内的动量传输与热量传输。

4）高炉炼铁能量利用：高炉炼铁能量利用指标，高炉炼铁能量利用分析。

5）高炉炼铁工艺：高炉生产的原则，高炉操作制度，高压操作，高风温操作，喷吹补充燃料，富氧和综合鼓风,加湿与脱湿鼓风等。

6）高炉冶炼过程数学模型概述：高炉冶炼过程模拟及控制，人工智能高炉专家系统。

第一章有效容积利用系数：指高炉单位有效容积的日产铁量。

焦比：指生产每吨生铁所消耗的焦炭量。

综合焦比：是生产1t生铁实际耗用的焦炭以及各种辅助燃料折算为相应的干焦的综合。

冶炼强度：指单位体积高炉有效容积焦炭日消耗量，是标志高炉强化程度的指标之一。

焦炭负荷：指每批炉料中铁、锰矿石的总重量与焦炭重量之比，用以评估燃料利用水平操作水平，调节配料的重要参数。

生铁合格率：指合格生铁量占高炉总产量的百分数。

休风率：指高炉休风时间占规定作业时间的百分数，降低休风率是增产节约的重要途径。

生铁成本：指生产1t生铁所需的费用。

是衡量高炉生产经济效益的重要指标。

炉龄：指从高炉点火开炉到停炉大修，或高炉相邻两次大修之间的冶炼时间。

生铁分类：炼钢生铁、铸造生铁（翻砂铁、灰口铁）高炉渣：由钙、镁、硅、铝的氧化物构成的复杂硅酸盐。

高炉煤气：是钢铁联合企业的重要二次能源，主要用作热风炉燃料，还可供动力、炼焦、烧结、炼钢、轧钢等部门使用。

第八章高炉冶炼的五个主要区：块料带、软熔带、滴落带、风口带、渣铁带铁的氧化物存在形式：三氧化二铁（赤铁矿）、四氧化三铁（磁铁矿）、氧化亚铁FeO（浮士体）铁的低级氧化物比高级氧化物稳定，因此还原与分解的顺序是一致的。

还原顺序：3个三氧化二铁→2个四氧化三铁→6个氧化亚铁FeO→6个Fe温度大于570摄氏度时：三氧化二铁→四氧化三铁→氧化亚铁FeO→Fe温度小于570摄氏度时：三氧化二铁→四氧化三铁→Fe间接还原：在低、中温区进行的还原反应。

高炉内铁氧化物用CO还原，生成CO（2），并主要为放热反应的还原反应。

直接还原：在高温区所进行的还原反应。

高炉内铁氧化物用C还原，生成CO，并吸收大量热量的还原反应。

高炉常用还原剂：C、CO、H(2)CO与H（2）作为还原剂有何差异，他们的利用率如何表示？答：当t小于810摄氏度时，CO还原能力比氢气强。

当t大于810摄氏度时，氢气还原能力比CO强。

说明氢气的还原能力随温度升高而升高。

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. 高炉冶炼强度7．HPS 8.高炉渣熔化性温度 9.高炉的悬料 10.高炉的硫负荷11.理论燃烧温度 12.燃烧带 13.水当量 14.焦比 15.直接还原度二、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点的意义。

4.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。

5.分析高炉冶炼过程中，用CO、H2 还原铁氧化物的特点。

分别从热力学、动力学上比较CO、H2 还原铁氧化物的异同。

6.液泛现象的定义及其危害。

7.高炉高压操作对冶炼的影响。

8.富养对高炉冶炼的影响。

9.喷煤对高炉冶炼的影响。

10.软熔与造渣过程简介。

11.烧结矿烧结工艺、烧结矿质量（强度、还原性），几种烧结新技术（厚料层、小球等）12.理论燃烧温度的概念及影响因素。

13.煤气流合理分布的分析。

四、论述题 (每题14分，共28分)1.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。

2. Ergun公式如下：∆PLwdewdeg=⨯⨯⨯-⨯⨯+⨯⨯⨯-⨯⨯15012321.75213ηεφερεφε()()()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。

3.传热问题—炉料与煤气作用，水当量的运用（阐述高炉炉料与煤气互相传热的问题）4.脱硫问题—硫的行为、热力学和动力学的分析。

5．透气性问题—固态料区、固液料区，如何分析？钢铁冶金学试题答案要点一．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）；2 SFCA：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，ηCO = 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”。