钢铁冶金及材料制备新技术

一、填空1、铁芯损耗的影响因素：[%si]及硅钢片厚度、非磁性夹杂、晶粒取向于晶粒尺寸、应力。

2、冶金和材料制备学两大发展方向：信息论冶金学、多种物理场综合作用下的冶金和材料制备过程。

3、新型多功能融化还原竖炉结构：炉体、加料和煤气系统、生铁、出渣和送风系统。

4、粉末冶金新技术主要内容：粉末制备新技术、成型新技术、烧结技术。

二、名词解释1、高炉余压透平发电：是利用高炉冶炼的副产品——高炉炉顶煤气具有的压力能及热能，使煤气通过透平膨胀机做功，将其转化为机械能，驱动发电机或其它装置发电的一种二次能源回收。

2、干熄焦：干熄焦是利用冷的惰性气体(燃烧后的废气)，在干熄炉中与赤热红焦换热从而冷却红焦一种熄焦方法。

3、三维印刷：该法是根据印刷技术,通过计算机辅助设计, 将粘结剂精确沉积到一层金属粉末上。

这样反复逐层印刷, 直至达到最终的几何形状。

由此便得到一个生坯件。

生坯件经烧结并在炉中熔渗, 可达到全密度。

三、简答题1、新型多功能融化还原竖炉的原理、结构、特点？答：原理：将高炉炉缸的熔融还原和化铁炉的快速加热组合在一起，采用氧—煤技术实现高的燃烧温度，将处理劣质废钢、回收钢铁厂粉尘和冶炼合金母液融为一体，为短流程提供热装铁水或合金母液。

结构：①炉体、②加料和煤气系统、③生铁、出渣和送风系统。

特点：1）原料适应性广；2）炉容小，产量高；3）投资少；4）环境友好；5）用途广。

2、熔融还原技术定义、原理？答：熔融还原：不用高炉而在高温下，还原铁矿石的方法，其成分是与高炉铁水相近的液态生铁。

熔融还原技术原理给料脱气煤干馏气体混合块煤气化炉顶部焦炭+ O2煤气还原性气体出炉还原竖炉海绵铁还原铁矿气化炉熔融造渣液态铁冷却除尘炉气返回3、高氮钢制备及试生产技术的工艺类型、原理、特点？工艺类型原理简述主要特点热等静压熔炼法在压力高达200Mpa的氮气中，吸附在1650℃的刚熔体界面上的氮分解成氮原子而使熔体中氮浓度提高。

①对于bcc-铁合金中氮含量可达1.2%；②对于fcc-铁合金中氮含量可达4.0%；③高氮钢铸锭中但分布不均匀；④制备的高氮钢规模不大。

加压感应熔炼法在高氮压力下通过感应搅拌作用使钢液发生对流运动，加快氮扩散，缩短达到平衡的时间。

①氮含量可达3%以上；②生产规模易于扩大。

反压铸造法利用反压装置使氮浓度达到要求的钢液在凝固时继续保持很高氮气压力，防止氮在凝固时溢出。

①使钢液氮化和钢液凝固在时间和空间上分开；②氮在钢锭中分布均匀；③易加入低熔点易挥发金属；④凝固时所需压力太大，制造的钢锭吨位有限。

4、烧结新技术？答：（1）微波烧结技术微波烧结是通过被烧结粉体吸收微波，将电磁波能量直接转化成物质中粒子的能量，使其内部产生热而烧结的方法。

（2）爆炸压制技术爆炸压制又称冲击波压制，它在粉末冶金中发挥了很重要的作用，爆炸压制时，只是在颗粒的表面产生瞬时的高温，作用时间短，升温和降温速度极快。

（3）放电等离子烧结（SPS）该技术是在粉末颗粒之间直接通入脉冲电流进行加热烧结，是将电能和机械能同时赋于烧结粉末的一种新工艺。

5、含铁原料的物理结构特征：1.所有原料中，半径由35um～3.5nm的大小气孔的总容积约为3～60mm³/g。

磁铁矿和烧结矿的气孔容积最小。

2.直径大于50nm的称大气空，2～50nm的称小或微小气孔，小于2nm的称超微气孔。

铁矿石有各种大小气孔和微小气孔，球团矿和烧结矿内没有小于15～20nm的小气孔。

3.所用原料中，半径由35um～3.5nm的大小气孔的总表面积为600～10000cm²/g，磁铁矿和烧结矿的气孔表面积最小。

4.所有原料中，半径小于100nm的小气孔其表面积占气孔总表面积50%以上。

因此，小气孔分布的特点是炼铁原料物理结构研究中的重点。

气孔内的气体扩散有三种类型：自由扩散、分子扩散和活化扩散。

6各种动力学因素对还原速率的影响：1.还原气体供气强度对流速的影响：还原气体供气强度增加到一定程度可以增加还原速率，但继续增加则其影响减缓；当供气强度增至极限，对还原速率不起作用，当还原反应为外扩散控速时，气体流速的增加才起作用；若气相浓度不变，气体流速对还原速率不起作用。

2.还原气体压力的影响随p的增加，反应速率可趋于某个极限。

3.还原温度的影响：温度升高，加快还原反应速率。

4.气象组分的影响：在还原气体中增加氢气的含量，则其还原能力增强。

四、论述题1. 现代化钢厂如何实现清洁生产，建设循环经济型企业，构筑和谐工业生态链？清洁生产是指不断采取改进设计、使用清洁的能源和原料、采用先进的工艺技术与设备、改善管理、综合利用等措施，从源头消减污染，提高资源利用效率，减少或者避免生产、服务和产品使用过程中污染物的产生和排放，以减轻或者消除对人类健康和环境的危害。

循环经济是指物料（包括“废物”）、能源、水在生产和服务过程、在企业、在社会中的循环使用和充分利用。

清洁生产的实施主要在企业，循环经济实施的范围是企业和社会。

企业实施清洁生产和循环经济的过程包括：调研、分析、策划并制定方案、制定评价标准、组织进行评价和持续改进。

对企业来说，调研是对每个生产和服务过程的输入、输出进行分析，对开发区来说，要对区域规划、现有企业环境行为、本区主要环境问题等进行调研。

在对调研数据分析的基础上，策划采取清洁生产措施，包括：采用无毒、无害或低毒、低害的原料；采用资源利用率高、污染物产生量少的工艺和设备；对生产过程中产生的废物、废水和余热进行利用或循环使用等；地区方案包括确定重点改进的企业；引进有利于循环经济建设的企业等。

循环经济包括小循环、中循环和大循环。

小循环是指物料、能源在生产和服务流程的各过程之间循环应用；中循环是指大型企业集团，资源、能源在集团内各企业间的循环；大循环是指参与社会的循环，如向城市居民供暖、余热发电供入电网、生产的钢渣铺路、为水泥厂提供原料、制作的脱硫石膏板向建筑材料市场提供等等。

评价标准的制定要考虑相关法规的要求、行业先进指标、国内外先进水平和企业能达到的实际水平。

对企业和开发区来说，最重要的是建立清洁生产和循环经济的机制。

因为清洁生产和循环经济的实施，是涉及各个部门所有员工的经常性的工作，因此需要建立职责明确、程序清晰并能持续改进的管理体系来实施。

2. 钢铁企业废水的合理处理方式？钢铁企业消耗和排放的水量相当太，尤其是加热炉组件的冷却用水．不仅用量大而且质量要求高，使用普通的净化河水极易造成设备结构和腐蚀，严重的还会引起事故．所以一般采用软水．传统的软水制作工艺使用的是离子交换的方法，工艺复杂．易造成设备腐蚀、结垢。

近些年为了解决资源匮乏的问题和保护环境．新的水处理技木发展很快。

其分离技术由于兼有分离、浓缩、纯化和精制的功能，又有高效、节能、环保、分子级过滤、易于控制等特征，已被广泛应用．其中．超滤(uF)与传统的预处理技术相比，产承水质更好-可以保证反渗透(R0)进水质．使辑水或者废水进^RO脱盐成为可能。

反渗透是脱盐的核心．具有脱盐率高(可去除98“以上的各种离子)、可自动控{5I等特点，因此，UF--RO双膜法工艺代替传统的东处理工艺是软水制作理技术的一个亮点．2.1超滤反渗透系统简介原水—uF—uF产水箱一保安过滤器段—RO装置—二段RO装置—厂区循环水管网。

浓水反渗透系统工艺流程为：RO浓水一RO清洗水箱、RO浓水—层流水系统。

本套系统采用的原水有两种：一是给系统补入软水，采用净化河水为水源制作；二是净化系统水，以系统水为水源净化系统术。

系统浓水用于层流系统的补水提高了水凉的利用率．同时部分浓水放人RO清洗水箱用于反渗透系统使用前后的清洗用水超滤系统的反洗采用超滤的产水。

2.2超滤的产水模式浸没式膜组件有多十集结成束的膜元组成，采用的是外压式中空纤维丝．孔径为0.05微米，可以有效截留各类悬浮固体颗粒，胶体、微生物以及病毒等杂质。

系统采用真空泵．将产水从膜丝内侧抽出．过滤过程中伴随着压缩空气的曝气，减埋膜罩的污染速度。

超滤的清洗模式伴随看清水的抽出，污水的浓缩，污泥就台在膜丝表面聚积，从而造成膜丝表面阻力的增加。

为此，就需设法进行去除，一般有两种方式：1)空气擦洗，2)利用产水反洗．反洗水从膜丝内侧进入．反向冲洗膜丝外表面，把垒积的污染物去除。

经过一段时同的运行后．有些污染物质会吸附在膜丝的表面．并且无法通过物理反洗击除，对于这些被吸附的物质，就耍通过化学清洗来去除。

根据污染物的种类．可选择不同的药剂束进行化学清洗，常用的药剂有：碱，次氯酸钠和柠檬酸。

这些药剂既可以用于小剂量的维护清洗，也可用于大剂量的系统停运时的强化清洗。

2.3超滤装置的运行超滤装置首次运行或长时间停用后恢复运行，需要进行冲洗以除去组件内的保护溶液。

最开始的启动应为手动，但是一旦所有的流速和压力．时间被设置后，装置应该恢复为自动。

装置恢复自动后．系统可以有效监控系统的运行．一旦运行条件不满足，装置会自动采取保护措施。

2.3—1投运前的检查压力表、流量计等仪表为投入状态；超滤设备上的气动阀门气动元件灵括无阻塞；2.3—2启动第一步；膜池充水。

在第1次启动膜池时，应将膜池充满．并且在充水过程中对膜件进行连续曝气，第二步：产水侧臂道充水。

产水侧管道充水可不通过膜件进行。

利用压冼水泵和产水管道上的阀门．将管道充满水。

只有当产水管道充满水．才可以开始过滤运行。

第三步：开始过滤操作。

开始过滤时的通量为7 51mh．为了让膜件中的膜丝慢慢地充满水，一旦整个膜件都完全程润，充满水后，就可以按照设计的通量运行了。

2.3—3超滤的手动运行程序产水：将生水箱注满水后，打开UF产水泵，手动阀f J。

打开UF产水泵进口气动阀门，同时变频启动UF产农泵使流量逐渐提升至设计流量。

运行约10～20舟钟后．关闭UF产水泵进u气动阐门，同时停止UF产水泵．进人UF反洗状态。

反洗：打开UF反洗进水气动闯门．确认后启动UF反洗泵(1#或z#)．同时打开UF反洗进气气动阀门．进人反洗状志，反洗时间为15～30秒，反冼结束后同时关闭UF匣洗进水气动阀门呢、UF反洗泵、UF反洗进气气动阀门。

反洗结束后再次进人产水状态。

2.3—4系统的保护停机措施及操作注意事项1、装置在自动模式下运行，当下面的一些情况发生时，装置会自动关闭或不能投入自动运行：产水状态产水箱液位低于液位计时tUF停机。

产水状态UF产木箱液位到达液位计高液位(3 2m)时，UF停机。

反洗状态UF产水箱水位低于液位计低液位(o 6m)时，UF停机。

2、纤维膜丝不可以干燥。

膜件一经和过滤介质接触使用后，就绝对不可再干燥保存。

当膜系统要停运超过48小时．膜件应该完全浸没在要处理的介质中并要进行连续曝气。

3. 试设计一个钢铁工业循环经济系统？在虚拟混合型钢铁生态工业园中,依据物质、能量、信息流动的规律,及各成员之间在类别、规模、方位上是否匹配,在各企业部门之间构筑物质循环生态产业链和能量梯级利用生态产业链; 横向相互进行产品供应和副产品交换;纵向链接上下游补链产业; 总体实现物质、能量和信息的交换,完善优化资源、能量的利用和循环,建立生态工业链网系统。