完整版北京科技大学钢铁冶金学炼铁部分知识点复习

1、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：还原熔化过程（炼 铁）：铁矿石 去脉石、杂质和氧 铁；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 多技术冋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：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； 在投入（装料）及产出（铁、渣、煤气）之外，无法直接观察炉内反

2、应过程， 只能凭借仪器仪表简介观察；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：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；造渣过程：实现已还原的金属与脉石的熔融态机械分离；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：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。 矿石中脉石的成分和分布合适。脉石中 SiO2和A12O3要少，CaO多，MgO含 量合适。有害元素的含量要少。S、P、As、Cu

3、对钢铁产品性能有害，K、Na、 Zn、Pb、F对炉衬和高炉顺行有害。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。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。冶金性能优良。冷态、热态强度好，软化熔 融温度高、区间窄。粒度分布合适。太大，对还原不利；太小，对顺行不利。5、试述焦炭在高炉炼铁中的三大作用及其质量要求。答：焦炭在高炉内的作用：（1）热源：在风口前燃烧，提供冶炼所需的热量；（2） 还原剂：

4、固体碳及其氧化产物 CO是氧化物的还原剂；（3）骨架作用：焦炭作为 软融带以下唯一的以固态存在的物料， 是支撑高达数十米料柱的骨架，同时又是 煤气得以自下而上畅通流动的透气通路；（4）铁水渗碳。质量的要求：粒度适中、足够的强度、灰分少、硫含量少、挥发成分含量合适、反应性弱（C+CO2=2CO）、固定C高等。6试述高炉喷吹用煤粉的质量要求。答：1、灰分含量低、固定碳量高；2、含硫量少；3、可磨性好；4、粒度细；5、 爆炸性弱，以确保在制备及输送过程中的人身及设备安全； 6、燃烧性和反应性 好。7、熟练掌握高炉冶炼主要技术经济指标的表达方式。答：1、有效容积利用系数 u :每M3高炉有效容积每昼夜

5、生产的合格铁量3（T/M 3.d）。2、 焦比：冶炼每吨生铁所消耗焦炭的千克数（kg/T）。3、 煤比：冶炼每吨生铁所消耗的煤粉的千克数（kg/T）。4、燃料比（焦比+煤比+油比）：冶炼每吨生铁所消耗的固体和液体燃料的总和（kg/T）。5、综合焦比（焦比+煤比 冰焦置换比）（折算）入炉焦比干焦耗用量（kg）合格生铁（折算）产量（t）#（折算）综合焦比综合干焦耗用量（kg）合格生铁（折算）产量（t）6煤焦置换比：喷吹1kg煤粉所能替代的焦炭的kg数。一般为0.81.0（不 包括褐煤）。7、焦炭冶炼强度：每M3高炉有效容积每昼夜燃烧的焦炭吨数（t/ M3.d）。通 常为 0.81.0t/M3d。8

6、、 综合冶炼强度：每M3高炉有效容积每昼夜燃烧的综合焦炭的吨数 （t/M3d）。一般为 0.91.15t/M3.d。9、利用系数、焦比及冶炼强度三者关系：纯焦冶炼时，利用系数二焦炭冶 炼强度/焦比；喷吹燃料时：利用系数二综合冶炼强度/综合焦比。10、燃烧强度：每M3炉缸截面积每昼夜燃烧的焦炭的吨数（t/ M3.d）11、工序能耗Ci =（燃料消耗+动力消耗-回收二次能源”产品产量（吨标准煤 /T）, 1kg标准煤的发热量为29310 kJ（7000千卡）。注：1、 把铁矿石炼成合格的钢：还原熔化过程（炼铁）：铁矿石去脉石、杂质 和氧 铁；氧化精炼过程（炼钢）：铁 精炼（脱C、Si、P等） 钢。

7、2、高炉原料：铁矿石（凡是在当前的技术条件下，可经济地提取出金属铁的岩石，称为铁矿石。地壳中Fe元素居第四位，占4.2 %;在鉄矿石中不存在纯 金属的铁，而是以氧化物、硫化物的形式存在；除含Fe氧化物外，含有其他化合物，统称为脉石，常见的 SiO2、AI2O3、CaO、MgO。）：天然富矿、人造富矿（烧结矿、球团矿）；熔剂：碱性熔剂（石灰、石灰石、白云石）、酸性熔剂（硅 石）、特殊熔剂（萤石）；其他含铁代用品（要求含铁梁高、杂质少、有一定的 块度）：高炉和转炉炉尘、残铁、轧钢铁皮、硫酸渣。3、铁矿石的分类：赤铁矿（Fe2O3），理论含Fe70%，红条痕，较软，易还原；铁 矿（FesO4），理论

8、含Fe72.4%，黑条痕，较硬，难还原；褐铁矿 （xFe2O3.yH2O）, 黄褐条痕，疏松多孔，易还原；菱铁矿（FeCQ）,理论含Fe48.2%，灰黄条痕，焙烧后易还原。 由于地表的氧化作用，自然界中纯磁铁矿少见。磁铁矿变 成：半假象赤铁矿（Fe/FeO在3.5-7）或假象赤铁矿（Fe/FeO7）。所谓假象： 化学成分：FesO4 Fe2Oa，结晶构造不变，保持磁铁矿特征。4、高炉燃料：气体燃料（焦炉煤气、高炉煤气）用于热风炉；固体燃料（焦炭、 煤粉）用于高炉本体。第二章铁矿粉造块1、试述高炉冶炼对含铁原料的要求，如何达到这些要求？答：贫矿经选矿后的精矿粉经造块（烧结或球团过程），可改善矿石

9、的冶金性能， 脱去某些杂质（S、P、K、Na等），并综合利用大量粉尘和烟尘。2、简述固相反应的特点及对烧结反应的影响。答：在一定温度下，某些离子克服晶格结合力，进行位置交换，并扩散到与之相 邻的其它晶格内的过程，称为固相反应。特点：反应温度远低于固相反应物的熔点或它们的低共熔点； 温度高有利于固相 反应的进行；固相反应受化学组成的影响，虽不能形成有效的固相连接，但为液 相的生成提供了前提条件（低熔点的固相反应产物）。3、简述烧结矿的固结机理，何种液相利于烧结矿质量的提高？答：固结机理：烧结物料中主要矿物是高熔点的，当被加热到一定温度时，各组 分间有了固相反应，生成新的能与原组分形成具有低共熔点

10、的化合物，使得它们在较低的温度下生成液相，开始熔融。熔融的液态物质冷却时成为那些尚未溶入 液相的颗粒的坚固的连接桥，从而实现固结。粘结相由铁酸钙组成。可使烧结矿的强度和还原性同时得到提高。 这是因为： 铁酸钙（CF）自身的强度和还原性都很好；铁酸钙是固相反应的最初产物，熔 点低，生成速度快，超过正硅酸钙的生成速度，能使烧结矿中的游离CaO和正硅酸钙减少，提高烧结矿的强度；由于铁酸钙能在较低温度下通过固相反应生 成，减少Fe2O3和Fe3O4的分解和还原，从而抑制铁橄榄石的形成；改善烧结 矿的还原性。4、改善烧结料层透气性的对策如何？凶囂协第料圧遴气性出对竄A口整化制粒 配皿旷 合适的軽度分布

11、口令适的布料方式口 d F有利于 p r at不利 蜻反呢的进和口配 要佃 口遇筋社度驛希 适性口严骼捋制 赫酪區料們水卅 口握舄克坦悴的5、试述烧结生产中 自动蓄热现象”扬长避短的技术对策。答：扬长：厚料层烧结技术正是基于自动蓄热技术的， 为降低固体燃料提供了可 能，也为低温烧结技术创造了有利条件。同时对改善烧结矿质量亦有好处。避短：自动蓄热现象导致烧结料层上下热量不均匀， 上部热量不足，下部过 剩。所以应该控制燃料在料层高度上的分布，以降低燃料消耗，节约能量。6试述低温烧结理论的要点。答：高碱度下生成的钙的铁酸盐 一一铁酸钙，不仅还原性好，而且强度也高。铁酸钙主要是由Fe2O3和CaO组成

12、。烧结温度超过1300C后，Fe2O3易发 生热分解，形成Fe3O4和FeO,而Fe3O4是不能与CaO结合的。相反，FeO的 出现会导致2FeO?SiO2，CaO?FeO?SiO2的生成，从而恶化还原性。不同形态的铁酸钙组成的烧结矿，其质量是不同的；而烧结温度对铁酸钙的 形态影响显著。为了生成铁酸钙矿物，需要实现低温烧结工艺。7、归纳影响烧结矿强度的因素。8、简述影响烧结矿还原性的因素以及提高还原性的主攻方向#9、简述铁精矿粉的成球机理，并讨论其影响因素。答：铁精粉粒度小，表面能大，存在着以降低表面张力来降低表面能的倾向，易 发生吸附现象。含铁粉料多为氧化矿物，易吸附水。其中部分水在微细空隙

13、中产 生凹液面，具有将细粒了挤向水滴而凝聚的作用。 即毛细水对成球过程的主导作 用。加水润湿的同时，机械滚动作用使靠水润湿产生的母球被挤压，毛细结构变化，挤出毛细水，过湿表面又吸附分矿使母球长大。形成母球。母球是造球的核心，靠加水润湿产生母球长大（机械力+润湿作用）。滚动中压紧-毛细结构变化-挤出毛细水一 过湿表面又粘附粉矿母球长大生球压实（机械力作用）。使矿粉颗粒以最紧密方式排列，最大限度发挥水的分子引力、毛细管力以及物料的摩擦阻力，使生球强度大大提高。10、简述氧化球团矿的焙烧固结机理。答：1） Fe2O3的微晶键连接：磁铁矿生球在氧化气氛中焙烧时， 当加热到200 300E就开始氧化形成

14、Fe2O3微晶。由于新生的Fe2O3微晶中原子迁移能力较强， 在各个颗粒的接触面上长大成 连接桥”（又称Fe2O3微晶键），使颗粒互相连 接起来。在900C以下焙烧时，这种连接形式使球团矿具有一定的强度。但由于 温度低，Fe2O3微晶长大有限，因此仅靠这种形式连接起来的球团矿强度是不够。2） Fe2O3的再结晶：当磁铁矿生球在氧化性气氛下继续加热到10001300C时，磁铁矿可全部转变成赤铁矿，而由磁铁矿氧化形成的Fe2O3微晶开始再结晶，使一个个相互隔开的微晶长大成连成一片的赤铁矿晶体，使球团矿具有很高的氧 化度和强度。3）在缺乏氧气的地方温度达到一定水平时，磁铁矿颗粒也能够通过扩散产生 F

15、e3O4晶键连接，然后再更高温度下，发生 Fe3O4的再结晶和晶粒长大，使磁 铁矿颗粒结合成一个整体。4）液相粘结：两颗矿粒被液相粘结起来，如果生产酸性球团矿，在氧化气氛中，可能产生的液相为低熔点的脉石矿物或添加剂藻土等。在中性或弱还原性气氛中焙烧，则磁铁矿与脉石中的二氧化硅反应，产生 2FeO.SiO2液相。注：1、烧结矿一加入CaO,还原性；球团矿一加入MgO，软熔性能。2、散粒物料聚结现象是颗粒间相互联结力与相互排斥力作用的结果，结合力二 联结力一排斥力（重力）。3、烧结过程矿层分布：烧结矿层一上冷下热，约4050 mm为脆性层（T低、急冷），冷烧结矿层和热烧结矿层；燃烧层 一即烧结层，

16、厚度约为1550mm,温 度为11001400E，主要反应为燃烧反应；预热层 一厚度为2040 mm,特点 是热交换剧烈，温度快速下降，主要反应为水分蒸发、结晶水及石灰石分解、矿 石氧化还原及固相反应；冷料层一即过湿层，上层带入的水分由于温度低而凝结， 过多的重力水使混合料小球被破坏影响料层透气性；垫底料层 一为保护烧结机炉篦子不因燃烧带下移而烧坏。4、a）磁铁矿、赤铁矿、铁酸一钙、铁橄榄石有较高强度，其次为钙铁橄榄石及铁酸二钙，最差的是玻璃相。b）赤铁矿、磁铁矿和铁酸一钙容易还原，铁酸二钙 还原性较差，玻璃体、钙铁橄榄石、钙铁辉石，特别是铁橄榄石难以还原。c）烧结矿中以强度好的组分为主要粘结

17、相，烧结矿的强度就好。以还原性好的组分为主要粘结相，且气孔率高、晶粒嵌布松弛、裂纹多的烧结矿易还原。5、欲提高产量，需改善料层透气性；可提高抽风负压；透气性和负压不变时，增加料层高度会导致产量下降；透气性指数P与烧结料粒径d成正比，与料层孔 隙率&成正比。6 自蓄热作用”，即随烧结矿层的下移，料层温度最高值逐渐升高。自蓄热来 源于被上层热烧结矿预热了的空气以及自上层带入的热废气加热冷料的作用。自蓄热作用”是厚料层烧结技术的理论基础。厚料层烧结可降低能源以及提高成 品率。烧结自动蓄热作用，为降低固体燃料提供了可能，也为低温烧结技术创造 了有利条件。7、HPS （小球烧结法）：将烧结混合料用圆盘造

18、球机预先制成一定粒度的小球（粒度上限为68mm），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。8、球团矿机械强度好，粒度均匀。按固结方式分类 一一氧化焙烧球团、冷固球 团；按碱度分类一一酸性球团、熔剂性球团。9、生球干燥目的：避免焙烧过程的急速加热而使球团爆裂；促进添加剂的粘结 桥形成，以获得生球的热强度。10、硫在钢凝固过程中以Fe FeS共晶形式凝固在晶界上，在加热过程中先 熔化，造成热脆”现象。磷化物聚集在晶界周围减弱晶粒间结合力，使钢冷却 时发生很大的脆性，从而导致钢的 冷脆”现象。当铜含量超过 0.3%时，钢的 焊接性能降低，并产生 热脆”现象。铅的密度大于铁水

19、，极易渗入砖缝，破坏 炉底砌砖。另外，铅在咼炉内有富集现象，造成咼炉结瘤。锌在咼炉内有挥发 现象，在炉内低温处可冷凝沉淀，使砖缝膨胀，严重时会引起高炉结瘤。砷能使钢增加脆性，并使钢的焊接性能变坏。氟过高会使炉内成渣过早，不利于矿 石还原，且其渣会侵蚀高炉风口及炉衬。 氟有循环富集现象，与碱金属结合是造 成高炉结瘤的原因之一。碱金属在炉内有 自动富集”倾向，会破坏炉衬，造成 炉墙结厚和结瘤；破坏焦炭的高温强度，扩大直接还原，导致焦比上升；降低人 造富矿的热强度，破坏高炉顺行。11、广义的炉料结构优化概念：各种含铁原料的搭配模式、各种含铁原料质量的 优化、基于成本合理的炉料构成。内容：资源条件、原

20、料特性、高炉需求。s party organioots pzaatritoynosrignaanillzawtia第三章 高炉冶炼过程的物理化学1、结合铁矿石在高炉不同区域内形状变化（固态、软熔、成渣）阐述铁氧化物 还原的全过程，及不同形态下还原的主要特征。答：高炉还原过程是铁矿石下落、软熔、滴落、成渣伴随着与CO、H2 和固体焦炭的还原反应的过程：固态铁矿石阶段，温度比较低，炉料上升来的CO、H2间接还原固态铁矿石生成固态海绵铁，固态海绵铁催化2CO=CO2+C的析碳反应，即渗碳。这使固态海绵铁的熔点降低，伴随着向下运动和温度升高而软熔、 滴落，促进间接还原、和初渣的形成；软熔并滴落的同时，

21、初渣形成。初渣在 滴落的同时，尚未还原的 FeO、 MnO 等与煤气和焦炭接触反应，为间接还原 和直接还原并存的阶段； 成渣过程继续进行， 熔融态的渣铁下降到炉子下部与 焦炭发生直接还原。2、何谓“间接”、“直接”还原? 在平衡状态、还原剂消耗量及反应的热效应等方 面各有何特点？答：间接还原：还原剂为气态的 CO或H2，还原产物为CO2或H2O，不直接消 耗固体碳，但还原剂需要过剩系数（n1）,还原反应既有吸热也有放热反应，其 中还原剂消耗量可由高温区还原产生的 CO 提供。直接还原：还原剂为碳素，还原产物为CO，直接消耗固体碳，伴随着强烈 的吸热，但还原剂不需要过剩系数 （n = 1）。需额

22、外消耗碳来补充能量，还原剂由 外提供固体碳素。3、试比较两种气态还原剂 CO、H2在高炉还原过程中的特点。答：（1）用CO还原，除Fe3O4 -FeO外，均为放热反应；用H2还原，全部曲 线向下斜，均为吸热反应；（2）低于810C, CO的还原能力 H2的还原能力， 反之则反；（3） CO作为还原剂，FeO -Fe位置最高，最难还原；H2作为还原 剂，Fe3O4 Fe位置最高，最难还原（4） H2分子量小，粘度低，易扩散，故其 还原的动力学条件较好。理论上，570C以下也可还原出金属Fe,实际上动力学条件差，很难还原出 金属Fe。Fe2O3极易还原，Kp很大，平衡还原剂浓度很低，曲线几乎与横轴

23、重 合。实际还原剂需要量是由 FeO-Fe 这一步决定的 !高炉内除 Fe2O3-Fe3O4 外， 还原反应均为可逆反应，还原剂 CO、 H2 需要过量。即气相还原有一个过剩系 数。4、当前世界上大多数高炉在节约碳素消耗方面所共同存在的问题是什么？如何 解决？答：适宜直接还原度和最低碳素消耗历史上曾出现过两种绝对化观点， 认为高炉 的理想行程应该是：其一 （法国的学者 ），认为 100%的间接还原好，因为直接还 原剧烈耗热；其二 （荷兰的学者 ），认为 100%的直接还原好，因为间接还原剂用 量多。分析可知，高温区直接还原的产物 CO上升到高炉上部（中、低温区）仍可参 与间接还原， 这样既节约

24、了还原剂又少消耗了热量。 理想行程应该是： 直接还原 产生的CO和用于提供热量消耗产生的CO刚好满足间接还原和高炉对总的热量 的需要。降低高炉燃料比的方向 -研究如何降低rd和Q。5、从“未反应核模型 ”以及逆流式散料床的还原过程特点出发，如何改善气固相 还原过程的条件、提高反应速率，以提高间接还原度？答： 1. 改善矿石性质（ 1）提高矿石的孔隙度（气孔率）特别是微气孔率，可以 改善气体内扩散条件，提高内扩散速度。（2）缩小矿石粒度（包含均匀性），可 增加还原气体同矿石的接触面积， 减小还原产物层厚度，缩短还原气体到达未反 应核界面和气体产物自内向外逸出的途径。 但矿石粒度不能过小，否则将恶

25、化高 炉内气体力学条件，影响煤气分布和高炉顺行，反过来阻碍还原。同时将增加炉 尘吹出量。（3）改善矿石矿物组成，减少组织致密、结构复杂而易熔的铁橄榄石（Fe2SiO4）类型难还原矿物，可加速矿石的还原。2. 控制气流条件（1）保证足够高的煤气温度是进行界面还原反应的必备条 件。提高温度对改善扩散和加速还原反应，特别是在反应处于动力学范围时，效 果十分显著。（2）控制煤气流速。在临界流速范围内，提高煤气流速，有利边界 层外扩散的进行，可促进还原。（3）控制煤气的压力。在动力学范围，提高压力 可加速还原。（4）提高煤气中还原性气体CO和H2的浓度，可以增大边界层与 化学反应界面的浓度差，从而加速还

26、原气体向反应界面的扩散，提高还原速度。 6何谓耦合反应？其基本原理是什么？在什么条件下必须考虑其影响？ 答：耦合反应：体系中若存在两个或两个以上的反应a、b，其中反应a单独存在时不能自动进行，若反应a至少有一个产物是反应b的反应物，反应b的存 在使得反应a可以自动进行。这种现象叫做反应的耦合。这些反应统称为耦合反 应。基本原理：炉渣由离子组成，铁液由原子组成，渣铁间的质量交换必然涉及 电子的传递，其本质是电化学反应的进行。考虑影响：当系统中有多种组元存在时，必须考虑耦合反应的影响，此时各 组元之间的相互反应首先要满足耦合反应平衡常数的要求，而远离简单反应的平 衡常数。7、风口前焦炭循环区的物理

27、结构如何？风口前碳的燃烧在高炉过程中所起的作 用是什么？答：燃烧带：风口前碳被氧化而气化的区域，又叫风口回旋（循环）区。它是高炉内唯一的氧化区域，故又称氧化带。大小用风口回旋区长度表示。实际用 CO2%下降到1%处为回旋区的界线。 风口喷吹补充燃料（煤粉、重油和天然气等）先热解后燃烧。75%的焦炭达到风口处燃烧，其他参与还原汽化、渗碳。回旋区主要产物是CO、少量的H2及风中大量的N2。风口燃烧带的作用：1）提供热源2）提供还原剂3）提供炉料下降的空间。8、造渣在高炉冶炼过程中起何作用？答：造渣的目的：（1）渣铁分离；（2）调节炉渣成分，完成某些物理化学反应， 保证生铁质量要求。炉渣的作用：（1

28、）实现铁水与脉石分离；（2）完成渣铁间的脱硫SS2; （3） 调整铁水成分：炼制钢铁造碱性渣铸造铁、造酸性渣；（4）促进高炉顺行：下部透气性良好；（5）保护高炉炉衬：炉腹部分砖衬开炉后 12月即全部被侵蚀，仅 靠炉渣来保护，形成 渣皮”自我保护；（6）护炉：含TiO2炉料，使（TiO2） =2 3%。Ti=0.050.20%;洗炉：锰矿、萤石、高 FeO均热炉渣等。9何谓熔化”及熔化性温度”二者的异同及对冶炼过程的意义，是否熔化温 度越低越好？为什么？答：炉渣的熔化温度：是指炉渣在受热升温过程中固相完全消失的最低温度，即相图上液相线温度。炉渣的熔化性温度：是理论上讲炉渣完全熔化的最低温度， 指

29、炉渣可以自由s party organioots pzaatritoynosrignaanillzawtia流动的最低温度。在高炉冶炼中，熔化性温度，更具有实际意义。 炉渣温度必须高于液相线温度，才可能有流动性。但高于液相线温度的炉渣 并非都具有足够的流动性。要有足够的过热度才能使炉渣流动。熔化性温度的确定：碱性渣：(短渣”：t转是熔化性温度。酸性渣：(长 渣”：n 曲线上斜率为1 (倾角135 0的切线点的温度，即为t熔化性。短渣：温度降低到一定值后，粘度急剧上升的炉渣，碱性渣多为短渣。 长渣：温度降低粘度上升缓慢的炉渣，酸性渣多为长渣。高炉冶炼要求炉渣具有适当的熔化温度： T 熔过高：炉料

30、过分难熔、粘滞 -难行”渣铁分离困难，铁水质量难保合格；T熔太低：软熔带位置过高，熔滴温度过低，煤气阻损增大 一顺行困难。10、炉渣“粘度”的物理意义是什么？以液态炉渣的微观结构理论，解释在粘度 上的种种行为。答：粘度n流体单位速度梯度、单位面积上的内摩擦力。(牛顿流体)单位(Pa -s) (N s/m2，kg m-1 -I)， 1 Pa s = 10泊(Poise)。一般以n MnO MgO , 如炼Mn铁高炉，渣中(MnO)多，故脱硫好。SiO2和AI2O3酸性氧化物消耗（02-），脱硫不利。（3）气氛氧势%0 : %0J - LS Ta. 还原性气氛，渣中（FeO） %0 ; Jb. C

31、、Si、Mn高，直接还原、耦合反应。高炉脱硫热力学优于转炉：依据热力学计算高炉LS = 50100,转炉LS = 110。13. K、Na循环富集对高炉炉冶炼的危害。答：（1）破坏炉料强度： 焦炭吸收K、Na后，会形成塞入式化合物KC6、KC8、 KC12、KC24等，一方面使焦炭变得疏松；另一方面使焦炭反应性增大，导致碳 熔损反应量增大。其结果是造成焦炭高温强度急剧下降； K、Na及其低沸点 化合物沉积于炉料表面和孔隙，特别是钻入Fe2O3晶格内，将使球团矿异常膨胀，高碱度烧结矿粉化。（2）使软熔带位置升高，厚度增加，初渣形成早，对造渣不利： FeXO、 SiO2、K2O可形成熔点为700E

32、左右的玻璃渣相； 低熔点渣相糊住海绵铁表 面，使渗碳、滴落困难，使软熔带的下沿温度提高。（3）K、Na促进碳素沉积反应2CO=CO2+C的进行（催化作用），并使得高炉 上部的还原速度加快（K、Na催化还原FeO）;（4）使炉衬破裂，炉墙结厚甚至结瘤： K、Na蒸汽渗入砖缝，氧化沉积， 伴随碳素沉积引起膨胀； 与砖衬形成低熔点物质FeXO、SiO2 K2O,引起渣 化；当炉况不顺、发生悬料时，煤气横向扩散，结果低熔点物质FeXO、SiO2、 K2O粘附焦末、矿末后，生成瘤根，久之造成结厚甚至结瘤。（5）使整个料柱的透气性降低，高炉顺行急剧恶化：使炉料强度变坏，上部透气性降低； 使初渣形成早，软熔

33、带位置高且厚，煤气阻损大大增加； 含K、Na炉渣的表面张力小，易泡沫化产生 液泛”使中、下部透气性降低； 焦炭高温强度下降后，高炉下部透气性变差。降低K、Na循环危害的措施1）限制炉料带入的碱量：碱负荷 35 kg/thm ；2）增大炉渣排出的碱量： 低碱度、酸性渣操作；增加渣中（%MgO），使K2O、Na2O活度降低，炉渣固碱能量增强； 增大渣量。注：1、由于某种原因，当结晶水（20%50%）析出过晚，在800E的高温区析出时，则会发生水煤气反应 H2O+C=H2+CO夕285 kJ/kgH2O （5860 kJ/m3H2O）。危害： 强烈吸热，消耗大量高温区宝贵热量；消耗固体碳素C,破坏焦

34、炭强度；产生的还原性煤气H2、CO在上升过程中利用率不高。（高炉中下部冷却器漏水时， 也会发生类似问题。）2、 炉料中碳酸盐来源：生熔剂（石灰石、白云石）、天然块矿。大约 50%左右的 CaCO3在1000 r以上的高温区发生分解，CaCO3高温分解产生的CO2在炉内与C会发生碳素熔损反应：CO2+C=2CO -65.7 kJ/mol。危害：分解反应本身要 消耗高炉内的热量；分解反应放出的CO2冲淡了还原气体的浓度；与碳反应强烈吸热，消耗大量高温区宝贵热量；消耗固体碳素C,减少还原和热量作用的碳素；破坏焦炭强度（使得焦炭料柱骨架作用减弱）。 对策：高炉应尽 量使用全熟料（高碱度烧结矿或自熔性烧

35、结矿配加酸性氧化球团矿 ）入炉，以少加 或不加石灰石；以生石灰（CaO）代替石灰石；适当减少石灰石的粒度。3、 高炉上部发生着一定程度的析碳反应：2CO=CO2 + C +165.7 kJ/mol T w00600r。危害：此反应消耗高炉上部的气体还原剂 co；渗入砖衬缝隙的co炼铁学s party organioots pzaatritoynosrignaanillzawtia在析出固体碳时，产生膨胀，破坏炉衬；在炉料孔隙内发生的析碳，可能使炉 料破碎、产生粉末，阻碍煤气流；析碳反应生成的细微碳粉阻塞炉料间空隙， 使炉料透气性降低。此反应在高炉内的热力学条件尚可，但动力学条件不 足。反应量较

36、少对高炉冶炼进程影响不大 !4、少量低沸点物质在高炉中可发生气化（蒸发或升华）。危害：循环富集”下 部气化、上部冷凝；渗入砖衬缝隙，破坏炉衬；阻塞炉料孔隙，降低炉料强度，增加煤气流阻力。导致高炉难行、悬料、炉墙结厚及结瘤等。对策：限制 入炉量；增大随炉顶煤气逸出的量 一T或V增大：增加随炉渣排出的量一R 减小或渣量增加。5、F03六方晶系，含氧量30.06%; Fe3O4 立方晶系，含氧量27.64%; FexO（浮 氏体）一立方晶系，x=0.870.95，（含氧量23.17%24.77%）为方便起见，常简 写为FeO。Fe2O3在较低温度下极易还原：Fe2O3 - FeO4，体积膨胀。低温下

37、， FexO不能稳定存在，温度v 570E时，分解：Fe3O4+aFe。还原顺序：v 570C，Fe2O3 Fe3O4 Fe； 570C，Fe2O3 FesO4 FexO Fe； v 570C， FexO Fe3O4+ a Fe。& 100%被还原的元素有：Cu、P、Ni （与Fe形成合金）；Pb （比重大，沉积于炉 底）；Zn （挥发，循环）。部分被还原的元素有：Mn 50%85%，Si 5%20%， V 75%85%，Ti 2%15%。不能被还原的元素有： MgO、CaO、Al2O3。 MnO 与 FeO 相比，更难还原，在高炉内无法间接还原，而为直接还原。为使 MnO充分还原：提高炉温提

38、高炉渣碱度适当提高渣中 AI2O3含量 提高 生铁含 Si 量。7、在低温区域，还原出的Fe呈固态多孔，叫海绵铁；由于 2CO=CO2 + C反应 在低温下易进行，析出碳黑；新生的 Fe对上述析碳反应有催化左右；海绵铁与 碳发生渗C反应：3Fe+C =Fe3C;反应平衡时，海绵铁中含C量最高可达1.5%； 由于海绵铁渗 C 后，熔点不断降低，逐渐熔化成液态铁水；海绵铁在熔化过程中继续渗C，液态铁水含C可达4%左右。铁水渗C反应受温度及其它元素影响。8、炉渣的性能要求：流动性好：在冶炼温度下，熔化性温度适宜，粘度小 化学反应能力强：渣焦固/液反应，渣铁耦合反应，脱硫反应表面性质优良： 表面、界面

39、张力小，渣铁、渣气易分离顺畅稳定性好：能适应冶炼条件在一定 范围内的变化。炉渣形成过程：初渣中间渣终渣。初渣：最初形成于软熔带上沿，至软 熔带下沿开始滴落。特点：FeO高，一般1030 %，熔融状态，流动性差。 中间渣：初渣到终渣，从软熔带下沿滴落开始直至炉缸。特点：成分与特性都是 不断变化的。终渣：炉缸积存的渣，从渣口或铁口放出的炉渣。特点：成分稳 定，FeO最低，一般0.5 %。日常化验的炉渣成分即指终渣。初渣中总是含有 较高的FeO,矿石越难还原，初渣中 FeO就越高。这是初渣与终渣在化学成分 上的最大差别。高炉内生成初渣的区域过去称为成渣带，现在叫做软熔带。 硫负荷：高炉冶炼每吨生铁由

40、炉料带入的的硫的千克数。碱负荷：入炉料中碱金属氧化物（K2O+Na2O）的总量，kg/t铁。9、 影响燃烧带大小的因素 鼓风动能E ： E t 燃烧带扩大； 燃烧反应速 度u ut燃烧带J, Tt u;1O2 （富氧）t u;煤粉细磨和预热、重油雾化t ut 热风组成为：O2 + N2 + H2O ;炉缸煤气组成： CO +H2+N2。10、t理燃烧焦点的温度，俗称风口火焰温度。热收入：碳素燃烧生成CO时产生的热量Q1 ;焦炭进入风口区带入的物理热 量Q2 ;鼓风带入的物理热量 Q3。热支出：鼓风与喷吹燃料中水分的分解热 Q4 ;喷吹燃料的分解热Q5 ;煤气带走热：t理V缸C煤气。煤气上升过程

41、中量及成分的变化 炉缸煤气量 鼓风量，两者的差异程度受风中含氧和湿度的影响 炉顶煤气量 炉缸煤气量，两者的差异程度受碳素熔损反应、水煤气反应、 碳酸盐分解反应的影响。降低燃料比的途径：（1）降低直接还原度，发展间接还原；（2）降低作为热量消 耗的碳量，减小热损失。降低高炉燃料比的具体对策：（1）高风温，降低作为热量消耗的碳量；（2）高压 操作，风压不变条件下，高压操作后有利高炉顺行，煤气利用率升高；抑制碳的 熔损反应，有利于发展间接还原；Si的还原减少，耗热减少；炉尘吹出量减少， 碳损降低；煤气停留时间长有利于间接还原（3）综合鼓风，脱湿鼓风有利于减 少水分的分解耗热，降低燃料比；富氧鼓风与喷

42、煤相结合，提高风口前煤粉燃烧 率；适当增加煤气中H2含量，有利于发展间接还原（4）精料：提高含铁品位， 降低渣量，热量消耗减少；改善原料冶金性能，提高还原度，发展间接还原；加 强原料整粒，提高强度，改善料柱透气性；改善焦炭质量（尤其是高温性能：反 应性、反应后强度），强化焦炭骨架作用，降低焦炭灰分；合理炉料结构；控制 软熔带厚度，减小煤气阻力损失；降低 S负荷，减小脱S耗热。改善煤粉燃烧 性（助燃剂等），降低灰分。#第四章 高炉冶炼过程的传输现象1写出欧根公式，说明式各因子的物理意义，指出该式对高炉作定性分析时适用 的区域，并从炉料和煤气两方面分析影响 4P的因素及改善炉内透气性的主要途 径。

43、2 2P?空?(1)g ?空?1答：欧根公式：150? 空2 31.75?上 空 3L(de? )2? 3de? 3式中：A P/L逆逆散料层的压力降梯度（N/m2/m）； 卩一气体粘度（Pas）；3空气体的空炉流速（m/s）；de 颗粒的当量直径（m）；p气体密度（kg/m3）；C散料层的空隙率（）；颗粒的形状系数（）。第一项代表层流情况，第二项代表紊流情况。高炉煤气流速可高达1020m/s,相应的Re-1000- 3000,高炉处于紊流状态，故公式第一项可舍去，简化为：A叫.75? ?（ g ?空2）影响因素： 炉料方面A.形状系数 ：一般无法调节。B. 粒度的影响：从 P角度出发，de

44、T但是从还原和传热的角度 dej因此 矛盾。一般是保证传热和改善间接还原， 即使用较小粒度的矿石。改善透气性的 重点是增加孔隙率CoC. 影响最大：要求入炉炉料粒度均匀，无粉末。增大的具体方法：整粒按粒度分级入炉使炉料具有较高机械性能。 煤气方面：A.煤气密度p 一般情况下是无法调节的。D. 煤气流速3是决定性的影响因素：a.提高风口前气体温度T气体膨胀 3空TA Pt 炉顶压力1压缩炉内煤气体积3空x? P J欧根公式可以定性分析高炉产量的极限。欧根公式只适用于炉身上部没有炉 渣和铁水的干区”Q23透气性指数： K（ ）P 12. 运用杨森公式分析影响散料层内炉料下降的因素。P（r料-J?D

45、4 nH答：杨森公式：W有效旦 ？（1 e D ）4 n式中： 逆流运动中的摩擦系数；n逆流运动中的侧压力系数；D 炉体直径；H 炉体高度； P/H瑕气的压降梯度。分析影响炉料下降的因素： 炉型：矮胖型高炉DT第一项增加，第二 项减小w有效t但不要忽略炉身预还原的高度）。 炉墙结厚或结瘤时，卩不利于炉料下降。 负荷加重时（焦炭J矿石T） r料w有效to 4P时，煤气流对料柱的浮力；f v有效T 炉料有效重量并不随料柱高度的上升而无限上升，而是趋于一个常数。 不宜靠过分增加高炉高度来提高下料的顺畅度！ 虽有r料 ，但若dL巳r料f则会产生局部悬料。因为高炉不是均一Hdh散料层，在高炉平均压降梯度

46、 小于r料时，也会出现局部的压力梯度dLp2 Hdhr料的情况！3. 试述管道行程”的生成机理及其危害。答：生成机理：煤气在炉内沿径向分布，与其所遇到的阻力成反比。换言之：煤 气总是沿着透气性好的路线上升的。高炉炉料的特性及在炉内的分布是不同的， 即各种炉料的粒度、密度各不相同，且分布也不均匀，在炉内局部出现气流超过 临界速度的状态是可能的，形成气流的局部通道，压差下降，即为局部管道行程”管道行程（Channeling）的危害：炉顶温度T炉料加热不充分、间接还原不 好、铁水质量不稳定、炉尘吹出量 T焦比T4. 试述高炉下部充液散料层内的流体力学特征及液泛现象”的危害。答：特征：在高炉的软熔带以

47、下部位，唯一的固体为焦炭；在软熔带以下，液态 渣铁穿过焦炭散料层；与炉身干区相比，料层孔隙度&煤气流受向下滴落的液态渣铁阻碍；当渣量多、渣粘度大、煤气流速快时，出现煤气把渣铁托住而类 似粥开锅时的液泛现象”危害：高度弥散在渣铁间的气泡，使煤气流阻力大大升高；被煤气流吹 起的渣铁，在上部较低温度区域，有重新冷凝的危险；渣铁的重新冷凝，一方 面将导致料柱孔隙度降低，煤气流动受阻。另一方面，可造成炉墙结厚、结瘤， 破坏高炉顺行。5. 运用流体流量比及液泛因子的概念，讨论防止高炉发生液泛现象”的对策。L 12 f答：流体流量比：K （）2，液泛因子：f ?今？ 0.2。G igi流体流量比的物理意义：

48、液态渣铁与上升煤气流量之比。液泛因子的物理意义：煤气向上的浮力与液态物质向下运动的重力之比。 式中：L液体的质量流量（kg/m2?h）； 3煤气空炉速度（m/s）;G气体的质量流量（kg/m2 ?h）； Fs焦炭比表面积（m2/m3）；p 气体的密度（kg/m2）； g 重力加速度（m/s2）；P 液体的密度（kg/m2） ； 焦炭层孔隙度（）；n 液态物质粘度（Pa s）0防止高炉发生 液泛现象”的对策：提高焦炭粒度f Fsjf f液泛因子力 改善焦炭强度f避免冶炼过程的细粒化f f J降低炉渣粘度f nJf ；减少 渣量L；f K流体流量比）&减小气流速度ujf f高压操作）；大力发展间接

49、 还原（间接还原不好时，渣中FeO与C反应生成CS 渣体积TfTf ； 提 咼炉渣表面张力（表面张力小，易起泡 f渣体积TfTf。T）6. 试述高炉中发生悬料的机理（分上、下部悬料）os party organioots pzaatritoynosrignaanillzawtia答：由于高炉透气性变差，引起高炉压差过大，有效作用力 F0,支托起炉料， 使得炉料难以下行， 称为悬料。 一般分为上部悬料和下部悬料， 前者可以用杨森 公式解释，后者可以用液泛现象解释。块状带的悬料： 块状带是由矿石和焦炭的层状分布结构组成的。 当料层中某 一局部由于升华物冷凝、 碳素沉积反应或由于碱金属蒸汽的强烈作用

50、而强度下降 产生了大量粉末， 造成局部料层空隙度变小。 阻力因子急剧增大， 局部煤气压降 梯度随之增大，炉料停止下降，悬料。下部悬料， 高炉软熔带以下出现了液相， 产生悬料： 热制度的波动引起软熔 带位置的变化 ;液泛现象 （对液泛现象的进一步研究证明，液态物，特别是炉渣的 表面张力也有很大影响 ）。7. 试述高炉软熔带的成因、 影响软熔带形成状况的因素以及监测软熔带形状和位 置的方法。答：铁矿石被加热到一定温度时开始软化、 熔融， 在高炉的横断面上形成一个环 圈状矿石软熔层。 这一粘滞状态的矿石软熔层与固体焦炭层相交， 形成了高炉软 熔带。影响软熔带形成状况的因素：矿石软熔性能（位置、厚度兀

51、高炉内煤气流 的分布 （形状）。调节软熔带的途径： 矿石软熔层的空隙度大大降低 （0.380.1），透气性极差；煤气流通过软熔带的通道约减少 1/2，导致软熔带的煤气流阻力最大；软熔带： 高低影响还原，厚薄影响顺行，形状影响消耗。监测： 1.炉顶横截面煤气 CO2 分布（形状）；2.炉顶横截面十字温度 （形状）；3. 炉身静压力 （位置和厚薄 ）。8. 试述高炉高度方向上的温度分布特征 （要画出示意图 ）。答： （1）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; （2）空区（又称热储备区）：炉料与煤气的温差很小（550C），即发 生微弱的热交换，发

52、生FeO的间接还原及部分直接还原；（3）下部热交换区： 热交换强烈，所有强烈吸热的反应皆在此区发生。空区大约占炉身高度的 50%60%，如此长的区域，从热交换来看，似乎不 起什么作用，但对间接还原来说是非常重要的。因为这个区域（8001000C）对间接还原特别有利 （因为无碳素熔损反应的干扰影响 ）。9. 试述水当量的定义及其在高炉高度方向上的变化特征。答：水当量是指单位时间内炉料或炉气温度变化 C所吸收或放出的热量。 常以冶炼单位生铁的炉料及煤气作为衡量水当量的标准。煤气的水当量基本为一常数，而炉料水当量在高温区有一突变并呈现一峰 值。在低温区 WsvWg，在高温区 WsWg，在中间的某个区

53、域 Ws=Wg。3气： 沿高炉高度方向变化很小，原因：下部 气体量相对少，但热容较大；上部 气体量相对多，但热容较小；两者的乘积变化不大！ 。3 料：在高炉上部变 化不大、下部变化较大， 原因：上部 间接还原的放热补偿作用； 下部 直 接还原、熔损反应、熔化等使C料T ;T进入炉缸仅剩渣铁过热耗热，C料J丄在 下部 3料存在峰值！10. 用水当量的概念分析影响高炉炉顶煤气温度、炉缸渣铁温度的因素。答： 上部热交换区：优3斗即煤气降低1C所放出的热量炉料上升1C所 吸收的热量。任意截面上，根据热平衡方程有： G料C料（t料空一t料顶）=G气兀气（t气空一 t气顶），易得到故（t料空一t料顶） （t气空一t气顶），即炉料加热快，煤气冷却慢。t气顶t气空-料（t料空-t料顶）