铁冶金学复习提纲20160611

1、第一章 概述1.钢铁产品的主要性能(1)有较高的强度及韧性；(2)容易用铸、锻、切削及焊接等多种方式进行加工，以得到任何结构的工部件；(3)所需资源(铁矿、煤炭等)储量丰富、可供长期大量采用，成本低廉；(4)与其他工业相比，钢铁工业相对生产规模大、效率高、质量好和成本低。2.高炉炼铁工艺流程的六大系统六大系统：高炉本体；还有原燃料系统、上料系统、送风系统、渣铁处理系统、煤气处理系统。3.高炉冶炼过程冶炼过程中，炉料（矿石、熔剂、焦炭）按照确定的比例通过装料设备分批地从炉顶装入炉内。从下部风口鼓入的高温热风与焦炭发生反应，产生的高温还原性煤气上升，并使炉料加热、还原、熔化、造渣，产生一系列的物理

2、化学变化，最后生成液态渣、铁聚集于炉缸，周期地从高炉排出。上升过程中，煤气流温度不断降低，成分逐渐变化，最后形成高炉煤气从炉顶排出。 4.高炉冶炼过程的特点1）炉料和煤气逆流；2）错综复杂的物理化学反应；3）高炉为密闭空间；4）通过投入物料和产出与仪器检测相结合控制生产流程。5.高炉冶炼过程的目的用铁矿石经济而高效地得到温度和成分合乎要求的液态生铁。6.高炉内型包括五个部分高炉内部工作空间的形状称为高炉内型。高炉内型从下往上分为炉缸、炉腹、炉腰、炉身和炉喉五个部分，该容积总和为它的有效容积，反映高炉所具备的生产能力。7.高炉分为哪几个区域，各区主要反应及主要特征高炉划分为六个区域：固体炉料区（

3、块状带）：间接还原为主；固体状态，以气固反应为主。软熔区（软熔带）：上部边界开始软化，下部边界开始滴落，主要直接还原及造渣；固液气多相反应，对煤气阻力大。疏松焦炭区（滴落带）：液态铁渣与煤气及固体炭间进行多种复杂传质和传热过程；焦炭流不断落向焦炭循环区，其间夹杂向下流动的渣铁液滴。压实焦炭区（滴落带）：堆积层表面，焦炭与渣铁反应；相对呆滞，死料柱。风口前回旋区（燃烧带）：燃烧反应，产生煤气，并快速上升；煤气产生中心，上部焦块下降的漏斗，是高温焦点。渣体储存区（液态产品反应带）：直接还原反应和热传递；相对静止，周期性出渣铁。8.铁矿石的分类及评价分类：天然铁矿石按其主要矿物分为磁铁矿、赤铁矿、褐

4、铁矿和菱铁矿等。评价：含铁品位；脉石的成分与分布；有害元素含量；有益元素；矿石的还原性；矿石高温性能9.高炉冶炼对熔剂的要求主要是有效成分含量高；另外S、P等有害杂质尽可能少。10.有效性熔剂和炉渣碱度有效熔剂性能有用效CaO表示：CaO有效= CaOR×SiO2，%炉渣碱度：R = CaO/SiO2（二元碱度）R = CaO+MgO/SiO2（三元碱度）R = CaO+MgO/SiO2+Al2O3（四元碱度）11.焦炭在高炉内的作用在高炉冶炼过程中具有如下作用：(1)燃料。燃烧后发热，产生冶炼所需热量。(2)还原剂。焦炭中的固定碳和它燃烧后生成的CO都是铁矿石还原所需的还原剂。(3

5、)料柱骨架。高炉内是充满着炉料和熔融渣、铁的一个料柱，焦炭约占料柱体积的1/31/2，对料柱透气性具有决定性的影响。（4） 铁水渗碳。12.高炉冶炼对焦炭的质量要求(1)含碳量高，灰分低。(2)含硫等有害杂质要少。(3)成分及性能稳定。(4)挥发分含量适合。(5)强度高，块度均匀。（6）反应性。13.炼焦工艺流程及环节炼焦工艺：将一定配比的粉煤混匀，置于隔绝空气的炭化室内，由两侧燃烧室供热，随着温度的升高，粉煤开始干燥和预热（50-200）、热分解（200-300）、软化（300-500）、产生液态胶质层，并逐渐固化形成半焦（500-800）和成焦（900-1000），最后形成具有一定强度的焦

6、炭。 影响焦炭质量的环节可分为洗煤、配煤、焦炉操作及熄焦等，其中配煤起着决定性作用。14.高炉喷吹煤粉的质量要求（1）灰分含量低；（2）硫含量低；（3）可磨性好；（4）粒度细；（5）爆炸性弱；（6）燃烧性和反应性好；（7）灰分熔点高；（8）结焦性小。15.高炉耐火材料的选用原则炉身上部：采用耐火度低，成本低的黏土砖；炉身下部、炉腰及炉腹部位：选用质量高、强度大，耐多种腐蚀的SiC砖或铝碳砖；炉缸上部风口带：选用高铝质刚玉砖；炉缸下部：选用抗渗透、抗侵蚀、耐火度高、导热性好的炭砖。16.高炉产品的特点生铁：是Fe与C及其少量元素（Si、Mn、P及S等）组成的合金。含C量高的是低硅炼钢生铁；含C量

7、低的是铸造生铁；含C量小于2%为钢。煤气：高炉炼铁产生的高炉煤气。其成分CO含量因铁种不同而异：炼钢生铁21-26%；铸造生铁26-30%；锰铁33-36%。17.高炉炉渣及其成分炉渣是由多种金属氧化物构成的复杂硅酸盐体系，外加少量硫化物、碳化物等。一般炉渣成分的范围：CaO35-44%；SiO232-42%；Al2O36-16%；MgO4-12%；还含有少量MnO、FeO及CaS等。18.几个概念：高炉有效容积：是指炉喉上限平面至出铁口中心线之间的炉内容积。高炉有效容积利用系数：每方有效容积平均每天生产的合格铁水吨数。焦比：是生产1吨合格生铁所消耗的焦炭重量。煤比：是生产1吨合格生铁所消耗的

8、煤粉重量。燃料比：焦比+煤比+小块焦比之和。生铁合格率：合格生铁占生铁总产量的百分数。喷吹率：喷吹燃料总量占总燃料消耗量的百分数。置换比：R = K0-K1+K/MK0未喷吹辅助燃料时实际平均焦比;K1-喷吹辅助燃料时平均焦比;K其他各种因素对实际焦比的影响代数和;M吨铁辅助燃料的喷吹量。冶炼强度：每m3高炉有效容积每天消耗焦炭的重量。综合冶炼强度：每m3高炉有效容积每天消耗焦炭和喷吹燃料按置换比折合的重量之和。休风率：高炉休风时间占规定作业时间的百分数。炉龄：从高炉点火开炉到停炉大修之间的历程，或高炉相邻两次大修之间的冶炼时间叫做高炉一代寿命。吨铁工序能耗：指冶炼1t生铁所消耗的以标准煤计量

9、的各种能量消耗的总和。第二章 造块理论1.铁矿粉造块的目的冶炼性能变优良。如高温强度高，还原性好，含有一定的CaO、MgO，具有足够的碱度，而且已事先造渣，高炉可不加或少加石灰石。除去有害杂质（如S、Zn、Pb、As、K、Na等），减少其对高炉的危害。避免冶炼中常出现的结瘤故障，同时极大地改善了高炉冶炼效果。废物利用且环保。烧结中可广泛利用各种含铁粉尘和废料，扩大了矿石资源，又改善了环境。 2.抽风烧结过程烧结过程是将铁矿粉、熔剂和燃料经适当处理，按一定比例加水混合，铺在烧结机上，然后从上部点火，下部抽风，自上而下进行烧结，得到烧结矿。 3.抽风烧结分层及其特点分层：抽风烧结过程大致可分为五层

10、，即烧结矿层、燃烧层、预热层、干燥层和过湿层。烧结矿层：从表面开始随着烧结过程的进行逐渐增厚。抽入的空气通过烧结矿层被预热供给燃烧，而烧结矿层则被冷却和氧化。在同燃烧层接近处，进行液相的冷却结晶(10001100)，使烧结物固结形成多孔的烧结矿。燃烧层：燃料被预热空气燃烧，产生13001500的高温，使烧结料局部熔化、造渣并进行还原、氧化，石灰石及硫化物的分解反应。从燃料着火开始到燃烧完毕，需要一定时间。故燃烧层有一定厚度，约1580mm。燃烧层沿着高度下移的速度称为垂直烧结速度，一般为1040mm/min。这一速度决定着烧结机的生产率。预热层：业已干燥的烧结料被燃烧层的高温气体迅速加热到燃料

11、的着火点(一般为700左右，但在烧结层中实际为10501150)，并进行氧化、还原、分解和固相反应，出现少量液相。干燥层：同预热层交界处温度约120150，烧结料中的游离水在此大量蒸发，使料干燥。同时料中热稳定性差的一些球形颗粒可能破裂，使料层透气性变坏。过湿层：即原始的烧结混合料层。由于干燥层来的废气中含有大量的水蒸气，当其被湿料层冷却到露点温度以下时，水气便重新凝结，使料的湿分超过原始水分，造成过湿现象，使料层透气性恶化。为避免过湿，应确保湿料层温度在露点以上。 4.烧结过程的主要反应有哪些1）燃烧反应；2）分解反应 3）还原与氧化反应 4） 气化反应（主要除去有害杂质）5）水分蒸发与凝结

12、 5.燃烧反应的特点及对燃料的要求燃烧反应 C+O2=CO2 C+1/2O2=CO CO+1/2O2=CO2 CO2+C=2CO 碳在700以上燃烧。 燃烧评价通过废气成分评判。 废气组成： CO、CO2、N2、O2等。 常用CO/(CO+CO2)衡量烧结过程的气氛和燃料的化学能利用。此值越小烧结过程氧化性越强，能量利用越好。 此值的影响因素：燃料粒度、燃料数量、抽风负压等。 6.铁矿粉固相反应及特点在未生成液相的低温条件下(500700)，烧结料中的一些组分就可能在固态下进行反应，生成新的化合物。固态反应的机理是离子扩散。固相反应开始进行的温度(T固)远低于反应物的熔点(T熔)其关系为： 对

13、于金属，T固=(0.30.5)T熔 对于盐类，T固=0.75T熔 对于硅酸盐，T固=(0.80.9)T熔7.铁矿粉烧结的主要液相体系烧结矿的固结主要依靠发展液相来完成。Fe-O液相体系FeO-SiO2液相体系CaO-SiO2液相体系 CaO-FeO-SiO2液相体系CaO-Fe2O3液相体系8.铁矿粉自身特性及对烧结过程的影响1） 铁矿粉的类型：主要有磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿。磁铁矿：烧结中会氧化放热，其软化和熔化温度较低，易于生成液相，故燃耗较低；易形成钙铁橄榄石类型液相，形成铁酸钙相对困难，故还原性较低；生成FeO含量较高的液相，流动性大，易形成薄壁大孔结构的烧结矿，故强度较低。 赤铁矿：易

14、形成铁酸钙类型的液相，故还原性较高；FeO含量较低，流动性较为适中，结构强度较高；软化和熔化温度较高，燃耗较高。 褐铁矿：基体空隙多，烧损大；吸水性强，水分大热损高 ；熔化温度低，液相流动性急速增大，温度难以控制，易形成薄壁大孔结构。2）铁矿粉的化学成分。化学成分是评价铁矿粉常温特性最基本和首要指标。特别是脉石成分对烧结过程有很大影响。 SiO2：含量较高时能够获得更多的液相，有利于烧结成品率和强度的提高。SiO2适量：4%；过高时加CaO增加，降低铁品位，硅酸钙增加，粉化现象严重。 MgO：含量较多时加镁质熔剂减少；液相生成容易，烧结矿强度提高。 Al2O3：含量适中时促进铁酸钙的生成，减少

15、硅酸钙生成，降低液相生成温度，改善烧结矿强度和还原性。 过量时影响铁品位，炉渣性能恶化，要求尽可能低。 CaO：含量多，可少加入；但大多以硅酸钙存在与铁矿反应活性降低，液相少；不利于铁酸钙液相生成；其强度和还原性变差。 CaF2：在液相中降低粘度和表面张力，致烧结矿疏松多孔薄壁脆弱。 TiO2：TiO2以高熔点钙钛矿和钛辉石形式存在于烧结矿中，使液相减少，强度降低。使铁酸钙减少，还原性降低；使低温粉化率增加，不利于高炉冶炼。3）铁矿粉的粒度及其分布。烧结条件一定时，铁矿粉粒度大，烧结料透气性好，烧结料具有较大的垂直烧结速度；粒度小反应性好，易生成烧结液相。粒度过大加热和反应条件减弱，过小透气性

16、变差。4）铁矿粉的孔隙率 孔隙率多吸收更多水分，制粒性差，透气性差；水分多会加大过湿程度，降低透气性；孔隙率高传热传质好，易形成液相，但因吸液性，致液相量少，影响烧结矿的固结程度。9.铁矿粉烧结基础体系及对烧结过程的影响烧结基础特性：同化特性、液相流动性特性、粘结相强度特性、铁酸钙生成特性、连晶固结强度特性。 1）同化特性：铁矿粉与CaO反应能力（即同化特性）是一项重要指标。同化能力过弱，产生液相量少，不利于粘结，影响固结强度；2）液相流动性特性：铁矿粉液相流动特性是指烧结过程中铁矿粉与CaO反应生产液相的流动能力，表征的是粘结相的有效粘结范围。提高了烧结矿的固结强度。3）粘结相强度特性：表征

17、铁矿石在烧结过程中形成的液相对周围核矿石固结能力。4）铁酸钙生成特性：指铁矿粉在烧结过程中生成复合铁酸钙（SFCA）的能力。铁酸钙粘结相性能最优，可以获得较高的强度和良好的还原性。 5）连晶固结强度特性：在液相量不足区域，铁矿粉可通过发展连晶来获得固结强度。在低温烧结、低SiO2烧结时，选择连晶固结特性良好的铁矿粉。10.烧结作业主要包括几个部分原料准备与配料；混合布料；点火控制；抽风负压控制；终点控制等。11.强化烧结的措施有哪些混合料预热；加生石灰或消石灰；热风烧结；分层布料和双层烧结；偏析布料。12.球团矿的特点1）滚动成型，粒度均匀；2）高温焙烧固结，机械强度高；3）对原料SiO2含量

18、没有严格要求，与高碱度烧结矿搭配形成合理炉料结构。13.球团矿中影响成球和生球质量的因素精矿粉的性质1）矿粉表面的亲水性成球指数：K = wf/（wm-wf）Wf最大分子水含量；wm最大毛细水含量K0.2 无成球性；K = 0.2-0.35 弱成球性；K = 0.35-0.6 中等成球性；K = 0.6-0.8 良好成球性；K 优等成球性。2）矿粉颗粒的形状3）孔隙率4）矿粉湿度添加物的影响添加物：消石灰、石灰石、膨润土、氯化钙、佩利多在造球原料中配加某些添加剂，可以改善物料的成球性。 1）改善物料的亲水性和比表面积；2）改善物料颗粒间的连结，增加生球机械强度。造球操作的影响1）加料方法加料的

19、方式必须兼顾生成母球和母球长大，要防止形成过多的母球。原料加在“成核区”和“长球区”。这样，在造球机转动过程中有一部分未参加造球的散料就会被带至“紧密区”，吸收生球表面的多余水分。 在保证生球达到要求尺寸的前提下，应使母球的生成速度与生球的长大速度达到平衡。2）加水方法造球物料的水分应控制在略低于适宜造球的水分，造球时补加少量水，以控制母球的形成和生球的长大。补加水的大部分以滴状加在成核区，以形成母球，少部分以雾状喷淋在生球成长区，帮助母球迅速长大。就给水点来说，在成核区，给水位置应在给料位置的下方。在生球长大区，则相反，给水位置应在给料位置的上方。 3）造球时间滚动成球的时间，与对球团矿粒度

20、的要求，以及原料成球的难易有关。球团矿的粒度大，要较长的造球时间；原料成球性差，造球时间也会延长。一般的规律是：延长造球时间，有利于提高生球的强度，特别对于粒度很细的原料，更须要较长的造球时间，才能使生球具有更高的强度。 14.生球干燥过程中发生爆裂的原因生球干燥时体积收缩，一是表面紧密，强度提高，一是表面和中心不均匀收缩产生应力，超过极限抗拉强度时，球团开裂；表面干燥后结成硬壳，中心温度提高后水分迅速汽化，形成高的蒸汽压，超过表层承受的压力，产生爆裂。15.球团矿焙烧固结机理1）晶桥固结。磁铁矿生球在氧化气氛中，表面开始氧化成Fe2O3微晶，微晶长大，再连接成晶桥，使球团矿获得很大的机械强度

21、；在中性或还原性气氛中以Fe3O4晶桥键固结；赤铁矿高温下也可以再结晶与晶粒长大而形成晶桥固结。2）固相烧结固结。温度1100以上时，生球颗粒之间发生固相烧结作用。3）液相烧结固结。焙烧时温度达到一定值会出现液相，在冷却时液相凝固将生球中各矿粒粘结。16.冶金性能还原度公式及还原性指数还原度Rt = 0.11W1/0.43W2 + (m1-mt) /(m0×0.43W2) ×100×100%还原性指数RVI = dRI/dt还原性是评价铁矿石质量的重要指标之一，定义还原度RI，一般认为矿石RI60%的为还原性差，RI80%的为还原性好。17.高碱度烧结矿的性能具有

22、良好还原性能；具有较好的冷强度和低温粉化性能；具有较高的荷重软化温度；具有良好的高温还原性和熔滴特性。18.酸性氧化球团的特点生球爆裂温度高，焙烧区间宽，易于生产；还原性好；高温冶金性能较差。第三章 高炉冶炼的物理化学1.碳酸盐的分解特点碳酸盐分解条件 ：开始分解：Pco2(分解压)Pco2， (炉内CO2分压)T开 ；化学沸腾：Pco2 (分解压) P总 (炉内总压)T沸 炉料中的碳酸盐在高炉内的分解温度 FeCO3：T开400 MnCO3：T开550MgCO3：T开670在高炉上部低温区分解，对高炉冶炼过程影响较小；CaCO3：T开 900 分解温度高、耗热大，对高炉过程影响大。碳酸钙分解

23、对高炉冶炼的影响 大约有50%左右的CaCO3在1000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: 不利影响： 分解反应本身要消耗高炉内的热量 分解反应放出的CO2冲淡还原性气体的浓度 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 采取措施： 高炉应尽量使用全熟料(高碱度烧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。2.析碳反应高炉上部400-600有一定程度的析碳反应发生： 不利影响 ：1）消耗高炉上部的气体还原剂

24、CO； 2）渗入砖衬缝隙的CO在析出固体碳时，产生膨胀，破坏炉衬； 3）在炉料孔隙内发生的析碳可能使炉料破碎，阻碍煤气流； 4） 析碳反应生成的细微碳粉阻塞炉料间空隙，使透气性降低。 3.循环积累及其解决办法少量低沸点物质在高炉中可发生气化 ，如：K2O、Na2O、ZnO、PbO、SiO等 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 高炉难行、悬料、炉墙结厚及结瘤等 解决方案： 限制入炉量 增大随炉顶煤气逸出的量 增加随炉渣排出的量 4.铁的氧化物及其特性Fe2O3六方晶系，含氧量30.06%；Fe3O4 立方晶系，含氧量2

25、7.64%； 在较低温度下极易还原 Fe2O3 Fe3O4 ，体积膨胀。 FexO 是立方晶系氯化钠型的Fe2+缺位晶体，学名为方铁矿，常称为“浮氏体”（Wustite）。x=0.870.95，（含氧量23.1725.60%） 为方便起见，常简写为FeO 低温下，FexO不能稳定存在，温度<570时，分解: Fe3O4 + a-Fe 5.氧势图各种氧化物的标准生成自由能随温度的变化图。6.过剩系数FeO + n CO = Fe + CO2+ (n -1) CO 式中 n 称为过剩系数。 7.直接还原和间接还原铁氧化物的间接还原 还原剂为气态的CO或H2，还原产物为CO2或H2O； 不直接

26、消耗固体碳，但还原剂需要过剩系数(n>1)； 还原反应既有吸热也有放热。 如：FeO+nCO=Fe+CO2+(n-1)CO 放热反应 + 13.6 kJ/mol kJ/mol FeO+nH2=Fe+H2O+(n -1)H2吸热反应 -27.7 kJ/mol 铁氧化物的直接还原 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) 如：FeO+C=Fe+CO- 152.2 kJ/mol 因为直接还原反应吸热，所以要额外消耗碳来补充热量。8.几种铁氧化物气固还原反应动力学的学说（1） 两步理论 （2） 吸附自动催化理论 （3）固相扩散理论（4）分子扩散

27、理论 （5） 综合机理模型 9.未反应核模型的表达式，分母三项分别代表什么意义未反应核模型的还原过程：1）气体还原剂分子由气相主流穿过气体边界层达到球的外表面（外扩散）；2）气体还原剂分子穿过多孔的还原产物层扩散到达未反应核外表面（内扩散）；3）在界面上发生化学反应；4）氧化气体分子解吸后由未反应核表面穿过金属Fe产物层向外扩散，到达矿球表面；5）氧化气体分子穿过气体边界层扩散到气相主流中。10.影响还原速率的因素1）温度。温度对反应速率有显著影响，反应活化能越大，温度效应越严重。2）压力。压力通过对还原气体浓度影响起作用。3）矿石粒度。化学反应控制时，速率与粒度成反比；扩散控制时，与粒度平方

28、成反比。4）煤气成分。用H2时的反应速率比CO高5倍以上，用二者混合气体时，则与H2占比呈线性关系。5）矿石的种类和性质。由于矿石的孔隙率、形状因素和迷宫系数等不同，造成实际反应界面的大小及有效扩散系数有所区别，从而形成不同矿石间还原性的差异。11.铁矿石中各元素还原的难易顺序高炉内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） 高炉内有部分被还原的元素有： Mn5085 Si510 V7585 Ti25 高炉内部不能被还原的元素有：Mg、Ca、Al 12.耦合反应及理论基础渣中某离子（正或负）得到或失去电子而成为铁液中不带电的中

29、性原子与另一个铁中原子失去或得到电子而成为渣中离子的氧化还原反应耦合而成，统称为耦合反应。理论基础：炉渣有不同电性的离子构成；金属液由原子构成。故渣铁之间的质量交换必然涉及电子的传递，其本质是电化学反应。金属解离为带正电离子，释放电子留在固态金属上，当金属电极与离子溶液间的电极电位达到一定值时，形成平衡状态。13.炉渣性能的要求1）流动性能良好：在冶炼温度下，熔化性温度适 宜，粘度小；2）化学反应能力强：渣焦固-液反应，渣铁耦合反应，脱硫反应；3）表面性质优良：表面、界面张力小，渣铁、渣气分离顺畅；4） 稳定性好：能适应冶炼条件在一定范围内的变化。14.炉渣的形成过程高炉内炉渣的形成过程分为三

30、种状态：矿石软熔-初渣-中间渣-终渣 初 渣 ：最初形成的炉渣，起于软熔带上沿，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 初渣形成的早晚、位置的高低、持续时间长短，直 接影响软熔带的位置和厚度，对高炉顺行影响很大。 中间渣 ：从初渣到终渣之间的渣，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 如：FeO、MnO不断减少 由于还原 CaO、MgO、Al2O3、SiO2不断增加 ¬ 由于不断溶进 熔点升高，粘度下降，流动性变好 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%。 钢铁厂日常化验的炉渣成

31、分即指终渣。 终渣成分对调整生铁成分及控制铁水质量作用显著，而且对炉缸、风口、渣口维护作用也较大。 15.终渣的主要物理化学性能(1)熔化性能：熔化温度及熔化性温度 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，真正具有实际意义 。（2）流动性能 -粘度h 渣成分对粘度影响一般规律是酸性渣熔点不高，但在过热度相当大的区间内粘度都很大；加入碱性物，粘度降低，在0.9-1.1范围内粘度最小。高炉冶炼要求炉渣粘度适当，一般以 < 1 Pas (10 P)为好 。（3）炉渣的表面性质-面张力d表与界面张

32、力d界 表面张力d表：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d界：渣铁之间形成单位面积界面所消耗的能量。16.长渣和短渣短渣：温度降低到一定值后，粘度急剧上升的称为短渣；长渣：随温度下降粘度上升缓慢的称为长渣。碱性渣多为短渣，酸性渣多为长渣，高炉渣多为短渣。17.渣成分对粘度的影响规律1）温度 T ：T 升高h降低 h = Aexp(Eh /RT) 2）炉渣碱度 R ：酸性渣 - h 大 原因：Si-O阴离子形成四面体网状结构，粘度大 酸性渣中加入CaO、MgO -消灭-O-键h降低 。碱性渣，高温下粘度小。随 R 升高 h升高 原因：R 升高-CaO、MgO 升高，固体悬浮

33、质点-h升高。 3）影响炉渣粘度的因素渣中其它成分： Al2O3 升高 h 升高原因：Al-O阴离子三长键结构 (但影响小于Si-O四长键) TiO2 升高h 升高 原因：Ti与C、NTh成碳氮化物，熔点高，易析出固相质点TiC (3140)TiN (2930) CaF2 (萤石)升高h 降低 原因：F是电极电位正值最大的元素，得到电子的倾向最强，2个F-可以取代一个网状结构的-O-位置，造成断口，生成的自由O2-又可以去破坏另一个-O-键。 K2O、Na2O 升高h 降低 K2O、Na2O降低h的作用比较小，但它们的危害大。18.硫负荷冶炼每吨生铁炉料带入硫的千克数19.硫在炉内分配平衡公式

34、及降低S应采取的措施硫分配系数 LS ：LS = (S)/S 炉料带入的总硫量S总：S总降低-S 降低 随煤气挥发的硫量S挥：S挥升高 S降低 渣量 u ：u升高S降低 (但升高u，焦比升高，增加能耗) 硫分配比LS ：LS 升高S降低 20.影响脱硫反应速率的因素(1)温度T：脱硫为吸热反应T升高，K¢S升高LS 升高(2)炉渣组成：a(O2-)、 g(S2-) 炉渣碱度：R 升高a(O2-) 升高LS 升高提高(O2-)能力：CaO > MnO > MgO 3) 铁水成分：fS、O C、Si、P 升高fS升高 LS升高 气氛氧势O：O降低-LS 升高21.炉渣如何排碱

35、碱负荷：入炉料中碱金属氧化物(K2O+Na2O)的总量。碱害是指炉料带入高炉内含碱金属K、Na的盐类（绝大部分是复合硅酸盐）在高炉生产过程中形成循环积累，给生产带来的危害。这种循环积聚给高炉生产带来的害处是：1）气化上升的碱金属、氰化物、氟化物在较低温度的炉墙上冷凝，附着在其上逐步黏结，炉墙上出现结厚而发展成炉瘤，给炉况及处理造成很大的麻烦；2）部分上升的碱金属及其化合物遇焦炭会冷凝在其孔隙中，液态冷凝物使焦炭的孔隙度降低影响料柱透气性，而且碱金属还会与焦炭的碳形成化合物降低了焦炭强度，并增大了焦炭的反应性，促进碳素溶损反应的进行，也降低了焦炭的热强度，导致焦炭在下降过程中破损，也严重影响料柱

36、的透气性；3）部分碱蒸气凝聚在矿石上，K2O与矿石中的铁氧化物形成多种化合物，随着它们被CO还原，引起料块膨胀和爆裂，对球团矿的影响尤为严重。而且冷凝的碱氧化物及盐类还降低了矿石的软熔温度，造成软熔带上移和变厚；4）碱金属进入耐火砖衬，使耐火砖膨胀。严重时耐火砖的膨胀造成炉壳开裂，当碱金属渗透到炉底炉缸耐火砖衬中积累还能造成炉底炉缸烧穿。防治碱害的措施有严格控制碱金属入炉量，选用抗碱侵蚀能力强的耐火材料，精心操作等。而利用炉渣排碱是重要手段：1）降低炉渣碱度；2）保持炉渣碱度不变的同时提高渣中MgO含量，炉渣排碱能力可提高；3）必要时适当加大渣量。22.燃烧带的大小及影响因素燃烧带：风口前碳被

37、氧化而气化的区域，又叫风口回旋(循环)区。 燃烧带的界线是： CO2消失处 (CO2被C还原成CO)。实际上用CO2下降处。 燃烧带大小用风口回旋区长度表示，一般为1000-1500 mm。影响燃烧带大小的因素：决定燃烧带大小的因素主要取决于O2、CO2或H2O向炉中心穿透的深度；而决定此三者穿透深度的主要是 鼓风动能；其次是燃烧反应的速度，主要取决于温度；第三是燃烧带上方料柱的透气性，即燃烧带形成的煤气向上运动受到的阻力。(1) 鼓风动能 E：表示鼓风的穿透能力 （2）燃烧带内生成的炉缸煤气的成分和煤气量V缸 23.渗碳反应海绵铁的渗碳过程可能是由于活泼的海绵铁与CO接触作用，促进其分解。C

38、O分解析出活性很大的碳黑（烟碳），并吸附在海绵铁表面上，同时不断扩散溶入铁中，使铁渗C。由于渗碳作用，炼钢生铁的铁水碳含量在4.5%-5.4%之间波动。第四章 高炉冶炼的传输现象1.用流体力学分析高炉中煤气流动过程的目的是什么，研究的重点是什么用流体力学分析高炉中煤气流动过程的目的是促使煤气流分布合乎生产的要求，促使炉料均匀下降，并尽可能强化煤气与炉料间的传热与传质过程。用流体力学分析高炉中煤气流动过程研究的重点是散料层对煤气的阻力及煤气流产生的压降或压降梯度。2.卡门公式p/L = fc(w2)s(1-)/3 3.欧根公式p/L=150(w)(1-)2/(de)23 +1.75(w2)(1-

39、)/ de3 处于紊流状态，故第一项可舍去。 p/L = 1.75(w2)(1-)/ de3w2煤气特性；(1-)/ de3炉料特性。4.影响煤气压降梯度的因素A 炉料方面 形状系数：一般无法调节； 粒度影响： p下降，de增大，表面积减小，摩擦力增大影响最大：要求入炉炉料粒度均匀改善透气性重点是增大孔隙率。B煤气方面 煤气密度：一般无法调节； 煤气流速的决定性影响因素： 温度升高，流速增大，压降升高； 炉顶压力升高，流速下降，压降升高5.透气性指数Q2/ p = K3/(1-)常用Q2/ p 为透气性指数。恒小于1，其微小变化对3/(1-)影响挺大。常用其分析高炉炉料的透气性情况。6.杨森公

40、式Sdqh = mSdh fpeudh - S(dp/dh)dhdp/dh煤气压降梯度，可视为常数。 qh=d(m-)/(4f)1-exp(-4fh/d)7.管道行程当流速进一步增大接近流态化速度时，料层变得极不稳定，气流会形成局部通道，即管道行程，压降下降。8.液泛现象高炉煤气气流增加到一定值时会影响液态铁渣向下流动；当气流进一步增大时液流会完全被托住，甚至被气流带走，出现这种现象就是液泛现象。9.块状带悬料可用杨森公式解释：由于冷凝、碳沉积和碱金属作用产生大量粉末，造成局部料层孔隙度变小，阻力因子急剧增大，局部煤气压降梯度随着增大，当满足临界流态化速度时，压降达到固定值，qh=0，发生悬料

41、。10.流体力学现象对高炉顺行的影响1）料柱的p/H 在软熔带上式可以表达为： p/L = fb(w2/2)(1-b)/ pb3 滴落带公式变为： p/H = K1(1-c+hz)(w)/d2 + K2(1-c+hz)(w2)/d(c-hz)3 2）煤气参数 影响料柱p/H 因素分为两类：煤气参数和炉料性能。煤气参数中以煤气流速最重要，其次是密度和粘度。 为保证炉况顺行，尽可能降低煤气流速，在块状带不产生流态化，在滴落带不产生液泛现象。3)炉料性能 根据欧根公式，在炉料性能方面，影响单位压降的因素主要是粒度组成和炉料的空隙率。 11.高炉温度分布区域从热量传输方面分三个区域： 上部热交换区，即

42、间接还原区，主要在块状带；热交换较强烈，Fe2O3还原成Fe3O4和FeO.空区：即混合还原区，主要在软熔滴落带；温差小，发生微弱热交换， FeO间接或直接还原成Fe。 下部热交换区，即直接还原区；热交换强烈，吸热反应主要发生在这个区域。 12.传热速率方程：煤气和炉料炉料： 煤气： 13.水当量Ws = Gscs Wg = Ggcg 表明单位时间内炉料和煤气气流温度变化1时，吸收或放出的热量。 14.高炉的传热方式及各自公式传导：Q = hc（t表-t核） 对流：Q = （t气-t表） 辐射：Q = hr（t气-t表） 高炉上部：传导、对流 高炉中下部：对流、辐射 高炉下部：辐射、传导15.

43、传热系数16.高炉料柱可分为几个带层，从上到下，块状带，软熔带，滴落带。17.软熔带成因和结构，其形状和位置对煤气运动状态和高炉其他过程的影响由于炉料和控制不同，形成不同形状的软熔带：V、倒V和w型。 生产实践证明，倒V型最好；v较差；w中间第五章 高炉冶炼能量利用1.直接还原度与总直接还原度直接还原度：直接还原铁量与全部还原铁量之比。rd=w(Fe)d/w(Fe)全 2.CO利用率，碳的利用系数1）炉顶煤气CO2与CO的比值。m = (CO2)/(CO)2） CO利用率：CO = m/(1+m)碳的利用率：C = 0.293+0.707CO 3.渣量计算公式渣量计算：U = w(CaO)料-

44、 w(CaO)尘/ w(CaO)第六章 高炉冶炼工艺1.高炉产量增加的途径提高产量的途径： （1）强度不变，焦比降低； （2）焦比不变，强度提高； （3）强度提高，焦比降低； （4）强度比焦比提高幅度大。2.高炉三个重要技术指标的关系三个重要指标：有效容积利用系数（v）、冶炼强度（I）和焦比（K）。 v=I/K高炉操作制度就是对高炉炉况有决定性影响的一系列工艺参数的集合，包括装料制度、送风制度、终渣制度 和热制度。3.装料制度与上部调节炉料装入炉内方式的总称； （1）不同炉料对煤气流的阻力有差异； （2）炉料在高炉横截面上的分布状况，影响煤气流的分布； （3）煤气流分布直接影响矿石的下降、还原

45、、软化熔融等。又称为上部调节。4.装料制度的内容1） 批重2）装料顺序3）料线4）装料设备的工艺工作制度 5.批重、装料顺序、料线1）批重 炉料是分批加入高炉的。 每批矿石的重量称为矿石批重； 每批焦炭的重量称为焦炭批重。装料顺序：炉料中矿石和焦炭装入高炉内的先后次序称为装料顺序。料线 ：钟式炉顶大钟在开启位置时的下沿至料面的垂直距离。 无钟炉顶旋转溜槽在最小夹角时其出口至料面的垂直距离。 6.无钟炉顶布料特征无钟炉顶布料特征 焦炭平台：料面由平台和漏斗组成。平台小，漏斗深，料面不稳；平台大，漏斗浅，受中心气流控制。 粒度分布：采用多环布料，小粒度在堆尖，大粒度在中心。 气流分布：料流小而面宽

46、，布料时间长，焦炭位移小，焦比稳定，利于稳定边缘气流。7.无钟炉顶布料方式布料方式 环形布料：按预定角度旋转，倾角可选定。倾角越大，炉料越布向边缘。 螺旋布料：多环布料。多个不同倾角。 定点布料：手动布料。选定角度，目的使堵塞煤气管道行程。 扇形布料：手动布料，预选角度，重复布料。主要处理煤气流分布失常，时间较长情况。8.无钟布料的基本要求布料基本要求 焦炭平台：宽度控制炉喉半径1/3-1/2.炉中间和中心的矿石以焦炭平台边缘附近落下为宜。 漏斗内用少量焦炭稳定中心气流。9.布料制度对气流分布的影响正确选择布料的环位和每个环位上的布料分数。P263表6-310.送风制度及重要参数送风制度：通过

47、风口向炉内鼓风的各种控制参数的总称. 包括：风温、风量含氧量、风压、风口直径、喷吹量等参数. 影响炉内原始煤气流的分布. 两个重要参数：风速和鼓风动能 11.下部调节调节各参数及喷吹量称为下部调节。目的是控制风口燃烧带状况和煤气流初始分布 初始煤气流分布两个影响因素：风口燃烧带大小和燃烧带周边，特别是其上方焦炭床的透气性。 决定燃烧带大小的是鼓风动能；焦炭床透气性的是焦炭高温性能、未燃煤粉沉积数量和滴落的渣量。12.造渣制度及终渣性能控制造渣制度包括造渣过程和终渣性能的控制。 终渣制度应根据冶炼条件、生铁品种确定。 终渣控制：使炉渣具有良好的热稳定性和化学稳定性，保证良好的炉缸热状态和合理的渣

48、铁温度；控制好生铁成分，主要是Si和S。13.炉缸热状态热制度是控制高炉内热状态的方法的总称。 合理的炉缸热制度要根据高炉的具体冶炼特点和冶炼生铁的品种确定。炉缸热制度波动与高炉热交换、还原过程、风量、料速、原材料质量变化、冷却设备漏水、操作不当、上料失误、休风和悬料等因素有关。炉缸热制度主要用焦炭负荷、喷吹物、风温、风量及加湿鼓风来调剂。14.炉况直接观察法的主要内容直接观察法：高炉炉况的直接判断包括看出铁、看渣、看风口、看料速和探尺运动状态等 看铁：主要看铁中铁水温度、含硅与含硫情况。 看渣：炉渣是高炉冶炼的副产品，它反映高炉冶炼的结果，可以用炉渣外观和温度来判断炉渣成分及炉缸温度。看风口

49、：高炉风口，不仅能反映炉缸热制度，也能反映送风与炉料下降的情况。炉热时，风口明亮，焦炭活跃，无大块生降；炉凉时风口发暗，生降多，甚至某些风口出现涌渣、挂渣。15.炉况利用仪器仪表判断的主要内容压力计类：有热风压力计、炉顶煤气压力计、炉身静压力计、压差计等。流量计类：有风量计、氧量计、冷却水流量计等。热风压力和风量：通过波动情况，判断炉况炉顶温度和炉喉温度：反映四个方向上的煤气分布情况。16.正常炉况正常炉况的标志为： (1)风口明亮、风口前焦炭活跃、圆周工作均匀，无生降，不挂渣，风口烧坏少 (2)炉渣热量充沛，渣温合适，流动性良好，渣中不带铁，上、下渣温度相近，渣中FeO含量低于05，渣口破损

50、少。 (3)铁水温度合适，前后变化不大，流动性良好，化学成分相对稳定。 (4)风压、风量和透气性指数平稳，无锯齿状。 (5)高炉炉顶煤气压力曲线平稳，没有较大的上下尖峰。 (6)炉顶温度曲线呈规则的波浪形，炉顶煤气温度一般为150350，炉顶煤气四点温度相差不大。 (7)炉喉、炉身温度各点接近，并稳定在一定的范围内波动。 (8)炉料下降均匀、顺畅，没有停滞和崩落的现象，探尺记录倾角比较固定，不偏料。 (9)炉喉煤气CO2曲线呈对称的双峰型，尖峰位置在第二点或第三点，边缘CO2与中心相近或高一些；混合煤气中CO2/CO的比值稳定，煤气利用良好。曲线无拐点。 (10)炉腹、炉腰和炉身各处温度稳定，

51、炉喉十字测温温度规律性强，稳定性好。冷却水温差符合规定要求。17.炉况失常：低料线、偏料、崩料、悬料渣皮脱落、炉缸堆积、炉缸大凉和冻结低料线：高炉用料不能及时加入到炉内，致使高炉实际料线比正常料线低05m或更低时，即称低料线。偏料：一段时间内两个料尺偏差为0.5-1.0m。崩料：探尺停滞不动，然后又突然下落，称为崩料。连续停滞、塌料称为连续崩料。 悬料：炉料停止下降，延续超过正常装入两批料的时间，即为悬料。渣皮脱落：渣皮附着在高炉炉墙上，起到保护炉衬及冷却设备的作用。 炉缸堆积：分为炉缸中心堆积和边缘堆积两种。炉缸大凉指炉缸热量严重不足，不能正常送风，渣铁流动性不好，可能导致出格铁、大灌渣、悬

52、料、结厚、炉缸冻结等恶性事故。18.高炉重大和突发事故1）突然停水2）突然停电3）突然停风4）炉壳开裂 5） 风口和直吹管烧穿6）炉缸、炉底烧穿19.精料技术精料技术 高炉冶炼预取得良好的技术经济指标，必须使用精料。精料是高炉生产顺行、指标先进、节约能耗的基础和客观要求。对高炉精料要求：高、净、匀、稳、少、好。20.高压操作对高炉冶炼的影响1）对燃烧带的影响，燃烧带缩小，增加鼓风，对增产起到积极作用；2）对还原的影响，有利于间接还原，对低硅生铁的冶炼有利；3）对料柱阻损的影响，炉内料柱阻损下降；4）对炉顶布料的影响，减少炉尘吹出量，炉喉径向分布有可能恶化边缘区域炉料的透气性；5）对焦比的影响，

53、焦比下降。21.高风温操作对高炉冶炼的影响高风温操作 综合效果降低焦比 高风温对高炉冶炼的影响： A 风口前燃烧C量减少 B 高炉内温度场发生变化C 炉内压损P D 直接还原度略有升高 E 有效热消耗减少 22.高炉接受高风温的条件A 加强原料准备，提高矿石和焦炭的强度，筛除小于5mm以下的粉末以改善料柱透气性。 B 提高炉顶煤气压力 C 喷吹燃料和此前进行加湿鼓风：利用热分解，降低风口理论燃烧温度。 23.如何获得高风温获得高温的问题：能提供火焰燃烧温度1550-1650 高温热量；热风炉结构能在高温下持久工作。 A 高温热量问题： 煤气利用率45-50%，燃烧后t理论=1200-1250.

54、采取措施：高热值富化；使用高热值转炉煤气；预热助燃空气和高炉煤气。 B 热风炉结构问题 热风炉结构能承受高温：结构；材质（钢、耐火材料）；热风阀。 24.喷吹燃料对高炉冶炼的影响喷煤对高炉冶炼的影响 A 风口前燃料燃烧的热值 B 料柱阻损（P） C 直接还原降低和间接还原升高 25.置换比和喷吹量置换比： 喷吹1kg煤粉能替换的焦炭量（一般在0.8左右）。喷吹量： 在保持合理的置换比下， 骨架不是限制环节时， 扩大喷吹量是炼铁工作者的任务。 26.富氧对高炉冶炼的影响富氧鼓风是往高炉鼓风中加入工业氧，使鼓风氧含量超过大气氧含量，其目的是提高冶炼强度以增强高炉产量。富氧对高炉冶炼的影响：A 对风口燃料燃烧的影响 使理论燃烧温度大幅度升高。 B 对炉内温度场分布影响 高温区下移，炉身、炉顶温度（煤气量所致）。 C 对还原的影响 直接还原度略有升高 27.富氧鼓风操作的特点A 与高风温都能提供理论燃烧温度，降低炉顶温度，但不能替代。富氧使热收入减少：原因是不带热量，风量减少。 B 富氧鼓风降低鼓风的焓，炼铁时不会降低焦比；冶炼合金时可降低焦比。 C 提供冶炼强度。 D 与喷吹燃料互补，对于扩大喷煤量，增加富氧量均有好处。 富氧的热量不足由喷煤补偿；喷煤的t 理不足由富氧弥补；富氧的煤气量不足由喷煤补偿；喷煤的燃烧率由富氧来提高。第七章 建模第八章 非高炉冶炼1.直接还原法直