07《金属熔炼原理与工艺》总复习题

第第#页共16页加入一定量孕育剂。20、球化处理及方法球化处理方法主要指球化剂的加入方法。球化处理方法不同，球化剂被铁液吸收率不同，球化效果就大不一样。目前常用的球化处理方法主要有冲入法、自建压力加镁法、转包法、盖包法、型内法、钟罩法、密封流动法以及型内法等。24、电弧炉炼钢特点电弧炉主要是利用电极与炉料间放电产生电弧发出的热量来炼钢。其优点为：热效率比较高，废气带走的热量相对较少，其热效率可达65%以上；温度高，电弧区温度高达3000°C以上，可快速熔化各种炉料，并使钢水加热到大于1600°C；同时温度容易调整和控制，可满足冶炼不同钢种的要求；炉内气氛可以控制，既可造成氧化性气氛，又可造成还原性气氛，因此，具有很强的去除钢中有害杂质磷、硫的能力，同时还有很强的脱氧能力，故钢中非金属夹杂物含量相对较低，合金元素收得率也相对较高，钢的成分容易控制，适于冶炼各种合金钢及优质钢；可用100%的废钢进行熔炼，而且与其它炼钢法相比设备较简单，占地少，投资省，建厂快；容易控制污染。电弧炉不足之处，如由于电弧的离解作用，使空气和水蒸气离解出大量氢和氮，在还原期易被钢水吸收，因此，电炉钢若不经特殊处理，其氢、氮含量一般比转炉钢高；由于电弧是点热源，炉内温度分布不均匀，熔池平静时，各部位的钢水温度相差较大，尤其大炉子更为突出。25、感应电炉熔炼的特点没有碳质电极，冶炼过程中不会增碳，可以熔炼含碳很低的钢或合金。没有电弧及电弧下的高温区且自身有搅拌作用，易使温度均匀，熔化快且可获得含气体较低的钢。坩埚内的金属受电磁搅拌的作用，使各种反应加快，钢的成分更加均匀化。调节功率比较方便简单，能准确地控制熔池所需的温度。炉子尺寸较小，占地面积少，容易装置在真空下或惰性气氛中进行熔炼或浇注。合金的烧损少，合金元素收得率很高。29、电弧炉脱C氧化方法吹氧脱C：速度速度快，升温快，温度高，冶炼时间短，脱P效果差，强烈沸腾，对精炼钢效果好。矿石脱C：操作方便，冶炼温度低，时间长，脱C、脱P容易配合；去P效果好。钢液和炉渣含量：吹氧法热力学、动力学条件更好。综合法：先加矿后吹氧，即在加矿石脱P,达到进入还原期要求时，进行吹氧操作，快速脱C,去P不重可在氧化闪期就矿氧并用。31、根据冲天炉内焦炭存在的状态不同如何分区？热交换各有何特点？根据冲天炉内焦炭存在的状态不同，冲天炉内可划分为预热区、燃烧区(氧化带和还原带)和炉缸区。预热区；从加料口的下缘至底焦的顶面之间称为预热区。从金属炉料开始熔化至熔化完毕这一段称为熔化区。通常将铁料熔化完毕至第一排风口平面之间这一段炉身高度称为过热区。炉缸区；由最下排风口中心线至炉底之间所包括的区域。1、预热区内的热交换自冲天炉加料口下缘附近的炉料面开始，至金属料开始熔化的位置，这一段称为冲天炉的预热区。该区前热交换有以下特点：炉气与金属炉料之间的热交换以对流传热为主在正常情况下，预热区下缘炉气的最高温度约1200C左右，而炉气至预热区上沿的温度仅200〜600C。由于这一区域平均温度不高；炉气在料层内的实际流速较大，因炉气与炉料表面之间的传热方式主要是对流传热。传递热量大铸铁在熔化温度以下的平均质量热容约为670J/(kg・°C),熔化温度约为1200C。设炉料的初始温度为20C，则顶热区所传递的热量为；(1200-20)°CX0.67J/(kg・°C)~791kJ/kg。此时，由预热区传递的热量约占总热量的65%左右，可见预热区内传递热量之大。预热区高度变化大预热区在炉内的延伸高度受到炉子有效高度、底焦高度、炉内料面的实际位置、炉料块度、炉内料层的下移速度、炉气分布、铁焦比等许多因素的影响。因此，即使结构和尺寸完全相同的炉子，由于澡作条件的变动，同样可以导致预热区高度的大幅度波动，从而造成熔化效果的差异。1、熔化区内的热交换1）传热以对流传热为主熔化区内炉气与炉料之间的热交换与预热区相仿，仍以对流传热为主。在熔化区内，炉料不仅吸收209〜251kJ/kg的熔化潜热，而且还吸收使铁料过热所必需的热量。（2）区域呈凹形分布冲天炉内的熔化区，由于炉气与温度分布的不均匀性，在炉内呈凹形分布。图1-9a表示因炉气沿炉膛截面分布不均匀造成熔化区呈凹形分布。图中b（竖线区）比a（横线区）下凹严重，因此熔化区的平均高度Hb比Ha低。（3）区域高度波动大过热区内的热交换（1）铁液的受热是以铁液与焦炭表面相接触的热传导为主。在过热区中焦炭对铁液的传导传热约占75%，焦炭对铁液的辐射传热约占18%，而炉气对铁液的对流和辐射传热约占7%。（2）传热强度大铁液在过热区内，以小铁滴或小流股穿入炽热的底焦层，停留时间一般在10〜30s,而温度升高则达250〜350°C以上，每千克铁液接受热量达230~322kJ以上，铁料在熔化区停留时间约5〜7min，传热量约为230kJ/kg；在预热区停留时间约30min左右，传递热量约791kJ/kg。正由于普通冲天炉过热区内传热的这一特点，所以提高铁液温度比较困难。据统计，当冲大炉总的热效率为30%〜50%时，预热区的热效率在20%以上，熔化区热效率为60%左右，而过热区则仅7%左右。因此，人们对冲大炉熔炼总的评价是：熔化便宜过热贵。这是发展冲天炉与电炉双联的原因之一，也是冲天炉工作的一个重要特点。（3）炉气最高温度与区域高度起决定性作用铁液在过热区的受热强度随炉气最高温度的提高而增大，且取决于过热区域的高度和铁液滴的下落速度。在一般操作条件下，铁液滴的大小和下落速度的变动幅度不大。32、配料注意事项1）必须正确地进行配料计算和准确地称量炉料装入量；2）炉料的大小要按比例搭配，以达到好装、快化的目的；3）各类炉料应根据钢的质量要求和冶炼方法搭配使用；4）配料成分必须符合工艺要求；5）炉料装入量必须保证钢锭能注满，每炉钢要有规定的注余钢水，防止短锭或余钢过多。33、影响冲天炉熔炼铁水温度的主要因素有哪些？（1）焦炭的影响（焦炭的固定碳、焦炭块度、焦炭的反应性、底焦高度、焦耗量）（2）送风的影响（送风量、送风速度、风温、送风中氧浓度、各排风口风量分配与排距）；（3）炉料的影响（炉料块度、批料量、炉料洁净度）；（4）熔炼操作参数的影响（底焦高度、焦碳消耗量、批料量）；（5）冲天炉结构参数的影响（炉型、风口布置）。33、炼钢的目的和要求（1）熔化炉料，过热，保证浇温；（2）调整钢液成分（C、Si、Mn等）含量控制在范围之内；（3）降低钢液中有害元素S、P在规定限度以下。（4）降低钢液中非金属夹杂物和气体，使钢液纯净。37、分析熔炼中脱硫反应的基本条件。脱硫基本反应为：（CaO）+[FeS]=（CaS）+（FeO）（吸热）从反应式中可以看出，脱硫的基本条件是：咼碱度、咼温、低氧化性。（1）炉渣碱度研究结果表明：炉渣碱度在3.0〜3.5之间最好，过高会使黏度增加，不利硫在钢一渣之间的扩散，过低则不符合脱硫要求。（2）氧化性炉渣氧化性对脱硫的影响较为复杂，从脱硫反应式中可以看出，渣中的还原性越强，即工（FeO）越低越有利于脱硫反应。但实际生产中氧气转炉的氧化渣中也能去除一部分硫，其主要原因是：E（FeO）的存在改善了渣的流动性，能促进石灰的熔化，有利于高碱度渣的形成，从而部分改善了脱硫条件。尽管氧化渣中也能脱硫,但在其他条件如搅拌、温度、碱度等完全相同的条件下，氧化渣的去硫效果还是远远低于还原渣的。温度高温有利于吸热反应的进行，即有利于去硫反应的顺利进行。钢一渣搅拌情况去硫是钢一渣界面反应，加强钢一渣搅拌扩大反应界面积有利于去硫。例如电炉(还原期)出钢时，采用钢一渣混出的方法，使钢液和炉渣强烈混合，钢一渣界面大大增加，充分发挥了电炉还原渣的脱硫能力，使脱硫反应能够迅速进行。渣量增加渣量可以减少(CaS)的相对浓度，可促进去硫反应。38、分析熔炼中脱磷反应的基本条件。脱磷的基本反应2[P]+5(FeO)+4(CaO)=(4CaO・P0)+5[Fe]放热25从反应式中可以看出：较低的温度、高(FeO)、高(CaO)有利于脱磷反应的进行。脱磷的基本条件炉渣的碱度要适当高，流动性要好。研究结果认为，脱磷时的炉渣碱度控制在2•5〜3最好。适当提高炉渣的氧化性，即渣中的氧化铁要高。适当的温度。尽管低温有利于放热反应的进行，但低温不利于石灰的熔化，不利于扩散反应的进行，从而最终还将影响到脱磷反应速度。所以，为了获得最佳的脱磷效果，熔池应有适当的温度，不能太高也不能太低。大渣量是提高脱磷效果的有效方法之一。对于电炉来说，采用自动流渣的方法，放旧渣、造新渣就是大渣量的另一种操作形式。冲天炉、感应炉、电弧炉基本结构六、计算题1、冶炼40Cr钢液3t，还原期限成分[C]=0.3%,[Cr]=0.65%,成品中限[C]=0.39%,[Cr]=0.95%,试问使用含[C]=9.0%、[Cr]=60%的铬铁，还需加入多少生铁。生铁中[C]=4.0%,铬的收得率为95%。解：需加入高碳铬铁T=3000X(0.95%-0.65%)/[(60%-0.95%)X95%]=16kg铬铁增碳量=16X(9%-0.39%)/3000=0.046%需加入生铁量=3000X(0.39%-0.30%-0.046%)/(4.0%-0.39)=36.5kg2、冲天炉熔炼HT200铁铁。已知HT200的牌号及金属炉料的化学成分见表(％)。进行配料计算。表各种炉料成分CSiMnPSHT200成分范围3.3~3.51.5〜2.00.5〜0.8<0.25<0.12炉料Z15生铁4.191.560.760.040.036回炉料3.281.880.660.070.098废钢0.150.350.500.050.05锰铁60硅铁75元素增减率+5-15-200+50解：(1)根据C、S增加和Si、Mn减少，根据牌号成分范围，取合金液成分为C3.40%,Sil.75%,Mn0.65%，计算所需配制料平均化学成分。C=C/(1+n)=3.40%/(1+5%)=3.24%炉料铁液Si=Si/(1+n)=1.75%/(1-15%)=2.06%炉料铁液Mn=Mn/(1+n)=0.65%/(1-20%)=0.81%炉料铁液S<S/(1+n)=0.12%/(1+50%)=0.08%炉料铁液P<0.25%确定炉料比例。确定回炉料比例为20%(可对回炉料、生铁、废钢三种炉料事先确定一比例值)，假设Z15生铁加入比例为X，则废钢加入比例为(1-X-20%)，则：4.19%x+0.15%X(1-x-20%)+3.28%X20%=3.24%X100%

由此求得x=20%。因此铁料配比为：Z15生铁60%，废钢20%，回炉料20%。确定铁合金加入比例。锰铁配比=[0.81%-(60%X0.76%+20%X0.50%+20%X0.66%)]/60%=0.20%硅铁配比=[2.06%-(60%X1.56%+20%X0.35%+20%X1.88)]/75%=0.90%(3)确定配料成分单。见下表。表1HT200配料单(％)炉料名称配比CSiMnPS成分数量成分数量成分数量成分数量成分数量Z15生铁604.192.511.560.940.760.460.040.0240.0360.022回炉料203.280.661.880.380.660.130.070.0140.0980.020废钢200.150.030.350.070.500.100.050.0100.050.010锰铁0.20600.12硅铁0.90750.68合计3.202.070.810.0480.052要求成分3.242.060.81<0.25<0.08由上表可知，P、S均在规格范围内，上述配料可行。3、电弧炉氧化冶炼20CrMnTi钢，炉料装入量为18.8t，炉料综合收得率为97%，有关数据如下，计算锰铁、铬铁、钛铁、硅铁加入量？元素名称MnSiCrTi控制成分％0.950.271.150.070.8~1.100.2~0.41.0~1.30.06~0.12分析成分％0.600.100.50合金成分％65756830元素收得率％95959560解：炉内钢水量：P=18800X97%=18236(kg)合金加入量：18236x(95%-0.60%)[G]==103(kg)M-Fe65%x95%18236x(0.27%-0.10%)[G]二'=44(kg)Si-Fe75%x95%18236x(1.15%-0.50%)[G]==183(kg)de68%x95%18236x0.07%[G]==71(kg)T-Fe30%x60%验算:钢水总量P=18236+103++44+183+71=18637(kg)18236x0.60%+103x65%x95%)[Mn]==0.93%1863718236x0.10%+44x75%x95%)[Si]==0.27%1863718236x0.50%+183x68%x95%)[Cr]==1.12%1863771x30%x60%)[Ti]==0.07%18637计算结果与预定的成分控制相符。4、氧化法配料计算氧化法冶炼45钢，用下注法浇铸2t重方锭8根，汤道及中注管重200kg，注余重150kg，炉料由50%的外来废钢，返回废钢及低磷硫生铁组成。使用的铁合金料为：锰铁含锰量70%，收得率为98%，硅铁含硅量75%，收得率90%，炉料综合回收率95%。求配料量及炉料组成？原材料的化学成分见表，其其余已知条件为：①化清碳规格0.25%，料中配C1.05%；②还原期加硅铁时，钢中残Si量为0.03%；③还原初期调整钢Mn含量时，钢液中残Mn量按0.1%计算。④矿石加入量15kg/t,矿石含铁量60%，矿石回收率80%。表1各种炉料成分元素CSiMnPS备注45钢规格0.42〜0.500.17〜0.370.50~0.80<0.04<0.0445钢返回废钢0.450.270.65<0.04<0.04生铁4.000.500.50<0.04<0.07回收率100%锰铁70回收率98%硅铁75回收率90%5、例：冶炼Cr12钢，钢液重量15000kg，其他数据如下:成分％控制炉中铬铁软铁C2.152.350.0060.006Cr12.010.067Cr0000系微C铬铁，含C量极低，其中C回收率按100%计.铬铁和软铁含C量相同，为减少C,它们总量为G1+G2=15000X(2.15%-2.35%)/IX(00.06%-2.15%)=1435kg增加铬铁G1=[15000X(12%-10%)+1435X12%]/(96%X67%)=735kg软铁量：G2=1435-735=700kg6、采用氧化法冶炼ZG45，铸件重290kg，浇注3盘40件，中注管标准重量50kg/支，汤道标准重量10kg/件，注余250kg。规定配料时选用本钢种返回钢和汤道、注余共8000kg，其余用生铁和杂铁料配齐。炉料综合回收率按94%计。试求配料量，确定各种废钢的配比，并填写配料单；原材料的化学成分见表，其其余已知条件为：①化清碳比规格下限（0.42%）高0.40%，料中配C1%；②造还原渣时加入硅铁粉为3kg/t，还原期加硅铁时，钢中残Si量为0.15%,;③还原初期调整钢Mn含量时，钢液中残Mn量按0.1%计算。④矿石消耗量为1kg/t去除0.01%[C]/t钢液，矿石含铁量55%，矿石回收率80%。表1各种炉料成分元素CSiMnPS备注45钢规格0.42~0.500.17〜0.370.50~0.80<0.04<0.0445钢返回废钢0.450.270.65<0.04<0.04生铁4.000.500.50<0.04<0.07杂铁0.251.000.50<0.05<0.05

锰铁63回收率97%硅铁75回收率98%硅铁粉回收率55%解：1)求配料量：求出钢量：出钢量=产量+汤道+中注管+注余=290X40+50X3+10X40+250=12400kg求装入量装入量=出钢量/综合回收率=12400/94%=13200kg求配料量12