钢铁冶金概论考试重点汇聚

——By 材控1004班 

(一)绪论

（1）生铁概念：是含碳量大于1.7％的铁碳合金，工业生铁含碳量一般在2.5%-4%，并含C、Si、Mn、S、P等元素,是用铁矿石经高炉冶炼的产品。

（2）钢的概念：指含碳量0.2-2％的铁碳合金。根据成分不同，又可分为碳素钢和合金钢，根据性能和用途不同，又可分为结构钢、工具钢和特殊性能钢， 高强高韧是钢的重要特征

（3）钢铁生产的两个典型流程：a.长流程(高炉炼铁): 烧结/球团  — 高炉—转炉—连铸机—轧机.b短流程: 直接还原或熔融还原—电炉—连铸机—轧机 .

（4）钢与生铁的区别: 

（5）钢铁生产的典型工艺（长流程）:

(二)高炉炼铁工艺流程与主要设备

（1）高炉炼铁：高炉炼铁：在高炉中采用还原剂将铁矿石经济而高效的还原得到温度和成分符合要求的液态生铁的过程。

（2）矿石的品位：矿石中有用成分的质量百分含量。

（3）脉石：矿石中没有用的成分称为脉石，一般在冶炼过程中需要去除。

（4）烧结的定义：将各种粉状铁，配入适宜的燃料和熔剂，均匀混合，然后放在烧结机上点火烧结。在燃料燃烧产生高温和一系列物理化学变化作用下，部分混合料颗粒表面发生软化熔融，产生一定数量的液相，并润湿其它未融化的矿石颗粒。冷却后，液相将矿粉颗粒粘结成块。这一过程叫烧结，所得到的块矿叫烧结矿

（5）抽风烧结原理：布在烧结机台车上的混合料经点火和抽风，气流自上而下通过料层，料层中燃料燃烧产生高温，引起一系列的物理化学反应，物料局部软熔生成一定的液相。随后，由于温度降低，液相冷凝结块，形成气孔率高，矿物组成与天然矿不同的烧结矿，这就是整个烧结过程。

（6）（冶金）焦炭的作用：燃烧产生热量；燃烧后产生CO作为还原剂；支撑料柱，使料层透气。

（7）有效容积：对钟式炉顶高炉指从铁口水平中心线至大钟下降位置下沿所包括的容积；对于无钟炉顶高炉指从铁口水平中心线至炉喉上沿（一般把该标高设为料线零位）之间的容积。 

（8）有效容积利用系数：高炉每立方米有效容积每天生产的合格铁水量（t/m3·d）

（9）焦比（K）：冶炼一吨生铁消耗的干焦或综合焦炭量（kg/t）。

（10）煤比（或油比）：冶炼一吨生铁消耗的煤粉量或重油（kg/t）。

（11）喷煤率：每天喷入高炉的煤粉量与高炉每天消耗的燃料量之比，即煤比与燃料比之比。

（12）冶炼强度：高炉每立方米有效容积每天消耗的（干）焦炭量（焦比一定的情况下）。

（三）高炉炼铁主要物理化学反应和操作工艺

（1）间接还原：凡是用CO或H2做还原剂，最终气体产物是CO2或H2O的称为间接还原。

（2）直接还原：凡用碳作还原剂，最终气体产物是CO的反应称为直接还原。

(3) 

(4) 

(5)碳的溶损反应或气化反应：C+CO=2CO

(6) 生产中碱度（R）的计算:.

(7) 高炉炉渣的作用: (1)分离渣铁 (2)具有足够的脱硫能力(3)具有调整生铁成分，保证生铁质量的作用 (4)保护炉衬

(8) 提高炉渣脱硫能力的措施: 1）提高炉渣碱度; 2）提高温度; 3）低FeO; 4）合适的MgO、MnO含量.

（9）析碳反应——CO分解

A．高炉内存在一定的析碳化学反应

⏹2CO=CO2+C

⏹热力学上在400~600℃可进行反应，但动力学速度较慢，在有催化剂时在高炉内有一定程度的发生。

B．析碳反应对高炉冶炼的影响

⏹渗入碳砖中的CO析碳产生膨胀破坏炉衬

⏹渗入炉料中的CO因析碳使炉料破碎、产生粉末影响煤气流通过

(四) 炼钢

1)炼钢炉渣的作用:

☐作用：

通过对炉渣成分、性能及数量的调整，可以控制金属中各元素的氧化和还原过程；

向钢中输送氧以氧化各种杂质；

吸收钢液中的非金属夹杂物，并防止钢液吸气（H、N）。

其它作用。如：稳定电弧，保护渣。

☐副作用：侵蚀炉衬；降低金属收得率

2）三种脱氧方式：根据脱氧反应发生的地点不同，脱氧方法分为

沉淀脱氧﹑扩散脱氧和真空脱氧

A．沉淀脱氧：又叫直接脱氧。把块状脱氧剂加入到钢液中，脱氧元素在钢液内部与钢中氧直接反应，生成的脱氧产物上浮进入渣中的脱氧方法称为沉淀脱氧。出钢时向钢包中加入硅铁﹑锰铁﹑铝铁或铝块脱氧就是沉淀脱氧。

B．扩散脱氧：又叫间接脱氧。它是将粉状的脱氧剂如C粉﹑Fe-Si粉﹑CaSi粉﹑Al粉加到炉渣中，降低炉渣中的氧含量，使钢液中的氧向炉渣中扩散，从而达到降低钢液中氧含量的一种脱氧方法。在电炉炼钢的还原期和炉外精炼过程向渣中加入粉状脱氧剂进行脱氧操作就是扩散脱氧

C．真空脱氧：是利用降低系统的压力来降低钢液中氧含量的脱氧方法。它只适用于脱氧产物为气体的脱氧反应如[C]-[O]反应。这种脱氧方法常用于炉外精炼中，如RH真空处理﹑VAD﹑VD等精炼方法都可实现钢液的真空脱氧。

简答题

6）降低钢中气体的措施：

☐提高炼钢原材料质量。如使用含气体量低的废钢和铁合金；对含水分的原材料进行烘烤干燥，采用高纯度的氧气等。 

☐尽量降低出钢温度，减小气体在钢中的溶解度。 

☐在冶炼过程，应充分利用脱碳反应产生的溶池沸腾来降低钢水中的气体含量。 

☐用炉外精炼技术，降低钢水中的气体含量。如采用钢包吹氩搅拌，真空精炼脱气，微气泡脱气等方法对钢水进行脱气处理。 

☐采用保护浇注技术，防止钢水从大气中吸收气体。

7）内生夹杂与外来夹杂定义：

钢中存在着硫﹑磷﹑氧﹑氮等杂质元素，这些元素与钢中的合金元素如硅﹑锰﹑铝﹑钛﹑钒等形成非金属化合物，如氧化物﹑硫化物﹑氮化物等。钢中的这些非金属化合物，统称为非金属夹杂物，也称为内生夹杂。

在炼钢过程中，钢水与炉渣和炉衬接触，炉渣炉衬中的化合物被卷入到钢水中，也会造成非金属夹杂物，也称为外来夹杂。

8)降低钢中夹杂物的措施:

☐在冶炼中采取各种手段降低钢中杂质元素[O]﹑[S]﹑[N]﹑[P]等的含量，提高钢的洁净度，从根本上减少内生夹杂物。

☐提高耐火材料质量，提高其抗冲击和耐侵蚀的能力，减少外来夹杂物数量。 

☐采用合理的脱氧制度，使脱氧产物易于聚集上浮，从钢液中排除。 

☐应用钢包冶金如真空脱氧﹑吹Ar搅拌﹑喷粉处理等和中间包冶金如采用堰、坝﹑导流板﹑过滤器﹑湍流控制器等控流装置，去除钢水中的夹杂物。 

☐采取保护浇注技术，防止钢水从周围大气环境中吸收氧﹑氢﹑氮。  

9)铁水预处理的概念：铁水预处理是指铁水进入炼钢炉之前对其进行脱除杂质元素或从铁水中回收有价值元素的一种工艺。

☐目前生产中采用的炉外脱硫方法可分为四类：铁流搅拌法、机械搅拌法、气体搅拌法和插入法。用得较多的为机械搅拌法(KR法)和气体搅拌法(顶部喷吹法) 。

☐KR法:用实心旋转器搅拌铁水，脱硫剂为CaC2和石灰粉加Na2CO3。

（五）炉外精炼

1)炉外精炼概念：炉外精炼：按传统工艺，将常规炼钢炉（转、电）中完成的精炼任务（四脱（S、P、C、O），二去（气体、夹杂），两调整（温度、成分）），部分或全部地转移到钢包或其它容器中进行精炼的过程。

2）RH（真空循环脱气法 ）原理：在精炼中，钢包内的搅拌是由真空室内钢液注流进入钢包中引起的。

（六）连续铸钢

1）钢的连铸：使钢水不断地通过水冷结晶器，凝成硬壳后从结晶器下方出口连续拉出，经喷水冷却，全部凝固后切成坯料（连铸坯）的铸造工艺。 

2）连铸的优势：

☐提高成材率。

☐降低能耗。

☐连铸产品的均一性高、质量好。

☐易于实现机械化自动化

☐占地面积小、生产周期快、吨坯成本低。

3)连铸机的流数：凡是不经切割而连续浇注一根长的铸坯，称为一流。每台连铸机所能同时浇注的铸坯总根数，称为连铸机的流数。

4）中间包的作用：

稳定钢流，减少钢流的静压力和对结晶器中坯壳的冲刷；

均匀钢水温度，促进非金属夹杂物上浮去除；

多流连铸机由中间包对 钢水进行分流；

多炉连浇换包时起缓冲衔接作用。

5）中间包的结构：由中间包本体、 中间包盖、塞棒、中间包滑动水口组成。

6）中间包挡墙：

☐挡墙：在中间包内设置的高出钢液面的墙称为挡墙。其作用为：隔离冲击区与浇铸水口区；形成循环流，有利去除夹杂；减少死区，有利于钢水温度分布均匀。

☐坝：设置在中间包内钢液面以下的障碍物。其作用：与挡墙配合起导流，促进夹杂物上浮，达到精炼钢水的作用。

（七）大题

（一）2)直接氧化方式：直接氧化是指氧气直接与铁液中的元素产生氧化反应。

☐当向铁液中吹入氧气时，如果在铁液与气相界面有被溶解的元素如[Si]﹑[Mn]﹑[C],虽有大量的铁原子存在，但根据元素的氧化次序[Si]﹑[Mn]﹑[C]将优先于铁而被氧化。

☐反应可写为：[C]+1／2｛O｝=｛CO｝　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　

                  [Si]+｛O2}=（SiO2）

                      [Mn]+1／2｛O2｝＝（MnO）

3)间接氧化方式：吹入的氧气由于动力学的原因首先与铁液中的Fe原子反应形成FeO进入炉渣，同时使铁液中溶解氧[O]。炉渣中的（FeO）和溶解在铁液中的[O]再与元素发生间接氧化。

☐其反应为：｛O2｝+Fe=(FeO)

                   (FeO)=Fe+［O］

   如：         2［O］+[Si]=(SiO2) 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

或   2(FeO)+［Si］=2Fe+(SiO2)　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　在渣-金界面上往往产生元素的间接氧化反应。

4)氧化举例:

☐以Ｃ和Ｓｉ为例：1. 碳的氧化:

☐在高温下[C]主要氧化成为CO。

☐ [C]与氧的反应有：

在渣-金界面上：

       ［C］+（FeO）=｛CO｝+Fe

       ［C］+［O］=｛CO｝

在气-金界面上：

       ［C］+1／2｛O2｝=｛CO｝

２.硅的氧化:

在气-金界面上

　　［Si］+O2=（SiO2）

在渣-金界面上 

　　［Si］+2［O］=（SiO2）

　　［Si］+2（FeO）=（SiO2）+2Fe　　

3.锰的氧化

☐[Mn]的氧化反应式为：

    在气-金界面上

　　［Mn］+1/2O2=（MnO）　　　　

在渣-金界面上

　　［Mn］+［O］=（MnO）　　　　　

　　［Mn］+（FeO）=（MnO）+Fe　

4.脱磷反应式

☐用碱性炉渣进行脱磷的反应为：

在渣-金界面

3(CaO)+2[P]+5[O]=(3CaO·P2O5)

3(CaO)+2[P]+5(FeO)=(3CaO·P2O5)+5Fe

在渣-金-气界面

    3(CaO)+2[P]+5/2O2=(3CaO·P2O5)　　

（二）高炉内型图的五个部分，每个区域特征，高炉内部状态。