北科冶金习题002

北京科技大学2007 — 2008 学年度第2学期

  《钢铁冶金学（Ⅰ）》B卷 试题答案要点及评分标准

一、名词解释题（每题3分，共18分）

1、高炉冶炼强度：是高炉冶炼过程强化的程度，以每昼夜（d）燃烧的干焦量来衡量：冶炼强度(I)=干焦耗用量/有效容积×实际工作日 [t/(m3·d)]

2、HPS：指代小球烧结法：将烧结混合料用圆盘造球机预先制成一定粒度（粒度上限为6-8mm），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。

3、高炉渣熔化性温度：炉渣可以自由流动时的最低温度。

4、高炉的悬料：由于高炉透气性变化，引起高炉压差过大，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。

5、高炉的硫负荷：高炉冶炼每吨生铁由炉料带入的硫的千克数称为“高炉的硫负荷”。

6、FINEX炼铁工艺：Finex是在Corex基础上，采用多级流化床装置直接使用烧结铁矿粉（<8mm）进行预还原生产海绵铁，避免了烧结、球团等人工造块工序，降低了生产成本。同时，利用煤粉的冷压块技术扩大了煤粉的选择范围，而不像Corex工艺仅能使用块煤。Finex流程主要由3个系统组成，流化床预还原系统、热压块系统和熔化造气系统。 

二、判断题：( 每题 1.5分 ，共 30 分 )

1、 √   2、╳   3、√   4、╳   5、╳ 

6、 √   7、√   8、╳   9、╳  10、√ 

11、╳  12、╳  13、╳  14、╳  15、√ 

16、╳  17、√  18、╳  19、√  20、╳

三、简答题（每题8分，共24分）

1.简述酸性氧化球团矿生产工艺，说明该类球团矿的焙烧固结机理。

答：工艺流程如下：（4分）

固结机理（4分） 

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200～300℃就开始氧化形成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900℃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高。

2）Fe2O3的再结晶：

当磁铁矿生球在氧化性气氛下继续加热到1000～1300℃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。

2. 简述风口喷吹煤粉对高炉冶炼过程的影响，并说明其原因。

答：

（1）风口前燃料燃烧的热值↓ （1分）

原因：煤粉热解耗热；煤粉不易燃烧充分。

（2）扩大燃烧带（1分）

原因：炉缸煤气量↑；部分煤粉在直吹管和风口内燃烧，在管路内形成高温(高于鼓风温度400-800℃),促使中心气流发展（鼓风动能↑）

（3）风口前理论燃烧温度 ↓（1分）

原因：煤粉为冷态；煤粉热解耗热；燃烧产物量↑。

（4）直接还原度↓（1分）

原因：（CO＋H2）↑；C熔损反应量↓；矿石在炉内停留时间↑。

（5）煤气阻力损失（△P）↑（1分）

原因：

（6）炉内温度场变化（2分）

 略有上升 →   ↑所致

原因：

高温区上移

                   炉身温度

                   炉顶温度

炉缸温度均匀

                   炉缸边缘温度↓  → 风口理论燃烧温度下降所致

                   炉缸中心温度↑  → 煤气穿透能力增强所致（煤气量、煤气氢、动能↑）

（7）存在热滞后现象（1分）

●喷入炉内的煤粉要分解吸热 → 炉缸温度暂时↓

●被还原性强的煤气作用的炉料下降到炉缸后，由于炉缸温度回升，直接还原耗热减少

3．画出理想操作线，并说明 A 、 B 、 C 、 D 、 E 、 P 、 W 点的意义。

答：（4分）

A点：（1）矿石中Fe的氧化程度；（2）煤气中C的氧化程度。

B点：在不发生重叠的情况下，直接还原与间接还原的分界点。

C点：Fe直接还原生成的CO与鼓风燃烧的C及少量元素还原生成CO的分界点。

D点：鼓风燃烧C与少量元素还原生成CO的分界点。

E点：鼓风燃烧C生成CO的起点。

P点：热平衡点。

W点：化学平衡的点。

（4分）

四、论述题(每题14分，共28分)

1 ．分析高炉冶炼过程中，用 CO 、H2还原铁氧化物的特点。

a.画出 CO 、比还原铁氧化物的平衡关系示意图（叉子曲线）

b．分别从热力学、动力学上比较 CO 、 H2 还原铁氧化物的异同。

回答： 

  a、画图（6分）

b异同：（8分）

用CO还原，除Fe3O4→FeO外，均为放热反应，用H2还原，全部曲线向下倾斜，均为吸热反应；

低于810℃CO的还原能力大于H2的还原能力，反之则反。

CO作为还原剂，FeO→Fe最难还原，H2作为还原剂，Fe3O4→Fe最难还原；

H2分子量小，粘度低，易扩散，故其还原的动力学条件较好。

2 . Ergun 公式如下：

a.说明式中各因子的物理意义以及用上式对高炉作定性分析时适用的区域。 

b．从炉料和煤气两方面分析影响ΔP 的因素，并论述改善高炉透气性的方法。

回答：

a、（7分）

单位料柱高度上的压降；气流黏度；气流的工作流速；形状系数；散料体的空隙度；气流密度；比表面平均直径。

第一项代表层流，第二项代表紊流。高炉煤气速度10-20m/s，相应的Re=1000-3000，因此高炉处于紊流状态，故第一项可以舍去，因此可得：

为炉料特性；为煤气状态。

b、（7分）

1）炉料方面：①形状系数一般无法调节；②从ΔP↓角度出发，de↑,但是从还原和传热的角度de↓，因此矛盾.③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。

2）煤气方面：

①一般无法调节

②提高风口前气体温度→气体膨胀→↑→ΔP↑

③炉顶压力↑→压缩炉内煤气体积→↓→ΔP↓

2009-4-16