冶金概论考试重点总结

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第一章：绪论

1、冶金学的分类？

按研究的领域分：提取冶金学（从矿石中提取金属及金属化合物的过程，因其中进行很多化学反应，又称化学冶金）和物理冶金学（材料的加工成型，通过控制其组成、结构使已提取的金属具有某种性能）。

按所冶炼金属类型分：有色冶金和钢铁冶金（黑色冶金）。

按冶金工艺过程不同分：火法冶金、湿法冶金、电冶金。

2、钢与生铁的区别？

3、钢铁生产的典型工艺（长流程）？

4、什么是耐火材料？钢铁生产对耐火材料的要求是什么？

凡是耐火度高于1580℃，能在一定程度上抵抗温度骤变、炉渣侵蚀和承受高温荷重作用的无机非金属材料，称为耐火材料。其要求是：耐火度高；能抵抗温度骤变；抗熔渣、金属液等侵蚀能力强；高温性能和化学稳定性好。

5、什么是炉渣？炉渣的分类以及碱度？

炉渣是炉料在冶炼过程中不能进到生铁和钢中的氧化物、硫化物等形成的熔融体。

其主要成分是CaO、MgO、SiO2、Al2O3、MnO、FeO、P2O5、CaS等。

根据冶炼方法的不同，钢铁生产产生的炉渣分为高炉渣和炼钢渣，按炉渣中含有不同的化学成分又可分为碱性渣和酸性渣。

第二章：高炉炼铁

1、高炉冶炼用原料？

高炉冶炼用的原料主要有铁矿石（天然富矿和人造富矿）、燃料（焦炭和喷吹燃料）、熔剂（石灰石与白云石等）。高炉冶炼是连续生产过程，必须尽可能为其提供数量充足、品味高、强度好、粒度均匀粉末少、有害杂质少及性能稳定的原料。

2、高炉结构及附属设备？

高炉本体主要由钢结构（炉体支承框架、炉壳）、炉衬（耐火材料）、冷却设备（冷却壁、冷却板等）、送风装置（热风围管、支管、直吹管、风口）和检测仪器设备等组成。

附属设备：原料供应系统、送风系统、煤气净化系统、渣铁处理系统。

3、高炉生产主要技术经济指标？

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

入炉焦比（K）：冶炼一吨生铁消耗的焦炭量（kg/t）

煤比（或油比）：冶炼一吨生铁消耗的煤粉量或重油（kg/t）

燃料比＝焦比＋煤比（或油比）

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）

生铁合格率：生铁化学成分符合国家标准的总量占生铁总量的指标。

休风率：高炉休风时间（不包括计划大、中、小修）占日历工作时间的百分数。

生铁成本：生产每吨合格生铁所需原料、燃料、材料、动力、人工等一切费用的总和，单位：元/tFe。

炉龄（高炉一代寿命）：即从高炉点火开始到停炉大修之间实际运行的时间或产铁量。炉龄长，产铁多，经济效益高。

4、高炉炉渣的来源、成分、炉渣中氧化物的种类、碱度？

高炉炉渣的来源：矿石中的脉石、焦炭(燃料)中的灰分、熔剂中的氧化物、被侵蚀的炉衬等。高炉炉渣的成分：氧化物为主，且含量最多的是SiO2、CaO、Al2O3、MgO。

炉渣中氧化物的种类：碱性氧化物、酸性氧化物和中性氧化物。以碱性氧化物为主的炉渣称碱性炉渣；以酸性氧化物为主的炉渣称酸性炉渣。

炉渣的碱度(R)：炉渣中碱性氧化物和酸性氧化物的质量百分数之比表示炉渣碱度：

高炉炉渣碱度一般表示式：R=m(CaO)／m (SiO2) 炉渣的碱度根据高炉原料和冶炼产品的不同，一般在1.0～1.3之间。

5、高炉炉渣的作用？

分离渣铁，具有良好的流动性，能顺利排出炉外。具有足够的脱硫能力，尽可能降低生铁含硫量，保证冶炼出合格的生铁，具有调整生铁成分，保证生铁质量的作用。

保护炉衬，具有较高熔点的炉渣，易附着于炉衬上，形成“渣皮”，保护炉衬，维持生产。

6、高炉中的还原反应？（更详细的内容见PPT）

还原剂夺取金属氧化物中的氧，使之变为金属或该金属低价氧化物的反应。

高炉炼铁常用的还原剂主要有CO、H2和固体碳。

7、送风炉的原理以及类型？（见PPT）

第三章：炼钢基本原理

1、炼钢的基本任务是什么？

四脱：C、S、P、O；二去：气体、夹杂；二调整：温度、成分；浇注。

2、炉渣在炼钢中的作用，其来源及主要成分？

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。

炼钢炉渣的来源：加入的各种造渣材料及被侵蚀炉衬；炼钢中化学反应的产物：氧化物和硫化物；废钢带入得泥沙和铁锈；氧化物或冷却剂带入的脉石。炉渣的组成以各种金属氧化物为主，并含有少量硫化物和氟化物。炼钢炉渣的基本体系是CaO-SiO2-FeO。

3、脱碳反应及其作用？

炼钢的一个重要任务是利用氧化方法将铁液中过多的碳去除，称为脱碳。脱碳反应是贯穿于冶炼过程。在高温下[C]主要氧化成为CO。

脱碳反应除了调整钢液碳含量的作用外，其反应产物CO气体的上浮排除使得脱碳反应给炼钢带来独特的作用。促进熔池成分、温度均匀；提高化学反应速度；降低钢液中的气体含量和夹杂物数量；造成喷溅和溢出。

4、炼钢熔池中的各种氧化？（见PPT）

5、脱硫、脱磷的反应式？

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)

炉渣分子理论认为，脱硫反应为：［S］+（CaO）=（CaS）+［O］

分子理论解释不了纯FeO渣也能脱硫的现象，故炉渣离子理论认为，脱硫反应属于电化学反应：［S］+（O2-）=（S2-）+［O］

6、钢中夹杂物的分类？（详细的内容见PPT）

按夹杂物的化学成分分：氧化物夹杂；硫化物夹杂；氮化物夹杂。

按加工变形后夹杂物的形态分：塑性夹杂；脆性夹杂；半塑性夹杂。

按夹杂物的来源分：内生夹杂和外来夹杂。

7、脱氧的方法及优缺点？（见PPT）

第四章：转炉炼钢

1、炼钢用原材料？

金属料：铁水；废钢；铁合金；辅助材料：造渣材料；氧化剂；冷却剂；还原剂和增碳剂。

2、铁水预处理工艺？

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。

铁水预处理可分为普通铁水预处理和特殊铁水预处理，前者有脱硫、脱硅、脱磷或同时脱磷脱硫；后者有铁水提钒、提铌等。

3、顶底复吹转炉炼钢的设备？

顶底复吹转炉炼钢的设备由4个系统组成，每个系统又由各自的设备组成：

炼钢容器的炉子系统；

提供炼钢所需的氧气和底部搅拌气体的供气系统；

提供炼钢所需的金属料和造渣材料的供料系统；

对高温含尘烟气进行降温除尘处理，并回收余热和煤气的烟气处理系统。

4、顶底复吹转炉工艺及冶金特点？

转炉复合吹炼工艺最初是沿袭顶吹和底吹两种吹炼工艺逐步发展完善：即在顶吹转炉底部喷吹惰性气体和在底吹转炉上部安装顶吹氧枪。

实践证明，复吹转炉基本保留了顶吹转炉和底吹转炉（这两个炉子的详细内容见PPT）的优点，避免各自的缺点，成为当代转炉的基本操作工艺。

特点：炉渣氧化性比顶吹转炉明显降低。因此钢的含氧量少，金属和合金元素收得率高，终点残锰量增加，炉衬侵蚀量下降。熔池搅拌强烈，使得脱磷、脱硫反应更加接近平衡，渣金间的磷、硫分配比高。吹炼平稳，喷溅量少。

5、铁水预处理脱硫的两种常用方法、脱硫反应？

两种方法为：KR法、顶部喷吹法

铁水预处理脱硫常用的脱硫剂有CaC2、CaO、Na2CO3、Mg以及由它们组成的各种复合脱硫剂。

脱硫剂与铁水中的硫反应为：

Mg（g）+[S]=MgS（S）

CaO（S）+[S]=CaS（S）+[O]

6、氧枪位？

在实际吹炼中，喷头结构﹑氧气工作压力和流量通常保持一定，所以可以通过控制枪位来控制吹炼过程向熔池中的供氧和熔池的搅拌。

枪位指喷头到静止金属熔池液面的距离。高枪位指该距离大，低枪位指该距离小。

硬吹是氧枪枪位低或氧压高时的供氧方式。软吹为枪位高或氧压低时的供氧方式。

7、终点控制和出钢操作？

终点控制：内容包括钢水成分[C]﹑[P]﹑[S]含量应满足出钢要求，钢水温度应达到出钢温度。在终点都要测温取样，如果两者之一不满足出钢要求，就要进行补吹。

补吹会产生一些不良影响如铁损增加，气体含量增高，炉衬侵蚀严重。补吹应尽量避免。出钢操作：钢水成分和温度达到出钢要求后，便可摇炉将钢水通过出钢口倒入钢包中。

为了减少转炉内的炉渣进入钢包，影响钢水成分，应采用挡渣技术和在钢包中加入小粒石灰基粉剂提高钢包顶渣碱度和降低渣中FeO含量。

常用的挡渣方法是用挡渣球挡渣和气动挡渣。

为了减少钢水进入钢包时的热量损失，降低出钢温度，应对钢包进行烘烤，达到红包出钢。

8、装料顺序？

一般来说是先装废钢后兑铁水，防止加入铁水时造成喷溅。到了炉役后期，或者废钢装入量比较多的转炉，可以先兑铁水，后加废钢。

第五章：电炉炼钢

1、电气设备及作用？

高压电源与隔离开关：高压电源一般为10~110KV；隔离开关主要用于电炉设备检修时，断开高压电源，有时也用来进行切换操作。

高压断路器：它的作用是使高压电路在负载下接通或断开，并作为保护开关在电气设备发生故障时，自动切断高压电路。

电抗器：串联在变压器高压侧，其作用是增加电路中感抗，以达到稳定电弧和限制短路电流的目的。

2、传统的氧化法冶炼工艺操作过程包括？

补炉、装料、熔化、氧化、还原与出钢六个阶段组成。主要由熔化期、氧化期、还原期三期组成，俗称老三期，它是电炉炼钢的基础。

3、补炉部位：炉衬损坏的主要部位是炉壁渣线，出钢口，炉门两侧。

补炉方法：补炉方法可分为人工投补和机械喷补

补炉的原则是：高温、快补、薄补。

补炉材料：碱性电炉机械喷补材料主要用镁砂、白云石或两者的混合物，并掺入磷酸盐或硅酸盐等粘结剂。

4、还原期的主要任务？

脱氧至要求（w O为0.003-0.008%）；脱硫至一定值；调整钢液成分，进行合金化；调整钢液温度。其中：脱氧是核心，温度是条件，造渣是保证。

氧化期的主要任务

造渣脱磷到要求（w P＜0.02％）；脱碳（C-O）至规格下限；去气、去夹杂（利用C-O反应）；提高钢液温度。当钢液的温度、磷、碳等符合要求，扒除氧化渣、造稀薄渣进入还原期。

第六章：炉外精炼

1、炉外精炼S.R. (Secondary Refine) ：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。

2、炉外精炼的特点：

二次冶金。创造最佳环境，提高效率、解决难创造最佳条件和效率低的问题；

具备各种类型的搅拌，改善了动力学条件，解决了优越性不能发挥的问题；

具备浇注功能（钢包炉、容器）省略出钢过程，解决了已精炼钢水的再污染、工艺安排矛盾的问题。

3、炉外精炼手段：具有独立性、作用时间可控、作用强度可调的特定方法、措施称为精炼手段。

4、RH法又称真空循环脱气法。基本工艺原理是利用气泡将钢水不断地提升到真空室内进行脱气、脱碳等反应，然后回流到钢包中。运用了真空、搅拌两种精炼手段。功能：脱气，成分的微调。

LF精炼手段：基本手段：加热、渣洗、搅拌。扩展手段：真空（LF-V）、喷吹（WF）LF 精炼功能：脱硫、脱氧、调整钢液温度、成分微调。

供电制度：在加热初期，采用低功率供电造渣；渣料熔化后，实现埋弧精炼，采用高功率供电。

连续加热10～15分钟后，应停止加热2～5分钟，以便使钢液温度上下均匀，不致于造成渣面局部温度过高。

加热时间约为30分钟。升温速度控制在2～4℃/min。

在一定的吹氩量下，采用大流量吹Ar，缩短处理时间，通常为100～600NL/min。

吹氩原则为：钢包到位后，采用中等吹Ar量，其作用是均匀成分和温度，以便进行取样测温；化渣时，采用大流量吹Ar，目的快速化渣。加合金时，采用大流量吹Ar，将炉渣吹开，目的是加速合金熔化，提高合金收得率。通电时，采用小流量吹Ar，目的均匀温度又不引起大的液面波动。

第七章：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、连铸机的类型？

按连铸机外形结构可分为：立式连铸机；弧形连铸机；立弯式连铸机；水平式连铸机；椭圆形连铸机

按连铸坯断面可分为：板坯连铸机；方坯连铸机；圆坯连铸机；异形坯连铸机

4、（以通用的板坯弧形连铸机为例）主体设备包括：钢包及回转台、中间包及中间包车、结晶器、扇形段（二冷段）、拉矫机、切割装置、引锭杆。（各个内容见PPT）