鋼鐵冶金學(xué)試題(B)及答案_第1頁
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1、鋼鐵冶金學(xué)試卷(B )院(系 班級 學(xué)號 姓名 (注:答題需在答題紙上進行,請不要在試卷上答題,否則將被扣分。)一、名詞解釋題(每題3分,共18分) 1. 高爐冶煉強度 2. HPS 3. 高爐渣熔化性溫度 4. 高爐的懸料 5. 高爐的硫負(fù)荷 6. FINEX煉鐵工藝 二、判斷題 ( 每題 1.5分 ,共 30 分 (對:,錯:×。)1. “假象”赤鐵礦的結(jié)晶結(jié)構(gòu)未變,而化學(xué)成分已變?yōu)镕e 2O 3。2. 一般要求焦炭的反應(yīng)性高,而煤粉的反應(yīng)性則要低。3. 高爐風(fēng)口噴吹的煤粉,有少量是與煤氣中的CO 2反應(yīng)而氣化的。4. 高爐爐身上部爐墻的耐火材料一般選擇使用碳磚。5. 燒結(jié)料層的

2、自動蓄熱現(xiàn)象,主要是由于燃料在料層中的偏析所致。6. 提高燒結(jié)礦堿度有助于增加燒結(jié)礦中鐵酸鈣礦物的含量。7. 實現(xiàn)厚料層燒結(jié)工藝的重要技術(shù)措施是燒結(jié)偏析布料。8. 對酸性氧化球團礦的焙燒效果而言, 赤鐵礦優(yōu)于磁鐵礦。9. 原燃料中的Al 2O 3在高爐內(nèi)可被少量還原而進入生鐵。10. 高爐內(nèi)渣鐵反應(yīng)的最終結(jié)果由耦合反應(yīng)的平衡常數(shù)所決定。11. 高爐爐渣的表面張力過小時,易造成渣中帶鐵,渣鐵分離困難。12. 導(dǎo)致高爐上部懸料的主要原因之一是“液泛現(xiàn)象”。13. 高爐風(fēng)口前碳的燃燒反應(yīng)的最終產(chǎn)物是CO 2。14. 高爐實施高壓操作后,鼓風(fēng)動能有增大的趨勢。15. 高爐脫濕鼓風(fēng),有提高風(fēng)口理論燃燒溫

3、度的作用。16. 高爐內(nèi)進入間接還原區(qū)的煤氣體積小于爐缸產(chǎn)生的煤氣體積。17. 具有倒V 型軟熔帶的高爐,其中心煤氣流比邊緣煤氣流發(fā)達。18. 為了抑制邊緣煤氣流,可采取“高料線”或“倒裝”的裝料制度。19. 高爐富氧鼓風(fēng),有助于提高噴吹煤粉的置換比。20. 目前最成熟的直接還原煉鐵工藝是煤基直接還原煉鐵法。三、簡答題(每題8分,共24分) 1. 簡述酸性氧化球團礦生產(chǎn)工藝,說明該類球團礦的焙燒固結(jié)機理。2. 簡述風(fēng)口噴吹煤粉對高爐冶煉過程的影響,并說明其原因。3. 畫出高爐理想操作線,并說明A 、B 、C 、D 、E 、P 、W 點的意義。 四、論述題 (每題14分,共28分 1. 分析高爐

4、冶煉過程中,用CO 、H 2 還原鐵氧化物的特點。a . 畫出CO 、H 2 還原鐵氧化物的平衡關(guān)系示意圖(叉子曲線);b . 分別從熱力學(xué)、動力學(xué)上比較CO 、H 2 還原鐵氧化物的異同。2. Ergun公式如下:P w de w de g =-+-150121. 7521( ( (a.說明式中各因子的物理意義以及用上式對高爐作定性分析時適用的區(qū)域。 b. 從爐料和煤氣兩方面分析影響P 的因素, 并論述改善爐內(nèi)透氣性的方法。鋼鐵冶金學(xué)B 卷 試題答案要點及評分標(biāo)準(zhǔn)一、 名詞解釋題(每題3分,共18分)1、 高爐冶煉強度:是高爐冶煉過程強化的程度,以每晝夜(d )燃燒的干焦量來衡量:冶煉強度(

5、I=干焦耗用量/有效容積×實際工作日 t/(m3·d2、 HPS :指代小球燒結(jié)法:將燒結(jié)混合料用圓盤造球機預(yù)先制成一定粒度(粒度上限為6-8mm ),然后使小球外裹部分燃料,最后鋪在燒結(jié)臺車上進行燒結(jié)的造塊新工藝。3、 高爐渣熔化性溫度:爐渣可以自由流動時的最低溫度。 4、 高爐的懸料:由于高爐透氣性變化,引起高爐壓差過大,支托起爐料,使得爐料難以下行,稱為懸料。一般分為上部懸料和下部懸料,前者可以用楊森公式解釋,后者可以用液泛現(xiàn)象解釋。5、 高爐的硫負(fù)荷:高爐冶煉每噸生鐵由爐料帶入的硫的千克數(shù)稱為“高爐的硫負(fù)荷”。6、 FINEX 煉鐵工藝:Finex 是在Corex

6、基礎(chǔ)上,采用多級流化床裝置直接使用燒結(jié)鐵礦粉(<8mm)進行預(yù)還原生產(chǎn)海綿鐵,避免了燒結(jié)、球團等人工造塊工序,降低了生產(chǎn)成本。同時,利用煤粉的冷壓塊技術(shù)擴大了煤粉的選擇范圍,而不像Corex 工藝僅能使用塊煤。Finex 流程主要由3個系統(tǒng)組成,流化床預(yù)還原系統(tǒng)、熱壓塊系統(tǒng)和熔化造氣系統(tǒng)。二、 判斷題:( 每題 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、簡答題(每題8分,共24分)1. 簡述酸性氧化球團礦生產(chǎn)工藝,說明該類球團礦的焙燒固結(jié)機理。 答:工藝流程如下:(4

7、分) 固結(jié)機理(4分)1)Fe 2O 3的微晶鍵連接:磁鐵礦生球在氧化氣氛中焙燒時,當(dāng)加熱到200300就開始氧化形成Fe 2O 3微晶。由于新生的Fe 2O 3微晶中原子遷移能力較強,在各個顆粒的接觸面上長大成“連接橋”(又稱Fe 2O 3微晶鍵),使顆粒互相連接起來。在900以下焙燒時,這種連接形式使球團礦具有一定的強度。但由于溫度低,F(xiàn)e 2O 3微晶長大有限,因此僅靠這種形式連接起來的球團礦強度是不夠高。2)Fe 2O 3的再結(jié)晶:當(dāng)磁鐵礦生球在氧化性氣氛下繼續(xù)加熱到10001300時,磁鐵礦可全部轉(zhuǎn)變成赤鐵礦,而由磁鐵礦氧化形成的Fe 2O 3微晶開始再結(jié)晶,使一個個相互隔開的微晶長

8、大成連成一片的赤鐵礦晶體,使球團礦具有很高的氧化度和強度。2. 簡述風(fēng)口噴吹煤粉對高爐冶煉過程的影響,并說明其原因。 答:(1) 風(fēng)口前燃料燃燒的熱值 (1分)原因:煤粉熱解耗熱;煤粉不易燃燒充分。(2) 擴大燃燒帶(1分)原因:爐缸煤氣量;部分煤粉在直吹管和風(fēng)口內(nèi)燃燒,在管路內(nèi)形成高溫(高于鼓風(fēng)溫度400-800, 促使中心氣流發(fā)展(鼓風(fēng)動能)(3) 風(fēng)口前理論燃燒溫度 (1分)原因:煤粉為冷態(tài);煤粉熱解耗熱;燃燒產(chǎn)物量。 (4) 直接還原度(1分) 原因:(CO H2);C 熔損反應(yīng)量;礦石在爐內(nèi)停留時間。 (5) 煤氣阻力損失(P )(1分) 原因:(6) 爐內(nèi)溫度場變化(2分) 原因:

9、 爐身溫度 爐頂溫度 爐缸邊緣溫度 風(fēng)口理論燃燒溫度下降所致 爐缸中心溫度 煤氣穿透能力增強所致(煤氣量、煤氣氫、動能)(7) 存在熱滯后現(xiàn)象(1分) 噴入爐內(nèi)的煤粉要分解吸熱 爐缸溫度暫時 被還原性強的煤氣作用的爐料下降到爐缸后,由于爐缸溫度回升,直接還原耗熱減少3畫出理想操作線,并說明 A 、 B 、 C 、 D 、 E 、 P 、 W 點的意義。答:(4分)A 點:(1)礦石中Fe 的氧化程度;(2)煤氣中C 的氧化程度。 B 點:在不發(fā)生重疊的情況下,直接還原與間接還原的分界點。 C 點:Fe 直接還原生成的CO 與鼓風(fēng)燃燒的C 及少量元素還原生成CO 的分界點。D 點:鼓風(fēng)燃燒C 與

10、少量元素還原生成CO 的分界點。 E 點:鼓風(fēng)燃燒C 生成CO 的起點。 P 點:熱平衡限制點。 W 點:化學(xué)平衡的限制點。 (4分)四、論述題(每題14分,共28分1 分析高爐冶煉過程中,用 CO 、H 2還原鐵氧化物的特點。 a. 畫出 CO 、比還原鐵氧化物的平衡關(guān)系示意圖(叉子曲線) b 分別從熱力學(xué)、動力學(xué)上比較 CO 、 H2 還原鐵氧化物的異同。a、畫圖(6分) b 異同:(8分)用CO 還原,除Fe3O4FeO 外,均為放熱反應(yīng),用H2還原,全部曲線向下傾斜,均為吸熱反應(yīng);低于810CO 的還原能力大于H2的還原能力,反之則反。 CO 作為還原劑,F(xiàn)eO Fe 最難還原,H2作

11、為還原劑,F(xiàn)e 3O 4Fe 最難還原;H2分子量小,粘度低,易擴散,故其還原的動力學(xué)條件較好。 2 . Ergun 公式如下:323221(75. 1 ( 1(150-+-=de w de w g a. 說明式中各因子的物理意義以及用上式對高爐作定性分析時適用的區(qū)域。b 從爐料和煤氣兩方面分析影響P 的因素,并論述改善高爐透氣性的方法。a 、(7分)單位料柱高度上的壓降;氣流黏度;w 氣流的工作流速;形狀系數(shù);散料體的空隙度;g 氣流密度;de 比表面平均直徑。 第一項代表層流,第二項代表紊流。高爐煤氣速度10-20m/s,相應(yīng)的Re=1000-3000,因此高爐處于紊流狀態(tài),故第一項可以舍去,因此可得:32 1(75.

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