2009
一、简答题(每题5分,共40分)
1.高炉内的直接还原与间接还原
答：1）直接还原：还原剂为碳素，还原产物为CO,直接消耗固体碳，伴随强烈的吸热，还原剂不需要过剩系数，由于反应为吸热反应，所以需要额外消耗碳来补充热量。
2）间接还原：还原剂为气态CO和H2，还原产物为H2O和CO2，不直接消耗固体碳，还原剂需要过剩系数。（n大于1）
2.高碱度烧结矿,酸性氧化球团矿的固结机理
答：1）高碱度烧结矿：烧结矿的固结经历了固相反应、液相反应、冷凝固结。当物料加热到一定温度时，各组分之间有了固相反应，生成低熔点物质，在燃烧带低熔点物质熔化形成液相，生成CaO-Fe2O3系液相（高碱度烧结矿的主要粘结剂），液相经过冷凝固结将未熔物粘结起来，成为多孔状的烧结矿。
4）酸性球团矿：
?磁铁球团矿：a、产生新Fe2O3微晶键，Fe2O3再结晶长大，Fe2O3晶桥键固结 b、Fe3O4再结晶长大连接，Fe3O4晶桥键固结 c、液相固结（小于5%）
?赤铁球团矿：a、原生Fe2O3再结晶长大连接，Fe2O3晶桥键固结 b、Fe3O4再结晶长大连接，Fe3O4晶桥键固结 c、液相固结（小于5%）
3.简述铁水预处理的主要内容及作用
答：铁水预处理：是指铁水兑入炼钢炉之前进行的各种处理。有脱硫预处理和三脱（脱硅、磷、硫）预处理。分为普通铁水预处理和特殊铁水预处理两大类。 普通铁水预处理包括：铁水脱硫、铁水脱硅和铁水脱P。特殊铁水预处理一般是针对铁水中含有的特殊元素进行提纯精炼或资源综合利用，如铁水提钒、提铌、脱铬等预处理工艺。
作用：(1) 满足用户对超低硫、磷钢的需求，发展高附加值钢种
(2) 减轻高炉脱硫负担，放宽对硫的限制，提高产量，降低焦比
(3)炼钢采用预处理后的低磷、低硫铁水冶炼，可获得巨大的经济效益。
(4) 炉外铁水预处理脱磷、脱硫可保持同炉内一样良好的 热力学条件，还可通过采用搅拌措施，大大改善动力 学条件，以较少的费用获得很高的脱磷、脱硫效率。
(5) 铁水深度预处理是目前冶炼纯净钢最经济的、最可 靠的技术保障，已成为生产优质低磷、低硫钢必不可 少的经济工序。
4.钢液脱磷的热力学和动力学条件
答：1）热力学条件：
2[P]+5(FeO)+4(CaO)=(4CaO·P2O5)+5[Fe] 2[P]+5(FeO)+3(CaO)=(3CaO·P2O5)+5[Fe] ①降低温度有利于脱磷反应：脱磷是强放热反应。降低反应温度将使增大，所以较低的熔池温度
有利于脱磷。（低温）
②提高炉渣碱度有利于脱磷反应：因CaO 是使降低的主要因素，增加渣中(CaO) 可以增大γCaO ，使钢中[P] 降低。（高碱）
③增加炉渣氧化铁活度有利于脱磷反应：（FeO）对脱磷反应的影响比较复杂。在其它条件一定时，在一定限度内增加（FeO）将使磷在渣- 钢间的分配比LP 增大。（增其活度）
④增加[P]活度系数有利于脱磷反应：金属中存在的杂质元素将对起一定的影响，通常在含磷熔铁中，增加[C] 、[O] 、[N] 、[Si] 和[S] 等的含量可使f[P] 增大，增加[Cr] 的含量使f[P] 减小，[Mn[ 和[Ni] 对f[P] 的影响不大。（增P活度系数）
⑤增加渣量有利于脱磷反应：增加渣量可以在LP一定时使金属中[P] 降低。因为增加渣量意味着稀释（P2O5 ）的浓度，从而使4CaO·P2O5 浓度也相应地降低，所以多次换渣操作是脱磷的有效措施。（增渣量）
2）动力学条件：脱磷反应是典型的钢渣界面反应，首先渣的形成速率对脱磷有关键性影响。熔渣形成后，在钢渣界面上的反应速率很快，反应的限制性环节是界面两侧的传质。研究表明，多数情况下氧的传质不是限制性环节，脱磷速率是由界面两侧磷的传质所限制。
①要有良好流动性的熔渣 ②充分熔池搅拌 5.转炉吹炼的脱碳的基本规律
答：1）吹炼初期，温度较低，脱碳速度小。硅、锰与氧的亲和力大，首先氧化放热，随着温度升高，脱碳速度逐渐增大
2）吹炼中期，脱碳速度达到最大值基本保持不变，碳含量高，供氧为脱碳反应限制环节 3）吹炼后期，达到临界碳含量以后，随着碳含量的减少，碳在钢液中的扩散成为限制环节，脱碳速度降低。
6.超高功率电弧炉
答：超高功率电弧炉是指单位时间输入电炉的能量比普通大2-3倍
超高功率电弧炉优点：a、缩短熔化时间，提高生产效率b、改善热效率，降低电耗c、大电流，短电弧，热量集中。电弧稳定，对电网影响小
超高功率电弧炉只有与有关技术结合才能实现高效节能。 7.连铸保护渣的作用
答：1）隔热保温，隔绝空气，防止钢液过氧化 2）吸收钢液表面非金属夹杂物，净化钢渣界面
3）改善钢液与模壁之间的传热条件，减少钢液在凝固过程中产生的热应力，减少钢裂纹。 4）润滑坯壳，防止坯壳与结晶器粘连，导致漏刚。
8.连铸坯缺陷的主要类型
答：1）连铸坯的纯净度：纯净度是指钢中夹杂物含量、形态以及分布
2）表面缺陷：表面横裂纹，纵裂纹，网状裂纹，皮下夹渣，皮下气孔，表面凹陷 3）内部缺陷：中心偏析，中心疏松，中间裂纹，压下裂纹，夹杂等 4）形状缺陷：板坯的鼓肚，方坯的菱变，圆铸坯的椭圆形变
二 论述题(每题10分,共60分)
1.画出LF RH精炼法示意图,讨论其精炼原理,并阐述其主要的精炼功能
答：1）LF精炼原理：将电弧埋入钢液面以上的熔渣层中，吹Ar搅拌，在还原气氛下利用高碱度合成渣精炼。确保钢水成分精确控制，温度均匀，夹杂物充分上浮，净化钢水目的，达到脱氧脱硫合金化升温的综合冶炼效果 精炼功能：
①精炼功能强，适宜生产超低硫、超低氧钢；
②具备电弧加热功能，热效率高，升温幅度大，温度控制精度高，控温准确度可达±5K； ③具备搅拌和合金化功能，易于实现窄成分控制，提高产品的稳定性；
2）RH精炼原理：当真空室抽真空后，插入管插入钢液中，Ar经钢液加热膨胀，形成向上流动的气泡，使上升管内的钢液随之上升进入真空室。气泡在真空室下突然膨胀，使钢液溅成极细微粒呈喷泉状，增加了钢液与真空接触面积，使钢液充分脱气。脱气后的钢液汇集在真空室底部，在密度差的作用下不断地从下降管回到钢包中。如此循环多次，达到精炼钢液的目的。 精炼功能： ①脱H：对完全脱氧钢液脱氢效率≮60%,对未完全脱氧钢液,由于C-O反应剧烈,＞70%.脱气时 间15~20min,[H]＜2ppm.
②脱N：N易形成N-化物,脱氮效率0~10%; ③脱O：∑[O]0.002~0.005%
④脱碳：对初始[C]有要求,处理15min,可使[C]＜0.002%; ⑤脱S：效率50~75%;
⑥减少非金属夹杂；改善钢水纯净度;
⑦成分微调：合金 元素控制精度为±0.003~0.010%
2.分别阐述高炉和转炉内用炉渣进行脱硫反应的热力学和动力学条件,并比较高炉和转炉内脱硫利弊
答：1）高炉内： ①热力学脱硫分三步：
[FeS]→(FeS) (FeS) + (CaO)====(CaS) + (FeO) (FeO) + C===Fe + CO 总反应： [FeS]+(CaO)+C === (CaS)+Fe+CO 影响炉渣脱硫的热力学条件： a、提高温度：脱硫反应吸热
b、炉渣组成：炉渣碱度，R ? ? a(O2?) ? ? LS ?；渣中与S结合能力强的元素多，如CaS、MnS，使?(S2?) ? ? LS?；渣量，大渣量提高脱硫能力。
c、铁水成分：碳、硅、磷提高LS ，高炉内碳、硅、磷含量高，利于脱硫 d、高炉还原性气氛，还原渣[%O]。
②动力学条件：足够的炉渣温度，流动性好，粘度降低。动力学条件稍差 3）转炉内：
①脱硫热力学：[S]+（O2-）=（S2-）+[O]
能提高LS的均有利于脱硫，由上式可以看出a、提高温度，提高ks. b、提高[S]的活度 c、提高炉渣(O2-)活度 d、降低炉渣(S2-)活度系数 e、降低[O]活度。
即a 转炉高碱度炉渣有利于脱硫，但碱度过高粘度增加，不利于熔渣流动，不利于脱硫；b 炉渣高的FeO含量不利于脱硫；c 转炉中碳、硅、磷含量低，不利于脱硫。
②动力学条件：从双模理论出发，分析脱硫的各个环节，分为金属液中[S]的扩散，化学反应和渣液中离子（S2-）扩散，应得到脱硫的有力动力学条件为：a、增大反应界面积A。 b、提高温度，增加炉渣流动性，增强S的扩散能力。 c、增大S在铁液和渣液中的传质系数km ks,降低渣的粘度，增加搅拌。
3）比较利弊：理论上铁水脱硫条件比钢水脱硫条件好。脱硫要求渣中（FeO）含量低，转炉达不到要求，高炉满足。铁水碳、硅、磷含量高，硫活度系数高，分配系数增大，故铁水脱硫效果较好。但高炉动力学条件不好，脱硫造价高，开发铁水预处理工艺。
3.试分析(FeO)对炼钢过程中脱磷和脱硫的影响,并说明异同
答：1）脱磷反应：是在金属液与熔渣界面进行的，首先是[P]被氧化成（P2O5），而后与（CaO）结合成稳定的磷酸钙：
2[P]+5(FeO)+4(CaO)=(4CaO·P2O5)+5[Fe]、 2[P]+5(FeO)+3(CaO)=(3CaO·P2O5)+5[Fe] 渣中（FeO）是石灰的溶剂，同时提高炉渣FeO含量可以降低P2O5活度系数，增加P的分配系数，渣中（FeO）含量升高从热力学、动力学方面均有利于脱磷。但吹炼中期，当炉渣中(FeO)含量过低时，炉渣出现返干现象，不利于脱磷脱硫，甚至出现回磷现象。吹炼后期，终点碳含量低时，渣中（FeO）含量升高，石灰化透，磷可以得到进一步脱除。
2）脱硫反应：[S]+（O2-）=（S2-）+[O]
由上式可以看出，(FeO)含量升高，LS降低，不利于脱硫。即脱硫要求低氧化性炉渣。 转炉脱硫渣中(FeO)含量应低于1%。
异同：(FeO)含量高有利于脱磷，(FeO)含量低有利于脱硫。转炉炉渣(FeO)含量在15%-20%之间，不利于脱硫，脱磷也要在温度较低的初期。
4. 烧结料层自动蓄热的原理,指出烧结生产中对其扬长避短的技术对策
答：1）自蓄热作用：即随烧结矿层的下移，料层温度最高值逐渐升高。自动蓄热来源于被上层热烧结矿预热了的空气以及自上层带入的热废气的加热作用。随着烧结过程的进行，燃烧层向下移动，烧结矿层增厚，自动蓄热作用愈显著，愈到下层燃烧温度愈高。灼热的烧结矿层相当于一个蓄热室。“自动蓄热作用”是厚料层烧结技术的理论基础。厚料层烧结可降低能源以及提高成品率。
2）烧结生产中对“自动蓄热现象”扬长避短的技术对策：
