冶2007-1、2班《炼钢工艺学》复习题（详见课本和笔记）2010.7.8
（授课教师：刘宇雁）
1.铁水预处理的“三脱”是指脱硅、脱磷、脱硫。
2.铁水预处理指铁水在兑入炼钢炉之前，为除去某种有害成分( 如S、P、Si等)或提取/ 回收某种有益成分(如V、Nb 等)的处理过程。或铁水在兑入转炉之前进行的脱硫、脱磷或脱硅操作。
3.铁水预处理目的及意义：主要是使其中硫、硅、磷含量降低到所要求范围，以简化炼钢过程，提高钢的质量。
?有效提高铁水质量；?减轻炼钢负担；
?为优化炼钢工艺，提高钢材质量创造良好条件；
?对特殊铁水预处理而言，可有效回收利用有益元素，实现综合利用。 4.铁水预脱硅技术的目的：
?减少转炉石灰耗量（硅氧化形成的SiO2大大降低渣的碱度），减少渣量和铁损，改善操作和提高炼钢经济技术指标。 ?铁水预脱P的需要，可减少脱磷剂用量、提高脱磷、脱S效率。
当铁水[Si]＞0.15%时，脱磷剂用量急剧增大。因此，脱磷处理前需将铁水含[Si]脱至＜0.15％，这个值远远低于高炉铁水的硅含量，也就是说，只有当铁水中的硅大部分氧化后，磷才能被迅速氧化去除。所以脱磷前必须先脱硅。 铁水预脱P的最佳[Si]初始： ①苏打脱P：[Si]初始 <0.1%
②石灰熔剂脱P：[Si]初始 0.10～0.15%
?对含V或Nb等特殊铁水，预脱Si可为富集V2O5和Nb2O5等创造条件。 5.铁水预脱硫技术迅速发展的原因： ?用户对钢的品种和质量要求提高。
?连铸技术的发展要求钢中硫含量进一步降低，否则连铸坯容易产生内裂，铁水脱硫可满足冶炼低硫钢和超低硫钢种的要求。 ?铁水中碳、硅、磷等元素的含量高，可提高硫在铁水中的活度系数，而有利于脱硫，同时铁水中的氧含量低，没有强烈的氧化性气氛，有利于直接使用一些强脱硫剂，如电石（CaC2）、金属镁等；故铁水脱硫效率高。
?铁水脱硫费用低于高炉、转炉和炉外精炼的脱硫费用。其费用比值为： 高炉脱硫：铁水预处理脱硫：转炉：炉外精炼=2.6：1：16.9：6.10 ?降低炼铁和炼钢炉脱硫负担; 有利于降低消耗和成本，并增加产量。
?提高炼铁和炼钢经济技术指标；有效提高钢铁企业铁、钢、材的综合经济效益。 全程脱硫：高炉－铁水炉外－炼钢炉(－精炼炉)→实现铁水深度脱硫，经济有效生产超低S高级优质钢；
?提高钢质、扩大品种、优化工艺（改善转炉炼钢操作）； 6.铁水预脱硫优点（铁水脱硫条件比钢水脱硫优越的主要原因）
用优质铁水炼钢，是提高产品质量、扩大品种、增加效益和增强产品市场竞争力的重要条件之一，也是生产低硫洁净钢的基础。铁水炉外脱硫有利于提高炼铁、炼钢技术经济指标。通过比较各种脱硫工艺，铁水脱硫预处理工艺有如下优点： ?铁水中[C]、[Si]较高，fs↑，提高硫的反应能力；
?铁水中[O]较低，提高渣铁之间的硫分配比（Ls↑），脱硫效率高； ?搅拌充分，脱硫剂利用率高，脱硫速度快；
?铁水脱硫可提高炼铁炼钢的生产能力、节约工序能源、降低成本。
?故铁水脱硫费用费用比其他工序低。
7.铁水预脱硫技术的发展：铁水炉外脱硫技术在20世纪60年代氧气顶吹转炉炼钢工艺发展后得到迅速推广，在国外已趋成熟，在实际生产中大量应用，处理工艺方法约数十种之多。先后发明的工艺大致可分为分批处理法和连续处理法两大类，其中分批处理法又可分为铺撒法/投入法(含倒包法)、机械搅拌法、吹气搅拌法、喷射法、镁脱硫法等。目前常用的方法有喷吹法和KR机械搅拌法。
8.铁水脱硫预处理的工艺方法：?投掷（入）法：将脱硫剂投入铁水中。?喷吹法：将脱硫剂喷入铁水中。?搅拌法（KR法）：将通过中空机械搅拌器向铁水内加入脱硫剂，搅拌脱硫。
9.常用铁水预脱硫剂有石灰、碳化钙、苏打、金属镁及复合脱硫剂等。 10.提高铁水脱硫效果的措施： 1）热力学条件。
?fs↑（[C]↑、[Si]↑）；?降低氧位，即[O]↓、（O）↓（加入铝） ?脱硫剂用量↑（同时生产费用↑）；?控制好温度。
2）动力学条件。
?根据铁水条件及钢种要求，选择适当主脱硫剂。即要满足脱硫要求，又要尽量降低脱硫成本且操作方便。脱硫要求一般时（轻脱硫），脱硫剂组成以石灰粉为主；生产低硫生铁时，以电石粉为主（深脱硫）。
?添加适当促进剂。?适当减小脱硫剂粒度，增大反应界面，加快脱硫速度； ?强化熔池搅拌，增加逗留时间，减小扩散边界层厚度，提高混匀搅拌效率，均可加快脱硫反应速度； ?控制好温度。提高铁水温度，增大硫的传质系数； ?选择适当的喷吹参数，以取得最佳喷吹效果。 11.选择脱硫方法的原则（铁水脱硫方案的选择） ?铁水条件供应条件；?冶炼钢种要求；
?处理规模（处理能力，作业率）、工艺流程（铁水运输方式）及总图布置（布置位置）；?脱硫效率及脱硫剂消耗；?处理成本（设备和基建费用）； ?铁水温降；?预留铁水三脱的可能性；?环境污染 12.转炉的内衬由绝热层/隔热层、永久层、工作层组成。
13.转炉炉衬损坏原因主要为机械作用、高温作用、化学侵蚀、炉衬剥落。或机械冲击和磨损、耐材的高温溶解、高温溶液渗透、高温下气体挥发。 14.炼钢的基本任务：“四脱”（脱碳、脱氧、脱磷和脱硫），“二去（去气和去夹杂）”，“两调整”（调整温度和成分）。
15.炼钢生产中熔渣的主要作用（有利作用）： ?通过调整熔渣成分氧化还原钢液，使钢液中硅、锰、铬等元素氧化或还原的硫、磷、
氧等元素；?吸收钢液中的非金属夹杂物；?防止炉衬的过分侵蚀；?覆盖钢液，减少散热和防止二次氧化和吸氢。
其他作用：在不同炼钢方法中，熔渣还有其独特的作用。如：
①氧气顶吹转炉炼钢过程→熔渣－钢液滴－气泡形成高度的乳化相→钢渣接触面积↑ →加速吹炼过程。
②电弧炉炼钢时→稳弧（稳定电弧燃烧）和传热→良好的泡沫渣能包围住弧光→弧光对炉衬的辐射侵蚀↓
③电渣重熔时→作电阻发热体→可重熔和精炼金属（电渣炉）
④出钢时→钢液的二次氧化↓
⑤浇注时→作保护渣，可减少氧化，防止散热，并改善铸坯表面质量等。
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不利作用：
①侵蚀耐火材料，降低炉衬寿命，特别是低碱度熔渣对炉衬的侵蚀更为严重。 ②熔渣中夹带小颗粒金属及未被还原的金属氧化物，降低了金属的回收率。 ③严重泡沫化熔渣会引起喷溅。（转炉） 16.熔渣的氧化性（熔渣的氧化能力）：是指在一定的温度下，单位时间内熔渣向钢液供氧的数量（在单位时间内从渣相向金属相供氧的数量）；通常用渣中氧化铁含量的多少表示熔渣氧化能力的强弱。生产中常用渣中∑(tO)表示渣的氧化性。 17.熔渣氧化性对操作过程有何影响？如①杂质的去除程度；②钢水含氧量；③石灰溶化速度；④熔渣的泡沫程度；⑤喷溅；⑥炉衬寿命；⑦金属和铁合金的收得率。 18.熔渣与熔融金属之间应有足够大的表面张力，以有助于渣壳分离，防止熔渣卷入金
属内；而熔渣与非金属夹杂物之间的表面张力越小越好，以利于熔渣对非金属夹杂
物的浸润、吸附和溶解。
19.氧化脱磷的有利条件： ?较高的炉渣碱度（3～4）；?氧化铁较高（15％～20％）；
?良好流动性熔渣；?充分的熔池搅拌；?适当的温度（1450～1550℃）； ?渣量要大，可利用多次放渣和造新渣去磷。
20.炼钢脱磷、脱硫的有利条件有哪些？
答：1）脱磷反应：2[P]+5(FeO)+4(CaO)=(4CaO·P2O5)+5[Fe]
脱磷有利条件：高碱度、高（FeO）/氧化性、良好流动性熔渣、充分的熔池搅
拌、适当的温度和大渣量。
2）脱硫的有利条件：高温、高碱度、低氧化铁（FeO），良好流动性熔渣、充分的熔池搅拌和大渣量。
21.回磷：就是磷从熔渣中又返回到钢中，也是脱磷的逆向反应；或成品钢中磷含量高于终点磷含量也属回磷现象。 22.减少回磷的措施：
?冶炼中期，保持∑(FeO)＞10％，防止因炉渣“返干”而产生的回磷；控制终点温度不要过高，并调整好炉渣成分，使炉渣碱度保持在较高水平。 ?出钢时，①适当提高脱氧前的炉渣碱度；②挡渣出钢，尽量避免下渣；
?出钢后，向钢包渣面加一定量石灰，增加炉渣碱度；脱氧合金化时，尽可能采取钢包脱氧，而不采取炉内脱氧。 23.碳氧浓度积：在一定的温度和压力下钢液中的碳氧反应达到平衡时，碳和氧的质量
百分浓度之积是一个常数。 24.脱碳反应对炼钢过程的作用/碳氧化在炼钢中的作用： ①脱碳，将熔池中的碳氧化脱除至所炼钢种的终点要求； ②放热升温，加速传质传热；③均匀熔池成分、温度； ④加大钢－渣界面，加速反应的进行，也有利于熔渣的形成； ⑤去气去夹杂（有利于非金属夹杂的上浮和有害气体的排出）。 ⑥爆发性的脱碳反应会造成喷溅。
25.碳氧反应发生的必要条件是：必须存在过剩氧，即[O]实际＞[O]平衡。
26.钢中氧的危害性主要表现在以下方面（1）产生夹杂；（2）形成气泡；（3）加剧硫的
危害。 27.脱氧任务：
?按钢种要求降低钢液中溶解的氧；?排除脱氧产物；?控制残留夹杂的形态和分布。 28.沉淀脱氧：将块状脱氧剂沉入钢液中，熔化、溶解后与钢中氧反应生成稳定的氧化
物并上浮进入炉渣，以降低钢中氧的脱氧方法。
29.促使脱氧产物上浮的措施：
?上浮速度↑；?形成液态的脱氧产物。?形成与钢液间界面张力大的脱氧产物。 30.合金元素加入一般的原则：
?脱氧元素先加，合金化元素后加；
?脱氧能力较强、且比较贵重的合金，应在钢水脱氧良好的情况下加入，以提高合金的收得率。?熔点高，不易氧化的元素，可加在炉内。 31.氧气顶吹转炉设备除转炉外还包括供氧、供料、废气处理及回收系统等附属系统。 32.按金属熔池（炉底）形状转炉炉型可分为：筒球型、锥球型、截锥型。
33.烟气净化回收装置：目前主要有湿法（OG法）和干法（LT法）两种除尘方式。（原
始含尘量100～150g/Nm降至＜100mg/Nm，排放标准）
34.转炉的烟尘排放浓度环保要求：随着工业和科学技术的发展，环境保护问题越来越
引起人们的重视，根据《工业三废排放标准》规定，大于12吨的转炉的烟尘排放浓
度≯150mg／Nm3（烟气），小于12吨转炉的烟尘排放浓度＜200mg／Nm3（烟气）。而烟气的实际烟尘浓度为80～150g／Nm3（烟气），高出国家规定排放标准的上千倍，所以转炉烟气必须进行净化处理后方可排放。
35.采用炉烟气净化回收系统条件：
CO：50～70%，O2：＜1~2%，≥100t转炉，要求实现负能炼钢。 36.对铁水温度的要求：高（≥1250℃）且稳定。 37.炼钢对废钢的基本要求：
(1)废钢表面应清洁干燥（清洁、少锈、无混杂）。
(2)废钢中不得混有铁合金（有害的残余金属元素如铜、锌、铅、锡、锑、砷等；部分合金结构钢中五害元素为Pb、As、Sb、Bi、Sn，对优质合金结构钢，五害元素含量应分别控制在≯0.02％。）。 (3)废钢中不得混有封闭器皿、爆炸物和易燃易爆品以及有毒物品。以保证安全生产。 (4)废钢要有明确的化学成分；废钢中有用的合金元素应尽可能在冶炼过程中回收利用；对有害元素含量应限制在一定范围以内。 (5)不同性质的废钢分类存放。
(6)废钢要有合适的块度和外形尺寸。
38.目前用于生产中的废钢代用品有：生铁、铁水、直接还原铁与热压块铁、脱碳粒铁。 39.电弧炉内热兑铁水一般为20%～30%。
40.因生铁中含碳及杂质较高，炉料中生铁块配比通常为10％～25％，最高≯30％。 41.炼钢常用造渣材料包括石灰、萤石、白云石、合成造渣剂等。
42.石灰的活性：石灰与熔渣的反应能力称石灰的活性，也称水活度是石灰反应能力的标志，是衡量石灰在渣中溶解速度的指标，也是衡量石灰质量的重要参数。石灰的晶粒越小（界面多）、气孔率越高，其在渣中的溶解速度越快，即活性越好。 43.氧气复吹转炉炼钢工艺五大操作制度包括：①装入制度；②供氧制度；③造渣制度；④温度制度；⑤终点控制与出钢合金化。
44.装入制度主要内容：确定装入量、装入方法、废钢比及装料顺序四个问题。 45.氧气转炉控制装入量的方法主要有定深、定量、分阶段定量。
46.将一个炉役分成若干阶段，每个阶段的装入量不变叫做定量装入法。
47.在确定各阶段的装入量时应考虑的三个主要因素：
?合适的炉容比；?合适的熔池深度；?炉子附属设备的匹配。 48.炉容比（V/T）：有效容积(转炉内自由空间的容积)与金属装入量之比（0.8～1.0）。
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49.供氧制度主要内容：确定合理的喷头结构、供氧强度、氧压和枪位控制。 50.氧气顶吹转炉氧枪操作制度有恒压变枪、恒枪变压和分阶段恒压变枪（变压变枪）三种。
51.枪位：氧枪喷头端面到静止熔池液面的距离。
52.硬吹：吹炼过程中，采用低枪位或高氧压的吹氧操作称为“硬吹”。 53.恒压变枪“高一低一高一低”的四段式氧枪操作要点：在铁水温度较高或渣料集中
在吹炼前期加入时可采用这种枪位操作。?开吹时采用高枪位化渣，使渣中含（FeO）
量达25～30％，促进石灰熔化，尽快形成具有一定碱度的炉渣，增大前期脱磷和脱硫效率，同时也避免酸性渣对炉衬的侵蚀。?在炉渣化好后降枪脱碳。?为避免在碳氧化剧烈反应期出现返干现象，适时提高枪位，使渣中（FeO）保持在10～15％，以利磷、硫继续去除。?在接近终点时再降枪加强熔池搅拌，继续脱碳和均匀熔池成分和温度，降低终渣（FeO）含量。
54.造渣制度主要内容：根据原料条件和冶炼的钢种确定合适的造渣方法、渣料的种类、
造渣材料的加入时间和加入数量及快速成渣的措施。 55.顶吹氧气转炉的造渣操作有单渣法、双渣法、双渣留渣法。 56.转炉冶炼过程中主要成渣途径（详见课本）：
?钙质成渣途径，通常采用低枪位操作。 ?铁质成渣途径，通常采用高枪位操作。
57.泡沫渣：氧气射流与熔池作用，形成气—渣—金属三相乳浊液，气泡体积超出熔渣体积的数倍或数十倍，故称为泡沫渣。
58.影响石灰溶解速度的因素主要有（详见课本）：
①石灰本身质量；②铁水成分；③炉渣成分（(FeO)、（MnO)、SiO2）；④供氧操作。 59.喷溅的类型主要有爆发性喷溅、泡沫喷溅和金属喷溅。
60.在操作中防止喷溅的基本措施：控制好熔池温度及渣中(FeO)含量。 61.温度制度主要内容：?准确控制终点温度；?恰当控制冶炼过程温度。 62.温度控制包括过程温度和终点温度的控制。 63.终点控制主要是指终点温度和成分的控制。
64.达到终点的具体标志为：
?钢中碳达到所炼钢种要求的控制范围；?钢中S、P低于规定下限要求一定范围； ?出钢温度保证能顺利进行精炼和浇铸；?达到钢种要求控制的氧含量。 65.转炉吹炼终点控制可分为经验控制和自动控制两大类。转炉钢水终点的经验控制方法有拉碳法和增碳法；自动控制法（控制技术）有静态控制、动态控制及全自动控制。 66.拉碳法指将熔池中钢液的含碳量一直脱到出钢要求即终点碳时停止吹氧的操作方法。或根据终点碳和温度的要求进行吹炼，终点碳和温度同时达到目标时提枪停吹
的操作方法。或熔池中含碳量达到出钢要求时停止吹氧，即吹炼终点符合终点的具体目标，不需要再专门向熔池中追加增碳剂增碳的操作方法。
主要优点：?终渣（∑FeO）含量较低，金属收得率高，且有利于延长炉衬寿命； ?终点钢液的含氧低，脱氧剂用量少，终点钢水含锰量较高,而且钢中的非金属夹杂物少；?冶炼时间短，氧气消耗少。
工艺关键：吹炼过程中及时、准确地判断或测定熔池的温度和含碳量努力提高一次命中率。其中一次拉碳法要求终点碳和温度同时达到目标值，否则需补吹或增碳。该法要求操作技术水平高。
67.增碳法指吹炼平均含碳量≥0.08%的钢种（除超低碳钢种外的所有钢种），均吹到 [C]=0.05%～0.06%提枪，按钢种要求加入增碳剂的方法。或吹炼平均含碳量大于
炼钢工艺学
