钢铁冶金原理(炼钢部分)考试重点

1、炼钢的基本任务是什么，通过哪些手段实现？

答：炼钢的基本任务是脱碳，脱磷，脱硫，脱氧，去除有害气体和非金属夹杂物，提高温度和调整成分。

主要技术手段为：供养，造渣，升温，加脱氧剂和合金化操作。

2、磷和硫对钢产生哪些危害？脱磷硫的机理，什么是磷容，硫容，影响脱磷硫的因素。 答：磷：引起钢的冷脆，钢的塑性和冲击韧性降低，并使钢的焊接性能与冷弯性能变差。

硫：使钢的热加红性能变坏，引起钢的热脆性。

脱磷：2[P]+5(FeO)+4(CaO)=(4CaO ·P2O5)+5[Fe]

2[P]+5(FeO)+3(CaO)=(3CaO ·P2O5)+5[Fe] 磷容：炉渣容纳磷的能力 影响因素：温度，碱度，炉渣氧化性。

脱磷的条件：高碱度、高氧化铁含量（氧化性）、良好流动性熔渣、充分的熔池搅动、适当的温度和大渣量。

脱硫：[S]+(CaO)=(CaS)+[O] [S]+(MnO)=(MnS)+[O] [S]+(MgO)=(MgS)+[O]

硫容：表达了炉渣容纳硫的能力 脱硫的影响因素：温度，碱度，渣中（FeO ），金属液成分[Si][C]能降低氧活度，有利于脱

硫。脱硫的有利条件：高温，高碱度，低（FeO ），低粘度，反应界面大（搅拌）。

3、实际生产中为什么要将ω（Mn ）/ω（S ）比作为一个指标进行控制？

答：Mn 在钢的凝固范围内生成MnS 和少量FeS 。这样可有效防止钢热加工过程中的热脆，故在实际生产中将ω（Mn ）/ω（S ）比作为一个指标进行控制，提高ω（Mn ）/ω（S ），可以提高钢的延展性，当ω（Mn ）/ω（S ）≧7时不产生热脆。

4、氢和氮气对钢会产生哪些危害？

答：氢在固态钢中的溶解度很小，在钢水凝固和冷却过程中，氢和CO 、N 2气体一起析出，形成皮下气泡中心缩孔，疏松，造成白点和发纹。钢中含有氢气的气孔会沿加工方向被拉长形成裂纹，进而引起钢材的强度，塑性，冲击韧性的降低，发生氢脆现象。

氮含量高的钢材长时间放置，将会变脆。原因是钢种氮化物析出速度很慢，逐渐改变钢的性能。钢种含氮量高时，在250℃—450℃温度范围，表面发蓝，钢的强度升高，冲击韧性降低，称之为蓝脆。氮含量增加，钢的焊接性能也变坏。

5、外来夹杂和内生夹杂的含义是什么？

答：外来夹杂是指冶炼和浇铸过程中，带入钢液中的炉渣和耐火材料以及钢液为大气所氧化所形成的氧化物。

内生夹杂是在脱氧和凝固过程中产生的，包括脱氧时的脱氧产物，钢液温度下降时，S 、O 、N 等元素溶解度下降而已非金属夹杂型式出现的生成物；凝固过程中因溶解度降低，偏析而发生反应的产物；固态钢相变溶解度变化生成的产物。

6、熔渣在炼钢中的作用体现在哪些方面？

答：①去除铁水和钢水中的磷、硫等有害元素，同时能将铁和其它有用元素的损失控制最低；②保护钢液不过度氧化，不吸收有害气体，保温，减少有益元素烧损；③防止热量散失，以保证钢的冶炼温度；④吸收钢液中上浮的夹杂物及反应产物。

7、什么是渣的氧化性，碱度，渣的指标。

答：熔渣的氧化性是指在一定的温度下，单位时间内熔渣向钢液供氧的数量。

全氧折合法：∑（%FeO ）=（%FeO ）+1.35（%Fe 2O 3）

全铁折合法：∑（%FeO ）=（%FeO ）+0.90（%Fe 2O 3）

熔渣氧化性在炼钢过程中的作用体现在对熔渣自身、对钢水和对炼钢操作工艺影响三个方面。影响化渣速度，渣中FeO 能促进石灰溶解，加速化渣，改善炼钢反应动力学条件，加速][][S O S S f a L C ?=]

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传质过程；影响熔渣粘度，渣中Fe2O3和碱性氧化物反应生成铁酸盐，降低熔渣熔点和粘度，避免炼钢渣“返干”；影响熔渣向熔池传氧。

熔渣中碱性氧化物浓度总和与酸性氧化物浓度总和之比称之为熔渣碱度。R=ωCaO/ωSiO2 指标：熔点、黏度、密度、表面张力。

8、碳氧反应的作用是什么，脱碳速率如何表达？

答：[C]+0.5O2=CO [C]+[O]=CO [C]+(FeO)=[Fe]+CO

作用：①加大钢-渣界面，加快反应的进行；②搅拌熔池均匀成分和温度；③有利于非金属夹杂物的上浮和有害气体的排出；④放热升温。

脱碳速率表达式：-dω[c]%/dt=k cω[c]%。

9、钢液脱氧有哪几种方式，各有什么特点?

答：沉淀脱氧：效率高，应用广泛，可同时对钢液合金化，脱氧产物会部分残留，污染钢液。

扩散脱氧：不污染钢液，但效率低。

真空脱氧：不污染钢液，对钢液有精炼作用，但设备成本高。

10、转炉和电炉炼钢的原材料各有哪些？

答：转炉：铁水（生铁），废钢，铁合金，造渣剂，冷却剂，增碳剂，燃料和氧化剂。

电炉：废钢，生铁，造渣剂，冷却剂，增碳剂，燃料和氧化剂。

11、什么是活性石灰，它有哪些特点？

答：通常把在1050℃-1150℃温度下，在回转窑或新型竖窖内焙烧的石灰叫活性石灰。它具有高反应能力，体积密度小，孔隙度高，比表面积大晶粒细小等特点。

12、萤石在炼钢中起什么作用？

答：加速石灰溶解，迅速改善炉渣流动性。

13、氧气顶吹冶炼过程中元素的氧化，炉渣成分和温度变化体现出什么样的特征？

答：元素变化：吹炼初期，[Si]、[Mn]大量氧化，随着吹炼的进行，由于石灰的溶解，2FeO*SiO2转变为2CaO*SiO

[Si]被氧化至很低程度。而吹炼后期，炉温上升（MnO）被还

2

原，[Mn]含量上升。[C][P][S]均在吹炼中期，氧化脱去速度最快。

炉渣成分变化：枪位低时，（FeO）降低，矿石多时，（FeO）增高，脱碳速度高时，（FeO）低，吹炼初期，由于[Si]的氧化炉渣碱度不高，但随着石灰的溶解直至吹炼结束，炉渣碱度均呈上升。

温度变化：入炉铁水1300℃左右；吹炼前期结束：1500℃左右；吹炼中期：1500℃-1550℃；吹炼后期：1650℃-1680℃.

14、什么是终点控制，终点的标志是什么？终点制度有哪些？终点控制的方法有哪些？答：终点控制是转炉吹炼末期的重要操作，主要指终点温度和和成分的控制。

达到终点的表现为：①钢中碳含量达到所炼钢种要求的范围；②钢中P、S含量低于规定下限要求一定范围；③出钢温度保证能顺利进行精炼和浇铸；④达到钢种要求控制的含氧量。终点控制多采用副枪点测和静、动态相结合的控制方法。对于终点的控制，可分为轨道跟踪法和动态停吹法。

15、转炉的五大制度。

答：装料制度，供氧制度，造渣制度，温度制度，脱氧合金化制度。

16、侧吹转炉炼钢发的特点体现在哪些方面？

答：使碳的发热能力显著增加，是熔池温度升温迅速，渣中的FeO含量较高，吹炼效率较高，热损小，有利于控制渣中∑（FeO）含量，有利于熔池搅拌，有利于灵活控制冶金过程。

17、顶底复吹工艺与顶吹工艺相比有哪些特点？

答：①成渣速度快，需要的时间比顶吹转炉短；

②渣中∑（FeO）含量从吹炼初期到中期逐渐降低，中期变化平稳，后期稍有升高；

③顶底复吹工艺比顶吹工艺的脱氮效率高；

④出钢前钢水中的残锰比顶吹转炉高；

⑤脱磷率、脱硫率比顶吹转炉高；

⑥石灰单耗低，渣量少，能形成高碱度氧化性炉渣，提前脱磷，直接拉碳。

18、何谓短流程相比它有哪些优点？电炉炼钢工艺路线的三位一体、四个一指什么？

答：废钢—电炉炼钢流程，其流程短，设备布置、工艺衔接紧凑，投入产出快，故称为“短流程”。

优点：投资少，建设周期短，生产能耗低，操作成本低，劳动效率高，占地面积小，环境污染小。

“三位一体”：电炉冶炼—炉外精炼—连铸

“四个一”：电炉—炉外精炼—连铸—连轧

19、传统电炉氧化法冶炼过程包括哪几个阶段，其中熔化，氧化，及还原各期的主要任务是什么？

答：六个阶段：补炉、装料、熔化、氧化、还原、出钢。

熔化期主要任务：①将块状固体炉料快速熔化，并加热到氧化温度；②提前造渣，早期去磷；③减小钢液吸气与挥发。

氧化期主要任务：①当脱磷任务重时，继续脱磷到要求值（<0.02%）；②脱碳至规格下限；

③去气，去夹杂；④提高钢液温度。

还原期主要任务：①脱氧至要求值；②脱硫至一定值；③调整钢液成分，进行合金化；④调整钢液温度。

20、试述现代电炉炼钢工艺的操作特点，差别？

答：配以炉外精炼，电炉采用留钢留渣操作，达到快速熔化与升温操作，脱磷操作，脱碳操作，合金化，良好的温度控制，泡沫渣操作。

21、试述现采用超高功率（uhp）电炉的目的及其主要优点。

答：目的：利用废钢原料，提高生产率，发展电炉炼钢。

主要优点：缩短熔化时间，提高生产率，提高电热效率，降低电耗，容易与炉外精炼、连铸相配合，实现高产、优质、低耗的目标。

22、电炉炼钢采用无渣出钢的意义，渣钢分离技术有哪些，偏心底出钢电炉的优点有哪些？答：意义：电炉炼钢的无渣出钢操作会使炉内留有部分钢水和几乎全部的炉渣，这为下一炉炼钢时的加速熔化、早期脱磷创造了条件。同时，由于液体熔池的存在，熔化初期的电弧稳定性得以提高，平均出入功率增加，这对提高生产率有利。

渣钢分离技术：低位出钢法，偏心底出钢法，偏位底出钢法。

偏心底出钢电炉的优点：①出钢倾动角度减小，简化电炉倾动结构，降低短网的阻抗，增大水冷炉壁使用面积，提高炉体寿命；②留钢留渣操作：无渣出钢，改善钢质，有利于精炼操作，节能；③炉底部出钢：减少出钢时间，降低出钢温度，节约电耗，减少钢水的吸气和二次氧化，提高钢的质量，提高钢包寿命。

23、试述直流电弧炉与交流电弧炉设备的主要区别，以及直流电弧炉的优越性。

答：主要区别：直流电弧炉增加了可控硅整流装置，炉顶石墨电极由三根变成一根，增设炉底电极，其中，炉底电极的设置是直流电弧炉的最大特征。

优越性：①大幅降低石墨电极的消耗，可降低50%左右；②降低电能消耗，节电5%-10%；

③对电网干扰和冲击小，电压闪烁降低50%左右；④炉衬寿命增高；⑤噪声降低；⑥电磁搅拌力强，钢液成分温度均匀。

24、比较传统炼钢流程与现代炼钢流程，指出传统炼钢流程的缺点，试述钢水二次精炼的优越性。

答：传统炼钢流程的缺点：低效率，高成本，钢种质量低，合格率低，冶炼时间长，环境污染严重，工艺控制难于掌控。

二次精炼的优越性：提高钢的质量，扩大品种，缩短冶炼时间，提高生产率，调节炼钢炉与连铸的生产节奏，降低炼钢成本，提高经济效益。

25、什么是铁水预处理，铁水预处理的种类有哪些？

答：所谓铁水预处理是指铁水对入炼钢炉之前对其进行脱除杂质元素或从铁水回收有价值元素的一种铁水处理工艺。

分两类（1）普通铁水预处理：铁水脱硅，脱磷，脱硫。（2）特殊铁水预处理：针对铁水中的特殊元素进行提纯精炼或资源综合利用而进行的处理过程，如铁水提钒提钨等

26、简单分析金属镁预脱硫的基本原理。深脱硫的方法，设备，脱硫剂。

答：（1）金属镁溶于铁水：Mg(固)——Mg （液）——Mg （气）——[Mg](溶于铁水)

（2）高温下，镁和[s]有强亲和能力，铁水中[Mg]和气态的镁都能与铁水中的硫迅速反应生成固态的硫化镁，反应生成的硫化镁再铁水温度下是固态的并进入渣中。

方法：铺撒法，摇动法，机械搅拌法，喷吹法，吹气搅拌法，镁脱硫法，连续处理法

27、LF 炉主要有哪些冶金功能？

答：（1）创造还原气氛使钢液可以进一步脱氧，脱硫以及除去非金属夹杂（2）氩气搅拌有利于钢液脱氧脱碳反应，加快夹杂物上浮，清除夹杂（3）埋弧加热，辐射热小，对炉衬有保护作用，热效率高，提高渣的还原性，提高合金收的率（4）自渣精炼，渣对钢中氧化物吸附溶解，达到脱氧效果，碱度高，硫分配比大

28、RH 真空处理的工作原理及冶金功能是什么？

答：原理：在脱气室下部设有与其相通的两根循环流管，脱气处理是将环流管插入钢液，靠脱气室抽真空的压差使钢液由管子进入脱气室，同时又两根管子中的上升管吹入驱动气体氩气，利用气泡泵原理引导钢水通过脱气室和下降管产生循环运动，并在脱气室内脱除气体。 功能：真空脱碳，真空脱气，脱硫，脱磷，升温，均匀钢水温度，均匀钢水成分和除夹杂物。

29、深脱硫的方法，设备，脱硫剂。

答：钢包喷粉脱硫，顶渣( 或覆盖渣) 吹Ar 和真空处理喷粉脱硫, 其它还有喂线等方法。脱硫剂有CaO- CaF 2。

30、试述不锈钢炉外精炼的种类，AOD 与VOD 发各自特点，解释降碳保铬的含义。 答：种类：AOD 法、VOD 法、CLV 法、ASEA-SKF 法、RH-DB 法、LFV 法。

AOD 法：①可吸入大量气体，对炉料选择灵活性大，脱碳速度大，生成效率高，成本低；②AOD 法热效率好；③采用电炉生产效率高；④AOD 炉可以随时扒渣和二次造渣，生产含硫极地的钢；⑤设备简单，投资少，维修方便；⑥易控制，易于实现自动化。

VOD 法：①通过对真空度的控制，可完全控制[c]氧化进行脱碳，减少还原剂用量；②在钢包精炼后不吸收[N],[O]，易于冶炼超低碳，氮以及氧不锈钢；③VOD 法的氩气消耗量少 “去碳保铬”的含义：在一定温度时，对一定成分的钢来说，[Cr]43f cr 4

3/kf c 为常数，钢中[C]

只与P CO 有关，降低P CO 就可以达到降低含碳量的目的，从而达到降碳保铬的目的。