内蒙古科技大学——刘中兴《冶金概论》

第一篇：内蒙古科技大学——刘中兴《冶金概论》

内蒙古科技大学-——热能专业《冶金概论》复习重点，一下为复习题目，红色字体为题目所对应书本的页数。新书：

1、提取冶金学和物理冶金学？P

1提取冶金学：研究如何从矿石中提取金属或金属化合物的生产过程

物理冶金学：通过成形加工制备有一定性能的金属或合金材料，研究其组成结构的内在联系，以及在各种条件下的变化规律，为有效的使用和发展特定性能的金属材料服务

2、金属是如何分类的？黑色金属包括哪些？P

1有色金属和黑色金属；黑色金属包括铁、铬、锰。

3、简述各种冶金方法及其特点P

1⑴ 火法冶金：指在高温下矿石经熔炼与精炼反应及融

化作业，使其中的金属和杂质分开获得较纯的金属的过程。此过程分为原料准备、冶炼和精炼三个工序。过程所需能源主要靠燃料燃烧供给，也有依靠过程中的化学反应热来提供的⑵ 湿法冶金：在常温或低于100℃下，用溶剂处理矿

石或精矿，使所要提取的金属溶解于溶液中，而其他杂质不溶解，然后再从溶液中将金属提取和分离出来的过程，该方法包括浸出、分离、富集和提取等工序

⑶ 电冶金：利用电能提取和精炼金属的方法按电能、形式分为两类：电热冶金、电化学冶金。

4、我国铁矿石资源有哪些？高炉冶炼常用铁矿石有哪些？各自的主要成分和特点是什么？P7&P22旧

特点：⑴贫矿多，约占铁矿石总储量的80%左右，因此需要大力发展选矿和造块工业⑵多种元素共生的复合矿多

① 磁铁矿：Fe3O4呈黑色金属光泽磁性强，坚硬致密，难还原

② 赤铁矿：Fe2O3呈红色或红褐色、无磁性，但组织

疏松易破碎、易还原

③ 褐铁矿：含不同分子结晶水的赤铁矿。

mFe2O3·H2O(m= 1~3n=1~4)呈黄褐色或纯黑色，它吸附着大量水分，加热时失去结晶水和游离水，使铁矿石气孔率增加、易还原

④ 菱铁矿：碳酸铁 FeCO3呈灰色带黄褐色，易破

碎、易还原

5、高炉冶炼对铁矿石有什么要求？P8

含铁量高、脉石少、有害杂质少、成分稳定、还原性好、软化温度高、机械强度高、粒度均匀、合适

6、铁矿石入炉前需进行哪些准备工作？P117、为什么要进行选矿？常用选矿方法有哪几种? P1

2选矿的目的主要是为了提高矿石的品味。

1、重力选矿法

2、磁力选矿法

3、浮游选矿法

8、铁粉造块的方法有哪几种？P1

2烧结法造块、球团法造块

9、铁矿粉造块的意义和方法P1

3⑴ 通过造块可以有效的利用铁矿资源

⑵ 通过造块高炉使用烧结矿和球团矿可以提高生铁

质量

⑶ 通过造块使用烧结矿和球团矿有利于高炉强化冶

炼、提高产量、降低焦比

10、用示意图说明烧结过程料层断面的变化P1

4整个烧结过程是在9.8~16kPa负压抽风下，自上而下进行，在烧结机上取某一烧结断面，可见燃料层有明显的分层，依次出现烧结矿层、燃烧层、预热干燥层、过湿层、然后又相继消失，最后剩下烧结矿层

⑴ 烧结矿层：变化液相凝固，析出新矿物，预热空气，表层受冷空气制冷作用，温度低

⑵ 燃烧层：温度达到1100~1500℃，混合料软化熔融

及形成液相，厚度为15~50mm，强度低，料层厚，透气性差，产量低，料层薄，烧结温度低，强度低⑶ 预热干燥层：废气温度很快从1500℃降至60~70℃，厚度20~40，水分蒸发，结晶水及碳酸盐分解，矿石的氧化还原以及固相反应

⑷ 过湿层：废气中水汽进入冷料层，温度降至露点以

下时，大量冷凝

11、高炉用燃料主要有哪些？P2

3早期以木炭为燃料，而后使用无烟煤，再后几乎都以焦炭作燃料并应用了喷吹技术。从风口或炉身部位喷吹重油、煤粉或天然气，可部分取代冶金焦炭

12、焦炭在高炉冶炼中起到什么作用？P2

3⑴ 作发热剂 ⑵ 做还原剂 ⑶ 作柱骨架 ⑷ 作渗碳剂

13、常用的高炉喷吹燃料主要有哪些？P2

3从风口或炉身部位喷吹重油、煤粉或天然气，可部分取代冶金焦炭

14、高炉冶炼产品和副产品各有哪些？P2

5生铁副产品：炉渣、煤气、炉尘（瓦斯灰）

15、高炉冶炼有哪些主要的技术经济指标？分别是如何定义的？P27

⑴ 有效容积利用系数：1m^3有效容积平均每昼夜生

产合格生铁的折合产量（t/m^3·d）⑵ 焦比：高炉冶炼1t生铁所消耗的干焦炭量 ⑶ 冶炼强度：1m^3有效容积，在一昼夜内所燃烧的干焦量

⑷ 燃料比：高炉采用喷吹辅助燃料后，生产1t生铁所

需的燃料总量

⑸ 生铁成本：生产1t合格生铁所需原料、燃料、材料、动力、人工等一切费用的总和

⑹ 炉龄：高炉从开炉到停炉大修之间世纪运行的时间

或产铁总量

16、高炉冶炼的主要技术经济指标（高炉有效容积利用系数、冶炼强度、入炉焦比和综合焦比）

同9题

17、某高炉容积2000m3，年产100万吨炼钢生铁，消耗60万吨焦炭，每吨生铁喷吹煤粉150kg，计算高炉的有效容积利用系数、焦比、燃料比及冶炼强度各位多少？第七题

有效溶剂利用系数η1000000

v

=

3365×2000t/(m∙d)焦比：k=

***0

kg/t

燃料比=k+10kg/t

冶炼强度：I=600000

3365×2000t/(m∙d)

18、什么是直接还原和间接还原？比较他们的特点，什么是直接还原度？P29-

31直接还原：还原剂用固体碳、产物为CO的反应 间接还原：还原剂为气态CO和H2、产物为CO2和H2O的铁各级氧化物还原反应

特点：直接还原是吸热很大的反应，而间接还原大部分是放热反应。直接还原时，1mol碳就可以夺取铁氧化物中1mol氧原子，而间接反应需一定过量的还原剂才能满足化学平衡条件需要

铁的直接还原度：假定铁的高级氧化物（FeO3·Fe3O4）还原成铁的低级氧化物FeO全部为间接还原，而从FeO中用固体C直接还原出来的铁量与铁氧化物中被还原出的总铁量之比

19、写出高炉内风口前碳素燃烧反应、铁的直接还原反应和间接还原反应。P30-

31天然气中CH4: CH4+1/2O2=CO+2H2+3098kJ/kg·C 重油中CnH2n+2 :CnH2n+2+n/2O2=nCO+(n+1)H2+Q 煤粉C: 2C+O2=2CO+9797 kJ/kg·C 间接还原反应：

(1)小于570℃，用CO作还原剂时，3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2+77.4kJ／kg Fe3O4+4CO=3Fe+4CO2+74.22 kJ／kg(2)大于570℃, 用CO作还原剂时，3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2+77.4kJ／kg Fe3O4+CO=3FeO+ CO2－96.7 kJ／kg FeO+CO=Fe+CO2+235.63 kJ／kg(3))小于570℃，用H2作还原剂时，3Fe2O3+ H2= 2Fe3O4+H2O+45.6 kJ／kg Fe3O4+4H2=3Fe+4H2O－634.5 kJ／kg(4)大于570℃，用H2作还原剂时，3Fe2O3+ H2=2 Fe3O4+H2O+45.6 kJ／kg Fe3O4+ H2= 3FeO+H2O－287.9 kJ／kg FeO+ H2= Fe+H2O－494.5 kJ／kg 直接还原反应：

FeO+C= Fe+CO－152506 kJ20、从高炉解剖分析高炉冶炼过程大致分为几个区域？P35胡32题

固体炉料区：块状带、软熔带

滴落带：疏松焦炭区压实焦炭区 焦炭回旋区炉缸带

21、代高炉内型有哪几部分组成？画出示意图，写出各部分名称？P4522、钢和铁的区别？P7

4钢和生铁最根本的区别是含碳量的不同，生铁中含碳量大于2%，钢中含碳量小于或等于2%，含碳量的变化引起铁碳合金质的变化。钢的综合性能，特别是机械性能（抗拉强度、韧性、塑形）比生铁好得多，因此用途也比生铁更广泛

23、钢铁冶炼的任务是什么？P7

5⑴ 脱碳并将其含量调整到一定范围 ⑵ 去除杂质：脱磷、脱硫、脱氧 ⑶ 去除气体和非金属夹杂物 ⑷ 调整钢液成分和温度

⑸ 将钢液浇注成质量好的钢锭或钢坯

24、炼钢炉渣的来源及主要组成是什么？P8

1⑴ 炼钢过程有目的加入的造渣材料

⑵ 钢铁材料中Si Mn P Fe 等元素的氧化产物 ⑶ 炼钢过程被侵蚀的炉衬耐火材料

25、炼钢用的主要金属料和非金属料有哪些？P97

金属料：铁水、废钢、合金钢

非金属料：造渣剂、冷却剂、增碳剂和燃料 氧化剂：氧气、铁矿石、氧化铁皮

26、连续铸钢与模铸相比有什么优越性？P158

⑴ 连铸既可节约模铸法的一整套设备，初轧机和均热

炉，又可节约大量耐火材料、燃料、动力和人力。可直接节约能为70%

⑵ 连铸坯的切头率比钢锭少的多，可提高成材率

10%~15%

⑶ 可以简化车间布置，改善操作条件和生产环境，提

高劳动生产率，为实现炼钢和轧钢生产自动化，连续化创造条件

⑷ 连铸坯组织致密，夹杂少，质量好

27、连铸机有哪几种类型？以弧形连铸机为例说明连铸机最主要组成部分及各自作用。P159

立式连铸机、立弯式连铸机、弧形连铸机、水平连铸机 弧：结晶器为弧形的，二冷区夹杂辊安装在1/4圆弧内，连坯出二冷区在水平切线位置矫直，然后切割成定尺，出坯。

28、从连铸坯热送热装和直接轧制的发展工艺来看，该工艺

分为那几个阶段？各个阶段主要特征是什么？

⑴ 连铸坯直接扎制（CC-DR）连铸坯在1100℃调节

下不经加热炉，在输送过程中通过边角补热装置直接送扎制机扎制

⑵ 连铸坯热直接扎制（CC-HDR）连铸坯温度在1100℃

以下，A3以上，铸坯不经加热炉，在输送过程中通过补热和均热，使钢坯达到可扎温度，直接送扎制机扎制

⑶ 连铸坯直接热装扎制（CC-DHCR）连铸坯温度在A3以上，A1以下，直接送加热炉内加热后扎制 ⑷ 连铸坯热装扎制（CC-HCR）连铸坯温度在A1以

下400℃以上，铸坯不放冷却送保温设备中保温，然后送加热炉后扎制

⑸ 连铸坯冷装炉加热后扎制（CC-CCR）连铸坯冷却

至室温后，装加热炉加热扎制

29、实现连铸坯热送热装的制程技术有哪些？P159

⑴ 无缺陷的连铸坯生产技术 ⑵ 高温连铸坯的生产技术 ⑶ 过程报文及补热均热技术 ⑷ 适应不同铸坯热履历的轧制技术 ⑸ 炼钢—轧钢一体化管理技术 30、简述连铸坯热送热装的意义P159

⑴ 节约能源消耗（显热）⑵ 缩短生产周期，提高产量 ⑶ 降低氧化铁皮损耗

⑷ 改进产品质量，提高金属收得率 ⑸ 降低生产成本

31、简述连铸坯热送热装保温和补热技术P159

⑴ 板坯连铸机内的保温 ⑵ 切割的时候进行保温加热 ⑶ 疏松辊道保温 ⑷ 火车运输保温 ⑸ 轧制前的铸坯切棱加热 ⑹ 铸坯掉头轧制 旧书：

32、一个现代化钢铁联合企业有哪些主要工序和辅助工序？用框图画出钢铁联合企业生产工艺流程。P7旧

33、钢铁生产用能源有哪些？我国钢铁工业能源及能耗的特点是什么？分析节能途径。P10-13旧

钢铁生产所用能源主要有煤炭、燃料油（重油）、天然气、电力等。

我国钢铁工业的能源构成是以煤为主，电力及重油也占一定比重，天然气用量很少。在上述各种燃料中气体燃料的燃烧最易控制，热效率高，输送方便，燃烧干净，是冶金厂内最受欢迎的一种燃料。我国钢铁工业的能源消耗中，钢铁冶炼是耗能最高的工序，占钢铁工业能耗的60~70%。其主要耗于炼铁系统，焦比、烧结、球团、炼铁等工序，占钢铁生产能耗的一半以上。近年来，我国钢铁工业能耗水平大幅度下降，吨钢能耗指标E达较好水平，但与世界主要工业国家相比，仍有较大差距，我国钢铁节能的潜力是很大的。

节能应抓住三个方面：一是节约一次和二次能源，降低各个生产环节的能耗；二是节约各种材料消耗，因为生产这些原材料需要消耗大量能源；三是回收各生产环节三十的能量，即工业余热资源

34、简述钢铁工业环境污染主要有哪些？如何改进钢铁生产环境？P18旧

⑴ 废水污染，钢铁工业用水主要是冷却水，其实是煤

气洗涤水，以及冲洗设备，地面及除尘用水等。这些耗水中，一部分水经冷却后循环使用，另一部分污染水经处理后循环使用或排放

⑵ 空气污染：是指空气中污染物的浓度达到了有害的程度

⑶ 钢铁渣污染：渣对环境污染是通过大气、水及固体

废物本身三种途径造成的⑷ 钢铁工业除了上述污染物外，噪声的污染也不可忽

视，它会影响人们的正常生活、损伤听觉，诱发多种疾病、降低劳动生产率，甚至引发事故，因此必须设法控制

在发展技术、改进和增加设备的同时，必须考虑环境保护，为早日使钢铁企业成为无公害企业而努力

35、开采铁矿石有哪些方法？适用于开采什么储藏特点的矿石？P27旧

矿床地下开采：

⑴ 空场采矿法：用于开采围岩和矿石都是很稳固的矿

床

⑵ 留矿法：用于开采围岩不稳固，而矿石很稳固的矿

床

⑶ 填充采矿法：用于开采矿石比较稳固，而围岩不够

稳固的矿床

⑷ 崩落采矿法：用于开采围岩和矿石 由比较稳固到

中等稳固的矿床

⑸ 露天开采：用于开采敞露地表的矿场中的矿床

36、分析高炉炉料下降的必要条件和力学条件P77、78旧

必要条件：⑴风口前焦炭燃烧腾出空间 ⑵焦炭在下降过程中，参加直接还原与渗碳而消耗15%左右的碳，腾出了空间⑶矿石在下降过程中，小颗粒进入大颗粒空隙，排列紧密⑷生成液态渣铁，定期排放，生产部分空间，促使炉料下降。

力学条件：炉料自身的重量Q 料必须超过其运动中遇到的阻力（炉料与炉墙之间摩擦力、炉料间摩擦力、上升煤气对炉料的浮力）。P>0炉料才能顺利下降

37、炼钢过程的主要反应有哪些？为什么要脱磷，写出脱磷的化学方程式。P136旧

⑴ 脱碳反应：2[C]+[O2]=2[CO][C]+[O]=[CO] [C]+2[O]=[CO2][C]+[CO2]=[CO]

⑵ 硅的氧化和还原：2[FeO]+[Si]=[SiO2]+2[Fe]+

341224kj[SiO2]+2[C]=[Si]+2[CO] ⑶ 脱

磷

反

应

：

5[P]+5[FeO]=[P2O5]+5[Fe] [P2O5]+3[FeO]=[3FeO·P2O5]

⑷ 脱硫反映:[FeS]=[FeS][FeS]+[CaO]=[FeO]+[CaS] ⑸ 钢的脱氧（沉淀脱氧、扩散脱氧、真空脱氧）⑹ 钢中气体和非金属夹杂物

38、硫和磷对钢铁的性能有什么影响？P143、145旧

对绝大多数钢种来说，P是有害元素，随P含量的增加，将降低钢的塑形、韧性、即出现钢脆现象。由于在低温时更为眼中，所以通称为“冷脆性”，一般随钢中【C】【N】【O】含量的增加，P的种种有害作用增强。另外，P在钢锭中的偏析度很大，更突出了其有害作用 在钢液凝固的过程中，低熔点，（1193℃）的FeS将浓聚于液相中，并将与Fe形成低熔点共晶（988℃），最后凝固时形成网状组织分布于铁晶粒周界上，当钢在热加工的加热过程中，温度将超过1100℃左右时，富集于晶界的低熔点硫化物将晶界形成脆性或熔融状态，在轧制或锻造时，即出现断裂，这种现象称“热脆”。硫还将降低钢的焊接性能和抗腐蚀性，硫化物夹杂将使钢的延展性和韧性下降。硫还是钢中易偏析的元素，将富集于钢锭最后凝固部分，更加突出了硫的有害作用

39、轧钢生产工艺中，原料加热的目的是什么？

降低金属的变形抗力，提高金属的塑性，改善组织性能

第二篇：内蒙古科技大学冶金工程生产实习报告炼钢部分

碱性氧气炼钢：简介

氧气转炉炼钢的目的是将来自高炉的铁水转变成钢水，随后进入二次精炼车间进一步提纯。

转炉炼钢的主要目的是去除铁水中的碳和磷，调整温度以满足进连铸前微调的需要。

氧气转炉炼钢中氧化反应放出大量的热量-远远超过达到目标钢水温度的需要。额外的热量是用于熔化废钢和铁矿石。

下面是典型的铁水和钢水成分、温度：

%C %Mn %Si %P %S %O 温度 / °C

4.70.2-0.30.2-1.50.06-0.12 0.020.01350-1400铁水

0.05 0.1 0.0 0.01-0.02 0.01-0.02 0.06 1620-1720 钢

该节的学习结果

完成该节后您应该可以:

 BOS生产过程描述

 列举并说明BOS生产过程中，特别与脱碳、渣的形成与控制、脱磷相关的主要化学反应

 控制一虚拟的BOS工厂，并在最低成本下将来自高炉或脱硫车间的铁水转换为可供二次精炼的钢水

 模拟过程的选项包括：辅助料添加的时间与种类；吹氧及停氧时间的确定；测试时间；测量和监测哪些工艺

参数;突发事件的处理;出钢时间

 转炉炉体及其它辅助设备的描述

 各种过程控制参数、测试元件及模式说明

炼钢热力学

铁水中饱和碳含量

一般而言，来自高炉铁水中的碳是无法分析出来。但铁水中碳的饱和值Csaturation 可通下式计算：

%Csaturation = 1.3 + 0.00257 × THM(°C)– 0.27 %Si – 0.33 %P + 0.027 %Mn – 0.36 %S

普通渣系1600、1650和1700°C下，在CaO-SiO2-FeO-2%P2O5-1.5%Al2O3-3%MnO-5%MgO渣系中温度对液相渣的影响

通常认为碱性氧气炼钢炉渣比较接近三元渣系即CaO-SiO2-FeO。但真正炉渣并不完全是三元的，而是超过三种成分，某些性质的合理估值可使用多元相图来得到。

原料、辅助料和产品

装入转炉内的原材料有:

来自高炉，经过脱硫或脱磷预处理后的铁水

其它含铁的添加物，尤其是废钢和铁矿石，是用来调整热平衡、获得钢水所要求的温度添加物

形成适当炉渣成分所需加主要物质有石灰(CaO)和白云石(CaO-MgO)，其块度大小为20到40mm

通过氧枪或底吹喷孔喷射的工业纯氧 吹炼操作后的产品:钢液；富含CO(大约 80-90%)的废气，回收后通常用于烘烤炉衬；出钢后倾倒出来的炉渣；如果正确的回收和贮存，废气和炉渣都是有价值的副产品。

转炉一炉钢的基本冶炼过程。顶吹转炉冶炼一炉钢的操作过程主要由以下六步组成：

（1）上炉出钢、倒渣，检查炉衬和倾动设备等并进行必要的修补和修理；

（2）倾炉，加废钢、兑铁水，摇正炉体（至垂直位置）；

（3）降枪开吹，同时加入第一批渣料（起初炉内噪声较大，从炉口冒出赤色烟雾，随后喷出暗红的火焰；3～5min后硅锰氧接近结束，碳氧反应逐渐激烈，炉口的火焰变大，亮度随之提高；同时渣料熔化，噪声减弱）；

（4）3～5min后加入第二批渣料继续吹炼（随吹炼进行钢中碳逐渐降低，约12min后火焰微弱，停吹）；

（5）倒炉，测温、取样，并确定补吹时间或出钢；

（6）出钢，同时（将计算好的合金加入钢包中）进行脱氧合金化。

转炉炼钢主要工艺设备简介：

炉体描述

炉体（或反应器，或转炉）是由内衬耐火砖（镁砖或白云石质砖）的钢壳组成，坚固的托圈和耳轴是炉体支撑和倾动系统，在吹炼过程中，为了防止金属和泡沫渣的喷溅，炉子的有效容积比钢液体积大7到12倍。

典型的炉子装入量是200到300吨，冶炼周期是30分钟，其中吹炼时间为15分钟。

AOD精炼炉

AOD即氩氧脱碳精炼炉，是一项用于不锈钢冶炼的专有工艺。AOD炉型根据容量有3t、6t、8t、10t、18t、25t、30t等。装备水平也由半自动控制发展到智能计算机控制来冶炼不锈钢。

VOD精炼炉

VOD精炼炉（vacuumoxygen decarburization),是在真空状态下进行吹氧脱碳的炉外精炼炉，它以精炼铬镍不锈钢、超低碳钢、超纯铁素体不锈钢及纯铁为主。将初炼钢液装入精炼包中放入密封的真空罐中进行吹氧脱碳、脱硫、脱气、温度调整、化学元素调整。

LF精炼炉

LF（ladle furnace)炉是具有加热和搅拌功能的钢包精炼炉。加热一般通过电极加热，搅拌是通过底部透气砖进行的。氧枪

氧枪是转炉供氧的主要设备，它是由喷头、枪身和尾部结构组成。喷头是用导热性良好的紫铜经锻造和切割加工而成，也有用压力浇铸而成的。喷头的形状有拉瓦尔型、直筒型和螺旋型等。目前应用最多的是多孔的拉瓦尔型喷头。拉瓦尔型喷头是收缩—扩张收缩型喷孔，当出口氧压与进口氧压之比p出/p0<0.528时形成超音速射流。

转炉倾炉系统

倾炉系统:变频调速(变频器+电机+减速机+大齿轮)

倾炉机构：倾炉机构由轨道、倾炉油缸、摇架平台、水平支撑机构和支座等组成。

电炉简介

电炉(EAF)的主要作用是通过高能电弧将废钢熔化并冶炼为高质量的钢水。因此现代化电炉的主要任务是尽快将固态原料变为钢水，并在随后的二次冶金过程中进行精炼。但是，如果时间充足的话几乎所有的冶金过程都在电炉中进行，这经常作为二次精炼的预处理。

这个模块介绍了电炉生产钢水的设备、原料和工艺，最后是一个模拟。你可以在模拟中运用这些所学的知识，并生产出你的第一炉钢水。

该节的学习结果

完成该节后您应该可以:

列举并解释电炉的基本组成和功能

描述两次加料的典型电能时间表

一系列不同类型的废钢

解释加入废钢时要考虑到的情况

解释泡沫渣的优点及如何获得泡沫渣

描述电炉精炼阶段发生的重要反应

解释获得合金最大收得率的策略

通过选择熔化和精炼废钢原料来得到目标钢水成份和温度，以成功完成电炉模拟操作

基本设备和操作

电炉的基本结构包括带有炉盖的炉壳。炉壳的内衬为陶瓷砖（一般为碳化镁砖），用来将炉子和钢液隔绝。在炉壳的上部和炉盖内部均采用水冷设备代替了陶瓷砖。并使水冷板和钢液不直接接触。

在通电熔化废钢之前，先通过废钢料篮向炉中加入认真挑选过的废钢。加入废钢后，关闭炉盖，将三根石墨电极降低至废钢。加电后通过电极和废钢之间打弧将电能转变为热能。当废钢熔化后，在炉低汇集形成钢液。

废钢熔化、并在废钢内形成凹陷后，将电极降低。通过电气系统的反馈信号，来调节电极夹持臂的位置，进而控制电极的垂直运动，以保证最佳的供电状态。

当废钢熔化后，电炉里面有了更多的空间，这时关闭电源、打开炉盖向炉里加入另一篮废钢。然后打开电源，开始熔化第二篮废钢。

当所有的废钢熔化后（一般为2或3篮），继续加热以保证钢液的温度比出钢高。这个阶段－经常被称为精炼阶段－开始进行一些冶金操作例如脱硫、脱磷和脱碳

当钢液的温度和成份合适时，关闭电源、出钢。

电气设备

电炉的电力系统包括主体部分和辅助部分。主体供电部分通过厂内的变电站以高电压供电。

主体部分电压为25-50 kV，电炉的变压器将电压降低到合适于操作的水平（辅助部分），经常为400-1000V。当用交流电时，需要三根电极，每个电极和电流的一极相连。

石墨电极非常重要，是它将电能运送到电炉的。石墨材料必须耐高温，且要有很好的导电性能。当电极接近废钢时，开始打弧，形成电流。电弧为废钢熔化提供了热能。– 电压越高，电弧越长。目的是为了让废钢均匀的吸收电能。因此必须以电压表为基础对电极进行升降。

电炉的操作需要时刻对炉子供电参数进行监测。通过调整 设置, 例如预设的电压和电流值，来改变供电参数以适应目前的操作状况。

电极有最大允许电流，当改变设置时，二次电压成为主要调节参数。二次电压和电弧长直接成正比。

原料

电炉的原料主要是废钢，以及为了达到出钢时的目标成份而加入的有限的合金。废钢主要有两类：社会废钢和厂内废钢。

厂内废钢 主要来自钢厂内部不同工艺过程的加工余料，不属于最终产品。在一般操作下，少部分钢材由于考虑安全边际量，质量差的部分以及违规生产的部分等成为厂内废钢。厂内废钢的量根据运送到客户前的加工工艺步骤的类型和数量不同而不同，它反应了钢厂钢材的收得率。

社会废钢 为所有废钢市场上的废钢。电炉炼钢需要大量的废钢，不管是厂内的还是社会废钢。废钢根据以下特点进行分类：

钢的化学成份，例如，低合金钢和不锈钢；杂质元素含量，例如，S, P 和Cu；形状和尺寸；

均匀性，例如，在给定规范内的变动情况。

第三篇：冶金工程概论

一 选择题

1．高炉生产的产品有：

A）生铁B）炉渣C）高炉煤气D）炉尘

2．高炉干式除尘的方法有：

A）文氏管B）布袋除尘C）电除尘D）洗涤塔

3．高炉内对煤气阻力最大的区域为：

A）块状带B）滴落带C）软熔带D）风口回旋区

4．炼钢过程的主要反应是：

A）碳的氧化B）硅的氧化C）锰的氧化D）磷的氧化

5．常用的氧枪喷头类型为：

A）直孔型B）拉瓦尔型C）螺旋型D）扇型

6．炼钢终点控制主要控制：

A）钢水成分B）钢水温度C）冶炼时间D）终渣量

7．碱性电弧炉炼钢按工艺方法可分为：

A）双渣留渣法B）返回吹氧法C）氧化法D）不氧化法

8．氧枪的常用冷却保护介质为：

A）水B）气态碳氢化合物C）燃料油D）植物油

9．采用顶吹氧底复合吹炼时，底部吹入的可能是：

A）N2B）ArC）O2D）H

210．高炉中配加焦炭的作用是：

A）作还原剂 B）燃烧后产生热量C）作料柱骨架，起支撑料柱作用 D）氧化剂

11．高炉生产的主要设备为高炉本体，其辅助系统包括：

A）渣铁处理系统B）原料系统C）煤气处理系统D）送风系统 E）装料系统

12．高炉湿式除尘的方法有：

A）文氏管B）布袋除尘C）电除尘D）洗涤塔

13．高炉内发生间接还原反应的区域主要在：

A）块状带B）滴落带C）软熔带D）风口回旋区

14．炼钢过程前期的主要反应是：

A）碳的氧化B）硅的氧化C）锰的氧化D）磷的氧化

15．顶底复吹炼钢法中，可以用作底吹气体的有：

A）O2B）H2C）ArD）N2

16．在钢水成分达到要求后，炼钢终点控制主要控制：

A）钢水成分B）钢水温度C）冶炼时间D）终渣量

17．顶底复吹炼钢法中，常用作底吹气体供气的元件类型有：

A）喷嘴型B）砖型C）细金属管多孔塞式D）环型供气元件

18．Q-BOP法氧枪的冷却保护介质为：

A）水B）气态碳氢化合物C）燃料油D）植物油

19．采用顶吹氧底吹非氧化性气体复合吹炼时，关键是控制：

A）顶吹和底吹的流量比B）顶枪枪位C）底气量D）供氧强度

20．连铸钢坯激冷层的结构特点：

A）窄B）厚C）晶粒粗大D）晶粒细小

二、判断题

1我国钢铁工业的能源构成以煤为主，能源主要消耗在炼钢系统。

2铁矿石中w(T.Fe)>60％称为高炉富矿，可直接入炉。

3用固体碳还原铁氧化物，生成CO的还原反应叫直接还原。

4转炉终点控制主要控制钢水碳含量和钢水温度。

5连铸坯凝固组织结构由外到里分别为粗大等轴晶、柱状晶、细小等轴晶。

6我国钢铁工业的主要污染物质包括空气污染物、污水和炉尘。

7耐火材料在冶金中可用作高温炉管，炉膛，容器，热电偶保护管和绝缘管等。用CO还原铁氧化物，生成CO2的还原反应属铁氧化化物的间接还原。铁氧化物的还原是由高价氧化物逐级还原为低价氧化物的。

9生球的焙烧过程要经历干燥、预热、焙烧、均热和冷却五个阶段。

10连铸坯的质量缺陷主要有表面质量缺陷、内部质量缺陷和脱方。

三 名词解释

1）冶金学2）热 脆3）硫负荷4）烧结矿5）炉外精炼6）料线零位7）直接还原度8）球团矿9）高炉煤气净化系统 10）矿物、矿石、矿石的品位11）

低温烧结12）高炉有效容积13）枪位14）溅渣护炉 15）炉外精炼16）拉坯速度

17）熔炼 18）硬吹 19）连铸结晶器20）连铸机台数、机数、流数

四 填空

1钢铁工业的主要污染包括、和。

2渣中和浓度之比值称为炉渣碱度。

3氧从气相进入金属液有和两种途径。

4在烧结过程中，烧结料沿料层高度方向由上到下依次分

为，。

5高炉冶炼过程中送往高炉的热风是由提供的。

6钢液浇铸的任务是，常用的方法是。

7常用脱氧元素有、和，脱氧剂的加入次序是先后。8冶金方法按冶炼工艺过程分、和，其中钢铁冶金属于，采用ZnSO4 的水溶液电解制取Zn属于。

9非高炉炼铁主要包括和两种方法。

10炉渣的氧化性通过来体现。炉渣吸收有害元素的能力用性质来衡量。

11水当量即。

12电弧炉的装料原则：下，上，中间，四周，炉门口无大料，使得穿井快，不搭桥。

13转炉炉膛内氧气射流的特点是：。142R4.56—450表示一台机，拉辊辊身长度为，外弧半径为的弧形 连铸机。

15高炉炼铁中加入焦炭的作用是、、。炼钢中，常用脱氧元素脱氧后的产物分别为、和。

16高炉炉型为圆断面五段式即：、、和，五部分。

17按冶炼工艺过程分，钢铁冶金属于；锌精矿经浸出再电解得到Zn属于、。

18炉外精炼即。

19提取冶金过程按冶金工艺过程不同分为____、_____、______三种。

20烧结料层有明显的分层，依次出现烧结矿层、______、______、______、_____，然后又相继消失，最后剩下烧结矿层。

21高炉炼铁中，焦炭的作用：______、______及______。

22某大型高炉有效容积4350m3，年产370万吨炼钢生铁，消耗100万吨焦炭，每吨生铁喷吹煤粉205kg，此高炉有效容积利用系数为_____，焦比为_____，燃料比为_____。23 根据高炉冶炼中炉料的状态，高炉内可分为____、____、____、____和____5个区域。24 炼钢的任务的四脱为______、_____、_____、_____，二去为_____、_____。25 顶底复吹转炉吹炼中，前中期底吹气体为_____，后期底吹气体为_____。RH最主要的精炼手段是____，最主要的精炼功能是____。连铸中，钢水过热度定义为_____与____之差。冶金学按研究的领域分为提取冶金学（化学冶金学）和_____；提取冶金过程按冶炼的金属不同分为_____和____两类。生产烧结矿时先经过______、______、______、_____等工序，然后对烧结矿进行破碎、筛分、冷却及整粒处理。高炉炼铁中，可以通过喷煤代替_____的部分作用。

某大型高炉有效容积4000m3，年（365天）产370万吨炼钢生铁，消耗105万吨焦炭，每吨生铁喷吹煤粉200kg，此高炉有效容积利用系数为__，燃料比为_____。32 高炉炼铁时热风是由热风炉产生的，目前用得最多的热风炉是____。

顶底复吹转炉炼钢工艺包括 ______、_____、_____、_____、_____、_____等内容。34 传统电炉炼钢过程中，主要的金属料为____，造渣剂主要有_____、萤石及火砖块等。35 LF基本的精炼手段是_、、___，其精炼功能有____、____、__ __和__。36炉外精炼方法中的RH法的具体含义是_____。

连铸机的主要设备有钢包及回转台、____、结晶器、_____、____、切割装置和引锭杆。

五 问答题为什么要选矿？选矿生产工艺过程分为几个阶段？各起什么作用？选矿方法有哪些？如何选用？衡量选矿效果有哪些技术经济指标？粉矿造块的意义和方法有哪些？烧结法的流程和机理是什么？烧结过程涉及到哪些化学反应？

3请用图示法说明钢铁工业的两种生产流程。以图示出钢铁冶金生产长流程主要工序，并标出各工序主要原料及产品。炼钢脱氧的方法有哪几种，它们有什么特点？风口前燃料燃烧有何重要的意义？高炉内燃烧反应的特点是什么？写出风口前焦炭燃烧的化学反应式。什么是回旋区和燃烧带？高炉冶炼过程为什么P被全部还原进入生铁中？以高炉为中心，图示出高炉炼铁生产中的原料及其来源和各产品的去向。高炉造渣的作用是什么？写出有炉渣脱硫反应的化学方程式（分子式或离子式），并讨论影响脱硫的因素。氧对钢材质量有什么影响？请说出常用的脱氧方法有哪些？

10转炉炼钢过程对造渣有什么要求？目前用到的造渣方法根据什么确定？转炉炼钢时的造渣方法有哪些，各有何特点？

11转炉炼钢的基本任务是什么？其中影响钢液脱碳的因素有哪些？写出有石灰参与的氧化性脱磷反应的分子式或离子式，并讨论影响脱磷的因素。13 为什么要进行炉外脱硫？采用哪些脱硫剂？主要有哪些方法？

14何谓传统电弧炉炼钢法？该法有哪些优点？电弧炉炼钢的装料经验是什么？钢和生铁有哪些区别？传统的氧化法电炉炼钢冶炼工艺操作过程包括哪几个阶段，其中哪三个阶段为老三期，老三期每个期的任务是什么？电弧炉炼钢的操作方法有哪两类？炉外精炼的基本手段有哪些，其作用是什么？电弧炉有哪些主要机械设备？电弧炉的电气设备主要由哪几部分组成？各自的任务是什么？叙述真空提升脱气法、循环脱气法、钢包炉精炼法的工作原理。叙述连铸的工艺流程。连铸与模铸相比的优越性表现在哪些方面？

21常用的弧形连铸机的主要设备有哪些，并简要说明各设备的作用。

22冶金的方法及其特点是什么？

23一个现代化的钢铁联合企业有哪些主要工序和辅助工序，用框图画出钢铁联合企业的生产工艺流程。

24铁矿石入炉前需要进行哪些准备工作？烧结矿是如何形成的？

25高炉冶炼过程分为几个区域？高炉内燃烧反应有什么特点？什么是回旋区和燃烧带？

第四篇：冶金概论

 冶金学是一门研究如何经济地从矿石或其它原料中提取金属或金属化合物，并用一

定加工方法制成具有一定性能的金属材料的科学。由于矿石性能不同，提取金属的原理、工艺过程和设备不同，从而形成专门的冶金学科—冶金学。

 冶金学研究所涉及的内容：金属的制取，金属的加工，金属性能的改进→对金属成分、组织结构、性能和相关理论的研究。

 冶金学按研究的领域分：提取冶金学（化学冶金学）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）。

 提取冶金（extractive metallurgy）：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（chemical metallurgy）。

 冶金学按研究的领域分：提取冶金学（化学冶金学）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： 有色冶金生铁、钢和铁合金 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

火法冶金：干燥：去水，温度为400~600℃。焙烧：以改变原料组成为目的的、在低于矿石熔点温度下、在特定气氛中进行的冶金过程。煅烧：在空气中以去CO2和水为目的的冶金过程。烧结与球团：以获得特定矿物组成、结构及性能的造块。熔炼：还原氧化物，提取粗金属。精炼：氧化杂质，获得纯金属。铸造：液态金属凝固成固态。

钢铁是使用最多的金属材料 原因：储量大；冶炼加工容易；综合性能好；易改质处理

冶金发展史：远古至13世纪末：半熔融状态的铁块—海绵铁；13世纪末至19世纪中叶：熔融状态的生铁→粗钢，形成两步法炼钢；19世纪中期至今 ：1856年英国人发明了空气底吹酸性转炉炼钢法；（酸性炉衬，高铝砖，不能脱磷1864年法国人发明了平炉炼钢法； 1874年发明了空气底吹碱性转炉炼钢法；（碱性炉衬，镁碳砖）20世纪初发明了电弧炉炼钢；20世纪中叶氧气顶吹转炉（LD法）。

钢铁生产的两个典型流程

长流程：烧结/球团— 高炉—转炉—连铸机—轧机（高炉炼铁）

短流程：直接还—电炉—连铸机—轧机原或熔融还原

钢铁生产的典型工艺（长流程）

钢铁产品：生铁，钢。副产品：炉渣，煤气生铁：它是铁和碳及少量硅、锰、硫、磷等元素组成的合金，主要由高炉生产，按其用途可分为炼钢生铁和铸造生铁。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。煤气：钢铁生产中还能获得大量的可燃气体，高炉炼铁可产生高炉煤气，转炉炼钢可获得转炉煤气，炼焦时可得焦炉煤气等。煤气主要成分：CO、H2、CO2、N2、CH

4钢铁生产用能源：钢铁工业是能源消耗的大户，约占全国总能源消耗量的10～11％。钢铁生产所用能源主要有煤炭、燃料油(重油)、天然气、电力等。

煤占钢铁生产中燃料消耗的70%，钢铁工业用煤量已超过煤炭总产量的15％。

煤在钢铁企业主要用来炼焦和自备电厂发电、蒸汽机车烧煤、烧工业锅炉及部分窑炉，少部分制成粉煤用于高炉喷吹及烧结生产。

钢铁工业消耗：我国钢铁工业的能源消耗中，钢铁冶炼是耗能最高的工序，占钢铁工业能耗的60～70％。其主要耗于炼铁系统，焦化、烧结、球团、炼铁等工序，占钢铁生产能耗的一半以上。

节能途径：改进生产工艺及操作，更新和改造耗能高的设备。降低能源损失（“废料”、煤气、热能、压力能），减少生产工序。回收利用散失热量。加强企业能源管理，加强能源利用技术的研究工作，提高操作技术水平，充分发挥现有设备能力，以节能为目标合理组织生产。

耐火材料：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。耐火材料由耐火砂岩进入到现代科技产品，已成为独立的生产行业，其产品的60～80％消耗于冶金工业。钢铁生产对耐火材料的要求是：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。

钢铁厂产生的各种污染物有：大气污染物质、污水、固体废弃物

大气污染物：SOX：是通过原料、燃料中硫磺成分的燃烧而产生的。烧结工厂等为其主要发生源。NOX：通过燃烧后发生。烧结工厂等为其主要发生源。煤尘：通过燃烧后发生。烧结炉、各加热炉为其发生源。粉尘：从燃料原料的输送、处理过程，及储藏场中产生。炼铁、炼钢工程为其主要发生源。

污水：钢铁工业用水主要是冷却水，其次是煤气洗涤水，以及冲洗设备、地面及除尘用水等。污水中含有下列污染物：固体悬浮物（SS）：从排气集尘、高温物质的直接冷却等过

程中产生。油：由各种机械等所使用的油所发生的漏泄及冷轧工程使用轧制机的机油等原

因而产生。化学需氧量（COD）：从煤炭干馏时的氨水，及冷轧、电镀废水中产生。酸、碱：从冷轧工程的酸洗工程、电镀工程等的脱脂工程中产生。

固体废弃物炉渣：从高炉、铁水预处理、转炉、电炉、二次精炼设备等的冶炼工程中产生。污泥：在各种水处理过程中产生。灰尘：从各种干式集尘机中产生。

主要原料：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）。冶炼1t生铁大约需要1.6~2.0t矿石，0.4~0.6t焦炭，0.2~0.4t熔剂。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。

铁矿石工艺流程：矿石→破碎→筛分→富矿→混匀→天然块矿→高炉；

矿石→破碎→筛分→贫矿 →磨矿→筛分→选矿→ 造块→人造富矿→高炉

燃料：焦炭的作用：发热剂、还原剂及料柱骨架。粒度：大型高炉 40~60mm；中型高炉 25~40mm； 小型高炉 15~25mm；喷吹燃料：固体（无烟煤与烟煤粉）液体（重油、煤焦油）气体（天然气或焦炉煤气）

 溶剂：熔剂主要使用石灰石和白云石；

 熔剂的要求：

 有效成分含量高（CaO+MgO）；

 有害杂质S、P低；

 粒度均匀，强度好，粉末少。

 熔剂的作用：

 助熔，改善流动性，使渣铁容易分离；

 脱硫（焦炭和矿石中S）。

烧结：将各种粉状铁，配入适宜的燃料和熔剂，均匀混合，然后放在烧结机点火烧结。在燃料燃烧产生高温和一系列物理化学变化作用下，部分混合料颗粒表面发生软化熔融，产生一定数量的液相，并润湿其它未融化的矿石颗粒。冷却后，液相将矿粉颗粒粘结成块。这一过程叫是烧结，所的到的块矿叫烧结矿

 然结过程：烧结料层有明显的分层，依次出现烧结矿层、燃烧层、预热和干燥层、过湿层，然后又

相继消失，最后剩下

烧结矿层。

抽风烧结工艺流程

 烧结过程主要反应；燃烧反应：C+O2，烧结废气中以CO2为主，存在少量CO，还有一些自由氧和氮。

2C+O2=2CO； C+O2=CO

2 分解反应：

结晶水的分解：褐铁矿（mFe2O3·nH2O）

高岭土（Al2O3· 2SiO2·2H2O)

熔剂分解：CaCO3=CaO+CO2(750℃以上)

MgCO3=MgO+CO2(720℃)

 还原与再氧化反应：Fe、Mn等

靠近燃料颗粒处：3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2;

Fe3O4+CO=3FeO+CO2;

远离燃料颗粒处：2Fe3O4+1/2O2=3Fe2O3;

3FeO+1/2O2=Fe3O4. 气化反应：脱硫85％～95％。

FeS2+11/2O2=Fe2O3+4SO

22FeS+7/2O2=Fe2O3+2SO2

 烧结矿：烧结矿是一种由多种矿物组成的复合体。由含铁矿物和脉石矿物组成的液

相粘结在一起组成。

 含铁矿物有磁铁矿、方铁矿（或浮氏体）、赤铁矿

 粘结相主要有铁橄榄石、钙铁橄榄石、硅灰石、硅酸二钙、硅酸三钙、铁酸钙、钙

铁灰石及少量反应不全的游离石英和石灰。

球团：将准备好的原料(细磨精矿或其他细磨粉状物料、添加剂等)，按一定比例经过配料、混匀制成一定尺寸的小球，然后采用干燥焙烧或其他方法使其发生一系列的物理化学变化而硬化固结．这一过程即为球团生产过程．其产品即为球团矿。

 球团矿生产的工艺流程一般包括原料准备、配料、混合、造球、干燥和焙烧、冷却、成品和返矿处理等工序。

高炉冶炼过程及特点：现代高炉生产过程是一个庞大的生产体系，除高炉本体外，还有供料、送风、煤气净化除尘、喷吹燃料和渣铁处理等系统。

 高炉炼铁的本质

传质过程：矿石中的O2-O2-

进入煤气中，实现铁与氧的分离

传热过程：煤气携带的热量传给炉料，使炉料熔化成渣铁，实现渣铁分离

第五篇：冶金概论论文

选课课号：(2011-2012-2)-BG11191-320001-1课程类别：公选课

《冶金工程概论》课程考核

题目：

（课程论文）钢铁冶金联合企业生产环及过程及特点—冶金与计算机科学的联系

作者：学号：

授课教师：杜长坤

班级： 计算机科学与技术1102级

重庆科技学院冶金与材料工程学院

2012年5月 8日中国重庆

钢铁冶金联合企业生产环及过程及特点—冶金与计算机科学的联系

作者：***

重庆科技学院电气信息工程学院计算机科学与技术班

摘要：钢铁工业是国家的基础工业之一，钢铁产量往往是衡量一个国家工业水平和生产能力的主要标志，首先要提高钢铁生产就必须明确知道起生产环节及特点等，这样才可以知道该怎么改进设备以提高钢铁生产，节约成本。而随着计算机科学的不断提高，计算机专业在钢铁生产中占着不可或缺的重要地位！关键词：冶金环节钢铁生产计算机科学

1.冶金炼铁的生产过程

现代化的钢铁联合生产企业，其生产环节是一个复杂而庞大的生产体系，每个生产环节都有其主要生产过程、主要设备、生产方法以及特点。主要包括原料处理、炼铁、炼钢、轧钢、能源供应、交通运输等。

1.1选原材料

炼铁原料： 1，铁矿石：一种或几种含铁矿物和脉石组成2，燃料：焦炭，并作为还原剂 3，熔剂：有酸、碱之分，多选用碱性石灰石，选矿经历了从处理粗粒物料到细粒物料、从处理简单矿石到复杂矿石、从单纯使用物理方法向使用物理化学方法和化学方法的发展过程。包括精矿、中间产品、尾矿的脱水，尾矿堆置和废水处理。选矿主要在水中进行，选后产品需要脱水干燥。方法有重力泄水、浓缩、过滤和干燥。尾矿水可回收再用。不合排放标准的废水须经净化处理。旧尾矿场地要进行植被、复田。

1.2炼铁

炼铁是把铁矿石还原成生铁的连续生产过程，其中，高炉冶炼在钢铁工业中占有重要地位。具体的炼铁过程为：

(1)炉顶装入铁矿石、焦炭、造渣用熔剂(石灰石)

燃料的燃烧：焦碳自炉顶下落至风口时与空气相遇，燃烧，进行放热反应。

C+O2→CO2+1600～1750℃

CO2上升，遇赤热焦碳，被还原成CO

CO2+C→2CO-Δ

CO热气继续上升，遇热矿石，发生还原反应，将Fe还原出来

(2)从位于炉子下部沿炉周的风口吹入经预热的空气

(3)在高温下焦炭（也喷吹煤粉、重油、天然气等辅助燃料）中的碳同鼓入空气中的氧燃烧生成的一氧化碳和氢气，在炉内上升过程中除去铁矿石中的氧，从而还原得到铁。铁的还原：直接或间接还原两种.1）直接还原：950℃以上，固体碳呈烟状进入矿石孔隙内完成反应。FeO+C→Fe+CO

2CO→CO2+C

2）间接还原：开始于炉口（250℃－350℃）终止于950℃。顺序地利用CO，将高价的铁氧化物还原成低价的铁氧化物。

3Fe2O3+CO→2Fe3O4+CO

22Fe3O4+2CO→6FeO+2CO2

6FeO+6CO→6Fe+6CO2

(4)炼出的铁水从铁口放出

(5)铁矿石中不还原的杂质和石灰石等熔剂结合生成炉渣，从渣口排出。炉渣具有重要作用：

1）熔化其余各种氧化物，控制生铁合格成分。

2）浮在熔融液表面，能保护金属，防止其过分氧化、热量散失或不致过热。因添加剂不同，有酸性、碱性、中性渣。

造渣是矿石中废料，燃料中灰分与熔剂熔合过程的产物。与熔融金属液不互熔，又比其轻，能浮在熔体表面，便于排出。

主要成分；SiO2、Al2O3、CaO,及少量MnO、FeO、CaS等。

产生的煤气从炉顶导出，经除尘后，作为热风炉、加热炉、焦炉、锅炉等的燃料。特点：

高炉炼铁的缺点：投资大、流程长，能耗高，污染大。

改进：不用焦碳，不用高炉，用烟煤或天然气作还原剂，采用直接还原或熔融还原生产铁，以供电炉炼钢二次精炼，连铸连轧。

直接还原：用煤或天然气等还原剂直接将固态铁矿石还原成固态海绵铁。可用煤基回转窑、气基竖炉等设备直接还原。

煤基回转窑中：Fe2O3+3CO→2Fe+3CO

2气基竖炉中：CH4+H2O→CO+3H2+天然气裂化反应

Fe2O3+3H2→2Fe+3H2O

Fe2O3+3CO→2Fe+3CO2

1.3炼钢

炼钢，就是通过冶炼来降低生铁中的碳和去除有害杂质，再根据对钢性能的要求加入适量的合金元素，使其成为具有高的强度、韧性或其它特殊性能的钢。主要方法有三种：

（1）氧气转炉炼

氧气顶吹转炉炼钢设备工艺，如图4所示。按

照配料要求，先把废钢等装入炉内，然后倒入铁水，并加入适量的造渣材料（如生石灰等）。加料后，把氧气喷枪从炉顶插入炉内，吹入氧气（纯度大于

99％的高压氧气流），使它直接跟高温的铁水发生

氧化反应，除去杂质。用纯氧代替空气可以克服由

于空气里的氮气的影响而使钢质变脆，以及氮气排

出时带走热量的缺点。在除去大部分硫、磷后，当

钢水的成分和温度都达到要求时，即停止吹炼，提升喷枪，准备出钢。出钢时使炉体倾斜，钢水从出钢口注入钢水包里，同时加入脱氧剂进行脱氧和调节成分。钢水合格后，可以浇成钢的铸件或钢锭，钢锭可以再轧制成各种钢材。氧气顶吹转炉在炼钢过程中会产生大量棕色烟气，它的主要成分是氧化铁尘粒和高浓度的一氧化碳气体等。因此，必须加以净化回收，综合利用，以防止污染环境。从回收设备得到的氧化铁尘粒可以用来炼钢；一氧化碳可以作化工原料或燃料；烟气带出的热量可以副产水蒸气。此外，炼钢时，生成的炉渣也可以用来做钢渣水泥，含磷量较高的炉渣，可加工成磷肥，等等。

氧气顶吹转炉炼钢法具有冶炼速度快、炼出的钢种较多、质量较好，以及建厂速度快、投资少等许多优点。但在冶炼过程中都是氧化性气氛，去硫效率差，昂贵的合金元素也易被氧化而损耗，因而所炼钢种和质量就受到一定的限制。特点：热平衡条件更为有利，所以原料中可以加入较多废钢（可达30％左右），所产的钢含氮量低，质量更好。它不耗燃料，而且生产率高得多，利用废钢的能

力虽差一些，但在废钢来源不多的多数地区也已够用。

（2）电弧炉冶炼

电炉熔炼工艺包括：

1）、装料

2）、熔化期：占一半以上冶炼时间，耗电达三分之二，包括起弧、穿井、电极回升、熔清、吹氧助熔。

3）、氧化期：脱碳、脱磷、升温

4）、还原期：造还原渣，以碳硅为主要还原剂，脱出钢中氧、硫，调整成分和温度。

5）、出钢：当钢水成份温度合格，脱氧良好，炉渣变白，流动性好，即可向炉内加入终脱氧剂，然后出钢。出钢温度比液相线高出70—120℃。

特点：电弧炉以电为热源，可以迅速熔化废钢和合金，而且可以基本密闭，排除大气的作用。另一方面，电弧炉一般容量较小（同转炉和平炉比），操作成本较高。由于这些特点，电弧炉炼钢法曾主要用来生产特殊钢或合金钢。但近年来，随着电弧炉本身大型化和加大功率的成功，降低了电弧炉钢的生产成本，加上用废钢作原料价格低廉，在工业发达国家中出现了许多专门炼普通钢的电弧炉钢厂。

（3）平炉炼钢

相隔10年之后，法国人马丁利用蓄热池原理发明了平炉炼钢法,1888年出现了碱性平炉。由于平炉炼钢法适应于各种原材料条件（铁水和废钢可用任何比例），对原料的要求不那么严格，容量大，生产的品种多，所以不到20年它就成为世界上主要的炼钢方法，直到20世纪50年代，在世界钢产量中，约85%是平炉炼出来的平炉炼钢法长期占居炼钢工艺主导地位。

特点：就是在废钢与生铁配比方面和生铁磷含量方面有宽广的适应能力，因而在发明后为全世界广泛采用。

2.冶金与计算机科学的联系

随着科学技术的高速发展，随着计算机技术的多层次应用，冶金技术的提高必须依靠计算机科学与技术的协调发展才可以得到跨越性的提高，在钢铁生产中高炉炼铁较其他部门需要更复杂的数学模型，目前计算机控制主要用于各种数据的收集、分析、记录，炉料的称量、校正、装卸、运输，控制热平衡，稳定炉况等。高炉计算机控制，现在倾向于采用以下两种形式:

①分支控制，即上料系统和热风炉各用一台小型计算机控制，高炉本体另用一台主计算机控制。也有数座高炉共用一台主机集中控制，而每座高炉的热风及上料系统，各由一台小型计算机控制。②将高炉分成若干区域，进行局部控制。计算机接受高炉各部分发来的信号，然后发出指令，直接传送给调节器或提供给操作人员。

计算机除作数据记录、称量控制和配料计算等工作外，还用于高炉模型的控制。其主要项目是：①热状态和透气性；②预报生铁含硅量；③应该采取的即时措施（如矿焦比、风量、风温、湿度等）及为防止漏水所必需的指令

总的说来，计算机在炼铁过程中的应用现在仍然处于发展阶段。但随着对高炉大型化、连续化、高速化和高效率化等的要求日益迫切，实现高炉总体的自动化，无疑是必由之路。