北科大冶金工程复试13-14真题.doc

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2014

2013
一、简答题从（16题中选14题回答，每题5分，共70分）
1.直接还原与熔融还原的工艺特点
电炉炼钢
固态
海 绵 铁
矿石
直接还原炉
还原气
非焦煤
粉矿或
球团矿
天然气
直接还原
炼铁
工艺

转炉炼钢
液态生铁
熔融还原炉
预还原炉
非焦煤
熔融还原
炼铁
工艺

矿石

2. 现代电炉的的工艺特点
答：①超高功率电弧炉：优点：缩短融化时间，提高生产率；改善热效率，降低电耗；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相关技术结合才能实现高效节能
②偏心炉底出钢电弧炉
③直流电弧炉：电极消耗低、电压波动小和噪音小
3. 为什么结晶器是连铸的核心？结晶器的参数有哪些？

4.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）
5. 什么叫合成渣洗？（还有一问忘了）
答：渣洗精炼：合成渣洗是由炼钢炉初炼的钢水在钢包内通过钢液对合成渣的冲洗进一步提升钢水质量的一种炉外精炼方法，精确控制炉渣成分,通过渣钢反应实现对钢水的提纯精炼。主要用于钢水脱氧、脱硫和去除夹杂物等方面。
6. 富氧的影响及原因
答：富氧对高炉冶炼的影响：a. 提高产量：每富氧1％增产3～5％ b. 提高t理：每富氧1％,t理升高45～50℃ c. 燃烧带有缩小的趋势：N2下降, t理上升→加快碳的燃烧过程 d. 高温区下移，炉身、炉顶温度降低：煤气量下降所致 e. 直接还原度略有升高：尽管CO上升→ rd上升 ，但是：炉身温度上升 → rd上升；I上升→ 停留时间下降 → rd上升
7. 烧结矿的固结机理
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。
8. 液泛现象
答：“液泛现象”（ 煤气把渣铁托住而类似粥开锅）的危害：①高度弥散在渣铁间的气泡，使煤气流阻力大大升高；②被煤气流吹起的渣铁，在上部较低温度区域，有重新冷凝的危险；③渣铁的重新冷凝，一方面将导致料柱孔隙度降低，煤气流动受阻。另一方面，可造成炉墙结厚、结瘤，破坏高炉顺行。
防止对策: 提高焦炭粒度、改善焦炭强度、降低炉渣粘度、减少渣量L↓、减小气流速度ω↓、大力发展间接还原、提高炉渣表面张力（表面张力小，易起泡）
9. 拜耳法的主要反应
答：拜耳法流程包括三个主要步骤：铝土矿溶出；铝酸钠溶液分解；氢氧化铝煅烧①溶出：指把①铝土矿中的氧化铝水合物（Al2O3·xH2O)溶解在苛性钠（NaOH)中，生成铝酸钠溶液。
Al2O3·xH2O + 2 NaOH = 2NaAlO2 + (x+1)H2O
Al(OH)3 + NaOH = NaAl(OH)4 AlOOH + NaOH + H2O = NaAl(OH)4
②分解：析出固体氢氧化铝
2NaAlO2 + 4H2O = 2NaOH +Al2O3·xH2O (添加晶种 Al2O3·3H2O）
③ 煅烧：Al2O3·3H2O = Al2O3 + 3H2O （高温1100℃）
10. 电解铝的阴极与阳极反应
答：阴极反应Al3+ + 3e = Al（液），
阳极反应3O2- + 1.5C – 6e = 1.5CO2(气)
扩展：铝电解的总反应式:Al2O3 + 1.5C = 2Al(液) +1.5CO2(气)
11. 硅热法炼镁的主要原料和反应（就是皮江法）
答：1）原料：白云石（Mg 不低于30%， 在回转窑内煅烧， 1350 ℃ ）， 硅铁（Si75%), CaF2 (质量分数2.5%)
2）主要反应：2(CaO·MgO(s） + Si(Si –Fe)(s） = 2Mg(g） + 2 CaO·SiO2(s）
Si + O2 = SiO2 2Mg + O2 = 2MgO 2MgO + Si = 2Mg + SiO2
12. 镁热法还原钛的过程
答：TiCl4的还原。这一步是将钛由氯化物还原为金属钛的过程。用镁还原法生产金属钛是在密闭的钢制反应器中进行.将纯金属镁放入反应器中并充满惰性气体,加热使镁熔化(650 ℃),在800~900 ℃下,以一定的流速放入TiCl4与熔融的镁反应：TiCl4 +2Mg = 2MgCl2 +Ti。在温度800~1000 ℃下镁与氯化镁有较大的蒸气压而钛的蒸气压很小,让镁及氯化镁在真空下挥发后冷凝在冷凝器上,钛留在原来的还原罐内,从而使钛与其他组分分离.
13. 连铸坯产生裂纹的原因？（还有一问忘了）

14.炼铜中硫化矿的主要原料
答：Cu2S(辉铜矿),CuFeS2(黄铜矿), CuS(铜蓝)
15. 炼钢中锰与硫的比（具体怎么问的忘了）
根据经验S<0.025%,Mn/S=25~30,能有效控制热脆现象。一般应大于25。锰硫比较高凝固时不易产生裂纹。
扩展：Mn/Si大于3.0，可得到完全液态的脱氧产物，以改善钢水的流动性。
二、论述题（5选4，每题15分，共60分）
1.高压操作的影响及原因
答：(1)燃烧带减小：炉内压力↑鼓风体积↓，鼓风动能↓所致；CO2、O2分压↑燃烧速度加快所致
(2)对还原的影响(rd↓，[Si]↓)：因为抑制了 C＋CO2=2CO 正反应有利于间接还原发展， rd↓；因为抑制了 C＋SiO2=Si＋CO2正反应，[Si] ↓
(3)料柱阻力损失△P↓：由于，料层气流阻损△P与气体压力成反比
(4)大幅度减少炉尘吹出量：因为煤气动压头1/P∝ h动 ， P↑， h动↓
(5) 降低焦比:炉况顺行，煤气利用率提高；炉尘吹出量大幅度减少；产量提高，单位生铁热损减小；有利于间接还原发展；生铁含硅可控制在下限水平。
2.粘度对高炉冶炼的影响及影响粘度的原因，粘度对脱硫的影响
答：（1）炉渣粘度为流体单位速度梯度、单位面积上的内磨擦系数；
（2）粘度过大：炉料下降、煤气上升困难，易产生“液泛”； 渣铁分离不好、反应速度降低；粘度过小：软熔带位置过高；侵蚀炉衬；
（3）影响炉渣粘度的因素: a) 温度：温度升高，粘度下降 b) 碱度：酸性渣中由于Si--O阴离子形成四面体网状结构，粘度大，酸性渣中加入CaO、MgO→消灭-O-键使粘度降低；碱性渣在高温下粘度小。碱度升高，粘度增大，由于R增大，使 CaO、MgO升高又使 固体悬浮质点升又使粘度升。 c) 渣中其他成分①Al2O3升使粘度升，原因:Al-O阴离子三长键结构 (但影响小于Si-O四长键);②TiO2升使粘度升，原因：Ti与C、N生成碳氮化物，熔点高，易析出固相质点； ③CaF2 (萤石) 升使粘度↓↓，原因：F是电极电位正值最大的元素，得到电子的倾向最强，2个F负可以取代一个网状结构的-O-位置，造成断口，生成的自由O2负又可以去破坏另一个-O-键④K2O、Na2O↑→粘度↓，原因 K2O、Na2O降低粘度的作用比较小，但它们的危害大
（3） 对脱硫影响：

3. 高炉如何脱硫的，为什么高炉有利于脱硫
答： 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 ­ Þ a(O2-) ­ Þ LS ­；渣中与S结合能力强的元素多，如CaS、MnS，使g(S2-) ¯ Þ 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
4. 氧气顶吹转炉中元素的氧化的规律，温度的变化规律（还有几点忘了）
答：
5. 物相分析的几种方法？在冶金中的应用
答：1）方法：a、X射线衍射分析 b、电子显微分析 c、差热分析 、
2）应用：a、炉渣物相的分析 b、钢中夹杂物
c、耐火材料 d、烧结矿

三、计算题（每题10分，2题，共20分）
计算题不好描述，第二题是加入合金的量，好好复习就行了！
及成分。（10 分）
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