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《冶金导论》复习大纲

1、为什么说钢铁是使用最多的金属材料？ 就金属元素而言，铁在自然界中的储藏仅次于铝，居第二位，而
用多形成巨大的铁矿床，通常铁矿石中铁的含量为 25~70%。 铁矿石冶炼和加工较容易，且生产规模大，效率高、质量好和成
本低，具有其它金属生产无可比拟的优势。 钢铁具有良好的物理、机械和工艺性能，如有较高的强度和韧性、
热和电的良好导体、耐磨、耐腐蚀、焊接及铸造加工性好等。 将某些金属（如镍、铬、钒、锰等）作为合金元素加入铁中，就
能获得具有各种性能的金属材料。 钢铁通过热处理能调整其机械性能，以满足国民经济各方面的需
要。 钢铁材料由于具有以上特点，因此在现代工业中应用最广。
2、提取冶金的概念及分类。

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）。
提取冶金的分类：

按所冶炼金属类型分：有色冶金 钢铁冶金（黑色冶金）稀土 按冶金工艺过程不同分：火法冶金 湿法冶金 电冶金
3、钢铁产品及副产品

产品：生铁、钢 副产品：炉渣、煤气

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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：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、CH4
4、所有 96 种金属元素分类：

黑色金属（铁金属，ferrous metals)： 铁、铬、锰； 有色金属(非铁金属，non-ferrous metals)：除铁和铁合金、铬、锰
以外，按习惯，分类：轻金属，重金属，稀有金属，贵金属

5、什么是火法冶金和湿法冶金？

火法冶金：在高温下矿石或精矿经熔炼与精炼反应及熔化作业， 使其中的有色金属与脉石和杂质分开，获得较纯有色金属的过程。
包括原料准备、熔炼和精炼三个主要工序。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。
湿法冶金：

它是在常温（或低于 100℃）常压或高温（100-300 ℃）高压下， 用溶剂处理矿石或精矿，使所要提取的有色金属溶解于溶液中，而其

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它杂质不溶解，然后再从溶液中将有色金属提取和分离出来的过程。

主要包括浸出、分离与富集和提取过程。

6、采矿作业的主要生产过程

主要生产过程：

包括：①采准、切割，为回采准备生产条件。②回采，将矿

石崩落破碎，装入运输容器。地下回采包括落矿、出矿作业（见

地下采矿方法）；露天回采包括穿孔、爆破和采装作业(见露天采

矿方法)。③运输，将装入运输容器的矿石运交选矿厂或矿仓（见

矿井提升、矿井运输、露天矿运输）。④管理巷道地压、立井地

压、采场地压以及露天矿边坡。⑤在矿石运输过程中，通过矿仓、

堆栈，将矿石混匀，保证生产的矿石质量稳定。⑥将巷道掘进和

剥离产出的废石排弃至废石场。

7、开采回采率和矿石贫化率

开采回采率：指采矿过程中采出的矿石或金属量与该采区拥

有的矿石或金属储量的百分比。

开采回采率越高，说 明采出的矿石越多，丢失在矿井里的矿

石越少，矿山的资源开发利用效益越好。

开采回采率和采矿贫化率，这 两个指标从数量上表示地下资 源的利用程度。
矿石贫化率（亦称废石混入率）：是指工业矿石品位降低的程 度，以百分数表示；是采出的矿 石品位与平均地质品位之比，是 指矿石在开采过程中，由于废石 的混入，致使采出矿石的品位降

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低，其降低程度以百分比表示。 采矿中因混入废石、溶解或因富
矿散失等，造成采出矿石的平均 品位通常比矿体平均品位低，一 般用百分比表示。主要用于检查采矿工作质量和分析方法是否合理。

8、 崩落采矿法特点

(1) 崩落法不再把矿块划分为矿房和矿柱，而是以整个矿

块作为一个回采单元，按一定的回采顺序，连续进行单步骤回采。

(2) 在回采过程中，围岩要自然或强制崩落，矿石是在复

盖岩石的直接接触下放矿。因此，这种采矿方法对放矿进行科学

管理是十分必要的。

(3) 崩落法的开采是在一个阶段内从上而下进行的。与空

场采矿法不同。

9、高炉炼铁的工艺流程有哪些部分组成？

高炉炼铁生产非常复杂，除了高炉本体以外，还包括有原燃

料系统、上料系统、送风系统、渣铁处理系统、煤气处理系统。

10、根据物料存在形态的不同，可将高炉划分哪五个区域？

各区域主要的反应和特征是什么？

根据物料存在形态的不同，可将高炉划分为五个区域：块状

带、软熔带、滴落带、风口前回旋区、渣体聚集区

各区内进行的主要反应及特征分别为：

块状带：炉料中水分蒸发及受热分解，铁矿石还原，炉料与

煤气热交换；焦炭与矿石层状交替分布，呈固体状态；以气固相

反应为主。

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软熔带：炉料在该区域软化，在下部边界开始熔融滴落；主

要进行直接还原反应，初渣形成。

滴落带：滴落的液态渣铁与煤气及固体碳之间进行多种复杂

的化学反应。

回旋区：喷入的燃料与热风发生燃烧反应，产生高热煤气，

是炉内温度最高的区域。

渣铁聚集区：在渣铁层间的交界面及铁滴穿过渣层时发生渣

金反应。

11、硫和磷对钢铁的危害？

硫是对钢铁危害大的元素，它使钢材具有热脆性。

所谓“热脆”就是 S 几乎不熔于固态铁而与铁形成 FeS，而 FeS

与 Fe 形成的共晶体熔点为 988℃，低于钢材热加工的开始温度。

热加工时，分布于晶界的共晶体先行熔化而导致开裂。因此矿石

含硫愈低愈好。国家标准规定生铁中 S≤0.07%，优质生铁

S≤0.03%，就是要严格控制钢中硫含量。

磷是钢材中的有害成分，使钢具有冷脆性。

磷能溶于 α-Fe 中，固溶并富集在晶粒边界的磷原子使铁素体

在晶粒间的强度大大增高，从而使钢材的室温强度提高而脆性增

加，称为冷脆。磷在钢的结晶过程中容易偏析，而又很难用热处

理的方法来消除，亦使钢材冷脆的危险性增加

12、焦炭在高炉生产中起什么作用，高炉冶炼过程对焦炭质

量提出哪些要求？

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焦炭是现代高炉冶炼的主要燃料和能源基础，在高炉冶炼过

程中具有如下作用：

(1)燃料。燃烧后发热，产生冶炼所需热量。

(2)还原剂。焦炭中的固定碳和它燃烧后生成的 CO 都是铁矿

石还原所需的还原剂。

(3)料柱骨架。高炉内是充满着炉料和熔融渣、铁的一个料柱，

焦炭约占料柱体积的 1/3~1/2，对料柱透气性具有决定性的影响。

特别是在高炉下部，矿石、熔剂已经熔化、造渣，变成液态渣和

铁，只有焦炭仍保持固态，为渣、铁滴落和煤气上升以及炉缸内

的渣、铁正常流通和排出，提供了必要条件，使冶炼过程得以顺

利进行。焦炭的这一作用目前尚不能为其他燃料所代替。

高炉对焦炭质量的要求(1)含碳量高，灰分低。2)含硫等有害

杂质要少。我国焦炭含硫一般为 0.5~1.0%(3)成分稳定。即要求化

学灰分、C、S、H2O 等稳定。(4)挥发分含量适合。焦炭中的挥

发分是炼焦过程中未分解挥发完的有机物，主要是碳、氢、氧及

少量的硫和氮。挥发分过高说明焦炭成熟程度可能不够，夹生焦

多，在高炉内易产生粉末；挥发分过低说明焦炭可能过烧，易产

生裂纹多、极脆的大块焦。因此，焦炭挥发分过高或过低都将影

响焦炭的产量和质量。

(5)强度高，块度均匀。

　 13、 矿物加工的依据和方法？

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　 依据：矿物的各种物理化学性质及表面性质所存在的差异。主

要有密度、磁性、导电性、润湿性等。

　 根据不同的矿石类型、不同的特性参数和对产品的要求不同， 在生产实践中，可采用不同的矿物加工方法。
14、重选过程及特点:

重选矿粒间必须存在密度差异；分选过程在运动介质中进行； 在重力、流体动力、机械力的综合作用下，矿粒群松散并按密度 分层；分层好的物料，在运动介质的作用下分离，获得不同的最 终产 品。
9 有用矿物嵌布粒度性质制约分选效果；

9 分选设备多，流程相对较复杂；

9 重选处理的矿石粒度范围宽，最大可达几十毫米；

9 重选设备的结构一般比较简单，不耗贵重材料， 作业成本 低；
9 对环境污染较少。

15、磁选中矿物的分类

磁选中矿物磁性的分类不同于物质磁性的物理分类，通常， 按比磁化率大小对矿物类。
强磁性矿物 比磁化率χ＞3.8×10-5m3／kg，在磁场强度达

80～136 kA/m的弱磁场磁选机中可以回收。

这类矿物很少，主要有磁铁矿、磁赤铁矿、钛磁铁矿、锌铁 晶石等。

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磁性矿物 比磁化率χ=1.26×10-7～7.5×10-6 m3／kg，在磁场

强度 480～1840 kA／m的磁选机中可以选出。

弱磁性矿物：有的难选，有的易选。这类最多，主要有铁锰 矿物、赤、镜、褐、菱；水、软、硬、菱等，一些含钛、硌、钨 矿物；黑云母、角闪石、绿帘石、绿泥石、橄榄石、杨榴石、辉 石等；
非磁性矿物 比磁化率χ<1.26 × 10-7 m3／kg，是目前难以 用磁选法回收的矿物。
非磁性矿物：这类矿物很多，主要有

部分金属矿物——辉铜矿、方铅矿、闪锌矿、辉 矿、白钨 矿、褐石、金等；
大部分非金属矿物——硫、煤、石墨、金刚石、石膏、高岭 土等；
大部分造岩矿物——石笋、长石、立解石等。

16、高炉炼铁合理的炉料结构是什么？为什么

‹ 高碱度有利于铁酸钙系黏结相的形成，高碱度烧结矿强度 好，而且烧结矿 FeO 含量低，还原性好，从而可降低高炉焦比；
‹ 根据生产经验，烧结矿中 FeO 含量每提高 1％，高炉焦比 增加 1.5％，生铁产量降低 1.5％；
‹ 使用高碱度烧结矿，高炉冶炼时可不加或少加石灰石，不 仅节省热量消耗，而且又可以改善煤气热能和化学能的利用，同 样有利于降低焦比和提高产量；

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‹ 球团矿具有强度高、粒度整齐、还原性好的特点，所以配

用优质的酸性球团矿不仅能提高入炉品位，而且能改善炉料透气 性，为高炉强化冶炼创造条件；
‹ 现在常用高碱度烧结矿配用酸性球团矿。

17、对烧结矿质量的要求

品位高，强度好，成分稳定，还原性好，粒度均匀，粉末少， 碱度适宜，有害杂质少。
18、造块法中球团法的优点？

(1)均匀的粒度和规则的球形对炉料运动 、气流分布和热交 换 十分有利。
(2)铁品位高 ，能提高入炉炉料的综合品位 ，对改善炼铁生产 的各项技术经济指标极为有利。
(3)强度较高 ，在炉内不易产生粉末 ，更适于作为大型高炉的 炉料。
(4)含粉率低 ，一般不超过 2％ ，而烧结矿的含粉率最少也在

5％ 以上。

(5)FeO 含量低 ，一般不超过 1.5％ ，而烧结矿最低也在 5％ 以 上。 FeO 含量低对减少高炉中的直接还原有利。
(6)球团矿适于长途运输，且能贮存较长时间。

(7)球团厂一般建在矿山或港口，减轻了钢铁厂的环境压力

19、烧结与球团的区别：

1）富矿短缺，必须不断扩大贫矿资源的利用，而选矿技术

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的进步可经济地选出高品位细磨铁精矿，其粒度从 -200 网目（小

于 0.074mm）进一步减少到 -325 网目（小于 0.044mm）。这种过 细精矿不益于烧结，透气性不好，影响烧结矿产量和质量的提高， 而用球团方法处理却很适宜，因为过细精矿易于成球，粒度愈细， 成球性愈好，球团强度愈高。
对原料的条件要求：球团： 要求原料粒度细，要求 -325 目 粒级必须大于 70%，比 表面 积 1500-2000cm2/g，甚至更高 ；烧 结 相对粒度粗，希望原料中 -150 目粒级在 20% 以下 , 原料较为广 泛 ；。
2）成 品矿的形状不同：烧结矿是形状不规则的多孔质块矿， 而球团矿是形状规则的 10～ 25mm 的球球团矿较烧结矿粒度 均 匀，微气孔多，还原性好，强度高，且易于贮存，有利于强化高 炉生产。
3）适于球团法处理的原料已从磁铁矿扩展到赤铁矿、褐铁 矿以及各种含铁粉尘，化 工硫酸渣等；从产品来看，不仅能制造 常规氧化球团，还可以生产还原球团、金属化球团等；同时球团 方法适用于有色金属的回收，有利于开展综合利用。
4）固结成块的机理不同：

烧结矿是靠液相固结的，为了保证烧结矿的强度，要 求产生 一定数量的液相，因此混合料中必须有燃料，为烧结过程提供热 源。而球团矿主要是依靠矿粉颗粒的高温再结晶固结的，不需要 产生液相，热量由焙烧炉内的燃料燃烧提供，混合料中不加燃料。

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5）生产工艺不同：

烧结料的混合与造球是在混合机内同时进行的，成球不完 全，混合料中仍然含有相当数量未成球的小颗粒。而 球团矿生产 工艺中必须有专门的造球工序和设备，将全部混合料造成 10～
25mm 的球，小于 10mm 的小球要筛出重新造球。球团：靠 高温 焙烧，在炉内进行，不可以直接目测，需要添加剂；烧结：用火 直接接触，生产情况可直接观察，不需要添加剂，但需要熔剂；
6）冶金效果和经济效果：

球团：提高高炉产量，降低焦比；球团：前期投资较高，燃 料费用低，动力费用高，投资回收及投资后收益远高于烧结。
球团厂一般建在矿山或港口，减轻了钢铁厂的环境压力。球 团矿的生产成本低。一般情况下，球团生产的工序能耗比烧结要 低 (较好的烧结工序能耗指标为 60～ 70 kg／ t，而 球团工序能耗一 般为 30～ 50 kg/t，特别是在使用磁铁矿的情况下，更是如此。
7） 环境状况比较

生产球团矿比生产烧结矿排入大气的灰尘量要少，同 时烟 气 含尘量少，有利于改善环境。
20、球团矿比烧结矿在冶金性能上的优劣？

（ 1）粒度小而均匀，有利于高炉料柱透气性的改善和气流 的均匀分布。通常球团粒度在 8-16(20) mm 的占 90%-95%以上。 这一点即使整粒最好的烧结矿也难以相比。
（ 2）冷态强度（抗压和抗磨）高。在运输、装卸和贮存时

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产生粉末少。

（ 3）铁份高和堆密度大 ，有利于增加高炉料柱的有效重量， 提高产量（工序能耗降低 15kg/t）和降低焦比 15kg/t。
（ 4）还原性好，有利于改善煤气化学能的利用。测定表明 ， 在用低 SiO2 的优质原料时，球团矿与烧结矿的还原性相差不大， 而在使用 SiO2 较高的原料时，球团的还原性优于烧结矿。
球团矿存在的缺点：还原膨胀率要高于烧结矿。

21、如何用 TFe/FeO 的比值对铁矿石进行分类？ TFe/FeO=2.33 为纯磁铁矿石 TFe/FeO<3.5 为磁铁矿石 TFe/FeO=3.5~7.0 为半假象赤铁矿石 TFe/FeO>7.0 为假象赤铁矿石
式中，TFe－矿石中的总含铁量（%），又称全铁；FeO－矿石中 的 FeO 含量（%）。
22、 铁矿石的还原性及影响因素

铁矿石还原性是指铁矿石被还原性气体CO或H2 还原的难易程 度，是评价铁矿石质量的重要指标。还原性愈好，愈有利于降低焦比， 提高产量。改善矿石还原性（或采用易还原矿石）是强化高炉冶炼的 重要措施之一。
影响铁矿石还原性的因素主要有矿物组成、矿石结构的致密程 度、粒度和气孔率等。
23、高炉对焦炭质量的要求

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(1)含碳量高，灰分低。

焦炭中的固定碳含量与灰分有关。灰分升高，固定碳减少， 发热量降低。通常焦炭灰分中 SiO2 和 Al2O3 约占 75~80%。故灰分 升高，须增加熔剂消耗量，使渣量增加，热量消耗增加，焦比升高， 产量降低。实际生产中有“灰分降低 1%(相当于固定碳升高 1%)，则 焦比降低 2%，产量提高 3%”的经验。因此应力求降低焦炭的灰分。
我国焦炭灰分含量一般为 10%~15%，鞍钢为 13%~14%，首 钢约 12%，攀钢约 14%，武钢约 13%。国外大型高炉一般要求灰分
<10%。降低焦炭灰分的主要措施是加强洗煤，合理配煤。炼焦过程 不能降低灰分。
(2)含硫等有害杂质要少。高炉中的硫约 80%来自焦炭。降低 焦炭含硫量对提高生铁质量，降低焦比，提高产量有很大影响。当焦 炭含硫高时，应多加石灰石提高炉渣碱度来脱硫，致使渣量增加。我 国焦炭含硫一般为 0.5~1.0%，鞍钢约 0.6%，本钢约 0.7~0.8%。国外 大型高炉一般含硫要求<0.5%。洗煤、炼焦过程中可去除 10~30%的 硫，因此加强洗煤，合理配煤是控制焦炭含硫量的主要途径。
焦炭含磷一般很少。我国本钢焦炭含磷很低，使用低磷低硫 的矿石可炼出高纯生铁或优质生铁。
(3)成分稳定。即要求化学灰分、C、S、H2O等稳定。水分的 波动意味着入炉焦炭重量的波动，因而影响炉温稳定。干法熄焦(即 用惰性气体代替喷水熄焦)，使焦炭不含水分，从而排除了水分波动 的影响；同时因冷却较慢，改善了焦炭强度，并可获得 400℃，4.05Mpa

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的高温、高压蒸汽，供给锅炉发电。

(4)挥发分含量适合。焦炭中的挥发分是炼焦过程中未分解挥 发完的有机物，主要是碳、氢、氧及少量的硫和氮。挥发分过高说明 焦炭成熟程度可能不够，夹生焦多，在高炉内易产生粉末；挥发分过 低说明焦炭可能过烧，易产生裂纹多、极脆的大块焦。因此，焦炭挥 发分过高或过低都将影响焦炭的产量和质量。
(5)强度高，块度均匀。机械强度差的焦炭，转运过程中和炉 内下降过程中破裂产生大量粉末，大大削弱其柱料的骨架作用，使柱 料透气性恶化，炉渣变稠，炉缸堆积，炉况不顺。所以提高焦炭强度， 十分重要。
24、高炉炼铁法与非高炉炼铁；

即以焦炭为能源基础的传统炼铁方法。它与转炉炼钢相配合，是

目前生产钢铁的主要方法。高炉炼铁的这种主导地位预计在相当长时 期之内不会改变。由于高炉炼铁受能源焦炭的限制，在一些缺乏焦煤 资源的国家和地区，经过长期的研制和实践，也逐步形成了不同形式 的非高炉炼铁法。
传统的高炉—转炉炼钢流程，工艺成熟，可大规模生产，是现代 钢铁生产的主要形式。
非高炉炼铁法，泛指高炉以外，不用焦炭，用煤、燃油、天然气、 电为能源基础的一切其它炼铁方法。例如直接还原法，主要是指在冶 炼过程中，炉料始终保持固体状态而不熔化，产品为多孔状海绵铁或 金属化球团的方法。熔融还原法是用高品位铁精矿粉（经预还原）在

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高温熔融状态下直接还原冶炼钢铁的一种新工艺。

25、铁矿石的间接还原和直接还原。

间接还原 氧化铁由CO还原生成CO2 或由H2 还原生成H2O的过 程。还原顺序为: Fe2O3─→Fe3O4─→FeO─→Fe（低于 570℃时，FeO 不稳定,还原顺序为：Fe2O3─→Fe3O4─→Fe）。
直接还原 在高温区（约 850℃开始）因有大量焦炭存在,生成的

CO2和H2O立即与焦炭反应,转化成CO和H2： CO2+C─→2CO -39600 千卡 H2O+C─→H2+CO -29730 千卡
所以从全过程看，可认为是由碳素直接还原氧化铁生成 CO 和铁： FeO+C─→Fe+CO -36350 千卡 这种高温还原叫做直接还原。因为直接还原比间接还原耗热大得
多，所以在高炉内应尽可能提高中温区的间接还原率，以降低焦比和 燃料比。
26、高炉冶炼对炉渣的要求：

①一般在炉缸的温度 1350～1550℃下，炉渣能很好地熔化，并 具有良好的流动性和具有渣－铁、渣－气间的界面性能，能很好地与 铁水、气体分开，并能顺利地从炉内放出。
②炉渣性能既要有利于去除生铁中的有害杂质（如硫等），也要 能根据需要控制某些反应的程度（SiO2 的还原）和促使有益元素如 锰、钒铌等更好地还原入生铁。
③高炉中从开始软化到生成自由流动的炉渣的区间(软熔带)要

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小，减小气流通过的阻力，以有利于高炉炉料的顺行和强化冶炼。

④炉渣性能稳定，不因炉温和炉渣成分的小量波动而引起炉渣物 理性能的剧烈变化。
⑤渣量要小，以减少熔剂和燃料的消耗，改善料柱下部的透气性， 先进高炉每吨生铁的渣量已降到 300 公斤以下。
⑥要有利于保护炉衬。

27、高炉煤气的组成和性质

冶炼每吨生铁可产生 1600~3000m3 的高炉煤气，其中含有约

20%~25%的CO，1~3%的H2，还有少量甲烷（CH4）等可燃气体。 从高炉排出的煤气中含有大量的炉料粉尘，经过除尘处理可使

含尘量降到 10~20mg/m3 。除尘处理后的高炉煤气发热值约为

3350~3770kJ/m3，是良好的气体燃料。

28 钢和铁在化学组成、性质和用途上的不同点

钢与铁都是以 Fe 元素为基(93～94% Fe )，并含有少量 C、Si、

Mn、P、S(共 6～7%)等元素的 Fe - C 合金。 但钢与铁五大基本元素含量不同，其中变化最大的是 C 。 C 含量为：2.0～4.5%的 Fe - C 合金称为生铁或铸铁；
C 含量为：0.007～1.2%的 Fe - C 合金称为钢。

C 含量为：1.2～2.5%的 Fe - C 合金没有应用值。 首先是碳的含量，理论上一般把碳含量小于 1.2%称之钢，它
的熔点在 1450～1500℃，而生铁的熔点在 1100-1200℃。 在钢中碳元素和铁元素形成Fe3C固熔体，随着碳含量的增加，

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其强度、硬度增加，而塑性和冲击韧性降低。

• 性能不同导致用途不同： 铁水：1. 炼钢原料（90%以上，Si<1.0%);
2.铸铁（ Si>1.5%）；

3.工业纯铁（0～0.007%C）

钢：钢的用量占所有金属用量 94.5%左右，是国民经济建设最基 本的材料。它的品种有数万种，用途广泛。
29、 炼钢对废钢原料的要求。 转炉和电炉炼钢均使用废钢，氧气顶吹转炉用废钢量一般是总装

入量的 10%～30%。废钢分为一般废钢、轧辊、次废铁、车等。

转炉炼钢对废钢的要求：

1)废钢的外形尺寸和块度

应保证能从炉口顺利加入转炉。废钢的长度应小于转炉口直径的

1/2，废钢单重一般不应超过 300kg。国标要求废钢的长度不大于

1000mm，最大单件重量不大于 800kg。

2）废钢中不得混有铁合金 严禁混入铜、锌、铅、锡等有色金属和橡胶，不得混有封闭器皿、
爆炸物和易燃易爆品以及有毒物品。废钢的硫、磷含量均不大于

0.050%。

3）废钢应清洁干燥：不得混有泥沙，水泥，耐火材料，油物等。

4）不同性质的废钢分类存放 非合金钢、低合金钢废钢可混放在一起，不得混有合金废钢和生

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铁。合金废钢要单独存放，以免造成冶炼困难，产生熔炼废品或造成

贵重合金元素的浪费。

30、 炼钢的基本任务可归纳为： A、脱碳并将其含量调整到一定范围。 B、去除杂质，主要包括：脱磷（冷脆）、脱硫（热脆）、脱氧、
去除气体（氢、氮）和非金属夹杂物（氧化物、硫化物、磷化物、氮 化物等）；
C、调整钢液成分和温度；

D、将钢液浇注成质量好的钢锭或钢坯。

31、炼钢脱磷反应的基本条件和方法 将钢中的磷脱除到要求的范围内，是炼钢的任务之一。

1．脱磷的基本反应

2[P]+5（FeO）+4(CaO)=(4CaO·P2O5)+5[Fe] 放热 从反应式中可以看出：较低的温度、高(FeO)、高(CaO)有利于脱磷
反应的进行。

2．脱磷的基本条件和方法
1)炉渣的碱度要适当高，流动性要好。研究结果认为，脱磷时的炉 渣碱度控制在2.5～3最好。

2)适当提高炉渣的氧化性，即渣中的氧化铁要高。

3)适当的温度。尽管低温有利于放热反应的进行，但低温不利于石 灰的熔化，不利于扩散反应的进行，从而最终还将影响到脱磷反应速

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度。所以，为了获得最佳的脱磷效果，熔池应有适当的温度，不能太

高也不能太低。

4)大渣量是提高脱磷效果的有效方法之一。对于电炉来说，采用自 动流渣的方法，放旧渣、造新渣就是大渣量的另一种操作形式。
32、炼钢过程中脱氧的原理和任务 炼钢过程中脱氧的原理是：利用对氧的亲和力比Fe大的元素，如
Mn、Si、Al等，把钢液中的氧夺走，形成不残留在钢液中的脱氧产 物如MnO、、等并上浮到渣中。能用来对钢液脱氧的元素 或合金叫脱氧剂。
脱氧的目的在于降低钢中的氧含量，脱氧的任务是：

1)降低钢液中溶解的氧，把氧转变成难溶于钢液的氧化物如

MnO、等。

2)将脱氧产物排出钢液之外。否则钢液中的氧只是改变了存在形 式，总含氧量并没有降低，氧对钢的危害依然存在。
3)脱氧时还要完成调整钢液成分和合金化的任务。

33. 铁合金的特性及作用 铁与一种或几种元素组成的中间合金，主要用于钢铁冶炼。在钢
铁工业中一般还把所有炼钢用的中间合金，不论含铁与否（如硅钙合 金），都称为“铁合金”。
铁合金的主体元素一般熔点较高，或者它的氧化物难于还原，难 于炼出纯金属，如与铁在一起则较易还原冶炼。在钢铁冶炼中使用铁 合金，其中含铁非但无害，而因为易熔于钢水反较有利。因此，炼钢

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过程中脱氧和添加合金，大多以铁合金的形式加入。铁合金一般很脆，

不能作为金属材料使用。铁合金一般用作：

①脱氧剂。在炼钢过程中脱除钢水中的氧，某些铁合金还可脱除 钢中的其他杂质如硫、氮等。
②合金添加剂。按钢种成分要求，添加合金元素到钢内以改善钢 的性能。
③孕育剂。在铸铁浇铸前加进铁水中，改善铸件的结晶组织。此 外，还用作以金属热还原法生产其他铁合金和有色金属的还原剂；有 色合金的合金添加剂；还少量用于化学工业和其他工业。
34、 试从资源综合利用和生产过程对环境的友好两方面，分析火法 炼铜和湿法炼铜的主要优缺点。

火法炼铜是将铜矿（或焙砂、烧结块等）和熔剂一起在高温下熔 化，或直接炼成粗铜，或先炼成冰铜（铜、铁、硫为主的熔体）然后 再炼成粗铜。
湿法炼铜是在常压或高压下，用溶剂浸出矿石或焙烧矿中的铜， 经净液使铜与杂质分离，而后用电积或置换等方法，将溶液中的铜提 取出来。
火法流程最大的优点是适应性广，对各种不同的铜矿均能处理， 特别是对一船硫化矿和富氧化矿很适用。湿法炼铜是在常温、常压或 高压下用溶剂使铜从矿石中浸出。然后从浸出液中除去各种杂质，再 将铜从浸出液中沉淀出来。对氧化铜矿和自然铜矿，大多数可用溶剂 直接浸出；而硫化铜矿则一般先经焙烧，然后溶浸。

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火法炼钢与湿法炼铜的根本差别在于湿法浸出时，只有铜和少数

其他成分溶解，绝大多数的脉石成分和杂质仍留在浸出渣中。湿法过 程可在常温下进行，不需要更多的燃料；不造渣；产品输送方便；劳 动条件较好；无烟害。从今后铜资源的变化情况看，铜矿日益贫化， 将会遇到低品位难选复合矿处理的问题更多，这会促使湿法冶金向前 发展。
35、 造琉炼铜过程的化学反应: 硫化物、碳酸盐、硫酸盐的热裂解;

化合物间的相互作用.

1）．高价硫化物、碳酸盐、硫酸盐的热分解

4CuFeS2→2Cu2S+4FeS+S2

2Cu3FeS3→3Cu2S+2FeS+1/2S2

FeS2→FeS+1/2S2

CaCO3→CaO+CO2

ZnSO4→ZnO+SO2+1/2O2

硫蒸汽最终被氧化成SO2，与CO2一起进入烟气。

2）．化合物间的相互作用

3Fe3O4+FeS→10FeO+SO2

Cu2O+FeS→Cu2S+FeO ZnO+FeS→ZnS+FeO Cu2S+FeS→Cu2S·FeS
产生的硫化物相互溶解形成冰铜，氧化物和脉石及熔剂反应形成

硅酸盐型炉渣。

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2FeO+SiO2→2FeO·SiO2 (12-15)

2CaO+SiO2→2CaO·SiO2 (12-16)

造琉炼铜可以使矿物中任何形态的铜化合物，几乎完全以稳定的 Cu2S形式富集在冰铜中。冰铜密度比炉渣大，且两者不互溶，从而分 离。
36、 稀土精矿分解原理及方法。

将矿物中的主要成分转变成易溶于水或酸的化合物，然后经溶 解、分离、净化等工序，为稀土分离作准备，也可以直接沉淀成混合 稀土化合物产品。
稀土精矿分解方法： A、酸分解法（硫酸法和氢氟酸法） B、碱分解法（苛性钠法和苏打法） C、高温氯化法。
37、 铝电解原理： 现代铝工业生产，主要采用冰晶石—氧化铝熔盐电解法，其中氧
化铝是炼铝的原料，冰晶石是熔剂。 直流电通入电解槽，在阴极和阳极上发生电化学反应。电解产物，
阴极上是液体铝，阳极上是气体CO2（75-80%）和CO（20-25%）。 在工业电解槽内，电解质通常由质量分数为 95%的冰晶石和 5%
的氧化铝组成，电解温度为 950-970℃。

电解液的密度约为 2.1g/cm3，铝液密度为 2.3 g/cm3，两者因密度 差而上下分层。铝液用真空抬包抽出后，经过净化和过滤，浇铸成商

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品铝锭，纯度达 99.5～99.8%。阳极气体中还含有少量有害的氟化物、

沥青烟气和二氧化硫。经过净化后，废气排入大气，收回的氟化物返 回电解槽内继续使用。
38、拜耳法生产氧化铝的流程。 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。 溶出：指把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 + 2NaOH = 2NaAlO2 + (x+1)H2O Al(OH)3 + NaOH = NaAl(OH)4
AlOOH + NaOH + H2O = NaAl(OH)4

分解：析出固体氢氧化铝

2NaAlO2+4H2O=2NaOH+Al2O3·xH2O ( 添 加 晶 种

Al2O3·3H2O）

煅烧：Al2O3·3H2O = Al2O3 + 3H2O （高温 1100℃）

39、简述热轧和冷轧的生产过程；

热轧主要生产过程为：（1）加热—将钢坯在加热炉中，加热到 再结晶温度以上的某一适当温度。（2）轧制—不同品种或规格产品， 分别在不同类型的轧机上进行轧制。（3）精整—包括剪切、冷却、 矫正、检验、表面处理等。
冷轧的主要生产过程为：（1）酸洗—除去坯料表面的氧化铁皮。

（2）轧制。（3）退火—消除加工硬化。（4）精整。

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40、概念题：

焙烧：将矿石或精矿置于适当的气氛下，加热至低于它们的熔点 温度，发生氧化、还原或其它化学变化的过程。其目的是改变原料中 提取对象的化学组成，满足熔炼或浸出的要求。按控制的气氛不同， 分为：
氧化焙烧： 还原焙烧： 硫酸化焙烧 氯化焙烧等。 浸出：用适当的浸出剂（如酸、碱、盐等水溶液）选择性地与矿
石、精矿、焙砂等矿物原料中金属组分发生化学作用，并使之溶解而 与其它不溶组分初步分离的过程。浸出又称浸取、溶出、湿法分解。 烧结矿：将矿粉（包括富矿粉、精矿粉以及其它含铁细粒

状物料）、熔剂（石灰石、白云石、生石灰等粉料）、燃料（焦 粉、煤粉）按一定比例配合后，经混匀、造粒、加温（预热）、 布料、点火，借助炉料氧化（主要是燃料燃烧）产生的高温，使 烧结料水分蒸发并发生一系列化学反应，产生部分液相粘结，冷 却后成块，经合理破碎和筛分后，最终得到的块矿就是烧结矿。
高炉利用系数：每立方米高炉有效容积一昼夜生产生铁的吨数， 是衡量高炉生产效率的指标，单位：吨/(米3·日)。
直接还原：以气体燃料、液体燃料或非焦煤为能源，在铁矿石

（或铁团块）呈固态的软化温度以下进行还原获得金属铁的方法。 熔融还原：以非焦煤为能源，在高温熔融状态下进行铁氧化物
还原，渣铁能完全分离，得到类似高炉的含碳铁水，其目的在于不使 用焦炭。

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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。
碳素钢是指钢中除含有一定量为了脱氧而加入硅（一般

≤0.40%）和锰（一般≤0.80%）等合金元素外，不含其他合金元素的 钢。
合金钢是指钢中除含有硅和锰作为合金元素或脱氧元素外，还含 有其他合金元素如铬、镍、钼、钛、钒、铜、钨、铝、钴、铌、锆和 稀土元素等，有的还含有某些非金属元素如硼、氮等的钢。
连铸，使钢水不断地通过水冷结晶器，凝成硬壳后从结晶器下 方出口连续拉出，经喷水冷却，全部凝固后切成坯料的铸造工艺。
钢液的炉外精炼是把一般炼钢炉中要完成的精炼任务，如脱硫、 脱氧、除气、去除非金属夹杂物、调整钢的成分和钢液温度等，移到 炉外的“钢包”或者专用的容器中进行。
金属压力加工：金属压力加工是对固态金属施加一定的外力， 使其发生塑性变形，从而获得所要求的形状和尺寸的金属材料和制 品。它包括轧制、锻造、冲压、挤压、拉拔等方法。 轧制：将钢材金属坯料通过一对旋转轧辊的间隙（各种形状），因受 轧辊的压缩使材料截面减小，长度增加的压力加工方法，这是生产钢 材最常用的生产方式，主要用来生产钢材型材、板材、管材。分冷轧、 热轧。

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湿法炼铜也称胆铜法，其生产过程主要包括两个方面。一是

浸铜，就是把铁放在胆矾（CuSO4·5H2O）溶液（俗称胆水）中， 使胆矾中的铜离子被金属置换成单质铜沉积下来；二是收集，即 将置换出的铜粉收集起来，再加以熔炼、铸造。
拜耳法： 用苛性钠溶液(其质量浓度为 130～350gNa2O/L)在加 热的条件下将铝土矿中的各种氧化铝水合物溶解出来，生成铝酸钠溶 液，此种溶液经稀释后在冷却的条件下分解出纯的氢氧化铝，同时重 新生成苛性钠溶液，供循环使用。

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