冶金工程原理.doc

冶金工程 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，钢铁的质量和品种对国民经济其它工业部门产品的质量，都有着极大的影响。提高效率的长远发展需求提供促进作用无论是什么企业，要挑战的都是是一个网络盛行、信息快速普及以及无国界竞争的时代，如何运用独特的商业模式提升企业的生产力、反应力，已是企业的首要问题，由于当前冶金行业投资过热，新建企业逐渐增多，同时国家加大了宏观调控的力度，尤其是近期国家关于淘汰落后产能、节能减排等一系列调控政策的实施，形成了冶金企业重组以及部分落后企业被淘汰出局的格局。在这样的形式下就形成了钢铁冶金联合企业。对于冶金行业来说，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。生产工序的系统化，创新，成为企业产品竞争实力的主要体现。选矿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. 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)(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。(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。(6) 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。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） 氧气转炉炼用纯氧从转炉顶部吹炼铁水成钢的转炉炼钢方法。自50年代初投入工业生产以来，在世界范围内得到迅速推广，逐步取代空气转炉法和平炉炼钢法，成为现代炼钢的主要方法。转炉炼钢法同其他炼钢法主要区别在于他不借助外加能源，仅靠吹入熔池的空气或氧气与生铁水中各种元素的放热氧化反应完成脱碳和脱除杂质的任务，并将钢液加热到出钢（1600或更高）温度。（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70120。 （3）平炉炼钢从外部供给热量因平炉炉体庞大,冶炼时间长,炉墙散热损失和高温废气带走的热量大，除钢铁原料中各元素氧化产生热量外，必须从外部供给燃料和使用预热空气燃烧燃料，方能保持炼钢时需要的热量1 铁矿石的开采（1） 铁矿石的开采方式铁矿石的开采方式主要有露天开采、地下开采和液体开采。（2）铁矿石的富选铁矿石的富选过程包括破碎、磨碎、筛分和分级和选别作业。(3) 铁矿粉造块铁矿粉造块的方法主要分为烧结法和球团法。2高炉炼铁(1) 高炉炼铁的过程（a） 炉顶装入铁矿石、焦炭、造渣用熔剂(石灰石)。（b） 从位于炉子下部沿炉周的风口吹入经预热的空气。（c）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。（d） 炼出的铁水从铁口放出。（e） 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。（f） 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。（2） 高炉炼铁特点（1）高炉冶炼是在炉料与煤气流逆向运动过程中完成各种错综复杂的化学反应和物理变化的，炉内主要是还原性气氛。（2）高炉是密闭的容器，除装料、出铁、出渣及煤气外，操作人员无法直接观察到反应过程的状况，只能凭借仪器仪表间接观察炉内状况。（3）高炉是连续的、大规模的高温生产过程，机械化和自动化水平较高。 （3）铁合金生产铁合金的用途 合金添加剂脱氧剂孕育剂。1.3.2生产方法铁合金的生产方法主要有碳还原法（高炉、电炉）、金属热还原法及电解法。（4）炼钢用原材料炼钢用原材料可分为金属和非金属两类金属材料金属料主要指铁水（或生铁块）、废钢和铁合金。非金属材料非金属料主要指造渣材料、氧化剂、冷却剂等。（5）炼钢的基本任务（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。（6）转炉、平炉炼钢转炉炼钢法主要包括底吹酸性转炉炼钢法、碱性转炉炼钢法、侧面吹风的酸性侧吹转炉炼钢法、氧气顶吹转炉炼钢法（LD法）、 氧气底吹转炉炼钢法及顶底复合吹转炉炼钢法。转炉炼钢法基本原理在于他不借助外加能源，仅靠吹入熔池的空气或氧气与生铁水中各种元素的放热氧化反应完成脱碳和脱除杂质的任务，并将钢液加热到出钢（1600或更高）温度。氧气顶吹转炉炼钢法用纯氧从转炉顶部吹炼铁水成钢的转炉炼钢方法。自50年代初投入工业生产以来，在世界范围内得到迅速推广，逐步取代空气转炉法和平炉炼钢法，成为现代炼钢的主要方法。LD法优点(a)吹炼速度快，生产率高；(b)品种多，质量好；(c)原材料消耗少，热效率高、成本低；(d)基建投资省，建设速度快；(e)容易与连续铸钢相匹配。鉴于以上优点，氧气顶吹转炉炼钢现已成为主要炼钢方法。平炉炼钢特点从外部供给热量 因平炉炉体庞大,冶炼时间长,炉墙散热损失和高温废气带走的热量大，除钢铁原料中各元素氧化产生热量外，必须从外部供给燃料和使用预热空气燃烧燃料，方能保持炼钢时需要的热量。平炉炼钢的原材料钢铁料如生铁或铁水、废钢；氧化剂如铁矿石、工业纯氧、人造富矿；造渣剂如石灰（或石灰石）、萤石、铁矾土等；脱氧剂和合金添加剂。平炉炼钢的步骤平炉炼钢的过程通常分为补炉、装料（铁矿石、石灰和废钢）、加热、兑铁水、熔化、精炼、脱氧和出钢等几个步骤。平炉炼钢的优点可大量使用废钢，而且生铁和废钢配比灵活；对铁水成分的要求不像转炉那样严格，可使用转炉不能用的普通生铁；能炼的钢种比转炉多，质量较好。（7）电弧炉冶炼电弧炉冶炼的优点(a) 热效率高，达65%以上(b) 温度易于控制和调整(c) 炉内气氛可控，利于脱磷、脱硫、脱氧(d) 钢中夹杂物相对较低(e) 合金收得率高(f) 可全废钢冶炼，也可配装部分铁水(g) 设备简单，占地少，投资省，建厂快但是，我国目前废钢保有量少，价格较高，而且电弧离解作用是钢中氮氢含量较转炉高。（8）炉外精炼精炼原理真空脱气、真空脱氧 、惰性气体处理、钢液连铸机型式目前普遍使用的连铸设备是弧形连铸机。立式、立弯式、倾斜式三种型式是发展过程的产物，其中直立式仍在少数工厂使用，水平式、旋转轮式、离心旋转连铸机尚处于试验或小规模生产阶段。（1）0金属塑性加工分类按照塑性加工时是否完全消除加工硬化，分为热加工和冷加工。加工施力类型分类直接受压、如锻压、挤压和轧制；间接受压, 如拔丝、拔管和金属板深拉；张力，如拉延；弯曲，施加的是弯矩，如金属冷弯成型；剪切，施加剪切使金属成型，如冲裁、剪切。金属塑性加工特点金属塑性加工在现代冶金工业生产中占有重要地位，同金属切削加工相比，塑性加工有以下优点：从成型原则上说,无切屑,金属损耗较少；在取得所需形状的同时,改善材料的组织和性能,成品能够直接使用或者便于加工；适于专业化的大规模生产。主要缺点是：某些脆性材料和形状复杂的制品不适于用塑性加工；专业化生产时需要专用的设备和工具。 （11）金属热处理金属热处理方法包括退火、正火、淬火、回火和调质。 冶金专业与机械电子工程的联系冶金专业是一门研究从矿石提取钢铁或有色金属材料并进行加工的应用性学科，培养的是冶金工程领域科学研究与开发应用、工程设计与实施、技术攻关与技术改造、新技术推广与应用、工程规划与冶金企业管理等方面的高层次专门人才。冶金专业主要有三大研究方向。一是冶金物理化学方向：学习内容包括冶金新理论与新方法、冶金与材料物理化学、材料制备物理化学、冶金和能源电化学等。二是冶金工程方向：学习内容包括钢铁和有色金属冶金新工艺、新技术和新装备的研究、现代冶金基础理论和冶金工程软科学、冶金资源的综合利用、优质高附加值冶金产品的制造和特殊材料的制备技术等。三是能源与环境工程方向：学习内容包括冶金工程环境控制、燃料的清洁燃烧与能源极限利用、工艺节能与余能回收、工业固体废弃物、城市垃圾处理、大气污染控制、技术及新产品的开发与试验工作等。这些广泛的分支领域构成了冶金工程的重要组成部分，极大地推进了冶金材料行业的发展与国家的工业建设。而机械电子工程主要是机电结合的宽口径专业，致力于为我国的制造业信息化发展战略服务。通过电子技术、信息技术与机械技术的有机结合，系统地综合了电子、机械、信息、测量及