冶金工程概论

1、冶金工程概论冶金工程概论 教教 学学 目目 的的 教学安排教学安排 书籍书籍 教学安排教学安排 杂志杂志： 第一章第一章 绪论绪论 教学要求：教学要求： 第一章第一章 绪论绪论 经济地 提取金属化合物加工 金属材料 提取冶金物理冶金 第一章第一章 绪论绪论 提取冶金 金属金属化合物 物理冶金 第一章第一章 绪论绪论 第一章第一章 绪论绪论 自然界已发现109 109种元素，金属元素共9393 种，按提取冶金分类可分为： 黑色金属 黑色金属：Fe, Cr, Mn Fe, Cr, Mn 有色金属 有色金属：其余的金属元素 重重金属、轻轻金属、稀有稀有金属、贵贵金属 1010种常用有色金属种常用有色

2、金属 第一章第一章 绪论绪论 第一章第一章 绪论绪论 A A B B B B B B B B A A A A A A 1 1 H 2 He 2 3 Li 4 Be 5 B 6 C 7 N 8 O 9 F 10 Ne 3 11 Na 12 Mg 13 Al 14 Si 15 P 6 S 17 Cl 18 Ar 4 19 K 20 Ca 21 Sc 22 Ti 23 V 24 Cr 25 Mn 26 Fe 27 Co 28 Ni 29 Cu 30 Zn 31 Ga 32 Ge 33 As 34 Se 35 Br 36 Kr 5 37 Rb 38 Sr 39 Y 40 Zr 41 Nb 42 Mo

3、43 Tc 44 Ru 45 Rh 46 Pd 47 Ag 48 Cd 49 In 50 Sn 51 Sb 52 Te 53 I 54 Xe 6 55 Cs 56 Ba 57 La 72 Hf 73 Ta 74 W 75 Re 76 Os 77 Ir 78 Pt 79 Au 80 Hg 81 Tl 82 Pb 83 Bi 84 Po 85 At 86 Rn 7 87 Fr 88 Ra 89 Ac 104 Ku 105 106 58-71 镧系 90-103 锕系 稀有轻金属 稀有高熔点金属 稀土金属 稀有分散性金属 稀有放射性金属 第一章第一章 绪论绪论 金金 属：属： 化合物：化合物： 第一

4、章第一章 绪论绪论 火法冶金： 湿法冶金： 电 冶 金： 冶 金 工艺流 程： 冶炼工艺流程图： 第一章第一章 绪论绪论 冶金（单元）过程： 第一章第一章 绪论绪论 现状 发展方向 第一章第一章 绪论绪论 第二章第二章 矿石与选矿矿石与选矿 教学要求教学要求 第二章第二章 矿石与选矿矿石与选矿 矿床 矿石 有用矿石 脉石 品位 矿物 第二章第二章 矿石与选矿矿石与选矿 选矿选矿 原矿 精矿 尾矿 第二章第二章 矿石与选矿矿石与选矿 破碎与筛分破碎与筛分： P15 P15 P15 P16 P16 第二章第二章 矿石与选矿矿石与选矿 选矿工艺：选矿工艺： 重选法重选法P16 浮选法浮选法P16 P

5、16 P18 磁选法磁选法 P19 第三章第三章 炼炼 铁铁 教学要求：教学要求： 第三章第三章 炼炼 铁铁 性质 丰度 赋存状态 铁冶炼发展史 第三章第三章 炼炼 铁铁 炼铁原料炼铁原料 铁矿石 P22 P22 P22 有害杂质(S(S、P)P)要少 其他含铁原料其他含铁原料 第三章第三章 炼炼 铁铁 熔剂熔剂 P23 焦碳焦碳 第三章第三章 炼炼 铁铁 铁矿粉造块铁矿粉造块 （人造富矿或熟料） 烧结法烧结法将矿粉、熔剂、燃料按一定比例混合，在1300一1500条件下， 矿粉局部熔化造渣，烧结成具有一定强度、一定粒度、化学成分稳定的高炉料。 团矿法团矿法是不适宜烧结的细磨精矿粉和其它含铁粉料

6、造块的方法。 第三章第三章 炼炼 铁铁 烧结设备烧结设备：带式烧结机 结构 P24图3-1 烧结过程 P25图3-2 点火炉点火炉台车行进方向台车行进方向 第三章第三章 炼炼 铁铁 烧结矿分类 第三章第三章 炼炼 铁铁 烧结矿与球团矿的比较：烧结矿与球团矿的比较： 第三章第三章 炼炼 铁铁 高炉冶炼过程 P26 第三章第三章 炼炼 铁铁 碳的燃烧反应 化学反应化学反应 平衡气相成分与温度的关系平衡气相成分与温度的关系 图图2-2 风口径向煤气成分的变化风口径向煤气成分的变化 第三章第三章 炼炼 铁铁 铁氧化物的还原铁氧化物的还原 氧化物的稳定性 金属氧化物稳定性判据 P28 图 2-8 氧化物

7、标准生成自由能随温度的变化图 3-8 纯氧化物分解压与温度关系 第三章第三章 炼炼 铁铁 结论: P28 第三章第三章 炼炼 铁铁 铁氧化物的离解铁氧化物的离解 P29 铁氧化物的还原 P30 间接还原 直接还原：用C C还原 第三章第三章 炼炼 铁铁 高炉内非铁氧化物的行为 P29 第三章第三章 炼炼 铁铁 高炉炼铁法简介高炉炼铁法简介 近代钢铁制造工序近代钢铁制造工序 第三章第三章 炼炼 铁铁 高炉炼铁过程高炉炼铁过程 高炉炼铁的优缺点高炉炼铁的优缺点 高炉设备高炉设备 高炉本体高炉本体 高炉附属系统高炉附属系统 P38 第三章第三章 炼炼 铁铁 渗碳过程渗碳过程 P33 渗碳反应渗碳反应

8、 渗碳作用渗碳作用 第三章第三章 炼炼 铁铁 造渣过程造渣过程 炉渣作用炉渣作用 炉渣组成炉渣组成 第三章第三章 炼炼 铁铁 炉渣性质炉渣性质 酸碱性酸碱性 P34 碱性酸性 熔化温度与熔化性温度熔化温度与熔化性温度 熔化温度及其影响因素 第三章第三章 炼炼 铁铁 第三章第三章 炼炼 铁铁 粘度粘度 P P35 35 第三章第三章 炼炼 铁铁 脱硫过程脱硫过程 炉渣脱硫反应炉渣脱硫反应 提高炉渣脱硫能力措施提高炉渣脱硫能力措施 (2)提高温度 (3)还原性炉渣 图图3-20 KR法法 1-脱硫剂；脱硫剂；2-搅拌槽；搅拌槽；3- 至除尘器至除尘器 图图3-20 顶部喷吹法顶部喷吹法 1-喷枪；

9、喷枪；2-脱硫剂；脱硫剂；3-料仓；料仓； 4-称量料仓；称量料仓；5-N2 炉外脱硫炉外脱硫 第三章第三章 炼炼 铁铁 P39-40 高炉有效容积利用系数高炉有效容积利用系数 焦比焦比 第三章第三章 炼炼 铁铁 冶炼强度冶炼强度 生铁合格率生铁合格率 炉龄炉龄 第三章第三章 炼炼 铁铁 P40-41 第四章第四章 炼炼 钢钢 教学要求：教学要求： 第四章第四章 炼炼 钢钢 钢铁分类及其性能钢铁分类及其性能 钢的分类钢的分类 第四章第四章 炼炼 钢钢 C、Si、Mn、P、S在铸铁和钢中的含量在铸铁和钢中的含量 第四章第四章 炼炼 钢钢 炼钢的基本任务炼钢的基本任务 降碳除杂加合金 第四章第四章

10、 炼炼 钢钢 炼钢炉 1823-1923K 热源氧化剂 钢水 钢渣 铁水 生铁 废钢 造渣剂 炼钢过程示意图炼钢过程示意图 氧化精炼氧化精炼 第四章第四章 炼炼 钢钢 炼钢原料炼钢原料 金属料金属料 铁水(或生铁块) 废钢 第四章第四章 炼炼 钢钢 铁合金 辅助材料辅助材料 造渣材料 第四章第四章 炼炼 钢钢 氧化剂 冷却剂 还原剂和增碳剂 高碳钢 第四章第四章 炼炼 钢钢 炼钢炉渣炼钢炉渣 炉渣来源炉渣来源 炉渣组成炉渣组成 高炉炼铁炉渣高炉炼铁炉渣 3545 3545 0.30.9 0.31.5 - 68 814 0.91.3 第四章第四章 炼炼 钢钢 炉渣作用炉渣作用 第四章第四章 炼炼

11、 钢钢 炉渣性质炉渣性质 炉料中 含P较低 炉料中含 P较高 P47 第四章第四章 炼炼 钢钢 炼钢过程反应炼钢过程反应 炼钢炼钢熔池中氧的来源及铁液中元素的氧化方式熔池中氧的来源及铁液中元素的氧化方式 P48 第四章第四章 炼炼 钢钢 炼钢熔池中元素的氧化次序炼钢熔池中元素的氧化次序 P48 图 2-8 氧化物标准生成自由能随温度的变化图 3-8 纯氧化物分解压与温度关系 第四章第四章 炼炼 钢钢 脱碳反应脱碳反应 脱碳反应的作用 第四章第四章 炼炼 钢钢 脱碳反应方式 炼钢熔池中C和O浓度的关系 脱碳反应的速度 第四章第四章 炼炼 钢钢 硅、锰的氧化反应硅、锰的氧化反应 硅的氧化反应 第四

12、章第四章 炼炼 钢钢 锰的氧化反应 第四章第四章 炼炼 钢钢 脱磷反应脱磷反应 磷对钢性能的影响 脱磷的基本反应 第四章第四章 炼炼 钢钢 脱硫反应脱硫反应 硫对钢性能的影响 脱硫反应及其影响因素 第四章第四章 炼炼 钢钢 脱硫总反应式 炉渣的脱硫能力 第四章第四章 炼炼 钢钢 影响炉渣脱硫的因素 炉渣碱度高 ，渣中氧化铁(FeO)含 量低，温度高，渣量大，炉渣流动性 好，则有利于脱硫 第四章第四章 炼炼 钢钢 钢的脱氧钢的脱氧 氧对钢质量的影响 P52 镇静钢沸腾钢半镇静钢 第四章第四章 炼炼 钢钢 脱氧方法 P53 脱氧剂 上上 节节 回回 顾顾 第四章第四章 炼炼 钢钢 钢中气体和非金属

13、夹杂物的脱除钢中气体和非金属夹杂物的脱除 钢中气体 P53-54 对钢质量的影响 措施 第四章第四章 炼炼 钢钢 钢中非金属夹杂物 P54 存在形式 对钢质量的影响 减少钢中非金属夹杂物的主要途径 第四章第四章 炼炼 钢钢 转炉炼钢法的种类转炉炼钢法的种类 第四章第四章 炼炼 钢钢 氧气顶吹转炉炼钢氧气顶吹转炉炼钢 设备设备 第四章第四章 炼炼 钢钢 工艺特点工艺特点 第四章第四章 炼炼 钢钢 炼钢工艺过程炼钢工艺过程 P58 第四章第四章 炼炼 钢钢 电弧炉炼钢电弧炉炼钢 电弧热 设备设备 第四章第四章 炼炼 钢钢 电弧炉炼钢特点电弧炉炼钢特点 优 点 冶金过程灵活 热损失少 温度易控制 基

14、建投资省 能耗低 操作灵活 缺 点 氢、氧含量较转 炉钢高 炉内温度分布不 均匀 第四章第四章 炼炼 钢钢 电弧炉熔炼工艺电弧炉熔炼工艺 P60 平炉炼钢平炉炼钢 P61 各种炼钢方法的比较各种炼钢方法的比较 P63 第五章第五章 铜冶金铜冶金 教学要求：教学要求： 第五章第五章 铜冶金铜冶金 P65 性质 性质 第五章第五章 铜冶金铜冶金 丰度丰度 赋存状态赋存状态 用途用途 第五章第五章 铜冶金铜冶金 炼铜原料炼铜原料 资源状况资源状况 P68 铜的矿物铜的矿物 P68 铜精矿铜精矿 P69 高（15%-30%）的精矿，作为冶炼原料。 第五章第五章 铜冶金铜冶金 硫化精矿特点 第五章第五章

15、 铜冶金铜冶金 冶炼方法冶炼方法 硫化矿主要用火法冶金处理 火法炼铜火法炼铜P P70 70 第五章第五章 铜冶金铜冶金 传统熔炼传统熔炼 不足 (3)设备生产能力低。 第五章第五章 铜冶金铜冶金 强化熔炼强化熔炼 火法炼铜发展趋势火法炼铜发展趋势 第五章第五章 铜冶金铜冶金 火法炼铜工艺特点 优 点 耗费较少的能量 从铜硫化矿物一 直炼到金属铜， 铜的生产效率高 缺 点 SO2烟气对环境 的污染 第五章第五章 铜冶金铜冶金 湿法炼铜湿法炼铜 P P71 71 不足 浸出方法 第五章第五章 铜冶金铜冶金 造锍熔炼的物料及产物造锍熔炼的物料及产物 造锍熔炼的目的造锍熔炼的目的 第五章第五章 铜冶

16、金铜冶金 造锍熔炼的物料造锍熔炼的物料 第五章第五章 铜冶金铜冶金 熔炼过程主要产物熔炼过程主要产物 锍 P73 P75 第五章第五章 铜冶金铜冶金 锍的形成及其特性锍的形成及其特性 造锍熔炼过程中的物理化学变化造锍熔炼过程中的物理化学变化 高价硫化物热离解P72 结论： Cu2SCu2O，FeS FeO 第五章第五章 铜冶金铜冶金 锍的形成锍的形成 锍的形成基于两点： P67 P66 k k1523 1523=10 =109.86 9.86 第五章第五章 铜冶金铜冶金 冰铜的物理性质冰铜的物理性质 造锍熔炼炉渣及其特性造锍熔炼炉渣及其特性 炉渣来源炉渣来源 炉渣组成炉渣组成 P P75 75

17、 第五章第五章 铜冶金铜冶金 炉渣性质炉渣性质 冶炼过程对炉渣的要求 铜炉渣的重要特点 P74 第五章第五章 铜冶金铜冶金 造锍熔炼炉渣中铜的损失与渣贫化造锍熔炼炉渣中铜的损失与渣贫化 炉渣中铜的损失炉渣中铜的损失 第五章第五章 铜冶金铜冶金 炉渣的贫化炉渣的贫化 第五章第五章 铜冶金铜冶金 熔炼方法简介 第五章第五章 铜冶金铜冶金 熔池熔池熔炼熔炼 反射炉熔炼冰铜反射炉熔炼冰铜 反射炉熔炼过程： 传热方法： 反射炉的结构： P P78 78 第五章第五章 铜冶金铜冶金 第五章第五章 铜冶金铜冶金 反射炉熔炼优缺点 优 点 对原料适应性强，炉子 结构简单，对耐火材料 要求不高对自控水平、 操作

18、水平要求较低渣含 铜低，不需处理可直接 弃去 缺 点 烟气SO2浓度低(0.5- 2%)，难于回收利用， 环境污染严重；热效 率低，能耗高；冰铜 品位低，吹炼负荷大； 生产率低 发展趋势：改良 新技术取代 第五章第五章 铜冶金铜冶金 Noranda法造锍熔炼法造锍熔炼 P P86 86 作业过程： P86 炉子结构 第五章第五章 铜冶金铜冶金 闪速熔炼闪速熔炼 炉子结构 金川公司闪速炉结构 第五章第五章 铜冶金铜冶金 生产过程与过程控制生产过程与过程控制 水分小于0.3%)0.3%) 烟尘率较反射炉、电炉及熔池熔炼高，为炉料量的烟尘率较反射炉、电炉及熔池熔炼高，为炉料量的10%10%左右左右

19、第五章第五章 铜冶金铜冶金 冰铜品位控制 渣成分控制 温度控制 第五章第五章 铜冶金铜冶金 热平衡热平衡 (3)(3)提高热风温度 第五章第五章 铜冶金铜冶金 Outokumpu闪速熔炼的特点及发展闪速熔炼的特点及发展 节能降耗 技术发展趋势 第五章第五章 铜冶金铜冶金 吹炼目的吹炼目的 铜锍吹炼反应铜锍吹炼反应 第五章第五章 铜冶金铜冶金 造渣期： 造铜期： 第五章第五章 铜冶金铜冶金 吹炼设备吹炼设备 P P89 89 第五章第五章 铜冶金铜冶金 生产过程生产过程 第五章第五章 铜冶金铜冶金 P PS S转炉吹炼工艺缺点转炉吹炼工艺缺点 (7)间歇式作业引起烟气量不稳定，不利制 酸。 第五

20、章第五章 铜冶金铜冶金 吹炼工艺的发展吹炼工艺的发展 第五章第五章 铜冶金铜冶金 虹吸式转炉虹吸式转炉 顶吹转炉顶吹转炉 奥斯炉 卡尔多炉 第五章第五章 铜冶金铜冶金 闪速吹炼闪速吹炼 工艺过程 铜 第五章第五章 铜冶金铜冶金 工艺特点 99.9% 闪速吹炼工艺从技术上解决了硫的泄露问题闪速吹炼工艺从技术上解决了硫的泄露问题 上节回顾上节回顾 l 造锍熔炼原理 l 造锍熔炼实践 熔池熔炼 闪速熔炼 炉渣贫化 l 冰铜吹炼原理 l 冰铜吹炼实践 第五章第五章 铜冶金铜冶金 三菱法熔炼三菱法熔炼- -连续吹炼炼铜法连续吹炼炼铜法 顶吹熔池熔炼顶吹熔池熔炼 P P90 90 炉子结构 第五章第五章

21、铜冶金铜冶金 熔炼炉： 炉渣贫化炉： 吹炼炉： 第五章第五章 铜冶金铜冶金 生产过程及其特点生产过程及其特点 第五章第五章 铜冶金铜冶金 第五章第五章 铜冶金铜冶金 铜的火法精炼铜的火法精炼 目的目的 S O S O 第五章第五章 铜冶金铜冶金 方法及原理方法及原理 氧化 2Cu + 1/2 O2Cu + 1/2 O2 2 = Cu = Cu2 2O O CuCu2 2O O CuCu2 2O + M =2Cu + MOO + M =2Cu + MO M M MOMO 第五章第五章 铜冶金铜冶金 第五章第五章 铜冶金铜冶金 还原 还原剂 第五章第五章 铜冶金铜冶金 火精炼设备火精炼设备 第五章

22、第五章 铜冶金铜冶金 铜的电解精炼铜的电解精炼 P96 铜电解精炼电极过程铜电解精炼电极过程 第五章第五章 铜冶金铜冶金 阳极 第五章第五章 铜冶金铜冶金 阴极 第五章第五章 铜冶金铜冶金 Cu+的形成及其影响 品位，不利阳极泥的进一步处理。 第五章第五章 铜冶金铜冶金 杂质行为及分离杂质原理杂质行为及分离杂质原理 O, S, Au, Ag, Pt, Se, Te, As, Sb, O, S, Au, Ag, Pt, Se, Te, As, Sb, Bi, Ni, Fe,Bi, Ni, Fe, Zn,Zn, Pb, CoPb, Co 第一类第一类：正电性O, S, Au, Ag, PtO, S, Au, Ag, Pt， Se, TeSe, Te。 第二类第二类：负电性Pb, SnPb, Sn 第五章第五章 铜冶金铜冶金 第三类第三类：负电性Ni, Zn, FeNi,