冶金概论 绪论

1、第一章第一章 绪论绪论 2 2021-8-7/23:30:46 2 主要内容主要内容 1.1 冶金基本概念冶金基本概念 1.2 钢铁工业钢铁工业 1.3 钢铁冶炼钢铁冶炼 1.4 钢铁产品及副产品钢铁产品及副产品 1.5 钢铁工业能耗及能源钢铁工业能耗及能源 1.6 耐火材料耐火材料 1.7 环境保护环境保护 3 2021-8-7/23:30:46 3 1.1 1.1 冶金基本概念冶金基本概念 1.1.1 冶金学冶金学 1.1.2 火法冶金主要过程简介火法冶金主要过程简介 4 2021-8-7/23:30:46 4 1.1.1 1.1.1 冶金学冶金学 p 冶金学冶金学是一门研究如何是一门研究

2、如何经济地经济地从矿石或其它从矿石或其它 原料中原料中提取金属或金属化合物提取金属或金属化合物，并用一定加，并用一定加 工方法制成工方法制成具有一定性能具有一定性能的金属材料的科学。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过程和设备不同，从而形成专门的冶金学 科科冶金学冶金学。 p 冶金学研究所涉及的内容：冶金学研究所涉及的内容：金属的制取，金金属的制取，金 属的加工，金属性能的改进属的加工，金属性能的改进对金属成分、对金属成分、 组织结构、性能和相关理论的研究。组织结构、性能和相关理论的研究。 5

3、2021-8-7/23:30:46 5 冶金学的分类冶金学的分类 p 冶金学按研究的领域分冶金学按研究的领域分：提取冶金学提取冶金学（化学（化学 冶金学）和冶金学）和物理冶金学物理冶金学（材料的加工成型，（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通过控制其组成、结构使已提取的金属具有 某种性能）。某种性能）。 p 提取冶金提取冶金（extractive metallurgy）：）： 从矿石中从矿石中提取提取金属及金属化合物的过程，因金属及金属化合物的过程，因 其中进行很多其中进行很多化学反应化学反应，又称，又称化学冶金化学冶金 （chemical metallurgy）。）。

4、6 2021-8-7/23:30:46 6 p 按所冶炼金属类型分：按所冶炼金属类型分： p 按冶金工艺过程不同分：按冶金工艺过程不同分： 钢和铁合金生铁、 钢钢铁铁冶冶金金（黑黑色色冶冶金金） 有有色色冶冶金金 电电冶冶金金 湿湿法法冶冶金金 火火法法冶冶金金 提取冶金的分类提取冶金的分类 7 2021-8-7/23:30:46 7 1.1.2 1.1.2 火法冶金主要过程简介火法冶金主要过程简介 p 干燥：干燥：去水去水，温度为，温度为400600。 p 焙烧：以焙烧：以改变原料组成改变原料组成为目的的、在为目的的、在低于矿石低于矿石 熔点温度下熔点温度下、在、在特定气氛中特定气氛中进行的

5、冶金过程。进行的冶金过程。 p 煅烧：在空气中以煅烧：在空气中以去去CO2和和水水为目的的冶金过为目的的冶金过 程。程。 p 烧结与球团：以获得特定矿物组成、结构及性烧结与球团：以获得特定矿物组成、结构及性 能的能的造块造块。 p 熔炼：还原氧化物，熔炼：还原氧化物，提取粗金属提取粗金属。 p 精炼：氧化杂质，精炼：氧化杂质，获得纯金属获得纯金属。 p 铸造：液态金属铸造：液态金属凝固凝固成固态。成固态。 8 2021-8-7/23:30:46 8 1.2 1.2 钢铁工业钢铁工业 1.2.1 钢铁材料钢铁材料 1.2.2 钢与生铁的区别钢与生铁的区别 1.2.3 钢铁冶炼技术发展简史钢铁冶炼

6、技术发展简史 1.2.4 我国钢铁工业的发展我国钢铁工业的发展 9 2021-8-7/23:30:46 9 1.2.1 1.2.1 钢铁材料钢铁材料 p 钢铁是使用最多的金属材料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；原因：储量大；冶炼加工容易；综合性能好； 易改质处理易改质处理 p 预计未来几年钢铁产品在各行业中占的比例预计未来几年钢铁产品在各行业中占的比例 10 2021-8-7/23:30:46 10 1.2.2 1.2.2 钢与生铁的区别钢与生铁的区别 11 2021-8-7/23:30:46 11 1.2.3 1.2.3 钢铁冶炼技术发展简史钢铁冶炼技术发展

7、简史 p 远古至远古至13世纪末：半熔融状态的铁块世纪末：半熔融状态的铁块海绵海绵 铁；铁； p 13世纪末至世纪末至19世纪中叶：熔融状态的生铁世纪中叶：熔融状态的生铁 粗钢，形成两步法炼钢；粗钢，形成两步法炼钢； p 19世纪中期至今世纪中期至今 ： 1856年英国人发明了空气底吹酸性转炉炼钢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）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；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；年发明了空气底吹碱性转炉炼钢法； （碱性炉衬，镁碳砖）（碱性炉衬，镁碳砖） 20世纪初发明了电

8、弧炉炼钢；世纪初发明了电弧炉炼钢； 20世纪中叶氧气顶吹转炉（世纪中叶氧气顶吹转炉（LD法）。法）。 12 2021-8-7/23:30:46 12 1.2.4 1.2.4 我国钢铁工业的发展我国钢铁工业的发展 1996年，突破年，突破1亿吨；亿吨；1999年，产量年，产量1.2亿吨，世亿吨，世 界第一；界第一；2003年，产量年，产量2.2亿吨，世界惟一年产钢亿吨，世界惟一年产钢 超过超过2亿吨的国家；亿吨的国家； 13 2021-8-7/23:30:46 13 p 增速缓慢表明全球经济形势低迷对钢铁业带来消极影响。增速缓慢表明全球经济形势低迷对钢铁业带来消极影响。 由于由于2012年全球经

9、济增长乏力，多国房地产业和下游年全球经济增长乏力，多国房地产业和下游 的建筑机械生产、建材商场行业需求低迷，加之全球造的建筑机械生产、建材商场行业需求低迷，加之全球造 船业正经历多年罕见的寒冬，致使市场对钢材的需求疲船业正经历多年罕见的寒冬，致使市场对钢材的需求疲 软，增长乏力。软，增长乏力。 14 2021-8-7/23:30:46 14 全球部分国家和地区产量全球部分国家和地区产量(Mt)(Mt)及排名及排名 排行排行国别国别2010200920082007200610/09(%) 1中国大陆中国大陆626.7 567.8 500.3 489.3 419.1 9.3 2日本日本109.6

10、87.5 118.7 120.2 116.2 25.2 3美国美国80.6 58.1 91.4 98.1 98.6 38.5 4俄罗斯俄罗斯67.0 59.9 68.5 72.4 70.8 11.7 5印度印度66.8 56.6 55.1 53.1 49.5 6.4 6韩国韩国58.5 48.6 53.6 51.5 48.5 20.3 7德国德国43.8 32.7 45.8 48.6 47.2 34.1 8乌克兰乌克兰33.6 29.8 37.3 42.8 40.9 12.4 9巴西巴西32.8 26.5 33.7 33.8 30.9 23.8 10土耳其土耳其29.0 25.3 26.8 2

11、5.8 23.3 14.6 注：注：2010年中国大陆产量为年中国大陆产量为2-16名国家产量之和。名国家产量之和。 15 2021-8-7/23:30:46 15 各国在全球钢铁产量中的比例各国在全球钢铁产量中的比例 河北省河北省2012年产钢年产钢1.64亿吨以上，比全球钢产量第二的日亿吨以上，比全球钢产量第二的日 本多至少本多至少5000万吨，是美国全国产量的万吨，是美国全国产量的1.8倍，印度的倍，印度的2.1 倍，俄罗斯的倍，俄罗斯的2.33倍，德国的倍，德国的3.85倍，与欧盟倍，与欧盟27国的钢产国的钢产 量总合相当。中国有量总合相当。中国有4个省的钢铁产量超过德国，有个省的钢铁

12、产量超过德国，有14个省个省 市的钢产量超过法国，市的钢产量超过法国，19个省市的产量超过英国。个省市的产量超过英国。 公司公司 2012年年2011年年 产量比较产量比较 名次名次 产量产量 名次名次 产量产量 安赛乐米塔尔安赛乐米塔尔188.2191.9-4.0 河北钢铁集团河北钢铁集团252.9249.76.4 新日铁住金新日铁住金345.733.3+12.7 鞍钢集团鞍钢集团445.3346.2-2.0 宝钢集团宝钢集团542.7443.3-1.5 浦项钢铁公司浦项钢铁公司637.9637.31.8 武汉钢铁集团武汉钢铁集团736.4537.7-3.3 江苏沙钢集团江苏沙钢集团832.

13、3831.91.2 首钢集团首钢集团931.3930.04.6 JFE1030.41029.91.7 塔塔钢铁塔塔钢铁1123.71223.8-0.4 山东钢铁集团山东钢铁集团1223.01124.0-4.2 美国钢铁公司美国钢铁公司1321.41321.9-2.5 盖尔道钢铁公司盖尔道钢铁公司1418.91419.6-3.6 纽柯公司纽柯公司1518.01717.72.0 马鞍山钢铁公司马鞍山钢铁公司1617.32016.71.9 蒂森克虏伯蒂森克虏伯1717.31717.9-3.3 渤海钢铁集团渤海钢铁集团1817.31519.2-9.8 现代制铁现代制铁1917.01817.1-0.6

14、耶弗拉兹耶弗拉兹2015.91916.8-4.9 2012年世界前 年世界前20大钢厂产量大钢厂产量(Mt)及排名及排名 17 2021-8-7/23:30:46 17 近年来我国钢铁近年来我国钢铁 生产状况生产状况 粗钢消费量 粗钢产量 年年20022003200420052006200720082009201020112012 粗钢消费量粗钢消费量, 百万吨百万吨 205.8258.9292.4349.1401.9440.1452.8565.0600.0653.0679.0 同比增长同比增长,%21. 225. 8 12.919.415.111.92.924.86.088.834.0 粗钢

15、产量粗钢产量, 百万吨百万吨 182.2222.3272.8353.2419.1489.3500.9567.8626.7683.3716.5 同比增长同比增长,%20.722.0 22.728.118.616.71.1313.59.39.04.9 18 2021-8-7/23:30:46 18 “加强自主创新，建设创加强自主创新，建设创 新型国家新型国家”目标下，通过结构目标下，通过结构 调整和产业升级，努力使我国调整和产业升级，努力使我国 从钢铁大国转变为钢铁强国。从钢铁大国转变为钢铁强国。 中国钢铁工业发展目标中国钢铁工业发展目标 19 2021-8-7/23:30:47 19 1.3 1

16、.3 钢铁冶炼钢铁冶炼 赤赤 铁铁 矿矿 磁磁 铁铁 矿矿 线线 材材 板板 材材 钢铁冶炼的任务钢铁冶炼的任务是把铁矿石冶炼成合格的钢。是把铁矿石冶炼成合格的钢。 20 2021-8-7/23:30:47 20 p 烧结烧结/ /球团球团 高炉高炉转炉转炉连铸机连铸机轧机轧机 p 直接还原或熔融还原直接还原或熔融还原电炉电炉连铸机连铸机轧机轧机 非高炉炼非高炉炼 铁铁 钢铁生产的两个典型流程钢铁生产的两个典型流程 高炉炼铁高炉炼铁 长流程长流程 短流程短流程 21 2021-8-7/23:30:47 21 现代钢铁冶炼的两种典型流程现代钢铁冶炼的两种典型流程 22 2021-8-7/23:3

17、0:47 22 钢材加工工艺流程钢材加工工艺流程 23 2021-8-7/23:30:47 23 钢铁生产的典型工艺（长流程）钢铁生产的典型工艺（长流程） 24 2021-8-7/23:30:47 24 1.4 1.4 钢铁产品及副产品钢铁产品及副产品 p 产品产品 生铁生铁 钢钢 p 副产品副产品 炉渣炉渣 煤气煤气 25 2021-8-7/23:30:47 25 生铁生铁 p 它是铁和碳及少量硅、锰、硫、磷等元素组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，按其用途可分成的合金，主要由高炉生产，按其用途可分 为为炼钢生铁炼钢生铁和和铸造生铁铸造生铁。 26 2021-

18、8-7/23:30:47 26 炉渣炉渣 p 炉渣是炉料在冶炼过程中不能进到生铁和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。钢中的氧化物、硫化物等形成的熔融体。 p 其主要成分是其主要成分是CaO、MgO、SiO2、 Al2O3、MnO、FeO、P2O5、CaS等。等。 p 根据冶炼方法的不同，钢铁生产产生的炉根据冶炼方法的不同，钢铁生产产生的炉 渣分为渣分为高炉渣高炉渣和和炼钢渣炼钢渣，按炉渣中含有不，按炉渣中含有不 同的化学成分又可分为同的化学成分又可分为碱性渣碱性渣和和酸性渣酸性渣。 27 2021-8-7/23:30:47 27 煤气煤气 p钢铁生产中还

19、能获得大量的可燃气体，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，炼焦时可得焦炉煤可获得转炉煤气，炼焦时可得焦炉煤 气等。气等。 p煤气主要成分：煤气主要成分：CO、H2、CO2、N2、 CH4 28 2021-8-7/23:30:47 28 1.5 1.5 钢铁工业能源及能耗钢铁工业能源及能耗 1.5.1 钢铁生产用能源钢铁生产用能源 1.5.2 钢铁工业能耗钢铁工业能耗 1.5.3 节能途径节能途径 29 2021-8-7/23:30:47 29 p 钢铁工业是能源消耗的大户，约占全国总能钢铁工业是能源消耗的大户，约

20、占全国总能 源消耗量的源消耗量的10101111。 p 钢铁生产所用能源主要有钢铁生产所用能源主要有煤炭煤炭、燃料油、燃料油( (重重 油油) )、天然气、电力等。、天然气、电力等。 p 煤占钢铁生产中燃料消耗的煤占钢铁生产中燃料消耗的70%70%，钢铁工业，钢铁工业 用煤量已超过煤炭总产量的用煤量已超过煤炭总产量的1515。 p 煤在钢铁企业主要用来煤在钢铁企业主要用来炼焦炼焦和自备电厂发电、和自备电厂发电、 蒸汽机车烧煤、烧工业锅炉及部分窑炉，少蒸汽机车烧煤、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。部分制成粉煤用于高炉喷吹及烧结生产。 1.5.1 1.5.1 钢铁生产

21、用能源钢铁生产用能源 30 2021-8-7/23:30:47 30 1.5.2 1.5.2 钢铁工业能耗钢铁工业能耗 p 我国钢铁工业的能我国钢铁工业的能 源消耗中，源消耗中，钢铁冶钢铁冶 炼炼是耗能最高的工是耗能最高的工 序，占钢铁工业能序，占钢铁工业能 耗的耗的60607070。其。其 主要耗于主要耗于炼铁系统炼铁系统， 焦化、烧结、球团、焦化、烧结、球团、 炼铁等工序，占钢炼铁等工序，占钢 铁生产能耗的一半铁生产能耗的一半 以上。以上。 钢铁工业各工序耗能比例钢铁工业各工序耗能比例( () ) 31 2021-8-7/23:30:47 31 全国重点钢铁企业能耗情况对比全国重点钢铁企业

22、能耗情况对比( (单单 位位: kgce/t: kgce/t) ) 32 2021-8-7/23:30:47 32 1.5.3 1.5.3 节能途径节能途径 p 改进生产工艺及操作，更新和改造耗能高的改进生产工艺及操作，更新和改造耗能高的 设备。设备。 p 降低能源损失（降低能源损失（“废料废料”、煤气、热能、压、煤气、热能、压 力能），减少生产工序。力能），减少生产工序。 p 回收利用散失热量。回收利用散失热量。 p 加强企业能源管理，加强能源利用技术的研加强企业能源管理，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

23、标合理组织生产。设备能力，以节能为目标合理组织生产。 33 2021-8-7/23:30:47 33 1.6 1.6 耐火材料耐火材料 p 凡是耐火度高于凡是耐火度高于1580，能在一定程度上抵，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，称为无机非金属材料，称为耐火材料耐火材料。 p 耐火材料由耐火砂岩进入到现代科技产品，已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，其产品的成为独立的生产行业，其产品的6080消消 耗于冶金工业。耗于冶金工业。 p 钢铁生产对耐火材料的要求是：钢铁生产对耐火材料的要求是

24、：耐火度高；能耐火度高；能 抵抗温度骤变；抗熔渣、金属液等侵蚀能力强；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高温性能和化学稳定性好。 34 2021-8-7/23:30:47 34 1.7 1.7 环境保护环境保护 p 钢铁厂产生的各种污染物有：钢铁厂产生的各种污染物有： 大气污染物质大气污染物质 污水污水 固体废弃物固体废弃物 35 2021-8-7/23:30:47 35 大气污染物质大气污染物质 p SOX：是通过原料、燃料中硫磺成分的燃烧而：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。产生的。烧结工厂等为其主要发生源。 p NOX：通过燃烧后发生。烧结工厂等为其主要：通过燃烧后发生。烧结工厂等为其主要 发生源。发生源。 p 煤尘：通过燃烧后发生。烧结炉、各加热炉为煤尘：通过燃烧后发生。烧结炉、各加热炉为 其发生源。其发生源。 p 粉尘：从燃料原料的输送、处理过程，及储藏粉尘：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。场中产生。炼铁、炼钢工程为其主要发生源。 36 2021-8-7/23:30:47 36 p