冶金生产工艺及装备1_概述

1、教授 博导ustbyhb01 PW: ustbyhbSchoolchnology,BeijingofM公 ec地han点ica：lEn北gine科eri大ng,会Un议iver中sity心of-S第cien5c会e&议 Te联系电话：6233-35492013课程简介课程名称20135冶金生产工艺及装备（Technology and equipment for iron & steel production )课程编号：4040014 学时/学分：32 /2主要内容钢铁生产过程的工艺技术、机械设备、检测方法等。包括炼铁、炼钢（含连铸）和轧钢三个部分 ：高炉和非高炉炼铁，转炉和电

2、炉炼钢，炉外精炼，连续铸钢，厚板、冷热薄板、无缝钢管、型材 、棒线材轧制等。课程目的了解从矿石原料到钢铁产品的生产流程，熟悉钢铁生产的基本工艺、主要设备、检测方法，提高运 用专业理论和方法分析和解决实际问题的能力，培养工程意识。课程对象机械工程（冶金机械方向）或其它专业的高年级本科生、研究生先修课程机械设计，机械原理，机械制造，工程材料等相关课程冶金设备设计与制造，轧钢过程控制，炼铁机械，炼钢机械，轧钢机械，轧制理论与工艺，学什么（内容）钢铁生产过程中的工艺技术 机械设备 检测方法等三个部分炼铁：高炉和非高炉炼铁 炼钢：转炉和电炉炼钢，炉外精炼，连续铸钢 轧钢：中厚板、冷热轧薄板、无缝钢管、型

3、材、棒线材轧制等为什么学（目的）了解钢铁，掌握方法了解钢铁生产流程，掌握钢铁生产的基本工艺、主要设备、检测方法运用知识，分析问题运用已学的专业理论和方法，研究和分析典型的工业生产过程结合理论，联系实际，体会理论与实际结合的含义，增强工程意识。需要哪些知识数学，物理，化学静力学，动力学，流体力学，热力学，材料学，冶金学设计，制造，检测，控制学过哪些课程材料力学，微机原机械设计，自动高等数学，线性代数，大学物理，程序设计，概率论与数理统计，理论力学，理与应用，机械制图热工学，电工技术，电子技术，机械原理，工程流体力学，工程材料及成形工艺，控制理论互换性与测量技术，测试技术，机械制造工艺基础，液压与

4、气压传动，机械制造装备设计机电传动控制，机械创新设计，机械振动将要学哪些课程工程数值计算，现代设计方法，CAD/CAM ，微机电系统，质量管理与控制相关课程冶金设备设计与制造，轧钢过程控制，炼铁机械，炼钢机械，轧钢机械，轧制理论与工艺，教学安排授课方式：讲授+ 提问 + 讨论冶金生产工艺及设备2013学习方式：听课+ 笔记+ 看书+ 习题考核方式：课堂+ 作业+ 考试公共邮箱：ustbyhb01 PW: ustbyhb课程安排上课时间：2016年 9月 05号 2016年 11 月 03号( 学历 第 1 周 第 8 周 )每周一、机械楼820 III ( 13:3014:15， 14:201

5、5:05)每周四、机械楼820 IV ( 15:2016:05， 16:1016:55)考试时间：2016年 11 月 日选课班级：机械E13.72013冶金生产工艺及装备冶金，冶金生产，工艺，装备冶金( Metallurgy )从矿石中提取金属 或金属化合物，并将其制成有一定性能的金属材料的过程和方法火法冶金，湿法冶金，电冶金(电热冶金、电化冶金)冶金生产(Metallurgical production )包括金属的冶炼、金属的轧制、轧材的处理等工艺( Craft ， Technology)对原材料、半成品进行加工和处理，使之成为制成品的方法与过程(技术、手段等)装备( Equipment

6、)实现生产活动的设备、工具、器材等，这里指的是实现钢铁生产所采用的机械设备、电气设备、检测设备、仪器仪表等钢铁是重要的金属材料，本课程仅限于钢铁的冶金生产#6参考教材及参考书参考教材1冶金生产工艺及设备，李应强，冶金工业出版社，1998参考书炼铁部分2钢铁冶金学-炼铁部分，王筱留，冶金工业出版社，2013 3炼铁工艺，卢宇飞，冶金工业出版社，2006 4炼铁机械（修订版），严允进，冶金工业出版社，1990 5炼铁生产自动化技术，刘玠，马竹梧，冶金工业出版社，2005 6钢铁工业自动化-炼铁卷，马竹梧，邱建平，李江，冶金工业出版社，2000炼钢部分7 钢铁冶金学-炼钢部分，陈家祥，冶金工业出版社

7、，1990 8炼钢工艺学，高泽平，冶金工业出版社，2006.8 9连续铸钢，贺道中，冶金工业出版社，2007 10连续铸钢原理与工艺，蔡开科，冶金工业出版社，1995 11炼钢设备，潘毓淳，冶金工业出版社，1992.6 12炼钢机械（修订版），罗振才，冶金工业出版社，1989 年 13钢铁工业自动化-炼钢卷，马竹梧，邹立功，孙彦广，冶金工业出版社，2003轧钢部分14中国材料工程大典（第20卷材料塑性成型工程），胡正寰，化学工业出版社，2006 15板带材生产原理与工艺，王廷溥，冶金工业出版社，199516金属塑性加工学-轧制理论与工艺, 王廷溥、齐克敏主编，冶金工业出版社，1998-2012

8、17轧钢机械（修订版），邹家祥，冶金工业出版社，1989 18轧钢设备及自动控制，曹建国，化学工业出版社，201019型材生产理论与工艺，王有铭，20零件轧制成型技术，胡正寰，华林，化学工业出版社，2010.4 21钢铁工业自动化-轧钢卷，薛兴昌，马竹梧，沈标正，冶金工业出版社，2010国内大学学报：工程科学学报（北科大学报），中南大学学报，东北大学学报专业期刊：钢铁，轧钢，冶金设备，冶金自动化，特殊钢钢铁研究，金属学报，塑性工程学报综合期刊：机械工程学报，国外 IronandSteel Engineer，The Iron and Steel Institute ， ISIJ Internat

9、ional ，铁钢会议期刊网上资源中国金属学会中国钢铁协会网新浪博客“我的钢铁”， 中国轧辊网，http:/www.china-冶金生产工艺及设备20134 轧钢生产 （ 11 学时）4.1 轧钢原理 （ 2学时）4.1.1 轧钢过程及任务4.1.2 轧钢的原料及产品4.1.3 轧制理论4.2 板带轧制 （ 6学时）4.2.1 中厚板生产工艺4.2.2 薄板热轧工艺4.2.3 薄板冷轧工艺4.2.4 板带生产设备4.3 钢管轧制 （ 1 学时）4.3.1 钢管生产概述4.3.2 无缝钢管热轧工艺4.4 棒线材轧制（ 0.5学时）4.5 型材轧制（ 0.5学时）4.6 轧钢生产检测（ 0.5学时

10、）4.7 零件轧制（ 0.5学时）课程目录1 钢铁生产概述（ 2 学时）1.1 钢铁材料及应用1.2 钢铁生产工艺流程1.3 钢铁工业的发展2 炼铁生产 （ 8 学时）2.1 炼铁概述 （ 1 学时）2.2 高炉炼铁工艺（ 2学时）2.2.1 高炉炼铁的化学反应2.2.2 高炉炼铁过程2.2.3 高炉结构2.2.4 高炉指标2.3 高炉炼铁设备（ 3学时）2.3.1 供料上料设备2.3.2 炉顶装料设备2.3.3 渣铁处理（炉前）设备2.3.4 送风系统2.3.5 煤气除尘及回收系统2.4 高炉炼铁检测（ 1 学时）2.4.1 炉料状态检测2.4.2 渣铁状态检测2.4.3 设备状态检测与诊断

11、2.5 炼铁技术发展（ 0.5学时）2.6 非高炉炼铁（ 0.5学时）2.6.1 直接还原法2.6.2 熔融还原法3 炼钢及连铸生产（ 9 学时）3.1 炼钢概述 （ 1 学时）3.2 转炉炼钢工艺（ 1 学时）3.2.1 转炉炼钢过程3.2.2 转炉炼钢主要指标3.3 转炉炼钢设备（ 2 学时）3.3.1 供料系统3.3.2 转炉系统3.3.3 供氧系统3.3.4 其他设备3.4 电炉炼钢（1 学时）3.5 炉外精炼（0.5学时）3.6 炼钢检测（0.5学时）3.6.1 钢水温度测量3.6.2 钢水定氧测量3.6.3 钢水定碳测量3.6.4 炉衬检测3.7 连续铸钢 （ 2学时）3.7.1

12、连续铸钢技术的发展3.7.2 连续铸钢工艺3.7.3 连续铸钢设备1 钢铁生产概述1.1 钢铁材料及应用1.2 钢铁生产工艺流程1.3 钢铁工业的发展钢铁是怎样炼这要从什么是钢铁讲起20131.1 钢铁材料及应用金属( Metal) 分为 黑色金属 和 有色金属黑色金属(Ferrous metal )对 铁 (Fe)、 铬 (Cr)和 锰 (Mn)及它们合金的统称，是冶炼钢铁的主要原料纯 铁及锰 为 银白 色， 铬 为 银灰 色钢铁 表面 常覆盖黑色的四氧化三铁锰及铬 主要应用于冶炼黑色的合金钢产量约占世界金属总产量的95%钢铁 属于 黑色金属，都 含 有 铁元素本课程主要内容针对“黑色金属”

13、冶金生产工艺及设备20131.1 钢铁材料及应用有 色 金属（ Non-ferrous metal ）除铁、铬和锰及合金以外的其它金属轻金属：比重小于4.5（如铝、镁、锂、钠、钾等）重金属：比重大于4.5（如铜、锌、镍、汞、锡、铅等）贵金属：如金、银、铂、锇、铱放射性金属：镭、铀、钍、钋、锝等稀有金属：如铌、钽、锆、镥、金、镭、铪、铀等有色金属的生产工艺及设备与钢铁生产工艺及设备是有所不同，本课程钢铁生产工艺及设备。13金属材料之最地壳中含量最高的：铝人体中含量最高的：钙导电性、导热性最好的：银光照下最易产生电流的：铯延展性最好的：金高速飞机结构用的最多的：钛硬度最高的：铬熔点最高的：钨熔点最

14、低的：汞密度最大的：锇密度最小的：锂2013铁的特点元素周期表中：第4 周期，原子序数26蕴藏丰富,地壳中含量4.75% ，排在以铁矿石形式，存在相对集中，采掘、提炼方便冶炼比较容易，容易实现大量、高效、低成本生产较好的物理性能，如坚硬性、延展性、铁磁性、导热导电性氧、硅、铝之后的第性能可调性，通过热处理、加合金改变性能2013钢与铁的区别钢与铁的区别主要是含碳量的不同，导致性能不同、用途差别很大材料熔点( )理论含碳量（%）实际应用含碳量（%）力学性能 加工性能用途生铁1150 12502. 11 6. 692 4.3塑性差，硬而脆，耐磨性好铸造性好，难焊接，压力加工难铸件，如灰口铁，炼钢原

15、料钢1450 15000. 02 2. 110. 02 1. 7塑性好，韧性好，强度高铸造性适中，易焊接，压力加工易非常广泛熟铁> 1500<0. 02-塑性很好，强度低，硬度低，用途很少含碳量越高、强度和硬度越高，但塑性、韧性会越低降低，脆性越高钢和铁中还含有其它元素，会影响性能硅 Si 锰 Mn 磷 P 硫 S铁合金（Alloy）两种或多种化学组分（金属、非金属）构成的固溶体或化合物形式的材料或物质钢和生铁都是铁合金（铁碳合金）还可以加入其它元素，以改变钢铁的性能15冶金生产工艺及设备2013铸铁分类按碳的存在形式划分白口铸铁，碳主要以渗碳体形式存在，硬、脆，很少直接用麻口铸铁

16、，碳一部分以渗碳体形式存在另一部分以石墨形式存在，硬、脆，很少直接用灰口铸铁，碳主要以石墨形式存在，因石墨形状不同，性能和用途也不同：灰铸铁，铸造性、减震性、减摩性、切削性比钢好，但力学性能较差可锻铸铁，力学性能稍好于灰铸铁球墨铸铁，其中石墨为球状，力学性能与调质钢相当蠕墨铸铁，石墨为蠕虫状，力学性能稍低于球墨铸铁#钢的分类按化学成分碳素钢：仅含为脱氧而加入硅（一般 0.40%）和锰（一般 0.80%）等合金元素低碳钢：C 0.25%中碳钢：0.25% C 0.60%高碳钢：C > 0.60%19非金属元素如合金钢：含铬、镍、钼、钛、钒、铜、钨、铝、钴、铌、锆等合金、稀土元素，硼、氮等普

17、通低合金钢：合金总含量小于3%低合金钢：合金总含量3% 5%中合金钢：合金总含量5% 10%高合金钢：合金总含量大于10%合金钢举例：锰钢、硅钢、硼钢、铬镍钨钢、铬锰硅钢，按脱氧程度沸腾钢（不经脱氧或微弱脱氧） 镇静钢（脱氧充分）半镇静钢（脱氧不完全，介于镇静钢和沸腾钢之间）按用途结构钢碳素结构钢用于制造工程结构件和机械零件，价格低，工艺性能良好，产量大，用途广? 普通：硫、磷等杂质含量略高，S 0.055%， P 0.045%? 优质：硫、磷等杂质含量较低，S 0.040%， P 0.040%合金结构钢在优质碳素结构钢基础上，加入合金元素，以提高钢的强度、韧性和淬透性 ? 渗碳钢 ? 调质钢

18、 ? 氮化钢工具钢含碳量较高，具有较高的硬度碳素工具钢：0.65% C 1.30，为提综合性能，有的加入 %0.35% 0.60%的锰合金工具钢：含碳可高达2.30%，含铬可达13%、钨 9%，还可含钼、钒等，用于模具高速工具钢：含1%左右的碳，含钨可高达19%，还可含铬、钒、钼等，赤热硬性好按用途（续）特殊性能钢具有特殊化学性能或力学性能轴承钢：含碳1%左右，含铬不超过1.65%，有高而均匀的硬度和耐磨性不锈钢：耐大气、蒸汽和水等弱介质腐蚀，但不一定耐腐蚀耐腐蚀钢：耐酸、碱和盐等强介质腐蚀。一般都具有较好的不锈性弹簧钢含硅、锰、铬合金元素，有高的弹性极限、疲劳强度、冲击韧性、塑性，用于制造弹

19、簧高温合金在应力及高温作用时，有长时间抗蠕变能力、高持久强度、高抗蚀性，用于制造燃汽轮机、喷气式发动机等高温下工作零部件铁基合金镍基合金钴基合金铬基合金钼基合金其他合金钢铁材料特点用途广泛易于回收和再利用废钢铁的重新冶炼在钢铁产量比重不断增大中国 10%，日本 30%，美国 60%不可替代铝合金：蕴藏量最丰富的金属元素，但矿源分散，冶炼困难，成本高，虽然延展性很好，但强度比钢铁差塑料：以石油为原料，发展受到了很大制约没有哪一种材料能够完全取代钢铁21钢铁材料的应用2i>23管线用钢西气东输二线管道线路2002年 7月 4日开工建设，全长4000公里， 2004年 12月 30 日全线供气

20、X50（ 1950年），X80（ 1980年），X120（ 2004年）X80：最小屈服强度=80000psi （=552Mpa）? Psi: Pounds per square inchpa : N/m225集装箱板部嚼部救会号erf Selene# gnd Tschinology 自静 ng24铁路用钢25汽车用钢喷治金生产工艺映瞥卿3输变电用钢输电铁塔角钢，卷板变压器电磁钢板（硅钢、矽钢片）建筑用钢33铁矿石 烧结 球团矿焦煤 焦化 焦炭高炉（非高炉）炼铁 铁水 转炉/电炉炼钢钢水 连铸 铸坯 轧钢 钢材熔剂（石灰石）钢铁生产工艺流程钢铁生产炼铁( Iron making )将含铁氧化物

21、(铁矿石)及含铁原料通过高温冶炼提炼生铁的过程炼钢(Steelmaking)将生铁或废钢通过高温冶炼生产钢水的过程，一般还包括将钢水钢坯的过程轧钢( Steel rolling)钢锭、钢坯等原料在旋转的轧辊间发生塑性变形，以改变形状和能1.3 钢铁工业的发展世界钢铁生产发展上世纪 4060 年代钢铁大繁荣世界大战结束后的重建需求，钢铁产量持续增长30年日本异军突起，1973年欧美日等主要产钢国的钢产量均达到历史顶峰 1973年石油危机引发“大萧条”美国 1973年钢产量1.37亿吨， 1982 年降到 0.66亿吨，英法德日钢铁企业陷入困境7090 年代，国外（特别是美国）钢铁企业倒闭、破产重组，钢铁产业被视为“夕阳产业”2012年粗钢产量：全球15.478亿吨，中国大陆，7.17