绪论武科大冶金概论

冶金概论

AnintroductiontoMetallurgy武汉科技大学冶金工程系课程教学目的通过钢铁冶炼过程的基本原理、主要设备、生产工艺等的学习，使从事与冶金行业有关的非冶金专业学生对钢铁工业及钢铁联合企业的生产过程有一个全面而概括的了解，并初步掌握冶金的基本知识。/03:38:242第一章绪论主要内容1.1冶金基本概念1.2钢铁工业1.3钢铁冶炼1.4钢铁产品及副产品1.5钢铁工业能耗及能源1.6耐火材料1.7环境保护/03:38:2441.1冶金基本概念1.1.1冶金学1.1.2火法冶金(Pyrometallurgy)主要过程简介/03:38:2451.1.1冶金学冶金学是一门研究如何经济地从矿石或其它原料中提取金属或金属化合物，并用一定加工方法制成具有一定性能的金属材料的科学。由于矿石性能不同，提取金属的原理、工艺过程和设备不同，从而形成专门的冶金学科—冶金学(Metallurgy)。冶金学研究所涉及的内容：金属的制取，金属的加工，金属性能的改进→对金属成分、组织结构、性能和相关理论的研究。/03:38:246冶金学的分类冶金学按研究的领域分：提取冶金学（化学冶金学）和物理冶金学(physicalmetallurgy)（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某种性能）。提取冶金（extractivemetallurgy）：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（chemicalmetallurgy）。/03:38:247按所冶炼金属类型分：

(Nonferrousmetallurgy)

(Ferrousmetallurgy)

按冶金工艺过程不同分：提取冶金的分类/03:38:2481.1.2火法冶金主要过程简介干燥：去水，温度为400~600℃。焙烧：以改变原料组成为目的的、在低于矿石熔点温度下、在特定气氛中进行的冶金过程。煅烧：在空气中以去CO2和水为目的的冶金过程。烧结与球团：以获得特定矿物组成、结构及性能的造块。熔炼：还原氧化物，提取粗金属。精炼：氧化杂质，获得纯金属。铸造：液态金属凝固成固态。/03:38:2491.2钢铁工业1.2.1钢铁材料1.2.2钢(Steel)与生铁(Pigiron)的区别1.2.3钢铁冶炼技术发展简史1.2.4我国钢铁工业的发展/03:38:24101.2.1钢钢铁材材料钢铁是是使用用最多多的金金属材材料原因：：储量量大；；冶炼炼加工工容易易；综综合性性能好好预计未未来几几年钢钢铁产产品在在各行行业中中占的的比例例/01:18:0011/01:18:00121.2.2钢钢与生生铁的的区别别/01:18:00131.2.3钢钢铁冶冶炼技技术发发展简简史远古至至13世纪纪末：：半熔熔融状状态的的铁块块—海海绵铁铁(spongeiron)；；13世世纪末末至19世世纪中中叶：：熔融融状态态的生生铁→→粗钢钢，形形成两两步法法炼钢钢；19世世纪中中期至至今：：1856年年英国国人发发明了了空气气底吹吹酸性性转炉炉炼钢钢法；；1864年年法国国人发发明了了平炉炉炼钢钢法(OH)；；1874年年发明明了空空气底底吹碱碱性转转炉炼炼钢法法；20世世纪初初发明明了电电弧炉炉炼钢钢(EAF)；；20世世纪中中叶氧氧气顶顶吹转转炉（（LD法））。/01:18:00141.2.3我我国钢钢铁工工业的的发展展1996年年，突突破1亿吨吨；1999年年，产产量世世界第第一；；2003年年，突突破2亿吨吨，世世界唯唯一年年产钢钢超过过2亿亿吨的的国家家；2004年年，产产量2.8亿吨吨；2005年年，产产量3.5亿吨吨；2006年年，产产量4.2亿吨吨。中国大大陆2012年年粗钢钢产量量7.16亿吨吨，占占全球球钢产产量的的46.3%。。/01:18:0015/01:18:0016全球部部分钢钢厂产产量排排名排名

公司

国家

2006年(百万吨)2005年

(百万吨)同比增长2006200511

米塔尔荷兰63.66

49.89

27.622安赛乐

卢森堡54.3246.6516.433

新日铁日本33.7032.90

12.4

44

JFE

日本

32.02

29.57

8.355

浦项韩国31.2031.42-0.766

宝钢中国22.53

22.73

-0.9926唐钢中国19.0616.0818.51618

鞍钢中国15.0011.90

26.1

1722沙钢

中国14.63

12.0221.71816武钢中国13.76

13.05

5.5

24

24

济钢中国11.24

10.437.82527马钢中国10.919.6513.12625莱钢中国10.7910.344.42723首钢中国10.5510.441.02831华菱中国9.91

8.45

17.2/01:18:0017中国年年粗钢钢产量量增长长情况况/01:18:00181.3钢钢铁冶冶炼赤铁矿磁铁矿线材板材/01:18:0019烧结/球球团——高高炉—转转炉—连连铸机——轧机直接还原原或熔融融还原——电炉——连铸机机—轧机机非高炉炼炼铁钢铁生产产的两个个典型流流程高炉炼铁铁长流程短流程钢铁冶炼炼的任务务是把铁铁矿石冶冶炼成合合格的钢钢。/01:18:0020现代钢铁铁冶炼的的两种基基本流程程/01:18:0021钢材加工工工艺流流程/01:18:0022钢铁生产产的典型型工艺（（长流程程）/01:18:0023钢铁工业业的特点点生产规模模大，物物流吞吐吐大，每每吨钢涉涉及的物物流将是是5-6吨。资源密集集、能耗耗密集。。在钢铁铁联合企企业内，，每吨钢钢降消耗耗0.7-0.8吨左左右的标标准煤、、1.5-1.65吨吨左右铁铁矿石、、3-8吨左右右新水；；制造流程工序序多、结构复复杂制造流程中伴伴随大量物质质/能量排放放，形成复杂杂的环境界面面/01:18:00241.4钢铁铁产品及副产产品产品生铁钢铁合金(Ferroalloy)副产品炉渣(Slag)煤气(Gas)/01:18:0025生铁它是铁和碳及及少量硅。锰锰、硫、磷等等元素组成的的合金，主要要由高炉生产产，按其用途途可分为炼钢生铁和铸造生铁。/01:18:0026铁合金铁合金是指铁铁与一种或几几种元素组成成的中间合金金，主要用于于炼钢脱氧或或作为合金添添加剂，当采采用金属热还还原法生产其其它铁合金和和有色金属时时作还原剂(详见第七章章)。如：硅硅铁、锰铁。。/01:18:0027炉渣炉渣是炉料在在冶炼过程中中不能进到生生铁和钢中的的氧化物、硫硫化物等形成成的熔融体。。其主要成分是是CaO、MgO、SiO2、Al2O3等。根据冶炼方法法的不同，钢钢铁生产产生生的炉渣分为为高炉渣和炼钢渣，按炉渣中含含有不同的化化学成分又可可分为碱性渣和酸性渣。/01:18:0028碱度(R)：：炉渣中CaO与SiO2的质量百分数数之比。这是是二元碱度，，还有三元碱碱度等/01:18:0029煤气钢铁生产中还还能获得大量量的可燃气体体，高炉炼铁铁可产生高炉炉煤气，转炉炉炼钢可获得得转炉煤气，，炼焦时可得得焦炉煤气等等。煤气主要成分分：CO、H2、CO2、N2、CH4/01:18:00301.5钢铁铁工业能源及及能耗1.5.1钢钢铁生产用用能源1.5.2钢钢铁工业能能耗1.5.3节节能途径/01:18:0031钢铁工业是能能源消耗的大大户，约占全全国总能源消消耗量的10～11％。钢铁生产所用用能源主要有有煤炭、燃料油(重重油)、天然然气、电力等等。煤占钢铁生产产中燃料消耗耗的70%，钢铁工业用用煤量已超过过煤炭总产量量的15％。。煤在钢铁企业业主要用来炼焦和自备电厂发发电、蒸汽机机车烧煤、烧烧工业锅炉及及部分窑炉，，少部分制成成粉煤用于高高炉喷吹及烧烧结生产。1.5.1钢钢铁生产用用能源/01:18:00321.5.2钢钢铁工业能能耗我国钢铁工业业的能源消耗耗中，钢铁冶炼是耗能最高的的工序，占钢钢铁工业能耗耗的60～70％％。其主主要耗耗于炼铁系系统，焦化化、烧烧结、、球团团、炼炼铁等等工序序。/01:18:00332004年年重点点钢铁铁企业业工序序能耗耗比较较(千克克标准准煤/t)指标烧结焦化炼铁转炉电炉平均值66.38142.21466.2026.57209.891999年国际先进水平58.89128.1437.93-8.88198.6差值7.4914.1128.2735.4511.29指标烧结球团焦化炼铁转炉电炉轧钢吨钢综合能耗平均值66.3842.00142.21466.2026.57209.8992.91761先进值52.0619.2288.13395.41-3.77146.3153.68565落后值108.6083.30229.15591.8175.23325.44286.891103差值56.5464.08141.02196.4079.00179.23233.21538/01:18:00341.5.3节节能途途径改进生生产工工艺及及操作作，更更新和和改造造耗能能高的的设备备。降低能能源损损失（（“废废料””、煤煤气、、热能能、压压力能能），，减少少生产产工序序。回收利利用散散失热热量。。加强企企业能能源管管理，，加强强能源源利用用技术术的研研究工工作，，提高高操作作技术术水平平，充充分发发挥现现有设设备能能力，，以节节能为为目标标合理理组织织生产产。/01:18:00351.6冶冶金用用耐火火材料料钢铁冶冶金的的技术术进步步和过过程温温度的的提高高分不不开，，耐火火材料料的发发展与与钢铁铁冶金金的技技术进进步紧紧密相相关。。耐火材材料产产品绝绝大部部分（（60~80%）用用于冶冶金行行业。。耐火材材料在在冶金金中的的应用用有：：高温炉炉管坩埚、、容器器热电偶偶绝缘缘管热电偶偶保护护管炉膛耐耐火材材料炉膛保保温材材料/01:18:00361.6.1耐火火材料料定义义耐火材材料是是耐火火度不不低于于1580℃的的无机机非金金属材材料。。ISO定义义：耐耐火材材料是是耐火火度至至少为为1500℃℃的非非金属属材料料或制制品（（但不不排除除含有有一定定比例例的金金属））。在高温温炉（（高炉炉、热热风炉炉、转转炉、、各种种加热热炉））中，，炉膛膛是用用耐火火材料料砌成成的。。对耐耐火火材材料料的的要要求求是是：：有有足足够够高高的的耐耐火火度度，，合合理理的的形形状状，，质质地地致致密密，，高高温温下下有有一一定定强强度度，，无无明明显显挥挥发发现现象象以以及及不不与与炉炉内内工工作作气气氛氛发发生生反反应应等等。。/01:18:00371.6.2耐耐火火材材料料分分类类按化化学学成成分分：：氧氧化化物物、、非非氧氧化化物物、、复复合合系系按形形态态：：定定形形、、不不定定形形按耐耐火火度度分分：：普普通通1580~1770℃℃;高级级1770~2000℃℃;特级级2000℃℃以以上上按制制作作工工艺艺分分：：泥泥浆浆浇浇注注；；可可塑塑成成型型……/01:18:0038/01:18:00391.7环环境保保护钢铁厂产产生的各各种污染染物有：：大气污染染物质污水固体废弃弃物/01:18:0040大气污染染物质SOX：是通过过原料、、燃料中中硫磺成成分的燃燃烧而产产生的。。烧结工工厂等为为其主要要发生源源。NOX：通过燃燃烧后发发生。烧烧结工厂厂等为其其主要发发生源。。煤尘：通通过燃烧烧后发生生。烧结结炉、各各加热炉炉为其发发生源。。粉尘：从从燃料原原料的输输送、处处理过程程，及储储藏场中中产生。。炼铁、、炼钢工工程为其其主要发发生源。。/01:18:0041钢铁工业业用水主主要是冷却水，其次是是煤气洗涤水，以及冲冲洗设备备、地面面及除尘尘用水等等。污水中含含有下列列污染物物：固体悬浮浮物（S