武汉科技大学冶金概论

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。/03:29:382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/03:29:3841.1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/03:29:3851.1.1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。/03:29:386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）。/03:29:387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/03:29:3881.1.2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。/03:29:3891.2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/03:29:38101.2.1钢钢铁铁材材料料钢铁铁是是使使用用最最多多的的金金属属材材料料原因因：：储储量量大大；；冶冶炼炼加加工工容容易易；；综综合合性性能能好好预计计未未来来几几年年钢钢铁铁产产品品在在各各行行业业中中占占的的比比例例/10:00:1111/10:00:11121.2.2钢钢与与生生铁铁的的区区别别/10:00:11131.2.3钢铁冶冶炼技术发发展简史远古至13世纪末：：半熔融状状态的铁块块—海绵铁铁(spongeiron)；13世纪末末至19世世纪中叶：：熔融状态态的生铁→→粗钢，形形成两步法法炼钢；19世纪中中期至今：：1856年年英国人发发明了空气气底吹酸性性转炉炼钢钢法；1864年年法国人发发明了平炉炉炼钢法(OH)；；1874年年发明了空空气底吹碱碱性转炉炼炼钢法；20世纪初初发明了电电弧炉炼钢钢(EAF)；20世纪中中叶氧气顶顶吹转炉（（LD法））。/10:00:11141.2.3我国钢钢铁工业的的发展1996年年，突破1亿吨；1999年年，产量世世界第一；；2003年年，突破2亿吨，世世界唯一年年产钢超过过2亿吨的的国家；2004年年，产量2.8亿吨吨；2005年年，产量3.5亿吨吨；2006年年，产量4.2亿吨吨。/10:00:1115/10:00:1116全球部分钢钢厂产量排排名排名

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

17.2/10:00:1117中国年粗钢钢产量增长长情况/10:00:11181.3钢钢铁冶炼赤铁矿磁铁矿线材板材/10:00:1119烧结/球团团—高高炉—转转炉—连铸铸机—轧机机直接还原或或熔融还原原—电炉——连铸机——轧机非高炉炼铁铁钢铁生产的的两个典型型流程高炉炼铁长流程短流程钢铁冶炼的的任务是把把铁矿石冶冶炼成合格格的钢。/10:00:1120现代钢铁冶冶炼的两种种基本流程程/10:00:1121钢材加工工工艺流程/10:00:1122钢铁生产的的典型工艺艺（长流程程）/10:00:1123钢铁工业的的特点生产规模大大，物流吞吞吐大，每每吨钢涉及及的物流将将是5-6吨。资源密集、、能耗密集集。在钢铁铁联合企业业内，每吨吨钢降消耗耗0.7-0.8吨吨左右的标标准煤、1.5-1.65吨吨左右铁矿矿石、3-8吨左右右新水；制造流程工工序多、结结构复杂制造流程中中伴随大量量物质/能能量排放，，形成复杂杂的环境界界面/10:00:11241.4钢钢铁铁产产品品及及副副产产品品产品品生铁铁钢铁合合金金(Ferroalloy)副产产品品炉渣渣(Slag)煤气气(Gas)/10:00:1125生铁铁它是是铁铁和和碳碳及及少少量量硅硅。。锰锰、、硫硫、、磷磷等等元元素素组组成成的的合合金金，，主主要要由由高高炉炉生生产产，，按按其其用用途途可可分分为为炼钢钢生生铁铁和铸造造生生铁铁。/10:00:1126铁合合金金铁合合金金是是指指铁铁与与一一种种或或几几种种元元素素组组成成的的中中间间合合金金，，主主要要用用于于炼炼钢钢脱脱氧氧或或作作为为合合金金添添加加剂剂，，当当采采用用金金属属热热还还原原法法生生产产其其它它铁铁合合金金和和有有色色金金属属时时作作还还原原剂剂(详详见见第第七七章章)。。如如：：硅硅铁铁、、锰锰铁铁。。/10:00:1127炉渣渣炉渣渣是是炉炉料料在在冶冶炼炼过过程程中中不不能能进进到到生生铁铁和和钢钢中中的的氧氧化化物物、、硫硫化化物物等等形形成成的的熔熔融融体体。。其主主要要成成分分是是CaO、、MgO、、SiO2、Al2O3等。。根据据冶冶炼炼方方法法的的不不同同，，钢钢铁铁生生产产产产生生的的炉炉渣渣分分为为高炉炉渣渣和炼钢钢渣渣，按按炉炉渣渣中中含含有有不不同同的的化化学学成成分分又又可可分分为为碱性性渣渣和酸性性渣渣。/10:00:1128碱度度(R)：：炉渣渣中中CaO与与SiO2的质质量量百百分分数数之之比比。。这这是是二二元元碱碱度度，，还还有有三三元元碱碱度度等等/10:00:1129煤气气钢铁铁生生产产中中还还能能获获得得大大量量的的可可燃燃气气体体，，高高炉炉炼炼铁铁可可产产生生高高炉炉煤煤气气，，转转炉炉炼炼钢钢可可获获得得转转炉炉煤煤气气，，炼炼焦焦时时可可得得焦焦炉炉煤煤气气等等。。煤气气主主要要成成分分：：CO、、H2、CO2、N2、CH4/10:00:11301.5钢钢铁铁工工业业能能源源及及能能耗耗1.5.1钢钢铁铁生生产产用用能能源源1.5.2钢钢铁铁工工业业能能耗耗1.5.3节节能能途途径径/10:00:1131钢铁铁工工业业是是能能源源消消耗耗的的大大户户，，约约占占全全国国总总能能源源消消耗耗量量的的10～～11％。。钢铁铁生生产产所所用用能能源源主主要要有有煤炭炭、燃燃料料油油(重重油油)、、天天然然气气、、电电力力等等。。煤占占钢钢铁铁生生产产中中燃燃料料消消耗耗的的70%，钢钢铁铁工工业业用用煤煤量量已已超超过过煤煤炭炭总总产产量量的的15％％。。煤在在钢钢铁铁企企业业主主要要用用来来炼焦焦和自自备备电电厂厂发发电电、、蒸蒸汽汽机机车车烧烧煤煤、、烧烧工工业业锅锅炉炉及及部部分分窑窑炉炉，，少少部部分分制制成成粉粉煤煤用用于于高高炉炉喷喷吹吹及及烧烧结结生生产产。。1.5.1钢钢铁铁生生产产用用能能源源/10:00:11321.5.2钢钢铁工工业能能耗我国钢钢铁工工业的的能源源消耗耗中，，钢铁冶冶炼是耗能能最高高的工工序，，占钢钢铁工工业能能耗的的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。/10:00:11332004年重重点钢铁企业业工序能耗比比较(千克标准煤煤/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56.5464.08141.02196.4079.00179.23233.21538/10:00:11341.5.3节能途途径改进生产工工艺及操作作，更新和和改造耗能能高的设备备。降低能源损损失（“废废料”、煤煤气、热能能、压力能能），减少少生产工序序。回收利用散散失热量。。加强企业能能源管理，，加强能源源利用技术术的研究工工作，提高高操作技术术水平，充充分发挥现现有设备能能力，以节节能为目标标合理组织织生产。/10:00:11351.6冶冶金用耐火火材料钢铁冶金的的技术进步步和过程温温度的提高高分不开，，耐火材料料的发展与与钢铁冶金金的技术进进步紧密相相关。耐火材料产产品绝大部部分（60~80%）用于冶冶金行业。。耐火材料在在冶金中的的应用有：：高温炉管坩埚、容器器热电偶绝缘缘管热电偶保护护管炉膛耐火材材料炉膛保温材材料/10:00:11361.6.1耐火材料料定义耐火材料是是耐火度不不低于1580℃的的无机非金金属材料。。ISO定义义：耐火材材料是耐火火度至少为为1500℃的非非金属材料料或制品（（但不排除除含有一定定比例的金金属）。在高温炉（（高炉、热热风炉、转转炉、各种种加热炉））中，炉膛膛是用耐火火材料砌成成的。对耐火材料料的要求是是：有足够够高的耐火火度，合理理的形状，，质地致密密，高温下下有一定强强度，无明明显挥发现现象以及不不与炉内工工作气氛发发生反应等等。/10:00:11371.6.2耐火材材料分类按化学成分分：氧化物物、非氧化化物、复合合系按形态：定定形、不定定形按耐火度分分：普通1580~1770℃;高级1770~2000℃℃;特级2000℃以以上按制作工艺艺分：泥浆浆浇注；可可塑成型……/10:00:1138/10:00:11391.7环环境保护钢铁厂产生生的各种污污染物有：：大气污染物物质污水固体废弃物物/10:00:1140大气污染物物质SOX：是通过原原料、燃料料中硫磺成成分的燃烧烧而产生的的。烧结工工厂等为其其主要发生生源。NOX：通过燃烧烧后发生。。烧结工厂厂等为其主主要发生源源。煤尘：通过过燃烧后发发生。烧结结炉、各加加热炉为其其发生源。。粉尘：从燃燃料原料的的输送、处处理过程，，及储藏场场中产生。。炼铁、炼炼钢工程为为其主要发发生源。/10:00:1141钢铁工业用用水主要是