某大学理工钢铁冶金行业管理知识学

钢

铁

冶

金

学

兰州理工大学材料学院中国冶金的辉煌历史

发展与人文

千锤钢、百炼钢-------------千锤百炼炼、锻--------------锻炼模、范---------------------模范龙泉宝剑（欧冶子）----千锤百炼

灌钢

原理及工艺比较

钢----铁碳----氧化锻造---轧制

能源环保木----煤------焦------电电（煤、水、风、太阳能、核、核聚变）

流程铁矿石石灰石铁矿粉原料堆场原料原料炼铁原料堆场取料机在作业烧结机在生产烧结矿焦炉焦炭高炉系统高炉系统宝钢高炉全貌莱钢1880立高炉工程夜本钢高炉宝钢集团有限公司参考书1.曲英主编，《炼钢学原理》，冶金工业出版社。2.徐文派主编，《转炉炼钢学》，冶金工业出版社。3.章天华等编，《炼铁》，冶金工业出版社。4.成兰伯.高炉炼铁工艺及计算，冶金工业出版社，19915.陈新民主编，《火法冶金过程物理化学》，冶金工业出版社。王筱留，钢铁冶金学（炼铁部分)（第二版），冶金工业出版社，20007.陈家祥，钢铁冶金学（炼钢部分），冶金工业出版社，20048.炼铁

章天华

冶金工业出版社

1986

9.铁冶金学

文光远

重庆大学出版

1993

10.炼钢工艺学

高泽平

冶金工业出版社

200611.

电弧炉炼钢工艺与设备

沈才芳

冶金工业出版社

200212.炼钢学、炼铁学北京科技大学主要授课内容第一章：现代高炉炼铁工艺第二章：高炉炼铁原料第三章：高炉炼铁基础理论第四章：高炉炉料和煤气运动第五章：高炉强化冶炼第六章：非高炉炼铁第一章现代高炉炼铁工艺1.1我国钢铁生产情况1.2炼铁生产流程1.3高炉本体1.4高炉炼铁原料及产品1.5高炉生产主要技术经济指标1.1我国钢铁生产情况78年1亿吨，07年钢产量4.89亿吨，日本钢铁产量为1.2亿吨。09年年产6亿吨，10年7.4亿吨（世界14.14亿吨），11年6.83亿吨,12年8亿吨,2013年钢材产量达10.6762亿吨，同比增长11.4%；2014预计8亿吨钢厂2013年2012年变化（%）名次产量名次产量安赛乐米塔尔191.2188.23.4新日铁住金248.2247.90.7河北钢铁345.8342.87.0宝钢集团443.9442.72.8武钢集团539.3636.47.9浦项636.4537.9-4.0江苏沙钢735.1732.38.7鞍钢集团833.71030.211.6首钢931.5831.40.3JFE1031.2930.42.52013年世界前10大钢厂粗钢产量和排名（单位：百万吨）2001-2011年中国铁矿石消耗量(万吨)

2001-2011年中国粗钢表观消费量（万吨）

20081996199820002002200420060.00.51.01.52.02.53.03.54.04.5矿石进口量钢产量钢产量和矿石进口量，亿吨2007年铁矿石原矿总量8.05亿吨左右，进口铁矿石总量为3.7亿吨左右10年铁矿石原矿总量10亿吨左右，进口铁矿石总量为6.2亿吨左右，铁矿石对外依存63%左右。项目2008年1-10月进口量比重2007年全年量比重全部进口量：37669

38309

其中：1、澳大利亚15535

41.2%14560

38.0%2、巴西8526

22.6%9763

25.5%3、印度7676

20.4%7937

20.7%4、南非1217

3.2%1223

3.2%5、乌克兰627

1.7%228

0.6%6、印度尼西亚598

1.6%442

1.2%7、伊朗489

1.3%504

1.3%进口铁矿石国家及量（万吨）2013铁矿石进口8.19亿吨，较2012年的7.44亿吨增长10.2%；进口总额1057.28亿美元，同比增长10.4%。1.2炼铁生产流程矿山精矿粉矿块矿球团矿烧结矿焦化厂焦炭

制粉车间煤粉

热风炉

鼓风机高炉铁水炉渣高炉煤气铸造生铁铸铁机炼钢生铁水泥厂转炉轧钢炼钢厂发电厂喷吹燃料熔剂高炉的五大系统高炉的原料系统称量料斗送风系统送风系统之——热风炉原料系统之一——上料皮带炉顶布料1.3高炉本体:炉顶法兰标高；：风口中心线标高；：铁口中心线标高；：炉底水冷管中心线标高；：铁口中心线至料线零位之间的高度，称为有效高度；：铁口中心线至炉顶钢圈（炉顶法兰）之间的高度，称为高炉全高；料线零位：是测定料面高度的基准点。钟式炉顶：大钟开启时大钟的底边；无钟炉顶：炉喉钢砖的转折点处或钢砖顶部。矿石

焦炭块状带焦炭天窗软熔带滴落带风口带及回旋区渣铁贮存区（炉缸区）炉身炉喉炉腰炉腹炉缸高炉内型及各区域分布示意图

焦炭疏松区死料柱高炉区域划分铁矿石焦炭熔剂高炉煤气炉尘上渣铁水、下渣鼓风、煤粉炉腹炉缸炉腰炉身炉喉原料：1）铁矿石烧结矿球团矿块矿2）焦炭3）熔剂：萤石石灰石

白云石

硅石

锰矿4）煤粉5）鼓风：吨铁原料消耗：

铁矿石：1.6-1.8t/tFe焦炭：250-500kg/tFe

煤粉：100-250kg/tFe熔剂：0-400kg/tFe

鼓风：1700-2200Nm3/tFe（1）块状带：矿焦保持装料时的分层状态，与布料形式及粒度有关，占BF总体积60%±（200~1100℃）

主要反应：水分蒸发结晶水分解除CaCO3外的其它MCO3分解间接还原碳素沉积反应（2CO=C+CO2）（2）软熔带：矿石层开始熔化与焦炭层交互排列，焦炭层也称“焦窗”形状受煤气流分布与布料影响，可分为正V型，倒V型，W型

主要反应：Fe的直接还原Fe的渗碳CaCO3分解收S（焦炭中的S向渣、金、气三相分布）碳的气化反应：C+CO2=2CO区域划分（3）滴落带：主要由焦炭床组成，熔融状态的渣铁穿越焦炭床。

主要反应：Fe、Mn、Si、P、Cr的直接还原，Fe的渗C（4）回旋区：焦炭在鼓风作用下一面做回旋运动一面燃烧，是高炉热量发源地（C的不完全燃烧），高炉唯一的氧化区域。

主要反应：

C+O2=CO2CO2+C=2COFe及合金元素的氧化（5）渣铁贮存区（炉缸区）：渣铁分层存在，焦炭浸泡其中。

主要反应：渣铁间脱S，Si、Mn等元素氧化还原（特点3个、主要冶炼过程3个）1.4高炉产品及副产品1)铁水：C、Si、Mn、P、S，1450～1550℃。生铁规格：炼钢生铁[Si]<1.25%：L04、L08、L10

；铸造生铁[Si]≥1.25%：Z14、Z18、Z22、Z26、Z30、Z34

。我国生铁产品国家标准铁种炼钢生铁铸造生铁牌号炼04炼08炼10铸34铸30铸26铸22铸18铸14代号L04L08L10Z34Z30Z26Z22Z18Z14Si≤0.45>0.45~0.85>0.85~1.25>3.2~3.6>2.8~3.2>2.4~2.8>2.0~2.4>1.6~2.0>1.25~1.6Mn一组二组三组≤0.3＞0.3~0.5＞0.5＜0.5＞0.5~0.9＞0.9~1.3P一级二级三级四级五级≤0.15＞0.15~0.25＞0.25~0.4≤0.06＞0.06~0.1＞0.1~0.2＞0.2~0.4＞0.4~0.9S特类一类二类三类≤0.02＞0.02~0.03＞0.03~0.05＞0.05~0.07≤0.03≤0.04≤0.050.040.050.062)

高炉煤气

CO、CO2、N2、H2、CH4

2000m3/tFe左右（2560kg/tFe），70%以上烧热风炉。3)

炉渣

SiO2、CaO、Al2O3、MgO、MnO、FeO、S

（R=1.0～1.3）,200～500kg/tFe，温度比铁水高50～100℃。4)

炉尘

20～100kg/tFe。1.5高炉生产主要技术经济指标1）有效容积利用系数：每米3高炉有效容积每天生产的铁水量（t/m3.d）（1.8-4.0）。

有效容积利用系数=日产量/高炉有效容积2）焦比K：冶炼一吨生铁消耗的焦炭量（kg/t）（250-550）

焦比K=每天装入高炉的焦炭量（kg

)/高炉每天出铁量(t)3）煤比M：冶炼每吨生铁消耗的煤粉量（kg/t）（80-230）

煤比K=每天装入高炉的煤量（kg

)/高炉每天出铁量(t)4）喷煤率=

5）综合焦比：6)折算综合焦比：

生铁牌号折算系数生铁牌号折算系数

炼钢生铁1.0Z141.14Z181.18Z221.22Z261.26Z301.30Z341.34

硅铁2.0

锰铁2.5

镜铁1.5各种生铁的折算系数7)冶炼强度I(0.8-1.0)

每米3高炉有效容积每天消耗的（干）焦炭量：

8）综合冶炼强度(0.9-1.15)

或9）炉缸燃烧强度：

每米2炉缸截面积每天消耗的焦炭量：10）焦炭负荷：一批炉料=批矿+批焦焦炭负荷=批矿/批焦=11）休风率=规定的日历作业时间=日历时间-计划大中修时间和封炉时间12）生铁合格率13）炼铁工序能耗：每月、年或季度内（1）高炉生产系统：原料供给、高炉本体、渣铁处理、鼓风、热风炉、喷吹燃料、给排水、碾泥等；（2）辅助生产系统：机修、化验、计量、环保等；（3）直接为炼铁生产服务的附属系统（厂内食堂、浴室、保健站、休息室、生产管理和调度指挥系统等）所消耗的各种能源的实物消耗量，扣除回收利用的能源，并折算成标准煤（7000kcal/t或29300kJ/t）后与该段时间内生铁产量之比。我国重点企业的炼铁工序能耗约500kg标准煤/吨铁，吨钢综合能耗800~1000kg标准煤/吨钢。谢谢观看/欢迎下载BYFAITHIMEANAVISIONOFGOODONECHERISHESANDTHEENTHUSIASMTHATPUSHESONETOSEEKITSFULFILLMENTREGARDLESSOFOBSTACLES.BYFAITHIBYFAITH2009电子大赛电机部分培训一、直流电机（）汇报人姓名图4为采用内部集成有两个桥式电路的专用芯片L298所组成的电机驱动电路。驱动芯片L298是驱动二相和四相步进电机的专用芯片，我们利用它内部的桥式电路来驱动直流电机，这种方法有一系列的优点。每一组PWM波用来控制一个电机的速度，而另外两个I/O口可以控制电机的正反转，控制比较简单，电路也很简单，一个芯片内包含有8个功率管，这样简化了电路的复杂性，如图所示IOB10、IOB11控制第一个电机的方向，IOB8输入的PWM控制第一个电机的速度；IOB12、IOB13控制第二个电机的方向，IOB9输入的PWM控制第二个电机的速度。

）

步进电机是利用电磁铁的作用原理，将脉冲信号转换为线位移或角位移的电机。每来一个电脉冲，步进电机转动一定角度，带动机械移动一小段距离。特点:（1）来一个脉冲，转一个步距角。（2）控制脉冲频率，可控制电机转速。（3）改变脉冲顺序，可改变转动方向。应用：由于步进电动机的这一工作职能正好符合数字控制系统要求，因此它在数控机床、钟表工业及自动记录仪等方面都有很广泛的应用二、步进电动机及其控制种类：励磁式和反应式两种。励磁式步进电机的转子上有励磁线圈，依靠电磁转矩工作。反应式步进电机的转子上没有励磁线圈。依靠变化的的磁阻生成磁阻转矩工作。应用最广泛，它有两相、三相、多相之分。三相反应式步进电动机的原理结构图如下：ABCIAIBIC

定子内圆周均匀分布着六个磁极，磁极上有励磁绕组，每两个相对的绕组组成一相。采用Y连接，转子有四个齿。定子转子1、步进电机的结构2、步进电机的工作原理

由于磁力线总是要通过磁阻最小的路径闭合，因此会在磁力线扭曲时产生切向力，而形成磁阻转矩，使转子转动。现以BCIAIBIC的通电顺序，使三相绕组轮流通入直流电流，观察转子的运动情况。ABCA（1）三相单三拍（FLASH）CA'BB'C'A3412

A相绕组通电，B、C相不通电。气隙产生以A-A为轴线的磁场，而磁力线总是力图从磁阻最小的路径通过，故电动机转子受到一个反应转矩，在此转矩的作用下，转子必然转到左图所示位置：1、3齿与A、A′极对齐。“三相”指三相步进电机；“单”指每次只能一相绕组通电；“三拍”指通电三次完成一个通电循环。CA'BB'C'A3412

同理，B相通电时，转子会转过30角，2、4齿和B、B´磁极轴线对齐；当C相通电时，转子再转过30角，1、3齿和C´、C磁极轴线对齐。1C'342CA'BB'ACA'BB'C'A3412

这种工作方式下，三个绕组依次通电一次为一个循环周期，一个循环周期包括三个工作脉冲，所以称为三相单三拍工作方式。按ABCA……的顺序给三相绕组轮流通电，转子便一步一步转动起来。每一拍转过30°(步距角)，每个通电循环周期(3拍)磁场在空间旋转了360°而转子转过90°(一个齿距角)。CA'BB'C'A3412CA'BB'C'A3412

A相通电，转子1、3齿与A、A'对齐。

A、B相同时通电，A、A'磁极拉住1、3齿，B、B'磁极拉住2、4齿，转子转过15，到达左图所示位置。按AABBBCC

CA的顺序给三相绕组轮流通电。这种方式可以获得更精确的控制特性。（2）三相六拍（FLASH）CA'BB'C'A3412B相通电，转子2、4齿与B、B´对齐,又转过15。3412CA'BB'C'AB、C相同时通电，C'、C

磁极拉住1、3齿，B、B'磁极拉住2、4齿，转子再转过15。三相反应式步进电动机的一个通电循环周期如下：AABBBCC

CA，每个循环周期分为六拍。每拍转子转过15（步距角），一个通电循环周期(6拍)转子转过90(齿距角)。与单三拍相比，六拍驱动方式的步进角更小，更适用于需要精确定位的控制系统中。AB通电CA'BB'C'A3412BC通电3412CA'BB'C'ACA通电CA'BB'C'A3412与单三拍方式相似，双三拍驱动时每个通电循环周期也分为三拍。每拍转子转过30(步距角)，一个通电循环周期(3拍)转子转过90(齿距角)。（3）三相双三拍（FLASH）按ABBCCA的顺序给三相绕组轮流通电。每拍有两相绕组同时通电。

从以上对步进电机三种驱动方式的分析可得步距角计算公式：—步距角Zr

—转子齿数m—每个通电循环周期的拍数实用步进电机的步距角多为3和1.5。为了获得小步距角，电机的定子、转子都做成多齿的。相数：产生不同对极N、S磁场的激磁线圈对数。常用m表示。拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用n表示，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数，以四相电机为例，有四相四拍运行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍运行方式即A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A.步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移用θ表示。θ=360度/（转子齿数*运行拍数），以常规二、四相，转子齿为50齿电机为例。四拍运行时步距角为θ=360度/（50*4）=1.8度（俗称整步），八拍运行时步距角为θ=360度/（50*8）=0.9度（俗称半步）。3.步进电机的静态指标术语定位转矩：电机在不通电状态下，电机转子自身的锁定力矩（由磁场齿形的谐波以及机械误差造成的）静转矩：电机在额定静态电作用下，电机不作旋转运动时，电机转轴的锁定力矩。此力矩是衡量电机体积（几何尺寸）的标准，与驱动电压及驱动电源等无关。虽然静转矩与电磁激磁安匝数成正比，与定齿转子间的气隙有关，但过分采用减小气隙，增加激磁安匝来提高静力矩是不可取的，这样会造成电机的发热及机械噪音。1)步距角精度

步进电机每转过一个步距角的实际值与理论值的误差。用百分比表示：误差/步距角*100%。不同运行拍数其值不同，四拍运行时应在5%之内，八拍运行时应在15%以内。2)失步

电机运转时运转的步数，不等于理论上的步数。称之为失步。3)失调角

转子齿轴线偏移定子齿轴线的角度，电机运转必存在失调角，由失调角产生的误差，采用细分驱动是不能解决的。4)最大空载起动频率

4.步进电机动态指标及术语电机在某种驱动形式、电压及额定电流下，在不加负载的情况下，能够直接起动的最大频率。5)最大空载的运行频率

电机在某种驱动形式，电压及额定电流下，电机不带负载的最高转速频率。6)运行矩频特性

电机在某种测试条件下测得运行中输出力矩与频率关系的曲线称为运行矩频特性，这是电机诸多动态曲线中最重要的，也是电机选择的根本依据。如图2所示：图2力矩与频率曲线图环形分配器、功率放大器以及其它控制线路组合构成步进电机的驱动系统，其方框图如图4，在下一节的方案选择时，也是按照驱动系统的结构来进行。5.步进电机驱动系统的结构图4步进电机驱动系统结构图基本原理作用如下：

(1)控制换相顺序

通电换相这一过程称为脉冲分配。例如：三相步进电机的三拍工作方式，其各相通电顺序为A-B-C,通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制A,B,C相的通断。

(2)控制步进电机的转向

如果给定工作方式正序换相通电，步进电机正转，如果按反序通电换相，则电机就反转。

(3)控制步进电机的速度

如果给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步。两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。调整单片机发出的脉冲频率，就可以对步进电机进行调速。

主要元件：恒压恒流桥式2A驱动芯片L298N、光电耦合器TLP521-4

工作电压方式：直流

工作电压：信号端4~6V、控制端5~36V

调速方式：直流电动机采用PWM信号平滑调速。

特点：

1、可实现电机正反转及调速。

2、启动性能好，启动转矩大。3、工作电压可达到36V，4A。

4、可同时驱动两台直流电机。

5、适合应用于机器人设计及智能小车的设计中。

实例一：用L298驱动两台直流减速电机的电路。引脚A，B可用于PWM控制。如果机器人项目只要求直行前进，则可将IN1，IN2和IN3，IN4两对引脚分别接高电平和低电平，仅用单片机的两个端口给出PWM信号控制A，B即可实现直行、转弯、加减速等动作。

实例二：用L298实现二相步进电机控制。将IN1，IN2和IN3，IN4两对引脚分别接入单片机的某个端口，输出连续的脉冲信号。信号的快慢决定了电机的转速。改变绕组脉冲信号的顺序即可实现正反转。图13L298驱动步进电机伺服电动机又称执行电动机。其功能是将输入的电压控制信号转换为轴上输出的角位移和角速度，驱动控制对象。伺服电动机可控性好，反应迅速。是自动控制系统和计算机外围设备中常用的执行元件。伺服电动机可分为两类：交流伺服电动机和直流伺服电动机三、伺服电动机及其控制1、交流伺服电动机

交流伺服电动机就是一台两相交流异步电机。它的定子上装有空间互差90的两个绕组：励磁绕组和控制绕组，其结构如图所示。励磁绕组控制绕组杯形转子内定子交流伺服电动机结构图~Uf~UcC其旋转速度n为:n=60f(1-s)/p=n0(1-s)f:交流电源频率(HZ)p:为磁级对数n0:电动机旋转磁场转速(r/min),

n0=60f/ps:转差率,s=(n0-n)/n0图5—21.基本工作原理:交流伺服电动机以单相异步电动机原理为基础，从图5—2可以看出，励磁绕组WF接到电压为Uf的交流电网上，控制绕组WC接到控制电压Uc上，当有控制信号输入时，两相绕组便产生旋转磁场。该磁场与转子中的感应电流相互作用产生转矩，使转子跟着旋转磁场以一定的转差率转动起来.放大器检测元件控制信号+–+–控制绕组励磁绕组+++–––11(b)相量图交流伺服电动机的接线图和相量图(a）接线图交流伺服电动机的接线图和相量图放大器检测元件控制信号+–+–控制绕组励磁绕组+++–––1励磁绕组串联电容C,是为了产生两相旋转磁场。适当选择电容的大小，可使通入两个绕组的电流相位差接近90,从而产生所需的旋转磁场。控制电压与电源电压频率相同，相位相同或反相。励磁绕组固定接在电源上，当控制电压为零时，电机无起动转矩，转子不转。放大器检测元件控制信号+–+–控制绕组励磁绕组+++–––1

若有控制电压加在控制绕组上，且励磁电流和控制绕组电流不同相、相位相差90度、幅值相等i1=Ikmsinωti2=Ikmsin(ωt-90)Bk=BmsinωtBj=Bmsin(ωt-90)因此便产生两相旋转磁场。在旋转磁场的作用下，转子便转动起来。交流伺服电动机的特点：不仅要求它在静止状态下，能服从控制信号的命令而转动，而且要求在电动机运行时如果控制电压变为零，电动机立即停转。如果交流伺服电动机的参数选择和一般单相异步电动机相似，电动机一经转动，即使控制等于零，电动机仍继续转动，电动机失去控制，这种现象称为“自转”。什么是“自转”现象？2.消除自转现象的措施由三相异步电动机的特性可知，转子电阻值对电动机的机械特性有较大的影响，如图5—4所示。当转子阻值增大到一定程度，例如图中r23时，最大转矩可出现在s=l附近。为此目的，把伺服电动机的转子电阻r2设计得很大，使电动机在失去控制信号单相运行时，正转矩或负转矩的最大值均出现在Sm>1的地方，这样可得出图5—5所示的机械特性曲线。

图5—5中曲线l为有控制电压时伺服电机的机械特性曲线，曲线T+和T-为去掉控制电压后，脉动磁场分解为正、反两个旋转磁场对应产生的转矩曲线。曲线T为去掉控制电压后单相供电时的合成转矩曲线。从图中可看出，它与异步电动机的机械特性曲线不同，是在第二和第四象限内。当转速n为正时，电磁转矩T为负，当n为负时，T为正，即去掉控制电压后，单相供电时的电磁转矩的方向总是与转子转向相反，所以，是一个制动转矩。由于制动转矩的存在，可使转子迅速停止转动，从而避免“自转”现象。电机停止转动所需要的时间，比两相电压Uf和Uc同时取消、单靠摩擦等制动方法所需的时间要短得多。这正是两相交流伺服电动机在工作时，励磁绕组始终接在电源上的原因。增大伺服电机转子阻值r2，既有利于消除“自转”现象，同时还使稳定运行段加宽、启动转矩增大。目前通常采用高电阻材料制成的鼠笼导条，杯形

转子的壁很薄，一般只有O．2～0．8mm，因而转子阻值较大，且惯量较小。

图5—6所示为幅值控