冶金生產(chǎn)工藝及裝備1_概述

1、冶金生產(chǎn)工藝及裝備楊海波教授博導(dǎo)ustbyhb01PW:ustbyhbSchool辦of M公ec地han點(diǎn)ica：l En北gine科eri大ng,會(huì)Un議iver中sity心of -S第cien5c會(huì)e &議Te室chnology, Beijing聯(lián)系電話：6233-3549S M E . U S T B5課程簡(jiǎn)介n課程名稱冶金生產(chǎn)工藝及設(shè)備 2013w冶金生產(chǎn)工藝及裝備（Technology and equipment for iron & steel production ）n課程編號(hào)：4040014學(xué)時(shí)/學(xué)分：32 / 2n主要內(nèi)容鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程的工藝技術(shù)、機(jī)械設(shè)備、檢

2、測(cè)方法等。包括煉鐵、煉鋼（含連鑄）和軋鋼三個(gè)部分：高爐和非高爐煉鐵，轉(zhuǎn)爐和電爐煉鋼，爐外精煉，連續(xù)鑄鋼，厚板、冷熱薄板、無(wú)縫鋼管、型材、棒線材軋制等。n課程目的了解從礦石原料到鋼鐵產(chǎn)品的生產(chǎn)流程，熟悉鋼鐵生產(chǎn)的基本工藝、主要設(shè)備、檢測(cè)方法，提高運(yùn) 用專業(yè)理論和方法分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，培養(yǎng)工程意識(shí)。n課程對(duì)象機(jī)械工程（冶金機(jī)械方向）或其它專業(yè)的高年級(jí)本科生、研究生n先修課程機(jī)械設(shè)計(jì)，機(jī)械原理，機(jī)械制造，工程材料等n相關(guān)課程冶金設(shè)備設(shè)計(jì)與制造，軋鋼過(guò)程控制，煉鐵機(jī)械，煉鋼機(jī)械，軋鋼機(jī)械，軋制理論與工藝，n學(xué)什么（內(nèi)容）w 鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中的l工藝技術(shù)l機(jī)械設(shè)備l檢測(cè)方法等w三個(gè)部分l煉鐵：高爐

3、和非高爐煉鐵l煉鋼：轉(zhuǎn)爐和電爐煉鋼，爐外精煉，連續(xù)鑄鋼l軋鋼：中厚板、冷熱軋薄板、無(wú)縫鋼管、型材、棒線材軋制等n為什么學(xué)（目的）w了解鋼鐵，掌握方法l了解鋼鐵生產(chǎn)流程，掌握鋼鐵生產(chǎn)的基本工藝、主要設(shè)備、檢測(cè)方法w運(yùn)用知識(shí)，分析問(wèn)題l運(yùn)用已學(xué)的專業(yè)理論和方法，研究和分析典型的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程w結(jié)合理論，聯(lián)系實(shí)際，l體會(huì)理論與實(shí)際結(jié)合的含義，增強(qiáng)工程意識(shí)。n需要哪些知識(shí)w數(shù)學(xué)，物理，化學(xué)w靜力學(xué)，動(dòng)力學(xué)，流體力學(xué)，熱力學(xué)，材料學(xué)，冶金學(xué)w設(shè)計(jì)，制造，檢測(cè)，控制n學(xué)過(guò)哪些課程w高等數(shù)學(xué)，線性代數(shù)，大學(xué)物理，程序設(shè)計(jì)，概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)，理論力學(xué)， 材料力學(xué)，微機(jī)原理與應(yīng)用，機(jī)械制圖w熱工學(xué)，電工技術(shù)，電子

4、技術(shù)，機(jī)械原理，工程流體力學(xué)，工程材料及成形工藝， 機(jī)械設(shè)計(jì)，自動(dòng)控制理論w互換性與測(cè)量技術(shù)，測(cè)試技術(shù)，機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)，液壓與氣壓傳動(dòng)， 機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)w機(jī)電傳動(dòng)控制，機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)，機(jī)械振動(dòng)n將要學(xué)哪些課程w工程數(shù)值計(jì)算，現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，CAD/CAM，微機(jī)電系統(tǒng)，質(zhì)量管理與控制n相關(guān)課程 冶金設(shè)備設(shè)計(jì)與制造，軋鋼過(guò)程控制，煉鐵機(jī)械，煉鋼機(jī)械，軋鋼機(jī)械， 軋制理論與工藝，n授課方式：講授 + 提問(wèn) + 討論n學(xué)習(xí)方式：聽課 + 筆記 + 看書 + 習(xí)題n考核方式：課堂 + 作業(yè) + 考試n公共郵箱： ustbyhb01PW:ustbyhbn課程安排w上課時(shí)間：2016年9月05號(hào)2016年1

5、1月03號(hào)（ 學(xué)歷 第 1 周 第 8 周)n每周一、 機(jī)械樓820 III （13:3014:15，14:2015:05）n每周四、 機(jī)械樓820 IV （15:2016:05，16:1016:55）w考試時(shí)間：2016年11月日w選課班級(jí)： 機(jī)械E13.n冶金，冶金生產(chǎn)，工藝，裝備w冶金（Metallurgy）l從礦石中提取金屬或金屬化合物，并將其制成有一定性能的金屬材料的過(guò)程和方法p火法冶金，濕法冶金，電冶金（電熱冶金、電化冶金）w冶金生產(chǎn)（Metallurgical production）p包括金屬的冶煉、金屬的軋制、軋材的處理等w工藝（ Craft，Technology）l對(duì)原材料、

6、半成品進(jìn)行加工和處理，使之成為制成品的方法與過(guò)程（技術(shù)、手段等）w裝備（Equipment）l實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)活動(dòng)的設(shè)備、工具、器材等， 這里指的是實(shí)現(xiàn)鋼鐵生產(chǎn)所采用的機(jī)械設(shè)備、電氣設(shè)備、檢測(cè)設(shè)備、儀器儀表等鋼鐵是重要的金屬材料，本課程僅限于鋼鐵的冶金生產(chǎn)661冶金生產(chǎn)工藝及設(shè)備，李應(yīng)強(qiáng)，冶金工業(yè)出版社，1998n參考書w煉鐵部分2鋼鐵冶金學(xué)-煉鐵部分，王筱留，冶金工業(yè)出版社，2013 3煉鐵工藝，盧宇飛，冶金工業(yè)出版社，2006 4煉鐵機(jī)械（修訂版），嚴(yán)允進(jìn)，冶金工業(yè)出版社，1990 5煉鐵生產(chǎn)自動(dòng)化技術(shù) ，劉玠，馬竹梧，冶金工業(yè)出版社，2005 6鋼鐵工業(yè)自動(dòng)化-煉鐵卷，馬竹梧，邱建平，李江，冶金

7、工業(yè)出版社，2000w煉鋼部分7 鋼鐵冶金學(xué)-煉鋼部分，陳家祥，冶金工業(yè)出版社，1990 8煉鋼工藝學(xué)，高澤平，冶金工業(yè)出版社，2006.8 9連續(xù)鑄鋼，賀道中，冶金工業(yè)出版社，2007 10連續(xù)鑄鋼原理與工藝，蔡開科，冶金工業(yè)出版社，1995 11煉鋼設(shè)備，潘毓淳，冶金工業(yè)出版社，1992.6 12煉鋼機(jī)械（修訂版），羅振才，冶金工業(yè)出版社，1989年 13鋼鐵工業(yè)自動(dòng)化-煉鋼卷，馬竹梧，鄒立功，孫彥廣，冶金工業(yè)出版社，2003w軋鋼部分14中國(guó)材料工程大典（第20卷 材料塑性成型工程），胡正寰，化學(xué)工業(yè)出版社，2006 15板帶材生產(chǎn)原理與工藝，王廷溥，冶金工業(yè)出版社，199516金屬塑性

8、加工學(xué)-軋制理論與工藝, 王廷溥、齊克敏主編，冶金工業(yè)出版社，1998-2012 17軋鋼機(jī)械（修訂版），鄒家祥，冶金工業(yè)出版社，1989 18軋鋼設(shè)備及自動(dòng)控制，曹建國(guó)，化學(xué)工業(yè)出版社，201019型材生產(chǎn)理論與工藝，王有銘，20零件軋制成型技術(shù) ，胡正寰，華林，化學(xué)工業(yè)出版社，2010.4 21鋼鐵工業(yè)自動(dòng)化-軋鋼卷，薛興昌，馬竹梧，沈標(biāo)正，冶金工業(yè)出版社，201014n學(xué)術(shù)論文w國(guó)內(nèi)l大學(xué)學(xué)報(bào)：工程科學(xué)學(xué)報(bào)（北科大學(xué)報(bào)），中南大學(xué)學(xué)報(bào)，東北大學(xué)學(xué)報(bào)l專業(yè)期刊：鋼鐵，軋鋼，冶金設(shè)備，冶金自動(dòng)化， 特殊鋼 ，鋼鐵研究，金屬學(xué)報(bào)， 塑性工程學(xué)報(bào)l綜合期刊：機(jī)械工程學(xué)報(bào)，w國(guó)外l Iron an

9、dSteel Engineer， The Iron and Steel Institute ，ISIJ International，鐵鋼w會(huì)議期刊n網(wǎng)上資源w中國(guó)金屬學(xué)會(huì) w中國(guó)鋼鐵協(xié)會(huì)網(wǎng) w新浪博客“我的鋼鐵”，w中國(guó)軋輥網(wǎng)，http:/www.china-課程目錄1 鋼鐵生產(chǎn)概述（2學(xué)時(shí)）1.1 鋼鐵材料及應(yīng)用1.2 鋼鐵生產(chǎn)工藝流程1.3 鋼鐵工業(yè)的發(fā)展2 煉鐵生產(chǎn)（8學(xué)時(shí)）2.1 煉鐵概述（1學(xué)時(shí)）2.2 高爐煉鐵工藝（2學(xué)時(shí)）2.2.1 高爐煉鐵的化學(xué)反應(yīng)2.2.2 高爐煉鐵過(guò)程2.2.3 高爐結(jié)構(gòu)2.2.4 高爐指標(biāo)2.3 高爐煉鐵設(shè)備（3學(xué)時(shí)）2.3.1 供料上料設(shè)備2.3.2

10、爐頂裝料設(shè)備2.3.3 渣鐵處理（爐前）設(shè)備2.3.4 送風(fēng)系統(tǒng)2.3.5 煤氣除塵及回收系統(tǒng)2.4 高爐煉鐵檢測(cè)（1學(xué)時(shí)）2.4.1 爐料狀態(tài)檢測(cè)2.4.2 渣鐵狀態(tài)檢測(cè)2.4.3 設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)與診斷2.5 煉鐵技術(shù)發(fā)展（0.5學(xué)時(shí)）2.6 非高爐煉鐵（0.5學(xué)時(shí)）2.6.1 直接還原法2.6.2 熔融還原法3 煉鋼及連鑄生產(chǎn)（9學(xué)時(shí)）3.1 煉鋼概述（1學(xué)時(shí)）3.2 轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝（1學(xué)時(shí)）3.2.1 轉(zhuǎn)爐煉鋼過(guò)程3.2.2 轉(zhuǎn)爐煉鋼主要指標(biāo)3.3 轉(zhuǎn)爐煉鋼設(shè)備（2學(xué)時(shí)）3.3.1 供料系統(tǒng)3.3.2 轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)3.3.3 供氧系統(tǒng)3.3.4 其他設(shè)備3.4 電爐煉鋼（1學(xué)時(shí)）3.5 爐外精煉

11、（0.5學(xué)時(shí)）3.6 煉鋼檢測(cè)（0.5學(xué)時(shí)）3.6.1 鋼水溫度測(cè)量3.6.2 鋼水定氧測(cè)量3.6.3 鋼水定碳測(cè)量3.6.4 爐襯檢測(cè)3.7 連續(xù)鑄鋼（2學(xué)時(shí)）3.7.1 連續(xù)鑄鋼技術(shù)的發(fā)展3.7.2 連續(xù)鑄鋼工藝3.7.3 連續(xù)鑄鋼設(shè)備冶金生產(chǎn)工藝及設(shè)備 20134 軋鋼生產(chǎn)（11學(xué)時(shí)）4.1 軋鋼原理（2學(xué)時(shí)）4.1.1 軋鋼過(guò)程及任務(wù)4.1.2 軋鋼的原料及產(chǎn)品4.1.3 軋制理論4.2 板帶軋制（6學(xué)時(shí)）4.2.1 中厚板生產(chǎn)工藝4.2.2 薄板熱軋工藝4.2.3 薄板冷軋工藝4.2.4 板帶生產(chǎn)設(shè)備4.3 鋼管軋制（1學(xué)時(shí)）4.3.1 鋼管生產(chǎn)概述4.3.2 無(wú)縫鋼管熱軋工藝4.4

12、 棒線材軋制（0.5學(xué)時(shí)）4.5 型材軋制（0.5學(xué)時(shí)）4.6 軋鋼生產(chǎn)檢測(cè)（0.5學(xué)時(shí)）4.7 零件軋制（0.5學(xué)時(shí)）1 鋼鐵生產(chǎn)概述成的？冶金生產(chǎn)工藝及設(shè)備 20131.1 鋼鐵材料及應(yīng)用1.2 鋼鐵生產(chǎn)工藝流程1.3 鋼鐵工業(yè)的發(fā)展鋼鐵是怎樣煉這要從什么是鋼鐵講起1.1 鋼鐵材料及應(yīng)用n金屬（Metal） 分為黑色金屬和有色金屬w黑色金屬（Ferrousmetal）冶金生產(chǎn)工藝及設(shè)備 2013p對(duì)鐵(Fe)、鉻(Cr)和錳(Mn)及它們合金的統(tǒng)稱，是冶煉鋼鐵的主要原料p純鐵及錳為銀白色，鉻為銀灰色p鋼鐵表面常覆蓋黑色的四氧化三鐵p 錳及鉻主要應(yīng)用于冶煉黑色的合金鋼p產(chǎn)量約占世界金屬總產(chǎn)量

13、的95%鋼鐵屬于黑色金屬，都含有鐵元素本課程主要內(nèi)容針對(duì)“黑色金屬”1.1 鋼鐵材料及應(yīng)用冶金生產(chǎn)工藝及設(shè)備 2013w有色金屬（Non-ferrousmetal）l除鐵、鉻和錳及合金以外的其它金屬p輕金屬：比重小于4.5（如鋁、鎂、鋰、鈉、鉀等）p重金屬：比重大于4.5（如銅、鋅、鎳、汞、錫、鉛等）p貴金屬：如金、銀、鉑、鋨、銥p放射性金屬：鐳、鈾、釷、釙、锝等p稀有金屬：如鈮、鉭、鋯、镥、金、鐳、鉿、鈾等l有色金屬的生產(chǎn)工藝及設(shè)備與鋼鐵生產(chǎn)工藝及設(shè)備是有所不同，本課 程鋼鐵生產(chǎn)工藝及設(shè)備。n金屬材料之最w地殼中含量最高的： 鋁w人體中含量最高的：鈣w導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性最好的：銀w光照下最易產(chǎn)生

14、電流的：銫w延展性最好的：金w高速飛機(jī)結(jié)構(gòu)用的最多的：鈦w硬度最高的：鉻w熔點(diǎn)最高的：鎢w熔點(diǎn)最低的：汞w密度最大的：鋨w密度最小的：鋰冶金生產(chǎn)工藝及設(shè)備 2013n鐵的特點(diǎn)w元素周期表中：第4周期，原子序數(shù)26w蘊(yùn)藏豐富,地殼中含量4.75%，排在氧、硅、鋁之后的第4位w以鐵礦石形式，存在相對(duì)集中，采掘、提煉方便w冶煉比較容易，容易實(shí)現(xiàn)大量、高效、低成本生產(chǎn)w較好的物理性能，如堅(jiān)硬性、延展性、鐵磁性、導(dǎo)熱導(dǎo)電性w性能可調(diào)性，通過(guò)熱處理、加合金改變性能14n鋼與鐵的區(qū)別w鋼與鐵的區(qū)別主要是含碳量的不同，導(dǎo)致性能不同、用途差別很大材料熔點(diǎn) ()理論含碳量(%)實(shí)際應(yīng)用 含碳量(%)力學(xué)性能 加工

15、性能用途生鐵115012502.116.6924.3塑性差，硬而脆，耐磨性好 鑄造性好，難焊接，壓力加工難鑄件，如灰口鐵， 煉鋼原料鋼145015000.022.110.021.7塑性好，韌性好，強(qiáng)度高 鑄造性適中，易焊接，壓力加工易非常廣泛熟鐵> 1500< 0.02-塑性很好，強(qiáng)度低，硬度低，用途很少w含碳量越高、強(qiáng)度和硬度越高，但塑性、韌性會(huì)越低降低，脆性越高w鋼和鐵中還含有其它元素，會(huì)影響性能l硅Si錳 Mn磷P硫Sw鐵合金（Alloy）l兩種或多種化學(xué)組分（金屬、非金屬）構(gòu)成的固溶體或化合物形式的材料或物質(zhì)l鋼和生鐵都是鐵合金（鐵碳合金）l還可以加入其它元素，以改變鋼鐵的

16、性能21n鑄鐵分類按碳的存在形式劃分w白口鑄鐵，碳主要以滲碳體形式存在，硬、脆，很少直接用w麻口鑄鐵，碳一部分以滲碳體形式存在另一部分以石墨形式存在，硬、脆，很少直接用w灰口鑄鐵，碳主要以石墨形式存在，因石墨形狀不同，性能和用途也不同：l灰鑄鐵，鑄造性、減震性、減摩性、切削性比鋼好，但力學(xué)性能較差l可鍛鑄鐵，力學(xué)性能稍好于灰鑄鐵l球墨鑄鐵，其中石墨為球狀，力學(xué)性能與調(diào)質(zhì)鋼相當(dāng)l蠕墨鑄鐵，石墨為蠕蟲狀，力學(xué)性能稍低于球墨鑄鐵n鋼的分類w按化學(xué)成分l碳素鋼：僅含為脫氧而加入硅（一般0.40%）和錳（一般0.80%）等合金元素p低碳鋼：C 0.25%p中碳鋼：0.25% C 0.60%p高碳鋼：C

17、> 0.60%l合金鋼：含鉻、鎳、鉬、鈦、釩、銅、鎢、鋁、鈷、鈮、鋯等合金、稀土元素， 非金屬元素如硼、氮等p普通低合金鋼：合金總含量小于3%p低合金鋼：合金總含量3%5%p中合金鋼：合金總含量 5%10%p高合金鋼：合金總含量大于10%p合金鋼舉例：錳鋼、硅鋼、硼鋼、鉻鎳鎢鋼、鉻錳硅鋼，w 按脫氧程度l沸騰鋼（不經(jīng)脫氧或微弱脫氧）l鎮(zhèn)靜鋼（脫氧充分）l半鎮(zhèn)靜鋼（脫氧不完全，介于鎮(zhèn)靜鋼和沸騰鋼之間）w按用途l結(jié)構(gòu)鋼p碳素結(jié)構(gòu)鋼用于制造工程結(jié)構(gòu)件和機(jī)械零件，價(jià)格低，工藝性能良好，產(chǎn)量大，用途廣普通：硫、磷等雜質(zhì)含量略高，S 0.055%， P 0.045%優(yōu)質(zhì)：硫、磷等雜質(zhì)含量較低， S

18、0.040%，P 0.040%p合金結(jié)構(gòu)鋼在優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼基礎(chǔ)上，加入合金元素，以提高鋼的強(qiáng)度、韌性和淬透性滲碳鋼調(diào)質(zhì)鋼氮化鋼l工具鋼含碳量較高，具有較高的硬度p碳素工具鋼：0.65% C 1.30%，為提綜合性能，有的加入0.35%0.60%的錳p合金工具鋼：含碳可高達(dá)2.30%，含鉻可達(dá)13%、鎢9%，還可含鉬、釩等，用于模具p高速工具鋼：含1%左右的碳，含鎢可高達(dá)19%，還可含鉻、釩、鉬等，赤熱硬性好w按用途（續(xù)）l特殊性能鋼具有特殊化學(xué)性能或力學(xué)性能p軸承鋼：含碳1%左右，含鉻不超過(guò)1.65%，有高而均勻的硬度和耐磨性p不銹鋼：耐大氣、蒸汽和水等弱介質(zhì)腐蝕，但不一定耐腐蝕p耐腐蝕鋼：耐

19、酸、堿和鹽等強(qiáng)介質(zhì)腐蝕。一般都具有較好的不銹性l彈簧鋼含硅、錳、鉻合金元素，有高的彈性極限、疲勞強(qiáng)度、沖擊韌性、塑性，用于制造彈簧l高溫合金在應(yīng)力及高溫作用時(shí)，有長(zhǎng)時(shí)間抗蠕變能力、高持久強(qiáng)度、高抗蝕性， 用于制造燃汽輪機(jī)、噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)等高溫下工作零部件p鐵基合金p鎳基合金p鈷基合金p鉻基合金p鉬基合金p其他合金n鋼鐵材料特點(diǎn)w用途廣泛w易于回收和再利用l廢鋼鐵的重新冶煉在鋼鐵產(chǎn)量比重不斷增大p中國(guó)10%，日本30%，美國(guó)60%w不可替代l鋁合金：蘊(yùn)藏量最豐富的金屬元素，但礦源分散，冶煉困難，成本高，雖然延展性很好，但強(qiáng)度比鋼鐵差l塑料：以石油為原料，發(fā)展受到了很大制約 沒(méi)有哪一種材料能夠完全取

20、代鋼鐵n鋼鐵材料的應(yīng)用n日常生活中的鑄鐵22n管線用鋼w西氣東輸二線管道線路l2002年7月4日開工建設(shè)，全長(zhǎng)4000公里，2004年12月30日全線供氣l品種：X50（1950年）， X80（1980年）， X120（2004年）pX80：最小屈服強(qiáng)度=80000psi (=552Mpa)Psi: Pounds per square inchpa : N/m224n集裝箱板n鐵路用鋼26n汽車用鋼n輸變電用鋼w輸電鐵塔l角鋼，卷板w變壓器l電磁鋼板（硅鋼、矽鋼片）冶金生產(chǎn)工藝及設(shè)備 201327n建筑用鋼28301.2 鋼鐵生產(chǎn)工藝流程冶金生產(chǎn)工藝及設(shè)備 2013鐵礦石 燒結(jié) 球團(tuán)礦焦煤 焦

21、化 焦炭高爐（非高爐）煉鐵 鐵水 轉(zhuǎn)爐/電爐煉鋼 鋼水 連鑄 鑄坯 軋鋼 鋼材熔劑（石灰石）n鋼鐵生產(chǎn)工藝流程n鋼鐵生產(chǎn)w煉鐵（Iron making）w將含鐵氧化物（鐵礦石）及含鐵原料通過(guò)高溫冶煉提煉生鐵的過(guò)程w煉鋼（Steel making）l將生鐵或廢鋼通過(guò)高溫冶煉生產(chǎn)鋼水的過(guò)程，一般還包括將鋼水 澆鑄成鋼坯的過(guò)程w軋鋼（Steel rolling）l鋼錠、鋼坯等原料在旋轉(zhuǎn)的軋輥間發(fā)生塑性變形，以改變形狀和 性能31l日本異軍突起，1973年歐美日等主要產(chǎn)鋼國(guó)的鋼產(chǎn)量均達(dá)到歷史頂峰w1973年石油危機(jī)引發(fā)“大蕭條”l美國(guó)1973年鋼產(chǎn)量1.37億噸， 1982年降到0.66億噸，英法德日鋼鐵企業(yè)陷入困境l7090年代，國(guó)外(特別是美國(guó))鋼鐵企業(yè)倒閉、破產(chǎn)重組，鋼鐵產(chǎn)業(yè)被視為“夕陽(yáng)產(chǎn)業(yè)”w2012年l粗鋼產(chǎn)量：全球15.478億噸，中國(guó)大陸，7.17億噸，占全球46.3%，排名第1l排名前10的國(guó)家：中國(guó)、日、美、印、俄、韓、德、土耳其、巴西、烏克蘭