yh材料工程與基礎(chǔ)-鋼鐵冶煉

1、材料工程基礎(chǔ)材料工程基礎(chǔ) 1. 理論課學(xué)時(shí)及學(xué)分理論課學(xué)時(shí)及學(xué)分: 36學(xué)時(shí)，學(xué)時(shí)，2學(xué)分學(xué)分 2.2.教材名稱：教材名稱： 周美玲等周美玲等 主編主編材料工程基礎(chǔ)材料工程基礎(chǔ). . 高等教育出版社，高等教育出版社，20132013年年 3.3.課程考核說明及要求：課程考核說明及要求： 專業(yè)專業(yè)選選修課程，總成績由兩個(gè)部分構(gòu)成，考試修課程，總成績由兩個(gè)部分構(gòu)成，考試成績（成績（70%70%）和平時(shí)成績（）和平時(shí)成績（30%30%）。）。 課程考試形式：課程考試形式：? ? 4.4.作業(yè)、輔導(dǎo)和答疑作業(yè)、輔導(dǎo)和答疑課程簡介：課程簡介： 本課程是材料科學(xué)與工程專業(yè)的學(xué)生在已經(jīng)掌握有關(guān)本課程是材料科

2、學(xué)與工程專業(yè)的學(xué)生在已經(jīng)掌握有關(guān)的材料基礎(chǔ)知識(shí)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步拓展材料工程方面理的材料基礎(chǔ)知識(shí)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步拓展材料工程方面理論基礎(chǔ)知識(shí)的一門專業(yè)課程。通過該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生論基礎(chǔ)知識(shí)的一門專業(yè)課程。通過該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生掌握材料制備過程中的基本科學(xué)原理和技能，能夠根據(jù)掌握材料制備過程中的基本科學(xué)原理和技能，能夠根據(jù)所確定材料的性能、結(jié)構(gòu)與應(yīng)用的要求，提出材料制備所確定材料的性能、結(jié)構(gòu)與應(yīng)用的要求，提出材料制備加工的方案和方法，并以此為引導(dǎo)，更深入地學(xué)習(xí)材料加工的方案和方法，并以此為引導(dǎo)，更深入地學(xué)習(xí)材料制備的專門知識(shí)。制備的專門知識(shí)。學(xué)習(xí)本課程的目的是為將來從事材料學(xué)習(xí)本課程的目的是為將來

3、從事材料研究、材料加工等行業(yè)的工作打下堅(jiān)實(shí)的必備的理論和研究、材料加工等行業(yè)的工作打下堅(jiān)實(shí)的必備的理論和實(shí)踐研究的基礎(chǔ)。實(shí)踐研究的基礎(chǔ)。材料的復(fù)合材料的復(fù)合金屬復(fù)合材料金屬復(fù)合材料陶瓷復(fù)合材料陶瓷復(fù)合材料生物復(fù)合材料生物復(fù)合材料材料改性與表面加工材料改性與表面加工表面改性表面改性表面防護(hù)表面防護(hù)薄膜制備技術(shù)薄膜制備技術(shù)材料成型與加工材料成型與加工金屬金屬粉末粉末材料的制取與合成材料的制取與合成材料熔煉材料熔煉粉末材料制備粉末材料制備第一章第一章 材料的熔煉材料的熔煉 原材料原材料加熱加熱液態(tài)液態(tài)冷冷凝凝固態(tài)固態(tài)第一節(jié)第一節(jié) 鋼鐵冶煉鋼鐵冶煉軍事上離不開鋼鐵軍事上離不開鋼鐵F-18F-18大黃蜂

4、戰(zhàn)斗機(jī)大黃蜂戰(zhàn)斗機(jī)我軍陸戰(zhàn)王牌我軍陸戰(zhàn)王牌-99-99式主戰(zhàn)坦克式主戰(zhàn)坦克海軍海軍109109驅(qū)逐艦驅(qū)逐艦中國九五式突擊步槍中國九五式突擊步槍神五神五 神神六六我們的生活中也離不開鋼鐵我們的生活中也離不開鋼鐵廣州丫髻沙大橋廣州丫髻沙大橋雷諾汽車?yán)字Z汽車生活用品生活用品磁懸浮列車磁懸浮列車 兩兩次工業(yè)革命都是以新材料的發(fā)明和廣泛應(yīng)用為次工業(yè)革命都是以新材料的發(fā)明和廣泛應(yīng)用為先導(dǎo)的先導(dǎo)的： 第第一次工業(yè)革命（一次工業(yè)革命（1818世紀(jì)）：世紀(jì)）：鋼鐵工業(yè)鋼鐵工業(yè)的發(fā)展為的發(fā)展為蒸汽機(jī)的發(fā)明和應(yīng)用奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)蒸汽機(jī)的發(fā)明和應(yīng)用奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)； 第第二次工業(yè)革命（二次工業(yè)革命（2020世紀(jì)中葉以來）

5、：單晶硅材世紀(jì)中葉以來）：單晶硅材料對(duì)電子技術(shù)的發(fā)明和應(yīng)用起了核心作用。料對(duì)電子技術(shù)的發(fā)明和應(yīng)用起了核心作用。鐵鐵 礦礦 石石 樣樣 本本黃鐵礦FeS2磁鐵礦磁鐵礦Fe3O4褐鐵礦褐鐵礦2Fe2O3.3H2O菱鐵礦FeCO3赤鐵礦赤鐵礦-Fe2O3鐵在自然界的存在：氧化物、硫化物形式存在鐵在自然界的存在：氧化物、硫化物形式存在 鋼鐵是怎樣煉成的鋼鐵是怎樣煉成的 鋼鐵生產(chǎn)基本過程鋼鐵生產(chǎn)基本過程 （高爐的還原過程）（氧化過程）高爐的還原過程）（氧化過程）鐵礦石鐵礦石 煉鐵煉鐵 煉鋼煉鋼 鑄錠鑄錠(連鑄連鑄) 軋制軋制 鋼材鋼材 鑄鑄造生鐵造生鐵 鑄造鑄造 新流程：直接氧化電弧爐煉鋼連鑄連軋 鐵礦

6、石鐵礦石鐵的氧化物鐵的氧化物：Fe2O3,Fe3O4,2Fe2O33H2O,FeCO3脈石脈石：其他氧化物：其他氧化物(SiO2、MnO2、Al2O3)等等一、鋼鐵冶金的熱力學(xué)一、鋼鐵冶金的熱力學(xué) 煉鐵主要是煉鐵主要是還原過程還原過程，煉鋼主要是煉鋼主要是氧化過程氧化過程； 理論基礎(chǔ)：氧化物生成理論基礎(chǔ)：氧化物生成自由能自由能-溫度的關(guān)系圖溫度的關(guān)系圖(Go-T圖圖) Go-T圖提供的信息：圖提供的信息： 氧化物位置低的比位置高的穩(wěn)定氧化物位置低的比位置高的穩(wěn)定，位置低的元，位置低的元素能素能還原還原位置高的元素，并且兩者相距越遠(yuǎn)越位置高的元素，并且兩者相距越遠(yuǎn)越好，相距越遠(yuǎn)反應(yīng)進(jìn)行得越徹底；

7、好，相距越遠(yuǎn)反應(yīng)進(jìn)行得越徹底； 穩(wěn)定性：穩(wěn)定性：CaOMgOAl2O3SiO2MnOFeOP2O5 特殊線：特殊線：2C+O2=2CO 交點(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度：交點(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度：C還原氧化物的最低溫度，還原氧化物的最低溫度，高高于此溫度，于此溫度，CO穩(wěn)定，作為還原劑；反之，作穩(wěn)定，作為還原劑；反之，作為氧化劑。為氧化劑。 還原劑的選擇還原劑的選擇還必須適應(yīng)大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的需要和還必須適應(yīng)大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的需要和經(jīng)濟(jì)效益的要求。顯然在高爐中不能用比鐵昂貴的經(jīng)濟(jì)效益的要求。顯然在高爐中不能用比鐵昂貴的Al、Mg、Ca、Si、Mn來作為還原劑。它們作為還來作為還原劑。它們作為還原劑是不經(jīng)濟(jì)的。原劑是不經(jīng)濟(jì)的。 C

8、、CO和和H2是高爐煉鐵適宜的還原劑。它們由原料是高爐煉鐵適宜的還原劑。它們由原料帶來，兼有熱能和化學(xué)能的雙重職能，焦炭還作為帶來，兼有熱能和化學(xué)能的雙重職能，焦炭還作為料柱骨架，滿足高爐冶煉過程的需要。料柱骨架，滿足高爐冶煉過程的需要。 只只要溫度足夠高，要溫度足夠高，CO幾幾乎能還原所有的元素；乎能還原所有的元素； 高爐生產(chǎn)中，高爐生產(chǎn)中，F(xiàn)eO、P2O5最不穩(wěn)定，全部被最不穩(wěn)定，全部被還原；還原；MnO大部分被還大部分被還原；原；SiO2小部分被還原；小部分被還原；CaO，MgO，Al2O3幾乎幾乎不被還原；不被還原；二、高爐煉鐵二、高爐煉鐵從礦石中制取鐵的過從礦石中制取鐵的過程稱為程稱

9、為煉鐵煉鐵；煉鐵的；煉鐵的爐子叫爐子叫高爐高爐；煉鐵原料：鐵礦石、煉鐵原料：鐵礦石、熔劑、燃料熔劑、燃料產(chǎn)出：生鐵、煤氣、產(chǎn)出：生鐵、煤氣、爐渣爐渣1 1、高爐煉鐵系統(tǒng)、高爐煉鐵系統(tǒng) 高高爐煉鐵生產(chǎn)非常復(fù)雜，除了高爐本體以外，還爐煉鐵生產(chǎn)非常復(fù)雜，除了高爐本體以外，還包括有包括有原燃料系統(tǒng)、上料系統(tǒng)、送風(fēng)系統(tǒng)、渣鐵處原燃料系統(tǒng)、上料系統(tǒng)、送風(fēng)系統(tǒng)、渣鐵處理系統(tǒng)、煤氣處理系統(tǒng)理系統(tǒng)、煤氣處理系統(tǒng)。 通通常，輔助系統(tǒng)的建設(shè)投資是高爐本體的常，輔助系統(tǒng)的建設(shè)投資是高爐本體的4-54-5倍。倍。生產(chǎn)中，各個(gè)系統(tǒng)互相配合、互相制約，形成一個(gè)生產(chǎn)中，各個(gè)系統(tǒng)互相配合、互相制約，形成一個(gè)連續(xù)的、大規(guī)模的高溫

10、生產(chǎn)過程。高爐開爐之后，連續(xù)的、大規(guī)模的高溫生產(chǎn)過程。高爐開爐之后，整個(gè)系統(tǒng)必須日以繼夜地連續(xù)生產(chǎn)，除了計(jì)劃檢修整個(gè)系統(tǒng)必須日以繼夜地連續(xù)生產(chǎn)，除了計(jì)劃檢修和特殊事故暫時(shí)休風(fēng)外，一般要到一代壽命終了時(shí)和特殊事故暫時(shí)休風(fēng)外，一般要到一代壽命終了時(shí)才停爐。才停爐。 高爐本體是冶煉生鐵的主體高爐本體是冶煉生鐵的主體設(shè)備。由耐火材料砌筑成豎設(shè)備。由耐火材料砌筑成豎式圓筒形，外有鋼板爐殼加式圓筒形，外有鋼板爐殼加固密封，內(nèi)嵌冷卻設(shè)備保護(hù)；固密封，內(nèi)嵌冷卻設(shè)備保護(hù)； 高爐內(nèi)部工作空間的形狀稱高爐內(nèi)部工作空間的形狀稱為高爐內(nèi)型。高爐內(nèi)型從下為高爐內(nèi)型。高爐內(nèi)型從下往上分為往上分為爐缸、爐腹、爐腰、爐缸、爐腹

11、、爐腰、爐身和爐喉爐身和爐喉五個(gè)部分，該容五個(gè)部分，該容積總和為它的積總和為它的有效容積有效容積，反，反映高爐所具備的生產(chǎn)能力。映高爐所具備的生產(chǎn)能力。高爐內(nèi)襯高爐內(nèi)襯：高爐內(nèi)耐火：高爐內(nèi)耐火材料砌筑的實(shí)體，其作材料砌筑的實(shí)體，其作用是形成高爐工作空間。用是形成高爐工作空間。高爐爐襯：陶瓷質(zhì)材料高爐爐襯：陶瓷質(zhì)材料（包括粘土質(zhì)和高鋁質(zhì)（包括粘土質(zhì)和高鋁質(zhì)等）、炭質(zhì)材料（炭磚、等）、炭質(zhì)材料（炭磚、炭搗石墨等炭搗石墨等）高爐冷卻設(shè)備高爐冷卻設(shè)備 爐襯冷卻是將通有冷卻介質(zhì)的金屬冷卻器件插爐襯冷卻是將通有冷卻介質(zhì)的金屬冷卻器件插入砌體或置于砌體外緣表面，由冷卻介質(zhì)將進(jìn)入砌體或置于砌體外緣表面，由冷卻

12、介質(zhì)將進(jìn)入爐襯的熱量帶走，從而使輸入和輸出爐襯的入爐襯的熱量帶走，從而使輸入和輸出爐襯的熱流平衡，保持爐襯工作表面穩(wěn)定。熱流平衡，保持爐襯工作表面穩(wěn)定。 由于高爐各部位熱負(fù)荷不同，加上結(jié)構(gòu)上的要由于高爐各部位熱負(fù)荷不同，加上結(jié)構(gòu)上的要求，高爐冷卻設(shè)備有冷卻壁、冷卻水箱、外部求，高爐冷卻設(shè)備有冷卻壁、冷卻水箱、外部噴水冷卻、水冷爐底等多種形式和方法。噴水冷卻、水冷爐底等多種形式和方法。2 2、高爐原料、高爐原料（1 1）鐵礦石鐵礦石： 含鐵礦物含鐵礦物+ +脈石脈石= =機(jī)械混合物機(jī)械混合物 天然鐵礦石按其主要礦物分為天然鐵礦石按其主要礦物分為磁鐵礦磁鐵礦、赤鐵礦赤鐵礦、褐鐵礦褐鐵礦和和菱鐵礦菱

13、鐵礦等幾種等幾種 赤鐵礦赤鐵礦 又稱又稱紅礦紅礦，其主要含鐵礦物為，其主要含鐵礦物為Fe2O3，其中，其中鐵占鐵占70%，氧占，氧占30%，常溫下無磁性。但，常溫下無磁性。但Fe2O3有有兩種晶形，一為兩種晶形，一為-Fe2O3 ，一為，一為- Fe2O3 ，在一定溫，在一定溫度下，當(dāng)度下，當(dāng)-Fe2O3轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)? Fe2O3時(shí)，便具有了磁性。時(shí)，便具有了磁性。 色澤為赤褐色到暗紅色，由于其硫、磷含量低，還色澤為赤褐色到暗紅色，由于其硫、磷含量低，還原性較磁鐵礦好，是優(yōu)良的煉鐵原料。原性較磁鐵礦好，是優(yōu)良的煉鐵原料。 赤鐵礦的熔融溫度為：赤鐵礦的熔融溫度為：15801640。 磁鐵礦磁鐵礦

14、 主要含鐵礦物為主要含鐵礦物為Fe3O4，具有磁性。其，具有磁性。其化學(xué)組成可視為化學(xué)組成可視為Fe2O3FeO，其中，其中FeO=30%，F(xiàn)e2O3=69%；TFe=72.4%，O=27.6%； 磁鐵礦顏色為灰色或黑色，由于其結(jié)晶結(jié)構(gòu)致磁鐵礦顏色為灰色或黑色，由于其結(jié)晶結(jié)構(gòu)致密，所以還原性比其它鐵礦差；密，所以還原性比其它鐵礦差； 磁鐵礦的熔融溫度為：磁鐵礦的熔融溫度為：15001580。 褐鐵礦褐鐵礦 通常指含水氧化鐵的總稱。通常指含水氧化鐵的總稱。 如如3Fe2O34H2O稱為水針鐵礦；稱為水針鐵礦；2Fe2O33H2O稱稱褐鐵礦褐鐵礦。這類礦石一般含鐵較低，但經(jīng)過焙。這類礦石一般含鐵較

15、低，但經(jīng)過焙燒去除結(jié)晶水后，含鐵量顯著上升。燒去除結(jié)晶水后，含鐵量顯著上升。 顏色為淺褐色、深褐色或黑色，硫、磷、砷等顏色為淺褐色、深褐色或黑色，硫、磷、砷等有害雜質(zhì)一般多。有害雜質(zhì)一般多。 菱鐵礦菱鐵礦 又稱碳酸鐵礦石，因其晶體為菱面體而得又稱碳酸鐵礦石，因其晶體為菱面體而得名。顏色為灰色、淺黃色、褐色。其化學(xué)組成為名。顏色為灰色、淺黃色、褐色。其化學(xué)組成為FeCO3，亦可寫成，亦可寫成FeOCO2，其中，其中FeO=62.1%，CO2=37.9%。?；烊搿３；烊隡g、Mn等的礦物。一般含等的礦物。一般含鐵較低，但若受熱分解放出鐵較低，但若受熱分解放出CO2后品位顯著升高，后品位顯著升高，而

16、且組織變得更為疏松，很易還原。所以使用這而且組織變得更為疏松，很易還原。所以使用這種礦石一般要先經(jīng)焙燒處理。種礦石一般要先經(jīng)焙燒處理。 鐵礦石開采：鐵礦石開采： 露天開采露天開采：采用采掘設(shè)備在敞露的條件下，以：采用采掘設(shè)備在敞露的條件下，以山坡露天或凹陷露天的方式，一個(gè)階段一個(gè)階段山坡露天或凹陷露天的方式，一個(gè)階段一個(gè)階段地向下剝離巖石和采出有用礦物的一種采礦方法。地向下剝離巖石和采出有用礦物的一種采礦方法。 地下開采地下開采：礦床埋藏地表以下很深，無法露天：礦床埋藏地表以下很深，無法露天開采時(shí)采用。開采時(shí)采用。鐵礦石質(zhì)量評(píng)價(jià)鐵礦石質(zhì)量評(píng)價(jià) 鐵礦石質(zhì)量直接影響高爐冶煉效果，必須嚴(yán)格鐵礦石質(zhì)量

17、直接影響高爐冶煉效果，必須嚴(yán)格要求。通常從以下幾方面評(píng)價(jià)：要求。通常從以下幾方面評(píng)價(jià)： 礦石品位：礦石品位：品位即鐵礦石的含鐵量，它決定品位即鐵礦石的含鐵量，它決定著礦石的開采價(jià)值和入爐前的處理工藝。入爐著礦石的開采價(jià)值和入爐前的處理工藝。入爐品位愈高，愈有利于降低焦比和提高產(chǎn)量，從品位愈高，愈有利于降低焦比和提高產(chǎn)量，從而提高經(jīng)濟(jì)效益。而提高經(jīng)濟(jì)效益。 品位品位提高，意味著酸性脈石大幅度減少，冶煉時(shí)可提高，意味著酸性脈石大幅度減少，冶煉時(shí)可少加石灰石造渣，因而渣量大大減少，既節(jié)省熱量，少加石灰石造渣，因而渣量大大減少，既節(jié)省熱量，又促進(jìn)爐況順行。又促進(jìn)爐況順行。 例如鞍山地區(qū)的酸性貧鐵礦，含

18、鐵例如鞍山地區(qū)的酸性貧鐵礦，含鐵30%，SiO250%，富選后精礦品位達(dá)到富選后精礦品位達(dá)到60%，SiO2降低到降低到14%；含鐵；含鐵量提高一倍，量提高一倍，SiO2降低近降低近3/4。生產(chǎn)。生產(chǎn)1t生鐵的渣量和生鐵的渣量和熔劑用量減少到原來的熔劑用量減少到原來的1/8。 脈石成分脈石成分：堿性脈石，如堿性脈石，如CaO、MgO；酸性脈石，如；酸性脈石，如SiO2、Al2O3。一般鐵礦石含酸性脈石者居多，即其。一般鐵礦石含酸性脈石者居多，即其中中SiO2高，需加入石灰石造成堿度高，需加入石灰石造成堿度CaO/SiO2為為1.0左左右的爐渣，以滿足冶煉工藝的需求。因此希望酸性脈右的爐渣，以滿

19、足冶煉工藝的需求。因此希望酸性脈石含量愈少愈好。而含石含量愈少愈好。而含CaO高的堿性脈石則具有較高高的堿性脈石則具有較高的冶煉價(jià)值。的冶煉價(jià)值。 如某鐵礦成分（如某鐵礦成分（%） Fe 45.30，CaO 10.05，MgO 3.34，SiO2 11.20 自然堿度（自然堿度（CaO/SiO2）=0.9，（，（CaO+MgO）/SiO2=1.2，接近爐渣堿度的正常范圍，屬，接近爐渣堿度的正常范圍，屬自熔性自熔性礦石。礦石。 有害雜質(zhì)和有益元素的含量有害雜質(zhì)和有益元素的含量 有害雜質(zhì)通常指有害雜質(zhì)通常指S S、P P、PbPb、ZnZn、AsAs等，它們等，它們的含量愈低愈好。的含量愈低愈好。

20、CuCu有時(shí)為害，有時(shí)為益，視有時(shí)為害，有時(shí)為益，視具體情況而定。具體情況而定。入爐鐵礦石有害雜質(zhì)的界限含量入爐鐵礦石有害雜質(zhì)的界限含量（%） 硫硫是對(duì)鋼鐵危害大的元素，它使鋼材具有是對(duì)鋼鐵危害大的元素，它使鋼材具有熱脆性熱脆性。 “熱脆熱脆”就是就是S幾乎不熔于固態(tài)鐵而與鐵形成幾乎不熔于固態(tài)鐵而與鐵形成FeS，而而FeS與與Fe形成的共晶體熔點(diǎn)為形成的共晶體熔點(diǎn)為988，低于鋼材，低于鋼材熱加工的開始溫度熱加工的開始溫度11501200。熱加工時(shí)，分布。熱加工時(shí)，分布于晶界的共晶體先行熔化而導(dǎo)致開裂。于晶界的共晶體先行熔化而導(dǎo)致開裂。 因此礦石含硫愈低愈好。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定生鐵中因此礦石含硫愈低

21、愈好。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定生鐵中S0.07%，優(yōu)質(zhì)生鐵，優(yōu)質(zhì)生鐵S0.03%，就是要嚴(yán)格控制鋼，就是要嚴(yán)格控制鋼中硫含量。中硫含量。 磷磷是鋼材中的有害成分，使鋼具有是鋼材中的有害成分，使鋼具有冷脆性冷脆性。 磷能溶于磷能溶于-Fe中（可達(dá)中（可達(dá)1.2%），固溶并富集在晶），固溶并富集在晶粒邊界的磷原子使鐵素體在晶粒間的強(qiáng)度大大增粒邊界的磷原子使鐵素體在晶粒間的強(qiáng)度大大增高，從而使鋼材的室溫強(qiáng)度提高而脆性增加，稱高，從而使鋼材的室溫強(qiáng)度提高而脆性增加，稱為為冷脆冷脆。磷在鋼的結(jié)晶過程中容易偏析，而又很。磷在鋼的結(jié)晶過程中容易偏析，而又很難用熱處理的方法來消除，亦使鋼材冷脆的危險(xiǎn)難用熱處理的方法來消除

22、，亦使鋼材冷脆的危險(xiǎn)性增加。性增加。 鐵礦石中常共生有鐵礦石中常共生有Mn、Cr、Ni、Co、V、Ti、Mo；包頭白云鄂博鐵礦還含有；包頭白云鄂博鐵礦還含有Nb、Ta及稀土及稀土元素元素Ce、La等。這些元素有改善鋼鐵性能的作等。這些元素有改善鋼鐵性能的作用，故稱用，故稱有益元素有益元素。 當(dāng)它們在礦石中的含量（當(dāng)它們在礦石中的含量（%）達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，）達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，如如Mn5、Cr0.06、Ni0.2，Co0.03，V0.10.15，Mo0.3，Cu0.3，則稱為，則稱為復(fù)合礦復(fù)合礦石，經(jīng)濟(jì)價(jià)值很大，應(yīng)考慮綜合利用石，經(jīng)濟(jì)價(jià)值很大，應(yīng)考慮綜合利用。 礦石的粒度和強(qiáng)度礦石的粒度和強(qiáng)度 粒度

23、粒度過大會(huì)減少煤氣與鐵礦石的接觸面積過大會(huì)減少煤氣與鐵礦石的接觸面積，使鐵礦石不易還，使鐵礦石不易還原；原；過小則增加氣流阻力，同時(shí)易吹出爐外形成爐塵損失過小則增加氣流阻力，同時(shí)易吹出爐外形成爐塵損失；粒度大小不均，則嚴(yán)重影響料柱透氣性。因此，大塊應(yīng)破碎，粒度大小不均，則嚴(yán)重影響料柱透氣性。因此，大塊應(yīng)破碎，粉末應(yīng)篩除，粒度應(yīng)適宜而均勻。一般要求粒度在粉末應(yīng)篩除，粒度應(yīng)適宜而均勻。一般要求粒度在540mm范圍。范圍。 鐵礦石的強(qiáng)度鐵礦石的強(qiáng)度是指鐵礦石耐沖擊、摩擦的強(qiáng)弱程度。隨著高是指鐵礦石耐沖擊、摩擦的強(qiáng)弱程度。隨著高爐容積不斷擴(kuò)大，入爐鐵礦石的強(qiáng)度也要相應(yīng)提高。否則易爐容積不斷擴(kuò)大，入爐鐵

24、礦石的強(qiáng)度也要相應(yīng)提高。否則易生成粉末、碎塊，增加爐塵損失，使高爐料柱透氣性變壞。生成粉末、碎塊，增加爐塵損失，使高爐料柱透氣性變壞。 鐵礦石的還原性鐵礦石的還原性 鐵礦石還原性是指鐵礦石被還原性氣體鐵礦石還原性是指鐵礦石被還原性氣體CO或或H2還原的難易程度，是評(píng)價(jià)鐵礦石質(zhì)量的重要指標(biāo)。還原的難易程度，是評(píng)價(jià)鐵礦石質(zhì)量的重要指標(biāo)。還原性愈好，愈有利于降低焦比，提高產(chǎn)量。改還原性愈好，愈有利于降低焦比，提高產(chǎn)量。改善礦石還原性（或采用易還原礦石）是強(qiáng)化高爐善礦石還原性（或采用易還原礦石）是強(qiáng)化高爐冶煉的重要措施之一。冶煉的重要措施之一。 影響鐵礦石還原性的因素主要有影響鐵礦石還原性的因素主要有

25、礦物組成、礦石礦物組成、礦石結(jié)構(gòu)的致密程度、粒度和氣孔率結(jié)構(gòu)的致密程度、粒度和氣孔率等。等。 礦石化學(xué)成分的穩(wěn)定性礦石化學(xué)成分的穩(wěn)定性 鐵礦石成分的波動(dòng)會(huì)引起爐溫、爐渣堿度和鐵礦石成分的波動(dòng)會(huì)引起爐溫、爐渣堿度和性質(zhì)以及生鐵質(zhì)量的波動(dòng)，造成爐況不順，性質(zhì)以及生鐵質(zhì)量的波動(dòng)，造成爐況不順，使焦比升高，產(chǎn)量下降。同時(shí)，爐況的頻繁使焦比升高，產(chǎn)量下降。同時(shí)，爐況的頻繁波動(dòng)使高爐自動(dòng)控制難以實(shí)現(xiàn)，因此，國內(nèi)波動(dòng)使高爐自動(dòng)控制難以實(shí)現(xiàn)，因此，國內(nèi)外都嚴(yán)格控制爐料成分的波動(dòng)范圍。穩(wěn)定礦外都嚴(yán)格控制爐料成分的波動(dòng)范圍。穩(wěn)定礦石成分的有效方法是對(duì)礦石進(jìn)行石成分的有效方法是對(duì)礦石進(jìn)行混勻處理混勻處理。 根據(jù)上述

26、質(zhì)量要求，一般的鐵礦石很難完全滿足要求，根據(jù)上述質(zhì)量要求，一般的鐵礦石很難完全滿足要求，須在入爐前進(jìn)行必要的須在入爐前進(jìn)行必要的準(zhǔn)備處理準(zhǔn)備處理。 對(duì)天然富礦（如含對(duì)天然富礦（如含F(xiàn)e50%以上），須經(jīng)以上），須經(jīng)破碎破碎、篩分篩分，獲，獲得合適而均勻的粒度。對(duì)于褐鐵礦、菱鐵礦和致密磁鐵得合適而均勻的粒度。對(duì)于褐鐵礦、菱鐵礦和致密磁鐵礦還應(yīng)進(jìn)行礦還應(yīng)進(jìn)行焙燒焙燒處理，以去除其結(jié)晶水和處理，以去除其結(jié)晶水和CO2，提高品，提高品位，疏松其組織，改善還原性，提高冶煉效果。位，疏松其組織，改善還原性，提高冶煉效果。 對(duì)貧鐵礦的處理要復(fù)雜得多。一般都必須經(jīng)過對(duì)貧鐵礦的處理要復(fù)雜得多。一般都必須經(jīng)過破碎

27、、篩破碎、篩分、細(xì)磨、精選分、細(xì)磨、精選，得到含鐵，得到含鐵60%以上的精礦粉，經(jīng)混勻以上的精礦粉，經(jīng)混勻后進(jìn)行后進(jìn)行造塊造塊，變成人造富礦，再進(jìn)行適當(dāng)破碎，篩分后，變成人造富礦，再進(jìn)行適當(dāng)破碎，篩分后入爐。入爐。（2 2）熔劑）熔劑 熔劑的作用：熔劑的作用：降低脈石熔點(diǎn)、去硫降低脈石熔點(diǎn)、去硫 高爐冶煉條件下，脈石及灰分不能熔化，必高爐冶煉條件下，脈石及灰分不能熔化，必須加入熔劑，使其與礦石脈石和灰分作用生須加入熔劑，使其與礦石脈石和灰分作用生成成低熔點(diǎn)低熔點(diǎn)化合物，形成流動(dòng)性好的爐渣，實(shí)化合物，形成流動(dòng)性好的爐渣，實(shí)現(xiàn)渣鐵分離并自爐內(nèi)順暢排出。此外，一定現(xiàn)渣鐵分離并自爐內(nèi)順暢排出。此外，一

28、定堿度的爐渣，如堿度的爐渣，如CaO/SiO2=1.01.2，可去除，可去除生鐵中有害雜質(zhì)生鐵中有害雜質(zhì)硫硫，提高生鐵質(zhì)量。，提高生鐵質(zhì)量。熔劑的種類熔劑的種類 由于礦石脈石和焦炭灰分多系酸性氧化物，所以由于礦石脈石和焦炭灰分多系酸性氧化物，所以高爐主要用高爐主要用堿性熔劑堿性熔劑，如，如石灰石石灰石（CaCO3）、）、白白云石云石（CaCO3MgCO3）等。）等。 石灰石資源豐富，使用最廣。白云石同時(shí)含有石灰石資源豐富，使用最廣。白云石同時(shí)含有CaO和和MgO，既可代替部分石灰石，又使渣中含，既可代替部分石灰石，又使渣中含有一定數(shù)量的有一定數(shù)量的MgO，改善渣的流動(dòng)性和穩(wěn)定性，改善渣的流動(dòng)性

29、和穩(wěn)定性，從而促進(jìn)脫硫。在使用高從而促進(jìn)脫硫。在使用高Al2O3礦石，爐渣礦石，爐渣Al2O3高時(shí)其效果特別顯著。高時(shí)其效果特別顯著。（3 3）燃料）燃料 焦炭焦炭是高爐冶煉的主要燃料，具有如下作用：是高爐冶煉的主要燃料，具有如下作用： (1)燃料燃料。燃燒后發(fā)熱，產(chǎn)生冶煉所需熱量。燃燒后發(fā)熱，產(chǎn)生冶煉所需熱量。 (2)還原劑還原劑。焦炭中的固定碳和它燃燒后生成的。焦炭中的固定碳和它燃燒后生成的CO都是鐵都是鐵礦石還原所需的還原劑。礦石還原所需的還原劑。 (3)料柱骨架料柱骨架。高爐內(nèi)是充滿著爐料和熔融渣、鐵的一個(gè)料。高爐內(nèi)是充滿著爐料和熔融渣、鐵的一個(gè)料柱，焦炭約占料柱體積的柱，焦炭約占料柱

30、體積的1/31/2，對(duì)料柱透氣性具有決定，對(duì)料柱透氣性具有決定性的影響。特別是在高爐下部，礦石、熔劑已經(jīng)熔化、造性的影響。特別是在高爐下部，礦石、熔劑已經(jīng)熔化、造渣，變成液態(tài)渣和鐵，只有焦炭仍保持固態(tài)，為渣、鐵滴渣，變成液態(tài)渣和鐵，只有焦炭仍保持固態(tài)，為渣、鐵滴落和煤氣上升以及爐缸內(nèi)的渣、鐵正常流通和排出，提供落和煤氣上升以及爐缸內(nèi)的渣、鐵正常流通和排出，提供了必要條件，使冶煉過程得以順利進(jìn)行。焦炭的這一作用了必要條件，使冶煉過程得以順利進(jìn)行。焦炭的這一作用目前尚不能為其他燃料所代替。目前尚不能為其他燃料所代替。噴吹用燃料噴吹用燃料 向高爐內(nèi)噴吹的輔助燃料可代替部分焦炭，向高爐內(nèi)噴吹的輔助燃料

31、可代替部分焦炭，大幅度降低焦比。目前噴吹的燃料已占高爐大幅度降低焦比。目前噴吹的燃料已占高爐全部燃料用量的全部燃料用量的1030%，有的達(dá)，有的達(dá)40%。 噴吹用燃料來源廣泛，可分為噴吹用燃料來源廣泛，可分為固固（如無煙煤（如無煙煤粉）、粉）、液液（重油、柴油等）、（重油、柴油等）、氣體氣體（如天然（如天然氣、焦?fàn)t煤氣）三種。氣、焦?fàn)t煤氣）三種。3 3、高爐生產(chǎn)、高爐生產(chǎn) 進(jìn)入高爐的有進(jìn)入高爐的有鐵礦石、熔劑、焦炭鐵礦石、熔劑、焦炭等原料，等原料，熱空氣經(jīng)環(huán)風(fēng)管吹入高爐；焦炭既作為燃料又熱空氣經(jīng)環(huán)風(fēng)管吹入高爐；焦炭既作為燃料又是還原劑；石灰石與脈石反應(yīng)生成爐渣，并與是還原劑；石灰石與脈石反應(yīng)生

32、成爐渣，并與礦石中的硫反應(yīng)，將其（礦石中的硫反應(yīng)，將其（CaS）帶入渣內(nèi)帶入渣內(nèi) 。 裝料：料斗裝料：料斗- -小料鐘小料鐘- -大大料鐘料鐘在高爐底部在高爐底部爐缸爐缸和和爐腹?fàn)t腹內(nèi)全是焦炭，在爐身中內(nèi)全是焦炭，在爐身中裝的是裝的是層層相間層層相間的鐵礦的鐵礦石、焦炭和石灰石，直石、焦炭和石灰石，直到到爐喉爐喉。每隔每隔3-4h3-4h從爐中放一次從爐中放一次鐵水，鐵水，1-1.5h1-1.5h放一次爐放一次爐渣。高爐一旦點(diǎn)火后，渣。高爐一旦點(diǎn)火后，可持續(xù)工作可持續(xù)工作1010年以上才年以上才停爐大修停爐大修。 高爐內(nèi)主要區(qū)域高爐內(nèi)主要區(qū)域 將正在運(yùn)行中的高爐將正在運(yùn)行中的高爐突然停爐并進(jìn)行

33、解剖突然停爐并進(jìn)行解剖分析，結(jié)構(gòu)表明，根分析，結(jié)構(gòu)表明，根據(jù)物料存在形態(tài)的不據(jù)物料存在形態(tài)的不同，可將高爐劃分為同，可將高爐劃分為五個(gè)區(qū)域：五個(gè)區(qū)域：塊狀帶、塊狀帶、軟熔帶、滴落帶、風(fēng)軟熔帶、滴落帶、風(fēng)口前回旋區(qū)、渣體聚口前回旋區(qū)、渣體聚集區(qū)集區(qū)。 塊狀帶塊狀帶：爐料中水分蒸：爐料中水分蒸發(fā)及受熱分解，鐵礦石發(fā)及受熱分解，鐵礦石還原，爐料與煤氣熱交還原，爐料與煤氣熱交換；焦炭與礦石層狀交換；焦炭與礦石層狀交替分布，呈固體狀態(tài)；替分布，呈固體狀態(tài)；以氣固相反應(yīng)為主。以氣固相反應(yīng)為主。 軟熔帶軟熔帶：爐料在該區(qū)域：爐料在該區(qū)域軟化，在下部邊界開始軟化，在下部邊界開始熔融滴落；主要進(jìn)行直熔融滴落；主

34、要進(jìn)行直接還原反應(yīng)，初渣形成。接還原反應(yīng)，初渣形成。 滴落帶滴落帶：滴落的液態(tài)渣：滴落的液態(tài)渣鐵與煤氣及固體碳之間鐵與煤氣及固體碳之間進(jìn)行多種復(fù)雜的化學(xué)反進(jìn)行多種復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)。應(yīng)。 回旋區(qū)回旋區(qū)：噴入的燃料與：噴入的燃料與熱風(fēng)發(fā)生燃燒反應(yīng)，產(chǎn)熱風(fēng)發(fā)生燃燒反應(yīng)，產(chǎn)生高熱煤氣，是爐內(nèi)溫生高熱煤氣，是爐內(nèi)溫度最高的區(qū)域。度最高的區(qū)域。 渣鐵聚集區(qū)渣鐵聚集區(qū)：在渣鐵層：在渣鐵層間的交界面及鐵滴穿過間的交界面及鐵滴穿過渣層時(shí)發(fā)生渣鐵反應(yīng)。渣層時(shí)發(fā)生渣鐵反應(yīng)。4 4、高爐煉鐵的理化過程、高爐煉鐵的理化過程 1）燃燒過程燃燒過程:CO2CO2 CO2在上升過程中：在上升過程中：CO2CCO 2）溶劑分解溶

35、劑分解:CaCO3CaOCO2 3）鐵的還原鐵的還原:FeOCOCO2Fe(間接還原間接還原) FeOCFeCO （直接還原）（直接還原） 4）增碳增碳：鐵水在與焦碳的接觸中會(huì)增碳擴(kuò)散：鐵水在與焦碳的接觸中會(huì)增碳擴(kuò)散 過程，過程， 使鐵水被使鐵水被C所飽和。所飽和。 5）其他元素的還原其他元素的還原: Mn，Si 部分被還原，被還原后進(jìn)入鐵水中部分被還原，被還原后進(jìn)入鐵水中 Al不被還原不被還原 ，只能和熔劑形成渣，只能和熔劑形成渣 6）去去S: FeSCaOCaSFeO 7）P還原還原： Ca3(PO4)25C 3CaO2P5CO 8）造渣造渣：SiO2、Al2O3、CaO等等鐵水中：鐵水中

36、： C飽和，溶有部分飽和，溶有部分Mn，Si，S以及全部的以及全部的P。5 5、高爐產(chǎn)品、高爐產(chǎn)品（1）生鐵生鐵-不是不是純鐵！純鐵！含含F(xiàn)e、C、Si、Mn、P、S等元素組成的合金。等元素組成的合金。 w(C)在在2%左右，實(shí)際上可達(dá)左右，實(shí)際上可達(dá)3.5%-4.5% 鑄造生鐵鑄造生鐵：即灰口生鐵，碳以游離石墨形式存：即灰口生鐵，碳以游離石墨形式存在，斷面呈灰色；在，斷面呈灰色； 煉鋼生鐵煉鋼生鐵：即白口生鐵，碳以：即白口生鐵，碳以Fe3C形式存在，形式存在，斷面呈銀白色；斷面呈銀白色； 特種生鐵特種生鐵：高錳、高硅生鐵，作脫氧劑等；：高錳、高硅生鐵，作脫氧劑等；（2）高爐煤氣高爐煤氣：含：

37、含CO、CO2、CH4、H2等等（3）爐渣爐渣6、高爐冶煉的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、高爐冶煉的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 高爐利用系數(shù)高爐利用系數(shù) tm-3d-1 n=P/V=每爐每晝夜產(chǎn)鐵量每爐每晝夜產(chǎn)鐵量/有效容積有效容積 冶煉強(qiáng)度冶煉強(qiáng)度 tm-3d-1 I=Q/V=一晝夜裝入的焦炭量一晝夜裝入的焦炭量/有效容積有效容積 焦比焦比 K=Q/P=一晝夜裝入的焦炭量一晝夜裝入的焦炭量/每爐每晝夜每爐每晝夜產(chǎn)鐵量產(chǎn)鐵量 高爐煉鐵的高爐煉鐵的缺點(diǎn)缺點(diǎn)：投資大、流程長、能耗高、焦：投資大、流程長、能耗高、焦煤儲(chǔ)量少價(jià)格高、環(huán)境壓力大煤儲(chǔ)量少價(jià)格高、環(huán)境壓力大 發(fā)展發(fā)展：煙煤或天然氣作還原劑：煙煤或天然氣作還原劑 直接還原

38、（直接還原（direct reduction) 熔融還原（熔融還原（smelting reduction）三、直接還原和熔融還原鐵三、直接還原和熔融還原鐵煤基回轉(zhuǎn)窯直接還原煤基回轉(zhuǎn)窯直接還原將鐵礦石在固態(tài)直接還原成海綿鐵，稱直接將鐵礦石在固態(tài)直接還原成海綿鐵，稱直接還原煉鐵還原煉鐵。氣基豎爐直接還原氣基豎爐直接還原Midrex直直接還原工藝是接還原工藝是Midrex公司開發(fā)成功的。屬于氣基直接還原法，以天公司開發(fā)成功的。屬于氣基直接還原法，以天然氣經(jīng)催化裂解后得到的氣體然氣經(jīng)催化裂解后得到的氣體(主要成分主要成分2、)為還原劑，在為還原劑，在800900還原鐵礦得到海綿鐵。還原鐵礦得到海綿鐵。

39、idrex法具有工藝成熟、操作簡單、生產(chǎn)率高、熱耗法具有工藝成熟、操作簡單、生產(chǎn)率高、熱耗低、產(chǎn)品質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)，因此在直接還原工藝中占統(tǒng)治地位。低、產(chǎn)品質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)，因此在直接還原工藝中占統(tǒng)治地位。 四、煉鋼四、煉鋼 任務(wù)：煉鋼的基本任務(wù)就是將生鐵的碳、硅、錳任務(wù)：煉鋼的基本任務(wù)就是將生鐵的碳、硅、錳氧化氧化，煉到規(guī)格范圍內(nèi)，將有害元素硫、磷含量，煉到規(guī)格范圍內(nèi)，將有害元素硫、磷含量降到規(guī)格范圍內(nèi)。降到規(guī)格范圍內(nèi)。 鋼和生鐵的最主要區(qū)別在于鋼和生鐵的最主要區(qū)別在于含碳量不同含碳量不同，鋼的含，鋼的含碳量在碳量在2.11%以下，大于此為生鐵。以下，大于此為生鐵。 實(shí)際上，工業(yè)用鋼的碳含量一般實(shí)際

40、上，工業(yè)用鋼的碳含量一般均低于均低于1.3%，而，而生鐵的含碳量可達(dá)生鐵的含碳量可達(dá)3.5-4.5%。此外，生鐵中的。此外，生鐵中的Si、Mn、P 、S等雜質(zhì)元素含量也比鋼中的含量高。等雜質(zhì)元素含量也比鋼中的含量高。1 1、鋼的分類、鋼的分類 按化學(xué)成分分類按化學(xué)成分分類 按是否加入合金元素將鋼分為按是否加入合金元素將鋼分為碳素鋼碳素鋼和和合金鋼合金鋼兩兩大大類。類。 碳碳素鋼素鋼是指鋼中除含有一定量為了脫氧而加是指鋼中除含有一定量為了脫氧而加入入硅（一般硅（一般0.40%）和錳（一般）和錳（一般0.80%）等合金）等合金元素元素外，不含其他合金元素的鋼。根據(jù)碳含量外，不含其他合金元素的鋼。根

41、據(jù)碳含量的的高低高低又可分成又可分成低碳鋼低碳鋼（C0.25%），），中碳中碳鋼鋼(0.25%C0.60%)和和高碳鋼高碳鋼(C0.60%)。 合合金鋼金鋼是指鋼中除含有硅和錳作為合金元素或脫氧元素是指鋼中除含有硅和錳作為合金元素或脫氧元素外，還含有其他合金元素如鉻、鎳、鉬、鈦、釩、銅、鎢、外，還含有其他合金元素如鉻、鎳、鉬、鈦、釩、銅、鎢、鋁、鈷、鈮、鋯和稀土元素等，有的還含有某些非金屬元鋁、鈷、鈮、鋯和稀土元素等，有的還含有某些非金屬元素如硼、氮等的鋼。素如硼、氮等的鋼。 根根據(jù)鋼中合金元素含量的多少，又可分為據(jù)鋼中合金元素含量的多少，又可分為低合金鋼低合金鋼，中中合金鋼和高合金鋼合金鋼和

42、高合金鋼。一般合金元素總含量。一般合金元素總含量小于小于3%的為的為普普通低合金鋼通低合金鋼，總含量為，總含量為3%5%的為的為低合金鋼低合金鋼，大于大于10%的叫的叫高合金鋼高合金鋼，總含量介于，總含量介于5%10%之間為之間為中合金鋼中合金鋼。 按按鋼中所含有的鋼中所含有的主要合金元素不同主要合金元素不同可分為可分為錳鋼、硅鋼、錳鋼、硅鋼、硼鋼、鉻鎳鎢鋼、鉻錳硅鋼硼鋼、鉻鎳鎢鋼、鉻錳硅鋼等。等。 按冶煉方法和質(zhì)量水平分類按冶煉方法和質(zhì)量水平分類 按煉鋼爐按煉鋼爐設(shè)備不同設(shè)備不同可分為可分為轉(zhuǎn)爐鋼、電爐鋼、平爐轉(zhuǎn)爐鋼、電爐鋼、平爐鋼鋼。其中電爐鋼包括電弧爐鋼、感應(yīng)爐鋼、電渣。其中電爐鋼包括電

43、弧爐鋼、感應(yīng)爐鋼、電渣鋼、電子束熔煉及有關(guān)的真空熔煉鋼等。鋼、電子束熔煉及有關(guān)的真空熔煉鋼等。 按按脫氧程度不同脫氧程度不同可分為可分為沸騰鋼沸騰鋼（不經(jīng)脫氧或微弱（不經(jīng)脫氧或微弱脫氧）、脫氧）、鎮(zhèn)靜鋼鎮(zhèn)靜鋼（脫氧充分）和（脫氧充分）和半鎮(zhèn)靜鋼半鎮(zhèn)靜鋼（脫氧（脫氧不完全，介于鎮(zhèn)靜鋼和沸騰鋼之間）。不完全，介于鎮(zhèn)靜鋼和沸騰鋼之間）。 按按質(zhì)量水平質(zhì)量水平不同可分為不同可分為普通鋼、優(yōu)質(zhì)鋼和高級(jí)優(yōu)普通鋼、優(yōu)質(zhì)鋼和高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼。質(zhì)鋼。 按用途分類按用途分類分三類：結(jié)構(gòu)鋼，工具鋼，特殊性能鋼分三類：結(jié)構(gòu)鋼，工具鋼，特殊性能鋼 結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)鋼是目前生產(chǎn)最多、使用最廣的鋼種，它是目前生產(chǎn)最多、使用最廣的鋼種，

44、它包括包括碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼和和合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼，主要用于制造，主要用于制造機(jī)器和結(jié)構(gòu)的零件及建筑工程用的金屬結(jié)構(gòu)等。機(jī)器和結(jié)構(gòu)的零件及建筑工程用的金屬結(jié)構(gòu)等。碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼是指用來制造工程結(jié)構(gòu)件和機(jī)械零是指用來制造工程結(jié)構(gòu)件和機(jī)械零件用的鋼，其硫、磷等雜質(zhì)含量比優(yōu)質(zhì)鋼高些，件用的鋼，其硫、磷等雜質(zhì)含量比優(yōu)質(zhì)鋼高些，一般一般S0.055%，P0.045%，優(yōu)質(zhì)碳素鋼，優(yōu)質(zhì)碳素鋼S和和P均均0.040%。碳素結(jié)構(gòu)鋼的價(jià)格最低，工。碳素結(jié)構(gòu)鋼的價(jià)格最低，工藝性能良好，產(chǎn)量最大，用途最廣。藝性能良好，產(chǎn)量最大，用途最廣。 工具鋼工具鋼 包括包括碳素工具鋼碳素工具鋼和和合金工具鋼合金工具鋼

45、及及高速鋼高速鋼。 碳素工具鋼碳素工具鋼的硬度主要以含碳量的高低來調(diào)整的硬度主要以含碳量的高低來調(diào)整（0.65%C1.30%），為了提高鋼的綜合性能，有），為了提高鋼的綜合性能，有的鋼中加入的鋼中加入0.35%0.60%的錳。的錳。 合金工具鋼合金工具鋼不僅含有不僅含有很高碳很高碳，有的高達(dá)，有的高達(dá)2.30%，而且，而且含有含有較高的鉻較高的鉻，鉻的含量可達(dá)到，鉻的含量可達(dá)到13%、鎢（達(dá)、鎢（達(dá)9%）、）、鉬、釩等合金元素，這類鋼主要用于各式模具。鉬、釩等合金元素，這類鋼主要用于各式模具。 高速工具鋼高速工具鋼除含有除含有較高的碳（較高的碳（1%左右）左右）外，還含有外，還含有很高的鎢很高

46、的鎢（有的高達(dá)（有的高達(dá)19%）和鉻、釩、鉬等合金元）和鉻、釩、鉬等合金元素，具有較好的熱硬性素，具有較好的熱硬性。特殊性能鋼特殊性能鋼 指的是具有特殊化學(xué)性能或力學(xué)性能的鋼，指的是具有特殊化學(xué)性能或力學(xué)性能的鋼，如如軸承鋼、不銹鋼、彈簧鋼、高溫合金鋼軸承鋼、不銹鋼、彈簧鋼、高溫合金鋼等。等。2 2、煉鋼原理、煉鋼原理 煉鋼煉鋼實(shí)際是以生鐵為主要原料，通過一系列的冶實(shí)際是以生鐵為主要原料，通過一系列的冶金過程，使其碳含量大幅度降低至某一成分范圍，金過程，使其碳含量大幅度降低至某一成分范圍，并使各種雜質(zhì)元素的含量降低到一定限度以下。并使各種雜質(zhì)元素的含量降低到一定限度以下。 由于由于C、Si、M

47、n、P與與O的親和力比的親和力比Fe大，故采用大，故采用氧化氧化的方法把它們除去。的方法把它們除去。 因此，將生鐵冶煉成鋼的過程主要是一個(gè)因此，將生鐵冶煉成鋼的過程主要是一個(gè)氧化過氧化過程程，任何一種煉鋼方法，其，任何一種煉鋼方法，其實(shí)質(zhì)實(shí)質(zhì)就是將生鐵中多就是將生鐵中多余的各種雜質(zhì)通過有選擇的氧化、造渣和形成氣余的各種雜質(zhì)通過有選擇的氧化、造渣和形成氣體等途徑來降低它們的含量。體等途徑來降低它們的含量。 煉鋼溫度煉鋼溫度：1500-1700，此溫度下爐料處于熔化狀態(tài)，此溫度下爐料處于熔化狀態(tài) 供氧化反應(yīng)的氧的來源：供氧化反應(yīng)的氧的來源：工業(yè)純氧工業(yè)純氧、空氣、氧化鐵皮等；、空氣、氧化鐵皮等；

48、煉鋼爐中進(jìn)入鐵液的煉鋼爐中進(jìn)入鐵液的氧氧首先與首先與鐵鐵發(fā)生反應(yīng)（發(fā)生反應(yīng)（Fe在鐵液中在鐵液中濃度最高，根據(jù)質(zhì)量作用定律，化學(xué)反應(yīng)速度與反應(yīng)物濃度最高，根據(jù)質(zhì)量作用定律，化學(xué)反應(yīng)速度與反應(yīng)物濃度成正比）濃度成正比） 2Fe+O2=2FeO 高溫高溫FeO又能與生鐵中的又能與生鐵中的C、Si、Mn、P等元素發(fā)生反等元素發(fā)生反應(yīng)，將其氧化，而鐵則被還原出來（在有些情況下也會(huì)應(yīng)，將其氧化，而鐵則被還原出來（在有些情況下也會(huì)發(fā)生直接的氧化反應(yīng)），反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)入爐氣或轉(zhuǎn)入爐渣發(fā)生直接的氧化反應(yīng)），反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)入爐氣或轉(zhuǎn)入爐渣而排出。而排出。煉鋼過程的物理化學(xué)原理煉鋼過程的物理化學(xué)原理: : 脫脫C Si、

49、Mn的氧化的氧化 脫脫P(yáng) 脫脫S 脫脫O 脫碳脫碳：脫碳反應(yīng)時(shí)煉鋼的最主要反應(yīng)，碳的氧化：脫碳反應(yīng)時(shí)煉鋼的最主要反應(yīng)，碳的氧化有兩種方式。有兩種方式。 直接氧化：直接氧化：2C+O2=2CO 間接氧化：間接氧化：2Fe+O2=2FeO C+FeO=Fe+CO CO的產(chǎn)生有利于鋼液成分的均勻化，清除鋼的產(chǎn)生有利于鋼液成分的均勻化，清除鋼液中的氣體和非金屬夾渣。液中的氣體和非金屬夾渣。 Si、Mn的氧化的氧化：放熱反應(yīng)，低溫即可進(jìn)行；：放熱反應(yīng)，低溫即可進(jìn)行； 直接氧化反應(yīng)：直接氧化反應(yīng)：Si+O2=SiO2 2Mn+O2=2MnO 間接氧化為主：間接氧化為主：Si+2FeO=SiO2+2Fe M

50、n+FeO=MnO+Fe 爐渣形成：爐渣形成：SiO2+2FeO=2FeOSiO2 SiO2+2MnO=2MnO SiO2 脫脫P(yáng)： P在鋼中是以在鋼中是以Fe2P形態(tài)存在，煉鋼過程與爐形態(tài)存在，煉鋼過程與爐渣的渣的FeO和和CaO相化合成為磷酸鈣；相化合成為磷酸鈣； Fe2P+ 5FeO+ 4CaO= (CaO)4P2O5+9Fe 該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，故低溫脫磷有利；該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，故低溫脫磷有利；高堿度和高堿度和強(qiáng)氧化性也是脫強(qiáng)氧化性也是脫P(yáng)的重要條件的重要條件，酸性爐去，酸性爐去P困難。困難。 脫脫S：S是以是以FeS行行式存在，當(dāng)渣中有足夠的式存在，當(dāng)渣中有足夠的CaO時(shí)：時(shí)： FeS

51、+CaO=FeO+CaS 該反應(yīng)可逆，為避免此反應(yīng)向左進(jìn)行，使該反應(yīng)可逆，為避免此反應(yīng)向左進(jìn)行，使S重新回重新回到鋼液中，為克服此問題，可向渣中加入到鋼液中，為克服此問題，可向渣中加入C： FeS+CaO+C=Fe+CaS+CO 脫脫O：采用脫氧劑除去鋼液中殘留的：采用脫氧劑除去鋼液中殘留的FeO中的中的O，還原出還原出Fe，脫氧劑則被氧化，脫氧產(chǎn)物聚集浮到，脫氧劑則被氧化，脫氧產(chǎn)物聚集浮到鋼液表面。鋼液表面。 常用脫氧劑：錳鐵、硅鐵、鋁常用脫氧劑：錳鐵、硅鐵、鋁 Me+FeO=MeO+Fe 脫氧方法脫氧方法：沉淀脫氧和擴(kuò)散脫氧：沉淀脫氧和擴(kuò)散脫氧 沉淀脫氧沉淀脫氧：將脫氧劑直接加到鋼液中，使

52、脫氧劑：將脫氧劑直接加到鋼液中，使脫氧劑直接與鋼液的氧化亞鐵反應(yīng)進(jìn)行脫氧。直接與鋼液的氧化亞鐵反應(yīng)進(jìn)行脫氧。 優(yōu)點(diǎn)：速度快優(yōu)點(diǎn)：速度快 缺點(diǎn)：脫氧產(chǎn)物缺點(diǎn)：脫氧產(chǎn)物MnO、SiO2、Al2O3易殘留在鋼易殘留在鋼液中。液中。 擴(kuò)散脫氧擴(kuò)散脫氧：將脫氧劑加入到爐渣中，使脫氧劑與：將脫氧劑加入到爐渣中，使脫氧劑與爐渣的爐渣的FeO反應(yīng)。按照分配定律，在一定溫度下，反應(yīng)。按照分配定律，在一定溫度下，F(xiàn)eO在爐渣和鋼液中的濃度之比是常數(shù)。當(dāng)爐渣的在爐渣和鋼液中的濃度之比是常數(shù)。當(dāng)爐渣的FeO減少后，鋼液的減少后，鋼液的FeO向渣中擴(kuò)散，達(dá)到間接脫向渣中擴(kuò)散，達(dá)到間接脫氧的效果。氧的效果。 缺點(diǎn)是速度慢

53、，但鋼液干凈。缺點(diǎn)是速度慢，但鋼液干凈。 實(shí)際實(shí)際：錳鐵沉淀預(yù)脫氧，再用碳粉和硅鐵擴(kuò)散脫：錳鐵沉淀預(yù)脫氧，再用碳粉和硅鐵擴(kuò)散脫氧，最后用鋁進(jìn)行沉淀脫氧。既保證質(zhì)量，又縮氧，最后用鋁進(jìn)行沉淀脫氧。既保證質(zhì)量，又縮短時(shí)間。短時(shí)間。3 3、煉鋼法、煉鋼法 轉(zhuǎn)爐煉鋼、電爐煉鋼、平爐煉鋼轉(zhuǎn)爐煉鋼、電爐煉鋼、平爐煉鋼 平爐煉鋼平爐煉鋼在在20世紀(jì)世紀(jì)50年代以前曾占主導(dǎo)地位，年代以前曾占主導(dǎo)地位，但自但自1952年年頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐問世以來，平爐煉鋼問世以來，平爐煉鋼便處于逐漸被取代的地位，這是由于其生產(chǎn)率、便處于逐漸被取代的地位，這是由于其生產(chǎn)率、鋼錠成本、基建投資等無法與轉(zhuǎn)爐相比。目前鋼錠成本、基建投資等無法與轉(zhuǎn)爐相比。目前世界先進(jìn)國家除東歐和俄羅斯以外的西方工業(yè)世界先進(jìn)國家除東歐和俄羅斯以外的西方工業(yè)發(fā)達(dá)國家已全部關(guān)閉了平爐，我國也即將在近發(fā)達(dá)國家已全部關(guān)閉了平爐，我國也即將在近期全部停止平爐煉鋼。期全部停止平爐煉鋼。轉(zhuǎn)爐煉鋼法轉(zhuǎn)爐煉鋼法 按爐襯耐火材料性質(zhì)按爐襯耐火材料性質(zhì)堿性轉(zhuǎn)爐堿性轉(zhuǎn)爐和和酸性轉(zhuǎn)爐酸性轉(zhuǎn)爐 按供入氧化性氣體種類按供入氧化性氣體種類空氣空氣和和氧氣轉(zhuǎn)爐氧氣轉(zhuǎn)爐 按供氣部位按供氣部位頂吹、底吹、側(cè)吹及復(fù)合吹轉(zhuǎn)爐頂吹、底吹、側(cè)吹及復(fù)合吹轉(zhuǎn)爐 按熱量來源按熱量來源自供熱和外加熱燃料轉(zhuǎn)爐自供熱