鋼鐵冶金導(dǎo)論--冶金的分類（藍天CAD）（PPT 51頁）

1、鋼鐵冶金導(dǎo)論11 概 論2金屬的分類鐵金屬和非鐵金屬：前者系指鐵及其合金；后者則指除了鐵及其合金以外的金屬元素。黑色金屬和有色金屬：有色金屬則是指除鐵、鉻、錳3種金屬以外的所有金屬。3冶金的起源與發(fā)展金、銀、銅及隕石鐵銅及其合金鐵具有工業(yè)意義的元素有75種遠(yuǎn)古時代青銅器時代鐵器時代20世紀(jì)初及中葉4冶金學(xué)的概念研究如何經(jīng)濟地從礦石或其它原料中提取金屬或金屬化合物，并用各種加工方法制成具有一定性能的金屬材料的學(xué)科概念5按內(nèi)容可分為提取冶金學(xué)和物理冶金學(xué)兩門學(xué)科提取冶金學(xué)：研究如何從礦石中提取金屬或金屬化合物的生產(chǎn)過程，由于該過程伴隨有化學(xué)反應(yīng)，又稱化學(xué)冶金。物理冶金學(xué)：通過成型加工制備有一定性能

2、的金屬或合金材料，研究其組成，結(jié)構(gòu)的內(nèi)在聯(lián)系以及各種條件下的變化規(guī)律，為有效地使用和發(fā)展特定性能地金屬材料服務(wù)。包括金屬學(xué)，粉末冶金，金屬鑄造，金屬壓力加工等。冶金學(xué)的分類6按提取金屬方法分類火法冶金：在高溫下礦石經(jīng)熔煉與精煉反應(yīng)及熔化作業(yè)，使其中地金屬和雜質(zhì)分開，獲得較純的金屬的過程。過程可分為原料準(zhǔn)備，焙燒、熔煉、精煉、蒸餾和離析等。所需能源，主要靠燃料燃燒，也有靠化學(xué)反應(yīng)熱的。進行的化學(xué)反應(yīng)則有熱分解、還原、氧化、硫化、鹵化、蒸餾等。火法冶金一般具有生產(chǎn)率高，流程短，設(shè)備簡單及投資省等優(yōu)點，但卻不利于處理成分結(jié)構(gòu)復(fù)雜礦或貧礦冶金學(xué)的分類7濕法冶金：一般在常溫或低于100下，用溶劑處理礦石

3、或精礦，使所需提取的金屬溶解于溶液中，而其它雜質(zhì)不溶解。然后再從溶液中提取金屬，包括浸出，分離，富集和提取等工序。由于絕大部分溶劑為水溶液。故也稱水法冶金濕法冶金一般具有能耗低，過程易控制，能處理各類礦石。但生產(chǎn)規(guī)模及生產(chǎn)率不如火法冶金冶金學(xué)的分類8電冶金：利用電能提取和精煉金屬的方法電熱冶金：利用電能轉(zhuǎn)變成熱能，在高溫下提煉金屬，本質(zhì)與火法同。電化學(xué)冶金：用電化學(xué)反應(yīng)使金屬從含金屬鹽類的水溶液或熔體中析出。前者稱為溶液電解，如銅的電解精煉，可歸入濕法冶金，后者稱為熔鹽電解，如電解鋁，可列入火法冶金。冶金學(xué)的分類9煉鐵：從礦石或精礦中提取粗金屬，主要是用焦炭作燃料及還原劑，在高爐內(nèi)的還原條件下

4、，礦石被還原得到粗金屬-生鐵，其中溶解來自還原劑中的碳(4一5)及礦石、脈石中的雜質(zhì)，如硅、錳、硫、磷等元素。 鋼鐵冶金過程10煉鋼：將生鐵中過多的元素(C、Si、Mn)及雜質(zhì)(S、P)通過氧化作用及熔渣參與的化學(xué)反應(yīng)去除，達到無害于鋼種性能的限度，同時還要除去由氧化作用引入鋼液中的氧(脫氧)，并調(diào)整鋼液的成分，最后把成分合格的鋼液澆鑄成鋼錠或鋼坯，便于軋制成材。 二次精煉：為了提高一般煉鋼方法的生產(chǎn)率及鋼液的質(zhì)量(進一步降低雜質(zhì)和氣體的含量)，而將煉鋼過程的某些精煉工序轉(zhuǎn)移到爐外盛鋼桶或特殊反應(yīng)爐中繼續(xù)完成或深度完成。鋼鐵冶金過程11冶金過程熱力學(xué)：利用化學(xué)熱力學(xué)的原理研究冶金反應(yīng)過程的可能

5、性（方向）及反應(yīng)達到平衡的條件，以及在該條件下反應(yīng)物能達到的最大產(chǎn)出率，確定控制反應(yīng)過程的參數(shù)（溫度、壓力、濃度及添加劑的選擇）冶金過程動力學(xué)：利用化學(xué)動力學(xué)的原理及物質(zhì)、熱能、動量傳輸?shù)脑韥硌芯恳苯鸱磻?yīng)過程的速率和機理，確定反應(yīng)過程速率的限制環(huán)節(jié)，從而得出控制反應(yīng)的速率的途徑冶金熔體：是火法冶金反應(yīng)中參加的具體物質(zhì)，包括金屬互溶的金屬熔體、氧化物互溶的熔渣及硫化物互溶的熔锍。它研究熔體的相平衡、結(jié)構(gòu)及其物理和化學(xué)性質(zhì)，而熔體的組分是反應(yīng)的直接參加者，熔體的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)則直接控制著反應(yīng)的進行鋼鐵冶金過程的理論基礎(chǔ)12遠(yuǎn)古到13世紀(jì)末：利用自然地形將鐵礦石與木炭一起放入用磚砌筑的地爐內(nèi)，加熱冶煉

6、，將礦石還原，生成海綿鐵13世紀(jì)末到19世紀(jì)中葉：把鐵礦石裝入高爐中冶煉成液態(tài)生鐵。再將生鐵冶煉成粗鋼，形成了沿用至今的工業(yè)冶煉法19世紀(jì)中期至20世紀(jì)：以生鐵，海綿鐵或廢鋼為原料，在平爐、轉(zhuǎn)爐、電爐中冶煉成鋼或合金鋼的時代鋼鐵冶金的發(fā)展簡史13現(xiàn)代煉鐵法高爐法非高爐法傳統(tǒng)的以焦炭為能源，與轉(zhuǎn)爐煉鋼相配合，組成高爐轉(zhuǎn)爐軋機流程，被稱為長流程，是目前的主要流程。優(yōu)點：生產(chǎn)規(guī)模大，效率高，成本低。缺點：能耗高，污染大。泛指高爐以外，不以焦炭為能源，通常分為直接還原和熔融還原，一般與電爐配合，組成直接還原或熔融還原電爐軋機流程，被稱為短流程，是目前的輔助流程。優(yōu)點：能耗低，污染小。缺點：生產(chǎn)規(guī)模小，

7、效率低，成本高?，F(xiàn)代煉鐵方法14鐵礦石熔 劑還原劑燃料或電熱高爐直接還原爐鐵水鑄鐵機混鐵爐轉(zhuǎn)爐廢鋼煉鋼生鐵塊平爐電爐海綿鐵商品鑄鐵鋼水鑄錠或連鑄軋、鍛鋼材廢鋼煉鐵過程煉鋼過程壓加過程現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)流程礦石生鐵鋼：即高爐轉(zhuǎn)爐，平爐淘汰礦石海綿鐵鋼：直接還原電爐流程15煉鐵高爐鐵水需要焦炭煉焦：焦煤在隔絕空氣的條件下，熱解、碳化、膠結(jié)成具有一定強度和粒度的焦炭。煉焦工藝：洗煤 配煤 焦?fàn)t 熄焦煉焦原料：焦煤 煉焦設(shè)備：煉焦?fàn)t、推焦機 煉焦產(chǎn)品：焦炭、瀝青、煤焦油及其分餾產(chǎn)品 現(xiàn)代煉鐵方法16煉鐵對含鐵原料有要求：粒度550mm，化學(xué)成分要穩(wěn)定，機械強度要高，冶金性能要好天然塊礦：粒度550mm，化學(xué)

8、成分要穩(wěn)定010mm粉礦：燒結(jié)細(xì)磨精選礦：球團鐵水C、Si、S、P等元素含量高現(xiàn)代煉鐵方法17煉鐵直接還原海綿鐵不需要焦炭海綿鐵C、Si、S、P等元素含量低可采用粉礦現(xiàn)代煉鐵方法18煉鐵融熔還原鐵水不需要焦炭可采用粉礦海綿鐵C、Si、S、P等元素含量高現(xiàn)代煉鐵方法19煉鋼轉(zhuǎn)爐：鐵水為原料，用純氧氧化過還原進入鐵水中的C、Si Mn、P等元素的放熱反應(yīng)作為熱源，多余的熱量用礦石或廢鋼冷卻。轉(zhuǎn)爐是目前的主要煉鋼手段，其冶煉周期短(20-60分鐘一爐鋼)，可大型化(500噸)1一爐殼；2一擋渣板；3一托圈，4一軸承及軸承座；5一支撐系統(tǒng)；6一耳軸；7一制動裝置；8一減速機，9一電機及制動器現(xiàn)代煉鐵方

9、法20煉鋼電爐：廢鋼為原料，電能作為熱源。海綿鐵可以取代廢鋼，某些方面優(yōu)如廢鋼。冶煉周期稍長(2-4小時)，電能較貴。也可大型化，特別是可以冶煉各種特殊鋼，在低電價地區(qū)是一種有前途的產(chǎn)品方向靈活的方法1一傾爐用液壓缸；2一傾爐搖架；3一爐門；4一熔池；5一爐蓋；6一電極；7一電極夾持器(連接電極升降裝置)；8一爐體，9一電??；10一出鋼槽現(xiàn)代煉鐵方法21煉鋼爐外精煉：在傳統(tǒng)的煉鋼(初煉爐)轉(zhuǎn)爐和電弧爐生產(chǎn)基礎(chǔ)上，對鋼液進行大規(guī)模再加工的過程。在煉鋼爐外，對鋼液進一步凈化，調(diào)整成分和溫度，承擔(dān)煉鋼爐的部分冶煉職能和部分煉鋼爐不能承擔(dān)的職能現(xiàn)代煉鐵方法22煉鋼澆鑄：把在煉鋼爐中熔煉和爐外精煉所得到

10、的合格鋼水，經(jīng)過盛鋼桶及中間鋼包等澆注設(shè)備，注入到一定形狀和尺寸的鋼錠?；蚪Y(jié)晶器中，使之凝固成為鋼錠或鋼坯模鑄：將盛在盛鋼桶內(nèi)的鋼水注入具有一定形狀和尺寸的 鋼錠模中鑄成鋼錠的方法1一中心注管 2一底板 3一鋼錠?，F(xiàn)代煉鐵方法23煉鋼連鑄：將盛在盛鋼桶內(nèi)的鋼水注入具有一定形狀和尺寸的 鋼錠模中鑄成鋼錠的方法1一鋼包；2一中間包；3一結(jié)晶器；4一二次冷卻和鑄坯導(dǎo)向裝置；5一拉坯矯直裝置；6一切割裝置；7一出坯裝置現(xiàn)代煉鐵方法24鋼鐵生產(chǎn)流程氧化-還原過程的比較A一鐵礦石；B一高爐出爐鐵水；C一裝入煉鋼爐的鐵水；D一海綿鐵；E一出爐鋼水；F一成品鋼；AB一高爐過程；CE一氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼過程；AD一直

11、接還原鐵；DE一電爐煉鋼；AGB一二步法熔融還原；AG一預(yù)還原；GB一終還原；AHB一一步法熔融還原25世界鋼鐵冶金流程預(yù)測26傳統(tǒng)鋼鐵聯(lián)合企業(yè)主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)：原料處理，煉鐵，煉鋼，軋鋼，能源供應(yīng)，交通運輸?shù)葘㈣F礦石在高爐內(nèi)冶煉成生鐵，用鐵水煉成鋼，再將鋼水鑄成鋼錠或連鑄坯，經(jīng)軋制等塑性變形方法加工成各種用途的鋼材2728鋼鐵工業(yè)的發(fā)展方向 煉鐵提高冶金焦質(zhì)量合理選擇煉焦煤基地和配煤方案煤料搗固、型煤壓塊、煤調(diào)濕和選擇粉碎焦?fàn)t大型化、增加焦?fàn)t炭化室寬度和降低結(jié)焦速度采用干法熄焦，低水分熄焦和焦炭整粒高爐法29加強含鐵原料預(yù)處理環(huán)節(jié)，大力發(fā)展精料技術(shù)提高熟料比提高鐵品位，降低SiO2含量合理的爐料

12、結(jié)構(gòu)：高堿度燒結(jié)礦酸性球團礦改善高爐工藝采用高風(fēng)溫，高壓操作。高富氧鼓風(fēng) ，脫濕鼓風(fēng)，噴吹燃料和爐外鐵水預(yù)處理等技術(shù)，以提高產(chǎn)量，降低焦比鋼鐵工業(yè)的發(fā)展方向30設(shè)備上的改進高爐容積不斷擴大，出現(xiàn)了5000m3高爐采用皮帶運輸上料采用無料鐘爐頂爐前機械化，如機械化換風(fēng)口，設(shè)置活動主溝等 在爐前設(shè)置除塵、排煙設(shè)備 采用外燃式熱風(fēng)爐 電子計算機的應(yīng)用 鋼鐵工業(yè)的發(fā)展方向31非高爐法直接還原法大型化生產(chǎn)技術(shù)、煤的氣化技術(shù)等工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)降低能耗和生產(chǎn)成本熔融還原法鋼鐵工業(yè)的發(fā)展方向32 煉鋼氧氣轉(zhuǎn)爐成為主要煉鋼方法。電爐鋼將獲得穩(wěn)步發(fā)展，特別是以海綿鐵為主要原料的電爐冶煉、近終形連注、連軋的煉鋼短流程

13、的發(fā)展引人注目。煉鋼用原料的精選和預(yù)處理得到廣泛重視大力推廣各種爐外精煉法。連續(xù)鑄錠獲得迅速發(fā)展。轉(zhuǎn)爐操作采用靜態(tài)及動態(tài)計算機控制電爐用氧和采用高功率、超高功率，使電弧爐煉鋼進入了一個新的發(fā)展階段；近來許多國家對將氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐、電孤爐和爐外精煉設(shè)備結(jié)合起來的冶煉工藝十分重視，認(rèn)為是煉鋼生產(chǎn)在擴大品種、提高鋼材質(zhì)量方面的最重要途徑；鋼鐵工業(yè)的發(fā)展方向33鋼鐵工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵采用新流程、新技術(shù)、新裝備代替?zhèn)鹘y(tǒng)的全流程生產(chǎn)方式。（短流程）節(jié)約資源、能源，降低制造成本、投資成本及勞動成本。滿足國民經(jīng)濟各部門對鋼材使用性能及質(zhì)量上不斷提高的要求，例如汽車用深沖鋼板要求：鋼中C十P十LS十O十N十H總和不大

14、于0.01%。保護環(huán)境，根治污染，保持生態(tài)平衡34鋼鐵工業(yè)的前沿技術(shù)開發(fā)用煙煤或天然氣作還原劑，不用高爐，將鐵礦石還原成海綿鐵的直接還原和熔融還原煉鐵法。超高功率電爐問世，直流電弧爐迅速發(fā)展。多種爐外精煉法投入生產(chǎn)連鑄技術(shù)的發(fā)展和擴大應(yīng)用等離子作為熱源具有溫度高(5000一30000)、能量高度集中、工作氣體離子化狀態(tài)、離子流速度快(100一500ms)等特點，用于冶金有潛在優(yōu)勢，近年成功用于連鑄中間包加熱。真空冶金、微波冶金技術(shù)電渣冶金在特種冶金中無論產(chǎn)量及品種均居首位近終成形是金屬毛坯制備的新技術(shù)，其特點是：人工智能控制即以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的人工智能為基礎(chǔ)進行控制。352 煉 焦36傳統(tǒng)焦炭生產(chǎn)工

15、藝 洗煤 配煤 干餾 熄焦生產(chǎn)工藝原料氣煤：Vdaf28%-37%，GR.I50-65和Vdaf37%，GR.I35，變質(zhì)程度低的煉焦煤，加熱時能產(chǎn)生大量膠質(zhì)體，抗碎強度、耐磨強度差，但產(chǎn)氣率和化學(xué)產(chǎn)品收率高肥煤：Vdaf10%-37%，GR.I85，強粘結(jié)性煤，加熱時能產(chǎn)生大量膠質(zhì)體，耐磨強度好焦煤：Vdaf20%-28%，GR.I50-65和Vdaf10%-28%，GR.I65，中等及低揮發(fā)份的中等及強粘結(jié)性煤，加熱時能產(chǎn)生熱穩(wěn)定很高的膠質(zhì)體，抗碎強度、耐磨強度好，但推焦困難瘦煤：Vdaf10%-20%，GR.I20-65，低揮發(fā)份的中等及強粘結(jié)性煤，加熱時能產(chǎn)生膠質(zhì)體，抗碎強度較好，耐磨

16、強度稍差 37傳統(tǒng)焦炭生產(chǎn)工藝洗煤目的：降低原煤中的灰份和硫，類似于選礦方法：重選、油團聚法等配煤控制配合煤的灰分、硫和膠質(zhì)層厚度，膠質(zhì)層厚度1620mm，精煤粒度配合要適當(dāng)，含水量應(yīng)盡可能低38傳統(tǒng)焦炭生產(chǎn)工藝干餾設(shè)備：焦?fàn)t控制合理的加熱制度干燥、預(yù)熱：50200熱分解： 200300軟化： 300500半焦： 500900成焦： 900100039傳統(tǒng)焦炭生產(chǎn)工藝熄焦?jié)穹ㄏń梗涸谙ń顾?nèi)用水直接噴灑在赤熱的焦炭上達到熄焦降溫之目的。工藝因設(shè)備簡單、投資及運行費用低廉干法熄焦：利用冷的惰性氣體在熄爐中與熾熱紅焦 進行熱交換來冷卻紅焦。能回收紅焦顯熱、減少環(huán)境污染、提高焦炭質(zhì)量，但投資高、能耗

17、高40傳統(tǒng)焦炭生產(chǎn)工藝存在的問題及改進措施資源緊缺：提高弱黏結(jié)性煤比率，煤預(yù)熱提高其黏結(jié)性，采用細(xì)顆粒煤粉的型煤技術(shù)提高其堆密度。生產(chǎn)效率較低：高溫預(yù)熱、炭化室壁的高熱傳導(dǎo)率、薄壁化以及均勻加熱熱效率較差：對入爐煤進行高溫預(yù)熱，提高了干餾開始溫度；通過中低溫干餾，降低了焦炭出爐溫度，并減少了焦?fàn)t加熱用的熱量。另外，通過對產(chǎn)生的煤氣以及燃燒排放氣體的顯熱回收等，實現(xiàn)節(jié)能煤氣泄漏污染環(huán)境：采用插塞式輸送方式進行入爐煤的輸送，調(diào)整焦?fàn)t的操作壓力和實現(xiàn)出爐時的密閉集塵，降低粉塵量，另外，通過改善加熱煤氣燃燒裝置，實現(xiàn)低 排放。41煉焦新技術(shù)的開發(fā)煤料預(yù)處理技術(shù)煤料預(yù)熱技術(shù)預(yù)熱溫度：150-250原理：

18、增加堆密度，快速加熱效果：改善焦炭質(zhì)量1%-2%，提高生產(chǎn)能力35-40%，降低煉焦能耗42煉焦新技術(shù)的開發(fā)煤料預(yù)處理技術(shù)煤料干燥與調(diào)濕技術(shù)水分控制：6%左右原理：增大堆密度效果：提高焦?fàn)t生產(chǎn)率10-15%，改善焦炭質(zhì)量0.5%-1% ，降低煉焦能耗，增加高揮發(fā)分弱粘結(jié)煤的配用量，煉焦?fàn)t預(yù)熱得以回收43煉焦新技術(shù)的開發(fā)煤料預(yù)處理技術(shù)型煤壓塊技術(shù)原理：增加堆密度，緊密煤粒間距型煤壓塊作用 1、型煤內(nèi)部煤粒接觸緊密，在煉焦過程中有利于粘結(jié)組分； 2、型煤與粉煤混合煉焦時，型煤致密、導(dǎo)熱性好，比周圍粉煤升溫快，較早軟化，處于軟化熔融時間長，有助于型煤中添加的粘結(jié)劑及熔融組分與型煤中的未軟化部分和周圍粉煤起溶劑作用； 44煉焦新技術(shù)的開發(fā) 3、配型煤的煉焦過程中，在軟化熔融階段，型煤膨脹率較大，產(chǎn)生的大量氣體壓縮周圍粉煤，使粉煤粒接觸更加緊密，并使型煤與粉煤相互熔融，生成結(jié)構(gòu)緊密結(jié)實的焦炭和非粘結(jié)組分的充分結(jié)合； 4、配型煤的煤料在煉焦過程中收縮小，減少了焦炭裂紋； 5、成型煤中配有一定量的粘結(jié)劑，改善了煤的粘結(jié)性，且由于粘結(jié)劑的溶劑性能、供氫效應(yīng)，也改善了焦炭的光學(xué)組織效果：保持焦炭機械強度不變，可增加10-15的弱粘結(jié)性煤的用量45煉焦新技術(shù)的開發(fā)煤料搗固技術(shù)煤料預(yù)處理技術(shù)原理：增加堆密度，緊密煤粒間距效果： 1、擴大煉焦煤來源； 2、提高焦