冶金原理與工藝

1、冶金原理與工藝（鋼鐵部分）緒論礦床：礦石集合體礦石：礦物集合體。包括有用礦石和脈石有用礦石：可提取礦物的礦石脈石：含微量或不含礦物的礦石礦物：有用元素或化合物主要的冶金工序干燥：除去水分，溫度4006000度焙燒：適當(dāng)氣氛下，加熱到熔點以下發(fā)生氧化、還原或其他化學(xué)變化的冶金過程，除去 有害雜質(zhì)，回收有用元素，提高氣孔率和還原性煅燒：將碳酸鹽或氫氧化物的礦石原料在空氣中加熱分解，除去二氧化碳或水分變成氧 化物的過程，也稱焙解燒結(jié)和球團：將不同的粉礦混勻或造球后加熱焙燒，團結(jié)成多孔塊狀或球狀的物料熔煉：將處理好的礦石或原料在高溫下通過氧化還原反應(yīng)，使礦石中的金屬和雜質(zhì)分離 成兩個液相層即金屬液和熔

2、渣，也叫冶煉精煉：進(jìn)一步除雜，以提高純度吹煉：實質(zhì)是氧化熔煉，借鼓入的空氣中的氧使鑄鐵中的磷，硫和其他雜質(zhì)元素氧化而 分離去除凈化：溶液除雜至達(dá)標(biāo)的過程，方法有離子沉淀法、置換沉淀法、共沉淀法冶金工業(yè)的發(fā)展趨勢鋼鐵工業(yè)：1）高效化、連續(xù)化、自動化；2）節(jié)約能源和資源，降低成本；3）發(fā)展高 新技術(shù)所需的新材料；4）連鑄技術(shù)；5）發(fā)展近終成型金屬毛坯制備技術(shù)；6）人工智 能控制有色金屬：1）供大于求；2）發(fā)展的國際化、集團化；3）低級產(chǎn)品向低成本地區(qū)轉(zhuǎn)移；4）適應(yīng)高新技術(shù)發(fā)展的需求，新材料發(fā)展迅速第一章高爐煉鐵高爐冶煉主要產(chǎn)品：生鐵1）90%以上是煉鋼鐵（白口鐵）；2）鑄造生鐵（灰口鐵）；3）少量

3、的鐵合金副產(chǎn)品：爐渣、煤氣和爐塵高爐冶煉的主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)1）高爐有效容積利用系數(shù)【n】：1立方米有效容積平均每天生產(chǎn)的合格生鐵的折合 產(chǎn)量2）焦比【K】：高爐冶煉1t生鐵所消耗的干焦炭量3）冶煉強度【I】：1立方米高爐有效容積每天所能燃燒的干焦炭量，反映了爐料下降及冶煉的速度n =i/k4）生鐵的合格率：化學(xué)成分符合國家規(guī)定的生鐵量占總監(jiān)測量的比例5）焦炭負(fù)荷：一批料中礦石質(zhì)量與焦炭質(zhì)量之比6）生鐵原材料：鐵礦石，碎雜鐵等7）富氧量：工業(yè)氧加入鼓風(fēng)中后，鼓風(fēng)中氧含量增加的百分?jǐn)?shù)8）生鐵成本：原料、燃料、動力消耗費及車間經(jīng)費等項組成9）爐齡：高爐從開爐到大修之間的時間，為一代高爐的爐齡提高利用

4、系數(shù)的技術(shù)措施：提高礦石的品位、在順行的基礎(chǔ)上實行全風(fēng)操作、高壓操 作及富氧鼓風(fēng)等。提高合格生鐵產(chǎn)量是提高利用系數(shù)的根本途徑高爐煉鐵常用的鐵礦石1） 磁鐵礦礦石：Fe3O4，理論含鐵量72.4%，實際4070%，s、p含量高，還原性 差2）赤鐵礦礦石：Fe2O3，理論70%，實際5560%，結(jié)構(gòu)軟易破碎，s、p含量低，還 原性好3）褐鐵礦礦石：結(jié)晶水的Fe2O3，理論55.266.1%，實際3755%，s、p、As含量 高，焙燒后還原性好4）菱鐵礦礦石：FeCO3，理論48.2%，實際3040%，易破碎，還原性好，s、p含量 低高爐煉鐵對鐵礦石質(zhì)量的要求：含鐵量高，脈石少，有含雜質(zhì)少，成分穩(wěn)定

5、，還原性 好，軟化溫度高，機械強度高，粒度均勻、合適1）鐵礦石品位。TFe%大于 70%為富礦，小于70%為貧礦2）脈石成分和數(shù)量。酸性脈石：SiO2, A12O3堿性脈石：CaO，MgO3）有害雜質(zhì)的含量S：降低晶粒界面的熔點，熱脆P：磷化物是脆性物質(zhì)，降低鋼在低溫下的沖擊韌性，冷脆4）堿金屬：爐內(nèi)積累導(dǎo)致高爐結(jié)瘤5）鉛，鋅和砷6）有益元素：錳，鉆等高爐爐體：爐基、爐殼、爐襯、冷卻設(shè)備及金屬結(jié)構(gòu)高爐煉鐵原料：鐵礦石、溶劑及燃料貧礦入爐前準(zhǔn)備處理：破碎、篩選、磨細(xì)選礦精礦粉混勻造塊人造富礦高爐選礦方法：重力選礦法、磁力選礦法、浮游選礦法（正浮選和反浮選）10 .造塊方法：燒結(jié)法和球團法作用：1

6、）有效利用鐵礦資源2）可提高生鐵質(zhì)量3）有利于高爐強化冶煉，提高產(chǎn)量，降低焦比11.燒結(jié)法：鐵粉礦+燃料+溶劑+水在燒結(jié)設(shè)備上進(jìn)行燒結(jié)的過程12 .帶式抽風(fēng)燒結(jié)過程料層變化1）墊底料：水分凝結(jié)2）過濕層：水分凝結(jié)3）干燥層：去水4）預(yù)熱層5）燃燒層：燃料燃燒和液相形成6）燒結(jié)礦層：冷卻，再氧化，再結(jié)晶固相反應(yīng)，氧化還原和分解發(fā)生在干燥層、預(yù)熱層、燃燒層和燒結(jié)礦層13. CaO的礦化作用：CaCO3分解產(chǎn)物CaO與其他礦物反應(yīng)生成新的化合物14.適宜的溫度、大的反應(yīng)表面、良好的擴散條件和充分的氧化氣氛是保證順利脫硫的 主要條件球團工藝過程：鐵礦石破碎、磨細(xì)配料、混合造球一篩分焙燒冷卻，篩分成品球

7、團礦礦粉成球過程：母球形成、母球長大、生球密實球團礦與燒結(jié)礦的比較1）燒結(jié)礦依靠液相團結(jié)，而球團礦依靠礦物的再結(jié)晶和結(jié)晶長大。球團礦生產(chǎn)適合于 細(xì)磨精礦粉2）球團礦粒度均勻，含鐵高，還原性好，其冶金性能和冶煉效果比燒結(jié)礦好3）球團生產(chǎn)率較燒結(jié)低，基建投資高4）球團礦的熱還原強度比燒結(jié)礦差高爐煉鐵使用的含鐵輔助料：1）高爐爐塵2）氧化轉(zhuǎn)爐爐塵3）其他鐵屑料4）軋鋼皮5）硫酸渣6）鋼渣7）電石煙塵灰溶劑：煉鐵時加入的使脈石和灰分熔點降低的物質(zhì)，也稱助溶劑作用1）與脈石，焦炭灰分作用生成低熔點化合物，形成容易從爐缸中流出的爐渣，與鐵水 分離2）造成一定數(shù)量和一定物理、化學(xué)性能的爐渣，去除有害雜質(zhì)硫，

8、改善生鐵的質(zhì)量分類堿性：石灰石，白云石酸性：二氧化硅中性高爐冶煉對堿性溶劑的要求1）堿性氧化物含量要高2）硫、磷含量要低3）石灰石要有一定的強度和均勻的塊度焦炭的作用1）作發(fā)熱劑:提供7080%的熱量2）作還原劑：產(chǎn)生CO、H23）作料柱骨架：不軟化不熔化，多孔，改善透氣性4）作滲碳劑：碳降低鐵熔點高爐冶煉度焦炭質(zhì)量的要求1）焦炭的化學(xué)成分固定碳和灰分：灰分主要成分是SiO2和A12O3,灰分高，固定碳數(shù)量減少使焦炭的耐 磨強度降低，溶劑的消耗增加。因此，含碳量要高，灰分量要低硫和磷：含硫量、磷量要低揮發(fā)分：含量過高，焦炭成熟度不夠，夾生焦多，強度低；過低，焦炭過燒，裂紋深，易碎。因此，要適度

9、水分：含量要穩(wěn)定2）焦炭的物理性質(zhì)機械強度：要高篩分組成：要適宜，4080mm的焦炭占6580%氣孔度：4553%之間3）焦炭的化學(xué)性質(zhì)燃燒性：焦炭與氧作用生成二氧化碳的速度反應(yīng)性：和二氧化碳作用生成一氧化碳的速度燃燒性和反應(yīng)性要差一些高爐內(nèi)鐵氧化物還原的規(guī)律溫度大于570度，3Fe2O32Fe3O46FeOFe溫度低于570度，3Fe2O32Fe3O4Fe鐵氧化物的還原1）直接還原：以碳作還原劑還原鐵氧化物，生成一氧化碳的還原反應(yīng)，不可逆2）間接還原：以一氧化碳作還原劑生成二氧化碳的還原反應(yīng)，可逆非鐵元素的還原Si、Mn、P、V、Ti直接還原其余的均可間接還原間接還原放熱大，使?fàn)t溫上升，可降

10、低焦比；直接還原吸熱大，使焦比上升提高高爐脫硫能力的措施1）升高溫度2）升高還原氣氛3）提高鐵的直接還原度【R】降低生鐵【S】含量的途徑1）降低S負(fù)荷降低焦炭含硫量2）氣化脫硫3）適量的渣生鐵中Si含量與爐溫的關(guān)系因為硅只能在高溫下進(jìn)行直接還原，所以硅含量可做爐溫水平的標(biāo)志，硅含量高則爐溫水平高風(fēng)口前碳的意義1）影響爐料下降，軟熔帶形狀，煤氣利用，冶煉指標(biāo)2）提供熱量80%3）提供還原劑爐渣成分：CaO SiO、Al2O3 MgO、MnO、FeO、CaS爐渣的作用1）爐渣與生鐵之間進(jìn)行合金元素的還原及脫硫反應(yīng)，控制生鐵的成分與質(zhì)量2）爐渣的數(shù)量和性質(zhì)，對高爐操作直接產(chǎn)生作用3）在爐墻上形成渣皮

11、，保護(hù)爐襯爐渣的物理性質(zhì)1）溶化性爐渣的熔化溫度：液體爐渣冷卻開始結(jié)晶時的溫度爐渣的溶化性溫度：爐渣加熱到開始自由流動時的溫度堿性渣為短渣；酸性渣為長渣2）粘度：流動速度不同的兩個液體層之間的內(nèi)摩擦系數(shù)，單位PaS3）穩(wěn)定性：爐溫變化時，其溶化性溫度和粘度是否保持穩(wěn)定爐渣脫硫原理利用渣中堿性氧化物將生鐵中的硫轉(zhuǎn)變成只溶于渣而不溶于鐵的礦化物的過程影響生鐵中硫含量高低的因素1）爐料帶入爐內(nèi)中總硫量（硫負(fù)荷）2）煤氣流量與流速3）爐渣的脫硫能力和渣量在一定冶煉條件下，降低生鐵中硫含量、提高生鐵質(zhì)量最有效的措施是提高爐渣脫硫 的能力影響高爐渣脫硫能力的因素1）適當(dāng)?shù)膲A度2）足夠的溫度3）爐渣粘度要小

12、高爐強化冶煉目的：提高產(chǎn)量，即提高高爐有效容積利用系數(shù)提高產(chǎn)量的途徑：提高冶煉強度，降低焦比措施：1）精料，即全面改善原料質(zhì)量2）高壓操作，即提高高爐內(nèi)煤氣壓力3）高風(fēng)溫4）噴吹燃料5）富氧鼓風(fēng)高路內(nèi)型：高爐工作空間的內(nèi)部形狀組成：爐缸、爐腹、爐腰、爐身和爐喉高爐爐襯的作用：構(gòu)成高爐的工作空間，減少爐子的熱損失并保護(hù)爐殼和其他金屬結(jié)構(gòu)免受熱應(yīng)力和化學(xué)侵蝕的作用高爐冷卻的作用：防止耐火磚襯的損失，并使高爐下部的爐渣在一定的冷卻強度下，凝固成保護(hù)性渣皮，保護(hù)爐襯和各種金屬結(jié)構(gòu)40 .高爐的基本操作：1）爐缸熱制度：爐缸溫度水平的高低。參數(shù)：鐵水溫度；硅含量2）造渣制度：根據(jù)原料條件和生鐵質(zhì)量要求，

13、確定渣的化學(xué)組成與堿度爐渣化學(xué)成分要求：1）初渣形成要晚一些，軟熔區(qū)間要窄一些2）良好的流動性3）脫硫能力要強4）利于選擇性還原5）良好的穩(wěn)定性爐渣的堿度：堿性氧化物與酸性氧化物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比值3）送風(fēng)制度：根據(jù)爐內(nèi)風(fēng)口狀態(tài)，確定送風(fēng)的質(zhì)量、風(fēng)口伸入風(fēng)口內(nèi)的長度及風(fēng)口 面積4）裝料制度：高爐裝料的方式和方法爐前操作基本任務(wù)：同爐內(nèi)操作配合，搞好渣口，鐵口，砂口的操作與維護(hù)，做到按時出渣鐵， 以利爐況順利，保證安全生產(chǎn)指標(biāo)：1）出鐵正點率：準(zhǔn)時出鐵次數(shù)所占總出鐵次數(shù)的百分比2）鐵口深度合格率（鐵口深度：鐵口保護(hù)板到紅點與液態(tài)渣鐵接觸的硬殼的 長度）3）鐵量差：理論出鐵量與實際出鐵量之差4）上下渣量

14、比：上渣量（渣口出渣量）與下渣量（鐵口出渣量）之比送風(fēng)設(shè)備：鼓風(fēng)機、熱風(fēng)爐及送風(fēng)管道熱風(fēng)爐組成：蓄熱室和燃燒室類型：內(nèi)燃式熱風(fēng)爐，外燃式熱風(fēng)爐，蓄熱式熱風(fēng)爐及高爐爐況正常爐況：爐缸工作面活躍，爐溫充沛、穩(wěn)定，下料均勻順暢，煤氣流分布合理，生 鐵質(zhì)量合格表現(xiàn)：1）風(fēng)口工作基本一致，焦炭明亮活躍，無升降及掛渣現(xiàn)象2）爐溫充沛，上下渣及各渣口渣溫基本一致，流動性好，不帶渣3）鐵水溫度合適，成分穩(wěn)定4）風(fēng)壓，風(fēng)量，風(fēng)溫，煤氣壓正常穩(wěn)定，下料速度均勻5）爐喉煤氣曲線接近雙峰型，圓周四點均勻高爐爐況失常：煤氣流失常，熱制度失常（爐缸溫度失常）鋼鐵生產(chǎn)工藝流程：高爐煉鐵一一水預(yù)處理一轉(zhuǎn)爐冶煉一一爐外精煉一一

15、連鑄連軋或連一坯熱送直接軋制鐵水預(yù)處理：鐵水兌入煉鋼爐前，為去除或提取某種成分而進(jìn)行的處理過程如鐵水三脫1）脫硅脫硅劑：脫硅主劑（煉鐵原料）+副劑（堿性化合物：氧化鈣、氯化鈣、碳酸鈣）2）脫硫脫硫機：蘇打，石灰石，石灰，電石，鎂和混合脫硫劑，復(fù)合脫硫劑3）脫磷非高爐煉鐵法分類：1）直接還原法：鐵礦石在低于熔化溫度下還原成海綿鐵包括煤基直接還原+氣基直接還原（設(shè)備：豎爐，反應(yīng)罐，流化床）+電熱基直接還原2）熔態(tài)還原法：用鐵礦石直接冶煉鐵水優(yōu)點：1）不用焦炭，能源來源廣泛2）產(chǎn)品海綿鐵是廢鋼極好的替代品，鐵水可直接進(jìn)入轉(zhuǎn)爐煉鋼3）適用于中小型生產(chǎn)，投資少第二章轉(zhuǎn)爐煉鋼鋼與鐵含碳量鋼小于或等于2%生

16、鐵大于2%煉鋼：通過冶煉降低生鐵中的碳和去除有害雜質(zhì)，再根據(jù)對鋼的性能要求加入適量的合金元素，使之成為具有優(yōu)良性能的鋼任務(wù)：1）脫碳2）去磷和去硫3）去氣和去非金屬夾雜物4）脫氧和合金化5）調(diào)溫6）澆注煉鋼過程主要是氧化過程鋼液的物理性質(zhì)1）鋼的密度：溫度和成分對鋼液的影響2）鋼的熔點：鋼完全變成均一液態(tài)時的溫度，或冷凝時開始析出固體的溫度3）鋼液的粘度：運動速度不同的鋼液各層之間所產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力粘度表示形式：1） 動力粘度口Pa s2） 運動粘度vm2/s4）鋼液的表面張力：鋼液和它的飽和蒸氣或空氣界面之間的一種力影響因素：溫度鋼液成分鋼液的接觸物5）鋼的導(dǎo)熱能力影響因素：成分，組織，溫度，

17、非金屬夾雜物含量以及鋼中晶粒的細(xì)化程度熔渣的物理化學(xué)性質(zhì)一.熔渣的作用、來源、分類及組成熔渣在煉鋼中的作用：有利的1）去除鐵水和鋼液中的磷、硫等有害元素，控制鐵和其他有用元素的損失2）保護(hù)鋼液不過度氧化，不吸收有害氣體，保溫，減少有益元素的燒損3）防止熱散失，保證鋼的冶煉溫度4）吸收鋼液中上浮的夾雜物及反應(yīng)產(chǎn)物有害的1）侵蝕耐火材料，降低爐襯的壽命2）夾雜小顆粒金屬及未被還原的金屬氧化物，降低金屬的回收率3）造好渣是煉鋼的重要條件，造成成分合適，溫度適當(dāng)并具有適宜于某種冶煉目 的的爐渣，發(fā)揮其積極作用，抑制其不利作用來源：1）加入的造渣材料2）鋼鐵中Si、Mn、P、Fe等的氧化物3）冶煉過程中

18、被腐蝕的爐襯耐火材料分類和組成：1）酸性氧化渣2）堿性氧化渣3）堿性還原渣二.熔渣的化學(xué)性質(zhì)1）熔渣的堿度R：堿性氧化物濃度總和與酸性氧化物濃度總和之比當(dāng)R1堿性渣短渣當(dāng)R1酸性渣長渣煉鋼渣R32）熔渣的氧化性：一定溫度下，單位時間內(nèi)熔渣向鋼液供氧的數(shù)量作用：1）影響化渣速度2）影響鋼水中含氧量3）影響鐵合金收得率，影響爐襯壽命，影響金屬收得率3）熔渣的物理性質(zhì)1）熔渣的粘度影響因素：熔渣的成分、熔渣中固體熔點、溫度2）熔渣和鋼水的粘度3）熔渣的密度影響因素：熔渣體積及鋼液在熔渣中的下降速度4）熔渣的表面張力硅的氧化與還原的影響因素：（1）溫度：溫度低利于硅的氧化（2）爐渣的成分：增加氧化鈣、

19、氧化亞鐵的含量，利于硅的氧化，爐渣的氧化性越強越好（3）金屬液成分：增加硅的含量，利于硅的氧化（4）爐氣的氧分壓:氧分壓越高，越利于硅的氧化錳的氧化與還原的影響因素與硅相同，效果也相同碳氧化反應(yīng)作用1）脫碳2）均勻成分和溫度3）利于熔渣的形成4）利于非金屬夾雜的上浮和有害氣體的排出5）放熱升溫過剩氧：鋼熔池中實際含氧量與理論值之差產(chǎn)生原因：1）脫碳速度：速度大，過剩氧小2）一氧化碳的理論氧分壓與實際的差距3）低碳時，受氧化亞鐵的氧化性和溫度的影響鋼液脫磷1）條件：高堿度、高氧化性、良好的流動性、充分的攪拌、適當(dāng)?shù)臏囟取⒋笤?）回磷：磷從渣中返回鋼中避免措施：1）擋渣出鋼，避免下渣2）提高脫氧

20、前爐渣堿度3）出鋼后向鋼包加適量生石灰，提高堿度4）采取鋼包脫氧5）加入鋼包改質(zhì)劑脫硫途徑：爐渣脫硫（主導(dǎo)，占90%）和氣化脫硫影響鋼渣間脫硫的因素：1）煉鋼的溫度：高溫利于脫硫2）爐渣堿度：高堿度利于脫硫3）氧化亞鐵：低含量利于脫硫4）金屬液成分：碳、硅增加硫活度，降低氧活度，利于脫硫脫硫的有利條件：高溫、高堿度、低氧化亞鐵含量、好流動性氣化脫硫：金屬液中硫氧化成氣態(tài)氧化硫而去除鋼液去氣、去雜1）脫氧方式：1）沉淀脫氧2）擴散脫氧3）真空脫氧脫氧劑：硅、錳（弱）、鋁（強）2）脫氧合金化鎮(zhèn)靜鋼脫氧類型：鋼包雷脫氧、爐內(nèi)脫氧、鋼包內(nèi)預(yù)脫氧操作步驟：1）脫氧元素先加，合金化元素后加2）脫氧能力強、

21、貴的合金，脫氧良好后加3）熔點高，不易氧化的加爐內(nèi)煉鋼原料：1）金屬料鐵水：硅、錳、磷、硫成分控制廢鋼：1）塊度和尺寸2）無鐵合金3）潔凈4）不同性質(zhì)的廢鋼分類2）非金屬料造渣劑：石灰、螢石、白云石、火磚塊、合成造渣劑增碳劑：生鐵、電極粉、石油焦粉、木炭粉、焦炭粉3）氧化劑：氧氣氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐結(jié)構(gòu)：爐殼、托圈、耳軸及傾動結(jié)構(gòu)類型：筒球形，錐球形、截錐形車間特點：1）吹煉時間短、失常效率高2）運輸復(fù)雜，數(shù)量大3）溫度高，煙塵大，需配置高效能的通風(fēng)除塵設(shè)備4）吹煉速度快，要求準(zhǔn)確、可靠地計量通訊設(shè)備一爐鋼冶煉法：1）單渣法：周期短，金屬收得率高，脫硫、磷能力差2）雙渣法：留1/22/3,加渣料造渣，

22、脫硫、磷效率高，能避免大渣量引起的噴濺3）留渣法：終渣堿度高，氧化鐵含量高、溫度高，有助于吹煉前期渣的形成，利于 前期脫硫、脫磷，減少石灰石用量單渣法冶煉周期：裝料、吹煉及出鋼吹煉期：1）吹煉前期：硅、錳氧化期或造渣期2）吹煉中期：碳氧化期（主脫碳、脫硫）3）吹煉后期：拉碳期（主脫硫、脫磷）氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼特點優(yōu)點：1）冶煉周期短，生產(chǎn)效率高2）產(chǎn)品種類多，質(zhì)量好3）熱效率高，不需要外部熱源4）產(chǎn)品成本低5）對原料的適應(yīng)性強6）基建投資少，建設(shè)速度快7）利于綜合利用和實現(xiàn)自動化缺點：1）吹損大，金屬收得率低2）相對于頂?shù)讖?fù)合吹煉，氧氣流股對熔池攪拌強度不夠，熔池有不均勻性，供養(yǎng)強度 和生產(chǎn)率進(jìn)一步提高受限頂?shù)讖?fù)合吹煉法兩類：1）頂吹氧氣，底吹惰性或中性或弱氧化性氣體2）頂?shù)锥即笛鯕馓攸c：1）金屬液成分和溫度均勻2）攪拌能力強，改善了渣一