冶金概論緒論

冶金概論緒論課程教學(xué)目的通過(guò)鋼鐵冶煉過(guò)程的基本原理、主要設(shè)備、生產(chǎn)工藝等的學(xué)習(xí)，使從事與冶金行業(yè)有關(guān)的非冶金專業(yè)學(xué)生對(duì)鋼鐵工業(yè)及鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程有一個(gè)全面而概括的了解，并初步掌握冶金的基本知識(shí)。/22:24:502第一章緒論主要內(nèi)容1.1冶金基本概念1.2鋼鐵工業(yè)1.3鋼鐵冶煉1.4鋼鐵產(chǎn)品及副產(chǎn)品1.5鋼鐵工業(yè)能耗及能源1.6耐火材料1.7環(huán)境保護(hù)/22:24:5041.1冶金基本概念1.1.1冶金學(xué)火法冶金(Pyrometallurgy)主要過(guò)程簡(jiǎn)介/22:24:5051.1.1冶金學(xué)冶金學(xué)是一門(mén)研究如何經(jīng)濟(jì)地從礦石或其它原料中提取金屬或金屬化合物，并用一定加工方法制成具有一定性能的金屬材料的科學(xué)。由于礦石性能不同，提取金屬的原理、工藝過(guò)程和設(shè)備不同，從而形成專門(mén)的冶金學(xué)科—冶金學(xué)(Metallurgy)。冶金學(xué)研究所涉及的內(nèi)容：金屬的制取，金屬的加工，金屬性能的改進(jìn)→對(duì)金屬成分、組織結(jié)構(gòu)、性能和相關(guān)理論的研究。/22:24:506冶金學(xué)的分類冶金學(xué)按研究的領(lǐng)域分：提取冶金學(xué)（化學(xué)冶金學(xué)）和物理冶金學(xué)(physicalmetallurgy)（材料的加工成型，通過(guò)控制其組成、結(jié)構(gòu)使已提取的金屬具有某種性能）。提取冶金（extractivemetallurgy）：從礦石中提取金屬及金屬化合物的過(guò)程，因其中進(jìn)行很多化學(xué)反應(yīng)，又稱化學(xué)冶金（chemicalmetallurgy）。/22:24:507按所冶煉金屬類型分：

(Nonferrousmetallurgy)

(Ferrousmetallurgy)

按冶金工藝過(guò)程不同分：提取冶金的分類/22:24:5081.1.2火法冶金主要過(guò)程簡(jiǎn)介干燥：去水，溫度為400~600℃。焙燒：以改變?cè)辖M成為目的的、在低于礦石熔點(diǎn)溫度下、在特定氣氛中進(jìn)行的冶金過(guò)程。煅燒：在空氣中以去CO2和水為目的的冶金過(guò)程。燒結(jié)與球團(tuán)：以獲得特定礦物組成、結(jié)構(gòu)及性能的造塊。熔煉：還原氧化物，提取粗金屬。精煉：氧化雜質(zhì)，獲得純金屬。鑄造：液態(tài)金屬凝固成固態(tài)。/22:24:5091.2鋼鐵工業(yè)1.2.1鋼鐵材料1.2.2鋼(Steel)與生鐵(Pigiron)的區(qū)別1.2.3鋼鐵冶煉技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)史1.2.4我國(guó)鋼鐵工業(yè)的發(fā)展/22:24:50101.2.1鋼鐵材料鋼鐵是使用最多的金屬材料原因：儲(chǔ)量大；冶煉加工容易；綜合性能好預(yù)計(jì)未來(lái)幾年鋼鐵產(chǎn)品在各行業(yè)中占的比例/22:24:5011/22:24:50121.2.2鋼與生鐵的區(qū)別/22:24:50131.2.3鋼鐵冶煉技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)史遠(yuǎn)古至13世紀(jì)末：半熔融狀態(tài)的鐵塊—海綿鐵(spongeiron)；13世紀(jì)末至19世紀(jì)中葉：熔融狀態(tài)的生鐵→粗鋼，形成兩步法煉鋼；19世紀(jì)中期至今：1856年英國(guó)人發(fā)明了空氣底吹酸性轉(zhuǎn)爐煉鋼法；1864年法國(guó)人發(fā)明了平爐煉鋼法(OH)；1874年發(fā)明了空氣底吹堿性轉(zhuǎn)爐煉鋼法；20世紀(jì)初發(fā)明了電弧爐煉鋼(EAF)；20世紀(jì)中葉氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐（LD法）。/22:24:50141.2.3我國(guó)鋼鐵工業(yè)的發(fā)展1996年，突破1億噸；1999年，產(chǎn)量世界第一；2003年，突破2億噸，世界唯一年產(chǎn)鋼超過(guò)2億噸的國(guó)家；2004年，產(chǎn)量2.8億噸；2005年，產(chǎn)量3.5億噸；2006年，產(chǎn)量4.2億噸。中國(guó)大陸2012年粗鋼產(chǎn)量7.16億噸，占全球鋼產(chǎn)量的46.3%。/22:24:5015/22:24:5016全球部分鋼廠產(chǎn)量排名排名

公司

國(guó)家

2006年(百萬(wàn)噸)2005年

(百萬(wàn)噸)同比增長(zhǎng)2006200511

米塔爾荷蘭63.66

49.89

27.622安賽樂(lè)

盧森堡54.3246.6516.433

新日鐵日本33.7032.90

12.4

44

JFE

日本

32.02

29.57

8.355

浦項(xiàng)韓國(guó)31.2031.42-0.766

寶鋼中國(guó)22.53

22.73

-0.9926唐鋼中國(guó)19.0616.0818.51618

鞍鋼中國(guó)15.0011.90

26.1

1722沙鋼

中國(guó)14.63

12.0221.71816武鋼中國(guó)13.76

13.05

5.5

24

24

濟(jì)鋼中國(guó)11.24

10.437.82527馬鋼中國(guó)10.919.6513.12625萊鋼中國(guó)10.7910.344.42723首鋼中國(guó)10.5510.441.02831華菱中國(guó)9.91

8.45

17.2/22:24:5017中國(guó)年粗鋼產(chǎn)量增長(zhǎng)情況/22:24:50181.3鋼鐵冶煉赤鐵礦磁鐵礦線材

板材/22:24:5019燒結(jié)/球團(tuán)—高爐—轉(zhuǎn)爐—連鑄機(jī)—軋機(jī)直接還原或熔融還原—電爐—連鑄機(jī)—軋機(jī)非高爐煉鐵鋼鐵生產(chǎn)的兩個(gè)典型流程高爐煉鐵長(zhǎng)流程短流程鋼鐵冶煉的任務(wù)是把鐵礦石冶煉成合格的鋼。/22:24:5020現(xiàn)代鋼鐵冶煉的兩種基本流程/22:24:5021鋼材加工工藝流程/22:24:5022鋼鐵生產(chǎn)的典型工藝（長(zhǎng)流程）/22:24:5023鋼鐵工業(yè)的特點(diǎn)生產(chǎn)規(guī)模大，物流吞吐大，每噸鋼涉及的物流將是5-6噸。資源密集、能耗密集。在鋼鐵聯(lián)合企業(yè)內(nèi)，每噸鋼降消耗0.7-0.8噸左右的標(biāo)準(zhǔn)煤、1.5-1.65噸左右鐵礦石、3-8噸左右新水；制造流程工序多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜制造流程中伴隨大量物質(zhì)/能量排放，形成復(fù)雜的環(huán)境界面/22:24:50241.4鋼鐵產(chǎn)品及副產(chǎn)品產(chǎn)品生鐵鋼鐵合金(Ferroalloy)

副產(chǎn)品爐渣(Slag)煤氣(Gas)/22:24:5025生鐵它是鐵和碳及少量硅。錳、硫、磷等元素組成的合金，主要由高爐生產(chǎn)，按其用途可分為煉鋼生鐵和鑄造生鐵。/22:24:5026鐵合金鐵合金是指鐵與一種或幾種元素組成的中間合金，主要用于煉鋼脫氧或作為合金添加劑，當(dāng)采用金屬熱還原法生產(chǎn)其它鐵合金和有色金屬時(shí)作還原劑(詳見(jiàn)第七章)。如：硅鐵、錳鐵。/22:24:5027爐渣爐渣是爐料在冶煉過(guò)程中不能進(jìn)到生鐵和鋼中的氧化物、硫化物等形成的熔融體。其主要成分是CaO、MgO、SiO2、Al2O3等。根據(jù)冶煉方法的不同，鋼鐵生產(chǎn)產(chǎn)生的爐渣分為高爐渣和煉鋼渣，按爐渣中含有不同的化學(xué)成分又可分為堿性渣和酸性渣。

/22:24:5028堿度(R)：爐渣中CaO與SiO2的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)之比。這是二元堿度，還有三元堿度等

/22:24:5029煤氣鋼鐵生產(chǎn)中還能獲得大量的可燃?xì)怏w，高爐煉鐵可產(chǎn)生高爐煤氣，轉(zhuǎn)爐煉鋼可獲得轉(zhuǎn)爐煤氣，煉焦時(shí)可得焦?fàn)t煤氣等。煤氣主要成分：CO、H2、CO2、N2、CH4

/22:24:50301.5鋼鐵工業(yè)能源及能耗1.5.1鋼鐵生產(chǎn)用能源1.5.2鋼鐵工業(yè)能耗1.5.3節(jié)能途徑/22:24:5031鋼鐵工業(yè)是能源消耗的大戶，約占全國(guó)總能源消耗量的10～11％。鋼鐵生產(chǎn)所用能源主要有煤炭、燃料油(重油)、天然氣、電力等。

煤占鋼鐵生產(chǎn)中燃料消耗的70%，鋼鐵工業(yè)用煤量已超過(guò)煤炭總產(chǎn)量的15％。煤在鋼鐵企業(yè)主要用來(lái)煉焦和自備電廠發(fā)電、蒸汽機(jī)車燒煤、燒工業(yè)鍋爐及部分窯爐，少部分制成粉煤用于高爐噴吹及燒結(jié)生產(chǎn)。

1.5.1鋼鐵生產(chǎn)用能源/22:24:50321.5.2鋼鐵工業(yè)能耗我國(guó)鋼鐵工業(yè)的能源消耗中，鋼鐵冶煉是耗能最高的工序，占鋼鐵工業(yè)能耗的60～70％。其主要耗于煉鐵系統(tǒng)，焦化、燒結(jié)、球團(tuán)、煉鐵等工序。

/22:24:50332004年重點(diǎn)鋼鐵企業(yè)工序能耗比較(千克標(biāo)準(zhǔn)煤/t)

指標(biāo)燒結(jié)焦化煉鐵轉(zhuǎn)爐電爐平均值66.38142.21466.2026.57209.891999年國(guó)際先進(jìn)水平58.89128.1437.93-8.88198.6差值7.4914.1128.2735.4511.29指標(biāo)燒結(jié)球團(tuán)焦化煉鐵轉(zhuǎn)爐電爐軋鋼噸鋼綜合能耗平均值66.3842.00142.21466.2026.57209.8992.91761先進(jìn)值52.0619.2288.13395.41-3.77146.3153.68565落后值108.6083.30229.15591.8175.23325.44286.891103差值56.5464.08141.02196.4079.00179.23233.21538/22:24:50341.5.3節(jié)能途徑改進(jìn)生產(chǎn)工藝及操作，更新和改造耗能高的設(shè)備。降低能源損失（“廢料”、煤氣、熱能、壓力能），減少生產(chǎn)工序。回收利用散失熱量。加強(qiáng)企業(yè)能源管理，加強(qiáng)能源利用技術(shù)的研究工作，提高操作技術(shù)水平，充分發(fā)揮現(xiàn)有設(shè)備能力，以節(jié)能為目標(biāo)合理組織生產(chǎn)。/22:24:50351.6冶金用耐火材料鋼鐵冶金的技術(shù)進(jìn)步和過(guò)程溫度的提高分不開(kāi)，耐火材料的發(fā)展與鋼鐵冶金的技術(shù)進(jìn)步緊密相關(guān)。耐火材料產(chǎn)品絕大部分（60~80%）用于冶金行業(yè)。耐火材料在冶金中的應(yīng)用有：高溫爐管坩堝、容器熱電偶絕緣管熱電偶保護(hù)管爐膛耐火材料爐膛保溫材料/22:24:5036

1.6.1耐火材料定義耐火材料是耐火度不低于1580℃的無(wú)機(jī)非金屬材料。ISO定義：耐火材料是耐火度至少為1500℃的非金屬材料或制品（但不排除含有一定比例的金屬）。在高溫爐（高爐、熱風(fēng)爐、轉(zhuǎn)爐、各種加熱爐）中，爐膛是用耐火材料砌成的。對(duì)耐火材料的要求是：有足夠高的耐火度，合理的形狀，質(zhì)地致密，高溫下有一定強(qiáng)度，無(wú)明顯揮發(fā)現(xiàn)象以及不與爐內(nèi)工作氣氛發(fā)生反應(yīng)等。/22:24:50371.6.2耐火材料分類按化學(xué)成分：氧化物、非氧化物、復(fù)合系按形態(tài)：定形、不定形按耐火度分：普通1580~1770℃; 高級(jí)1770~2000℃; 特級(jí)2000℃以上按制作工藝分：泥漿澆注；可塑成型…/22:24:5038/22:24:50391.7環(huán)境保護(hù)鋼鐵廠產(chǎn)生的各種污染物有：大氣污染物質(zhì)污水固體廢棄物/22:24:5040大氣污染物質(zhì)SOX：是通過(guò)原料、燃料中硫磺成分的燃燒而產(chǎn)生的。燒結(jié)工廠等為其主要發(fā)生源。NOX：通過(guò)燃燒后發(fā)生。燒結(jié)工廠等為其主要發(fā)生源。煤塵：通過(guò)燃燒后發(fā)生。燒結(jié)爐、各加熱爐為其發(fā)生源。粉塵：從燃料原料的輸送、處理過(guò)程，及儲(chǔ)藏場(chǎng)中產(chǎn)生。煉鐵、煉鋼工程為其主要發(fā)生源。

/22:24:5041鋼鐵工業(yè)用水主要是冷卻水，其次是煤氣洗滌水，以及沖洗設(shè)備、地面及除塵用水等。

污水中含有下列污染物：固體懸浮物（SSSolidsuspension）：從排氣集塵、高溫物質(zhì)的直接冷卻等過(guò)程中產(chǎn)生。油：由各種機(jī)械等所使用的油所發(fā)生的漏泄及冷軋工程使用軋制機(jī)的機(jī)油等原因而產(chǎn)生?；瘜W(xué)需氧量（CODChemicaloxygendemand）：從煤炭干餾時(shí)的氨水，及冷軋、電鍍廢水中產(chǎn)生。酸、堿：從冷軋工程的酸洗工程、電鍍工