鋼鐵冶金與材料科學(xué)作業(yè)指導(dǎo)書

鋼鐵冶金與材料科學(xué)作業(yè)指導(dǎo)書TOC\o"1-2"\h\u11968第1章鋼鐵冶金基礎(chǔ)理論 436431.1冶金反應(yīng)熱力學(xué)基礎(chǔ) 4239711.1.1熱力學(xué)基本概念 4115381.1.2熱力學(xué)第一定律 4123491.1.3熱力學(xué)第二定律 448681.1.4冶金反應(yīng)熱力學(xué)基本方程 491631.2冶金反應(yīng)動力學(xué)基礎(chǔ) 431561.2.1反應(yīng)速率與反應(yīng)機理 5285621.2.2動力學(xué)方程 5263601.2.3冶金反應(yīng)動力學(xué)參數(shù) 5302901.2.4反應(yīng)速率與過程控制 573781.3金屬結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系 5194811.3.1金屬晶體結(jié)構(gòu) 5134691.3.2金屬鍵與金屬特性 5153531.3.3合金相與相圖 5141741.3.4金屬強化機制 5215541.3.5金屬疲勞與斷裂 518017第2章礦石與原材料 5298902.1礦石的性質(zhì)與評價 5322592.1.1礦石的物理性質(zhì) 6316232.1.2礦石的化學(xué)成分 6296512.1.3礦石的評價指標(biāo) 6169782.2煉鐵原料及其選擇 6212132.2.1鐵礦石 616852.2.2燃料 6284352.2.3熔劑 6203782.3煉鋼原料及其選擇 6125902.3.1鐵水 6203282.3.2廢鋼 616712.3.3造渣料 7234782.3.4合成渣 773432.3.5脫氧劑和合金料 718341第3章燒結(jié)與球團工藝 7119843.1燒結(jié)工藝及其設(shè)備 7276693.1.1燒結(jié)工藝原理 769483.1.2燒結(jié)工藝流程 7235023.1.3燒結(jié)設(shè)備 8268773.2球團工藝及其設(shè)備 8270993.2.1球團工藝原理 8276993.2.2球團工藝流程 871063.2.3球團設(shè)備 9227823.3燒結(jié)球團礦的質(zhì)量評價 911907第4章煉鐵工藝 9295584.1高爐煉鐵原理 9195874.1.1高爐煉鐵反應(yīng)過程 982834.1.2影響高爐煉鐵的因素 9173534.2高爐操作與控制 1022554.2.1爐料布料 10182364.2.2送風(fēng)制度 10207744.2.3爐渣控制 10232394.2.4熱制度 1089564.3高爐煤氣凈化與利用 10188194.3.1高爐煤氣凈化 1033744.3.2高爐煤氣利用 10159664.3.3煤氣凈化與利用設(shè)備 104203第5章煉鋼工藝 1168755.1轉(zhuǎn)爐煉鋼原理 1195895.1.1熔化期 11176235.1.2氧化期 11128795.1.3精煉期 11111335.2電爐煉鋼原理 11199405.2.1熔化期 1112265.2.2氧化期 11281475.2.3精煉期 1141845.3精煉與連鑄工藝 11146545.3.1精煉工藝 11207995.3.2連鑄工藝 1218510第6章鋼的鑄造與軋制 12866.1鋼的鑄造工藝 12126276.1.1鑄造概述 12166606.1.2鑄造方法 12245376.1.3鑄造工藝參數(shù) 12140496.2鋼的軋制工藝 13326306.2.1軋制概述 13178236.2.2軋制方法 13144936.2.3軋制工藝參數(shù) 13244866.3鋼的熱處理工藝 13146406.3.1熱處理概述 1352676.3.2常見熱處理工藝 1337286.3.3熱處理工藝參數(shù) 1328568第7章鋼鐵材料功能與檢測 13177187.1鋼鐵材料的力學(xué)功能 13269207.1.1強度 1487377.1.2塑性 1438967.1.3硬度 14114177.1.4韌性 14246947.1.5疲勞功能 14130747.2鋼鐵材料的物理功能 14312527.2.1熱功能 1431337.2.2電功能 14299867.2.3磁功能 1475587.3鋼鐵材料的化學(xué)功能 15306067.3.1耐腐蝕功能 15149887.3.2耐氧化功能 15241257.4鋼鐵材料的檢測方法 15198037.4.1宏觀檢測 15207037.4.2力學(xué)功能檢測 15300597.4.3物理功能檢測 15218657.4.4化學(xué)功能檢測 15316737.4.5微觀結(jié)構(gòu)分析 1526716第8章鋼鐵材料的應(yīng)用與選擇 15113738.1建筑用鋼鐵材料 1521108.1.1鋼筋 16273718.1.2型鋼 16220078.1.3鋼板 16151758.2機械用鋼鐵材料 16145728.2.1碳素結(jié)構(gòu)鋼 1652308.2.2合金結(jié)構(gòu)鋼 16115288.2.3不銹鋼 16103738.3耐熱耐腐蝕鋼鐵材料 16210258.3.1耐熱鋼 16320728.3.2不銹鋼 17203028.3.3耐酸鋼 17154838.4特殊功能鋼鐵材料 17292298.4.1永磁鋼 1793718.4.2形狀記憶合金 17289768.4.3磁懸浮材料 1711498.4.4超導(dǎo)材料 1712644第9章鋼鐵冶金環(huán)境保護與節(jié)能減排 17165069.1鋼鐵冶金過程中的污染與治理 17131299.1.1污染源分析 1757159.1.2污染治理技術(shù) 18101799.2鋼鐵企業(yè)節(jié)能減排技術(shù) 18156119.2.1能源優(yōu)化配置 18299889.2.2節(jié)能技術(shù) 18102159.2.3減排技術(shù) 18301679.3綠色鋼鐵冶金發(fā)展趨勢 18126869.3.1綠色制造 18177329.3.2循環(huán)經(jīng)濟 18202899.3.3環(huán)保法規(guī)與政策 19217239.3.4環(huán)保技術(shù)研發(fā)與創(chuàng)新 1916525第10章鋼鐵冶金新技術(shù)與發(fā)展趨勢 19471210.1智能制造與自動化技術(shù) 193243710.1.1智能煉鋼 192921710.1.2自動化鑄造 19539610.1.3在鋼鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用 1952510.2低碳技術(shù)與綠色冶金 19444310.2.1低碳冶煉 19657910.2.2能源回收與利用 192945810.2.3環(huán)保技術(shù) 20414710.3新型鋼鐵材料研究與發(fā)展 203168010.3.1高功能鋼鐵材料 202975310.3.2特殊功能鋼鐵材料 20348810.4鋼鐵冶金行業(yè)國際化趨勢與挑戰(zhàn) 202365210.4.1市場競爭 202991510.4.2國際合作 202358110.4.3技術(shù)交流 20第1章鋼鐵冶金基礎(chǔ)理論1.1冶金反應(yīng)熱力學(xué)基礎(chǔ)1.1.1熱力學(xué)基本概念本節(jié)主要介紹熱力學(xué)中的一些基本概念，包括系統(tǒng)、狀態(tài)、過程、能量、熵等，并解釋它們在鋼鐵冶金過程中的意義和作用。1.1.2熱力學(xué)第一定律闡述熱力學(xué)第一定律的內(nèi)容，即能量守恒定律，在鋼鐵冶金過程中的應(yīng)用，分析各類冶金反應(yīng)的能量變化。1.1.3熱力學(xué)第二定律介紹熱力學(xué)第二定律，即熵增原理，在鋼鐵冶金過程中的應(yīng)用，探討反應(yīng)的自發(fā)性和平衡條件。1.1.4冶金反應(yīng)熱力學(xué)基本方程介紹吉布斯自由能、化學(xué)勢等熱力學(xué)函數(shù)，并推導(dǎo)出鋼鐵冶金過程中涉及到的反應(yīng)熱力學(xué)方程。1.2冶金反應(yīng)動力學(xué)基礎(chǔ)1.2.1反應(yīng)速率與反應(yīng)機理介紹反應(yīng)速率的概念，探討影響反應(yīng)速率的因素，分析冶金反應(yīng)的微觀機理。1.2.2動力學(xué)方程介紹阿倫尼烏斯方程、對數(shù)速率定律等動力學(xué)方程，并分析它們在鋼鐵冶金過程中的應(yīng)用。1.2.3冶金反應(yīng)動力學(xué)參數(shù)闡述反應(yīng)速率常數(shù)、活化能、指前因子等動力學(xué)參數(shù)的含義，以及它們在鋼鐵冶金過程中的測定方法。1.2.4反應(yīng)速率與過程控制分析冶金反應(yīng)過程中，反應(yīng)速率與過程控制因素的關(guān)系，探討如何通過調(diào)控過程參數(shù)提高反應(yīng)效率。1.3金屬結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系1.3.1金屬晶體結(jié)構(gòu)介紹金屬晶體結(jié)構(gòu)的基本類型，包括面心立方、體心立方和六方最密堆積等，并分析晶體結(jié)構(gòu)與金屬功能的關(guān)系。1.3.2金屬鍵與金屬特性闡述金屬鍵的概念，探討金屬鍵與金屬的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性等特性的關(guān)系。1.3.3合金相與相圖介紹合金相的概念，分析不同合金相的晶體結(jié)構(gòu)和功能特點。同時簡要介紹相圖的基本知識，以及如何通過相圖分析合金的功能。1.3.4金屬強化機制闡述金屬強化機制，包括加工硬化、固溶強化、析出強化等，分析各種強化機制在鋼鐵冶金中的應(yīng)用。1.3.5金屬疲勞與斷裂介紹金屬疲勞與斷裂的基本概念，分析疲勞裂紋擴展、斷裂韌性等參數(shù)對金屬功能的影響，以及如何通過冶金方法改善金屬的疲勞與斷裂功能。第2章礦石與原材料2.1礦石的性質(zhì)與評價2.1.1礦石的物理性質(zhì)礦石的物理性質(zhì)是決定其選礦工藝和冶金過程的關(guān)鍵因素。礦石的物理性質(zhì)主要包括顏色、硬度、密度、磁性、電性等。這些性質(zhì)對于礦石的破碎、磨礦、分選等過程具有直接影響。2.1.2礦石的化學(xué)成分礦石的化學(xué)成分是評價其冶煉價值的重要依據(jù)。通過對礦石中各種元素的含量進行分析，可以確定礦石的冶煉功能和產(chǎn)品質(zhì)量。常見的礦石化學(xué)分析方法有光譜分析、化學(xué)分析、原子吸收光譜分析等。2.1.3礦石的評價指標(biāo)礦石的評價指標(biāo)主要包括品位、可選性、回收率等。品位反映了礦石中有用組分的含量，可選性表示礦石在選礦過程中被分離的難易程度，回收率則是指從礦石中回收有用組分的百分比。2.2煉鐵原料及其選擇2.2.1鐵礦石鐵礦石是煉鐵的主要原料，其選擇應(yīng)根據(jù)礦石的品位、物理性質(zhì)、化學(xué)成分等因素進行。高品位鐵礦石可直接用于煉鐵，低品位鐵礦石需經(jīng)過選礦富集。常用的鐵礦石有磁鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦等。2.2.2燃料煉鐵過程中，燃料的選擇對高爐操作和鐵水質(zhì)量具有較大影響。常用的燃料有焦炭、無煙煤、天然氣等。燃料的選擇應(yīng)考慮其熱值、燃燒功能、灰分等指標(biāo)。2.2.3熔劑熔劑在煉鐵過程中起到降低爐渣熔點和改善爐渣功能的作用。常用的熔劑有石灰石、白云石、硅石等。選擇熔劑時應(yīng)考慮其化學(xué)成分、熔點、反應(yīng)功能等。2.3煉鋼原料及其選擇2.3.1鐵水鐵水是煉鋼的主要原料，其質(zhì)量對煉鋼過程和產(chǎn)品質(zhì)量具有重要影響。鐵水的質(zhì)量指標(biāo)包括硫、磷含量、溫度等。煉鋼原料的選擇應(yīng)保證鐵水質(zhì)量滿足煉鋼要求。2.3.2廢鋼廢鋼是煉鋼過程中的重要原料之一，其來源廣泛，質(zhì)量參差不齊。選擇廢鋼時應(yīng)注意其化學(xué)成分、尺寸、清潔度等，以保證煉鋼過程順利進行。2.3.3造渣料造渣料在煉鋼過程中起到調(diào)節(jié)爐渣成分、保護爐襯、提高鋼水質(zhì)量等作用。常用的造渣料有石灰石、白云石、硅石、鋁礬土等。造渣料的選擇應(yīng)根據(jù)煉鋼工藝和鋼種要求進行。2.3.4合成渣合成渣是一種特殊造渣料，用于煉鋼過程中的特殊要求。其成分可根據(jù)煉鋼工藝和鋼種進行調(diào)配，以滿足不同煉鋼階段的需求。2.3.5脫氧劑和合金料脫氧劑和合金料在煉鋼過程中起到調(diào)整鋼水成分、改善鋼功能的作用。常用的脫氧劑有鋁、硅鈣等，合金料包括錳、鉻、釩、鈦等。選擇脫氧劑和合金料時應(yīng)考慮其純度、反應(yīng)功能等因素。第3章燒結(jié)與球團工藝3.1燒結(jié)工藝及其設(shè)備燒結(jié)工藝是鋼鐵冶金過程中重要的預(yù)處理環(huán)節(jié)，其目的在于改善鐵礦石的冶煉功能，提高爐料質(zhì)量。本章主要介紹燒結(jié)工藝的基本原理、工藝流程及其關(guān)鍵設(shè)備。3.1.1燒結(jié)工藝原理燒結(jié)工藝是利用燃料燃燒產(chǎn)生的熱量，使鐵礦石在高溫下發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，形成具有較好冶金功能的多孔燒結(jié)礦。燒結(jié)過程中，鐵礦石中的脈石、雜質(zhì)與氧化鐵發(fā)生反應(yīng)，低熔點的化合物，有助于提高爐料的熔化功能。3.1.2燒結(jié)工藝流程燒結(jié)工藝主要包括原料準(zhǔn)備、配料、混料、燒結(jié)、冷卻和成品處理等環(huán)節(jié)。具體流程如下：（1）原料準(zhǔn)備：對鐵礦石、燃料（焦粉、無煙煤等）和熔劑（石灰石、白云石等）進行破碎、篩分等處理，以滿足燒結(jié)工藝的要求。（2）配料：根據(jù)燒結(jié)礦的質(zhì)量要求，計算出各種原料的配比，并進行準(zhǔn)確配料。（3）混料：將配料后的原料進行混合，以提高原料的均質(zhì)性。（4）燒結(jié)：將混料后的原料送入燒結(jié)機，通過高溫燃燒，使原料發(fā)生燒結(jié)反應(yīng)。（5）冷卻：燒結(jié)后的燒結(jié)礦通過冷卻設(shè)備進行冷卻，以便于后續(xù)的成品處理。（6）成品處理：對冷卻后的燒結(jié)礦進行破碎、篩分等處理，得到符合要求的燒結(jié)礦產(chǎn)品。3.1.3燒結(jié)設(shè)備燒結(jié)設(shè)備主要包括燒結(jié)機、破碎機、篩分機、配料系統(tǒng)、混料系統(tǒng)、冷卻設(shè)備等。其中，燒結(jié)機是燒結(jié)工藝的核心設(shè)備，主要有帶式燒結(jié)機、環(huán)形燒結(jié)機等類型。3.2球團工藝及其設(shè)備球團工藝是另一種重要的鐵礦石預(yù)處理工藝，其目的是提高鐵礦石的球團礦質(zhì)量，以滿足高爐冶煉的要求。本章主要介紹球團工藝的基本原理、工藝流程及其關(guān)鍵設(shè)備。3.2.1球團工藝原理球團工藝是利用鐵精礦粉和熔劑（如膨潤土）為原料，通過造球機形成球團，然后在高溫下進行焙燒，使球團礦具有一定的強度和還原性。3.2.2球團工藝流程球團工藝主要包括原料準(zhǔn)備、配料、造球、焙燒、冷卻和成品處理等環(huán)節(jié)。具體流程如下：（1）原料準(zhǔn)備：對鐵精礦粉和熔劑進行破碎、篩分等處理。（2）配料：根據(jù)球團礦的質(zhì)量要求，計算出各種原料的配比，并進行準(zhǔn)確配料。（3）造球：將配料后的原料送入造球機，形成一定大小的球團。（4）焙燒：將造好的球團送入焙燒機，通過高溫焙燒，使球團礦具有一定的強度。（5）冷卻：焙燒后的球團礦通過冷卻設(shè)備進行冷卻。（6）成品處理：對冷卻后的球團礦進行破碎、篩分等處理，得到符合要求的球團礦產(chǎn)品。3.2.3球團設(shè)備球團設(shè)備主要包括造球機、焙燒機、破碎機、篩分機、配料系統(tǒng)、冷卻設(shè)備等。其中，造球機和焙燒機是球團工藝的核心設(shè)備。3.3燒結(jié)球團礦的質(zhì)量評價燒結(jié)球團礦的質(zhì)量評價主要從以下方面進行：（1）化學(xué)成分：燒結(jié)球團礦的化學(xué)成分應(yīng)滿足高爐冶煉的要求，包括鐵含量、脈石含量等。（2）物理功能：燒結(jié)球團礦的物理功能包括粒度、強度、還原性等指標(biāo)，這些功能直接影響到高爐冶煉的順行和效率。（3）冶金功能：燒結(jié)球團礦的冶金功能主要包括軟熔功能、膨脹功能等，這些功能對高爐操作有重要影響。通過對燒結(jié)球團礦的質(zhì)量進行綜合評價，可以指導(dǎo)生產(chǎn)過程優(yōu)化，提高燒結(jié)球團礦的質(zhì)量，為高爐冶煉提供優(yōu)質(zhì)爐料。第4章煉鐵工藝4.1高爐煉鐵原理高爐煉鐵是一種基于還原反應(yīng)的煉鐵方法，其基本原理是在高溫條件下，利用焦炭和噴吹燃料的燃燒產(chǎn)生的一氧化碳將鐵礦石中的氧化鐵還原成金屬鐵。本章將詳細(xì)闡述高爐煉鐵的反應(yīng)過程、物理化學(xué)變化以及影響高爐煉鐵過程的因素。4.1.1高爐煉鐵反應(yīng)過程高爐煉鐵反應(yīng)過程主要包括以下階段：（1）熱裂解和燃燒階段：焦炭在風(fēng)口區(qū)域熱裂解CO和氫氣，同時與鼓入的高壓氧氣燃燒二氧化碳。（2）CO還原氧化鐵階段：二氧化碳在爐內(nèi)上升過程中與焦炭反應(yīng)一氧化碳，一氧化碳與氧化鐵反應(yīng)金屬鐵和二氧化碳。（3）熔融與分離階段：金屬鐵和其他熔融物質(zhì)在爐腰和爐身下部形成，并通過爐喉與爐渣分離。4.1.2影響高爐煉鐵的因素影響高爐煉鐵的因素包括原料質(zhì)量、爐料結(jié)構(gòu)、操作參數(shù)、設(shè)備條件等。其中，原料質(zhì)量是基礎(chǔ)，合理的爐料結(jié)構(gòu)有助于提高高爐冶煉效果，操作參數(shù)和設(shè)備條件則直接影響到高爐的穩(wěn)定運行。4.2高爐操作與控制高爐操作與控制是實現(xiàn)高爐煉鐵過程順利進行的關(guān)鍵，主要包括爐料布料、送風(fēng)制度、爐渣控制、熱制度等方面。4.2.1爐料布料爐料布料是高爐操作的基礎(chǔ)，其目的是保證爐料在爐內(nèi)均勻分布，有利于氣流的合理分布和爐料的還原。布料方式包括中心布料、邊緣布料和環(huán)形布料等。4.2.2送風(fēng)制度送風(fēng)制度是高爐操作的核心，主要包括風(fēng)量、風(fēng)壓、富氧率等參數(shù)的控制。合理的送風(fēng)制度有助于提高高爐的冶煉強度和煤氣利用率。4.2.3爐渣控制爐渣控制是保證高爐煉鐵過程順利進行的重要環(huán)節(jié)。爐渣的作用是脫硫、脫硅、保護爐襯等?？刂茽t渣的成分和流動性，有利于提高高爐冶煉效果。4.2.4熱制度熱制度是高爐操作的關(guān)鍵因素之一，主要包括爐溫、料面溫度、熱負(fù)荷等參數(shù)的控制。合理的熱制度有助于保證高爐的穩(wěn)定運行和高效冶煉。4.3高爐煤氣凈化與利用高爐煤氣是高爐煉鐵過程中的重要副產(chǎn)品，對其進行凈化和利用，對提高能源利用率、降低生產(chǎn)成本具有重要意義。4.3.1高爐煤氣凈化高爐煤氣凈化主要包括除塵、脫硫、脫氟等環(huán)節(jié)。凈化后的煤氣可以滿足環(huán)保要求，提高能源利用率。4.3.2高爐煤氣利用高爐煤氣可以用于發(fā)電、供熱、燒結(jié)等工藝。通過提高煤氣利用率，降低能源消耗，有助于提高鋼鐵企業(yè)的整體經(jīng)濟效益。4.3.3煤氣凈化與利用設(shè)備煤氣凈化與利用設(shè)備包括除塵器、脫硫塔、脫氟塔、煤氣發(fā)電機等。合理配置和運行這些設(shè)備，有助于提高煤氣凈化與利用效果。第5章煉鋼工藝5.1轉(zhuǎn)爐煉鋼原理轉(zhuǎn)爐煉鋼是鋼鐵工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一種煉鋼方法。其基本原理是在高溫下利用氧氣吹煉鐵水，降低碳含量，去除硫、磷等有害元素，并調(diào)整鋼的成分。轉(zhuǎn)爐煉鋼主要包括以下幾個過程：5.1.1熔化期熔化期是轉(zhuǎn)爐煉鋼的第一個階段，主要是將鐵水中的爐料熔化，使?fàn)t料中的元素均勻分布。此階段需控制爐溫，保證熔化順利進行。5.1.2氧化期氧化期是轉(zhuǎn)爐煉鋼的關(guān)鍵階段，通過氧氣吹煉，降低鋼水中的碳含量，并氧化去除硫、磷等有害元素。在此過程中，要控制好氧氣流量、爐溫和吹煉時間，以保證煉鋼質(zhì)量。5.1.3精煉期精煉期主要是調(diào)整鋼水的成分和溫度，使其達到要求。此階段可通過添加合金料、調(diào)整氧氣流量等方法進行。5.2電爐煉鋼原理電爐煉鋼是利用電能轉(zhuǎn)化為熱能，加熱鐵水和廢鋼進行煉鋼的一種方法。其原理如下：5.2.1熔化期電爐煉鋼的熔化期主要是將鐵水、廢鋼等爐料熔化。此階段通過電極加熱，使?fàn)t料熔化并均勻混合。5.2.2氧化期氧化期與轉(zhuǎn)爐煉鋼類似，通過加入氧化劑（如氧化鐵皮、氧化鉬等）和吹氧，降低鋼水中的碳含量，去除硫、磷等有害元素。5.2.3精煉期電爐煉鋼的精煉期主要是調(diào)整鋼水成分、溫度，并去除氣體和夾雜物。此階段可通過調(diào)整電極加熱、添加合金料和采用真空處理等方法進行。5.3精煉與連鑄工藝5.3.1精煉工藝精煉工藝是保證鋼水質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。其主要目的是進一步去除鋼水中的氣體和夾雜物，調(diào)整鋼水成分和溫度。常見的精煉方法有：LF爐精煉、RH爐精煉、VD爐精煉等。5.3.2連鑄工藝連鑄工藝是將精煉后的鋼水連續(xù)澆鑄成坯料的一種方法。其優(yōu)點是提高生產(chǎn)效率、降低能耗和成本、改善鋼的質(zhì)量。連鑄工藝主要包括以下幾個環(huán)節(jié)：（1）澆鑄：將鋼水從鋼包倒入中間包，然后通過滑動水口連續(xù)澆鑄。（2）結(jié)晶：鋼水在結(jié)晶器內(nèi)冷卻，逐漸形成坯料。（3）拉坯：通過拉坯機將結(jié)晶器內(nèi)的坯料連續(xù)拉出，進行切割和后續(xù)加工。（4）冷卻：采用水冷或其他冷卻方式，使坯料溫度逐漸降低，達到所需的冷卻速度。（5）切割：將連鑄坯切割成所需長度，進行后續(xù)加工。第6章鋼的鑄造與軋制6.1鋼的鑄造工藝6.1.1鑄造概述鑄造是將金屬熔化后，倒入預(yù)先準(zhǔn)備好的模具中，經(jīng)過冷卻、凝固，獲得所需形狀和尺寸的工藝方法。鋼的鑄造工藝在鋼鐵冶金行業(yè)中占有重要地位，是生產(chǎn)各種鋼材和鋼構(gòu)件的基礎(chǔ)。6.1.2鑄造方法（1）砂型鑄造：采用砂型作為模具，適用于生產(chǎn)形狀復(fù)雜、尺寸精度要求不高的鋼件。（2）金屬型鑄造：采用金屬型作為模具，可以獲得較高精度和表面質(zhì)量的鋼件。（3）離心鑄造：利用離心力使熔融金屬在旋轉(zhuǎn)的模具中凝固，適用于生產(chǎn)圓形截面的鋼件。6.1.3鑄造工藝參數(shù)（1）澆注溫度：影響鋼的結(jié)晶組織、成分偏析和縮孔等缺陷。（2）澆注速度：影響鋼液的充型功能、氣孔和夾雜等缺陷。（3）冷卻速率：影響鋼的結(jié)晶組織、硬度和力學(xué)功能。6.2鋼的軋制工藝6.2.1軋制概述軋制是通過軋機對鋼坯進行塑性變形，使其獲得所需形狀、尺寸和功能的工藝過程。軋制工藝在鋼鐵生產(chǎn)中具有重要作用，是生產(chǎn)板材、型材、棒材等鋼材的主要方法。6.2.2軋制方法（1）熱軋：在高溫下對鋼坯進行軋制，可獲得較大的變形量。（2）冷軋：在室溫下對鋼坯進行軋制，可獲得高精度和光潔度的鋼材。（3）溫軋：在介于熱軋和冷軋之間的溫度下進行軋制，兼具有熱軋和冷軋的優(yōu)點。6.2.3軋制工藝參數(shù)（1）軋制溫度：影響鋼材的塑性、硬度和力學(xué)功能。（2）軋制力：影響軋制變形程度、設(shè)備負(fù)荷和能耗。（3）軋制速度：影響軋制過程的穩(wěn)定性、生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。6.3鋼的熱處理工藝6.3.1熱處理概述熱處理是通過加熱、保溫和冷卻等過程，改變鋼的組織結(jié)構(gòu)和功能的一種工藝方法。熱處理在提高鋼的力學(xué)功能、降低硬度、改善加工功能等方面具有重要作用。6.3.2常見熱處理工藝（1）退火：降低鋼的硬度和強度，改善塑性和韌性。（2）正火：提高鋼的硬度和強度，改善耐磨性和疲勞功能。（3）淬火和回火：提高鋼的硬度和強度，調(diào)整鋼的力學(xué)功能和尺寸穩(wěn)定性。6.3.3熱處理工藝參數(shù)（1）加熱溫度：影響鋼的組織轉(zhuǎn)變和功能。（2）保溫時間：影響熱處理效果和晶粒度。（3）冷卻速率：影響鋼的組織結(jié)構(gòu)和功能。第7章鋼鐵材料功能與檢測7.1鋼鐵材料的力學(xué)功能鋼鐵材料的力學(xué)功能是其使用功能的重要體現(xiàn)，主要包括強度、塑性、硬度、韌性及疲勞功能等。本節(jié)主要介紹這些功能的定義、表征方法以及影響這些功能的因素。7.1.1強度強度是指材料抵抗外力破壞的能力。包括抗拉強度、抗壓強度、抗彎強度等。強度的表征通常采用應(yīng)力應(yīng)變曲線，通過最大應(yīng)力值來表示。7.1.2塑性塑性是指材料在受到外力作用時，能夠產(chǎn)生永久變形而不破壞的能力。常用斷后延伸率和斷面收縮率來表征。7.1.3硬度硬度是材料抵抗局部壓痕的能力，通常用布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度等來表示。7.1.4韌性韌性是指材料在沖擊或動態(tài)加載下吸收能量并產(chǎn)生塑性變形的能力。常用沖擊吸收功和斷裂韌性來表征。7.1.5疲勞功能疲勞功能是指材料在交變應(yīng)力作用下的抗疲勞破壞能力。通過疲勞極限和疲勞壽命來評價。7.2鋼鐵材料的物理功能鋼鐵材料的物理功能是指其固有的熱、電、磁等方面的功能，這些功能對材料的應(yīng)用領(lǐng)域具有重要影響。7.2.1熱功能熱功能包括比熱容、熱導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù)等，這些功能影響材料在熱環(huán)境下的穩(wěn)定性和應(yīng)用。7.2.2電功能電功能主要包括電阻率、電導(dǎo)率等，這些功能決定了材料在電氣領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。7.2.3磁功能磁功能主要指材料的磁導(dǎo)率、剩磁、矯頑力等，磁功能良好的材料可用于電機、變壓器等領(lǐng)域。7.3鋼鐵材料的化學(xué)功能化學(xué)功能是指鋼鐵材料在各種化學(xué)環(huán)境中抵抗腐蝕、氧化等化學(xué)反應(yīng)的能力。7.3.1耐腐蝕功能耐腐蝕功能是指材料在特定環(huán)境介質(zhì)中抵抗腐蝕破壞的能力。常見的腐蝕形式有均勻腐蝕、點蝕、晶間腐蝕等。7.3.2耐氧化功能耐氧化功能是指材料在高溫氧化環(huán)境中保持穩(wěn)定性的能力。影響氧化功能的因素有溫度、氣氛等。7.4鋼鐵材料的檢測方法為了保證鋼鐵材料的質(zhì)量和功能，對其進行檢測。以下為幾種常見的檢測方法。7.4.1宏觀檢測宏觀檢測主要包括目視觀察、酸蝕試驗等，用于檢查材料的表面缺陷、組織結(jié)構(gòu)等。7.4.2力學(xué)功能檢測力學(xué)功能檢測包括拉伸試驗、壓縮試驗、沖擊試驗等，用于評估材料的強度、塑性、韌性等。7.4.3物理功能檢測物理功能檢測包括熱分析、電功能測試、磁性測試等，用于評估材料的熱、電、磁功能。7.4.4化學(xué)功能檢測化學(xué)功能檢測主要包括光譜分析、電化學(xué)測試、腐蝕試驗等，用于評估材料的化學(xué)成分和耐腐蝕功能。7.4.5微觀結(jié)構(gòu)分析微觀結(jié)構(gòu)分析采用金相顯微鏡、掃描電鏡等設(shè)備，觀察材料的微觀組織、相結(jié)構(gòu)等，以揭示材料功能與微觀結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。第8章鋼鐵材料的應(yīng)用與選擇8.1建筑用鋼鐵材料建筑行業(yè)是鋼鐵材料應(yīng)用最為廣泛的領(lǐng)域之一。建筑用鋼鐵材料主要包括鋼筋、型鋼、鋼板等。這些材料在建筑結(jié)構(gòu)中起到重要作用，如增強混凝土的承載力、穩(wěn)定性以及抗震功能。本節(jié)主要介紹以下幾種建筑用鋼鐵材料：8.1.1鋼筋鋼筋是建筑工程中用量最大的鋼鐵材料，主要用于混凝土結(jié)構(gòu)中的受力鋼筋和箍筋。按照強度等級，鋼筋可分為HRB335、HRB400、HRB500等。8.1.2型鋼型鋼是指具有一定截面形狀和尺寸的鋼材，包括工字鋼、槽鋼、角鋼等。型鋼在建筑結(jié)構(gòu)中主要用于承受彎曲、剪切等應(yīng)力。8.1.3鋼板鋼板是指厚度在0.260mm之間的鋼板，廣泛應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)、圍護系統(tǒng)、屋面系統(tǒng)等。建筑用鋼板主要包括普通碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金高強度鋼等。8.2機械用鋼鐵材料機械用鋼鐵材料主要應(yīng)用于制造各類機械設(shè)備、零部件等。這類材料要求具有高強度、良好的韌性和耐磨性。以下為幾種常見的機械用鋼鐵材料：8.2.1碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼是指碳含量在0.008%0.55%之間的鋼鐵材料。其具有較好的塑性、韌性和可焊性，廣泛應(yīng)用于制造中小型機械零件。8.2.2合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼是指在碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上，加入一種或多種合金元素，以提高其功能。常見的合金結(jié)構(gòu)鋼有合金鋼、高速鋼、工具鋼等。8.2.3不銹鋼不銹鋼是指具有耐腐蝕功能的鋼鐵材料，主要含有鉻、鎳等合金元素。不銹鋼在機械制造領(lǐng)域應(yīng)用于制造耐腐蝕、耐高溫的零部件。8.3耐熱耐腐蝕鋼鐵材料耐熱耐腐蝕鋼鐵材料主要用于高溫、高壓、強腐蝕等惡劣環(huán)境下。這類材料具有較高的抗氧化性、耐腐蝕性和高溫力學(xué)功能。以下為幾種常見的耐熱耐腐蝕鋼鐵材料：8.3.1耐熱鋼耐熱鋼是指在一定高溫下具有良好的抗氧化性、高溫強度和韌性的鋼鐵材料。耐熱鋼廣泛應(yīng)用于石油、化工、電站等領(lǐng)域的熱交換器、加熱爐等設(shè)備。8.3.2不銹鋼不銹鋼除了在機械制造領(lǐng)域應(yīng)用外，還廣泛應(yīng)用于化工、食品、醫(yī)藥等行業(yè)的耐腐蝕設(shè)備。8.3.3耐酸鋼耐酸鋼是指具有良好耐酸功能的鋼鐵材料，主要應(yīng)用于化工、石油等行業(yè)的耐酸堿容器、管道等。8.4特殊功能鋼鐵材料特殊功能鋼鐵材料是指具有特殊物理、化學(xué)功能或工藝功能的鋼鐵材料。以下為幾種常見的特殊功能鋼鐵材料：8.4.1永磁鋼永磁鋼是一種具有很高磁導(dǎo)率的鋼鐵材料，主要應(yīng)用于電機、發(fā)電機、變壓器等電氣設(shè)備。8.4.2形狀記憶合金形狀記憶合金是一種具有形狀記憶效應(yīng)的合金，廣泛應(yīng)用于航空航天、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。8.4.3磁懸浮材料磁懸浮材料是一種具有磁懸浮功能的特殊鋼鐵材料，應(yīng)用于磁懸浮列車、磁懸浮軸承等高科技領(lǐng)域。8.4.4超導(dǎo)材料超導(dǎo)材料是指在超低溫下具有無電阻、完全抗磁性等特性的材料。超導(dǎo)材料在電力、醫(yī)療、科研等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。第9章鋼鐵冶金環(huán)境保護與節(jié)能減排9.1鋼鐵冶金過程中的污染與治理9.1.1污染源分析鋼鐵冶金過程中產(chǎn)生的污染物主要包括大氣污染物、水污染物和固體廢物。大氣污染物有二氧化硫、氮氧化物、顆粒物等；水污染物包括COD、BOD、pH值等；固體廢物包括爐渣、粉塵、污泥等。9.1.2污染治理技術(shù)（1）大氣污染治理技術(shù)：采用脫硫、脫硝、除塵等設(shè)備對廢氣進行處理，降低污染物排放濃度。（2）水污染治理技術(shù)：采用生物處理、化學(xué)處理等方法對廢水進行處理，實現(xiàn)廢水達標(biāo)排放。（3）固體廢物治理技術(shù)：對爐渣、粉塵等進行綜合利用，降低固體廢物排放量。9.2鋼鐵企業(yè)節(jié)能減排技術(shù)9.2.1能源優(yōu)化配置鋼鐵企業(yè)應(yīng)優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，提高能源利用效率，降低能源消耗。9.2.2節(jié)能技術(shù)（1）熱能回收技術(shù)：利用余熱鍋爐、熱交換器等設(shè)備回收煙氣、冷卻水等余熱，降低能源消耗。（2）電機節(jié)能技術(shù)：采用變頻調(diào)速、高效電機等設(shè)備，提高電機運行效率，降低電能消耗。（3）照明節(jié)能技術(shù)：采用節(jié)能燈具、智能控制系統(tǒng)等，降低照明能耗。9.2.3減排技術(shù)（1）高爐煤氣凈化技術(shù)：采用干法除塵、濕法脫硫等工藝，降低高爐煤氣污染物排放。（2）燒結(jié)煙氣凈化技術(shù)：采用活性炭吸附、脫硝等技術(shù)，降低燒結(jié)煙氣污染物排放。（3）焦化廢水處理