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1、冶金工程概論全冊配套冶金工程概論全冊配套最完整精品課件最完整精品課件冶金工程 概論第一章 緒論 1.1 冶金工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中地地位和作用冶金工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中地地位和作用國民經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)工業(yè)：國民經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)工業(yè)：材料（冶金）材料（冶金）、能源、交通工業(yè)。、能源、交通工業(yè)。冶金工業(yè)：冶金工業(yè)：從礦石或精礦生產(chǎn)金屬的工業(yè)部門。從礦石或精礦生產(chǎn)金屬的工業(yè)部門。 人類的發(fā)展離不開材料，石器時代、青銅器時代、鐵人類的發(fā)展離不開材料，石器時代、青銅器時代、鐵器時代、鋼鐵時代、信息時代。器時代、鋼鐵時代、信息時代。金屬材料包括：金屬材料包括：黑色金屬、有色金屬、和稀有金屬黑色金屬、有色金屬、和稀有金屬金屬在國民經(jīng)濟(jì)

2、、生活中的作用金屬在國民經(jīng)濟(jì)、生活中的作用: 鋼鐵是工業(yè)材料的主力，無處不在。用量占金屬總量鋼鐵是工業(yè)材料的主力，無處不在。用量占金屬總量的的90以上。以上。 有色金屬、和稀有金屬用量占金屬總量的有色金屬、和稀有金屬用量占金屬總量的5左右。左右。特殊的優(yōu)良性能：特殊的優(yōu)良性能：導(dǎo)電、導(dǎo)熱性好，導(dǎo)電、導(dǎo)熱性好，密度小，密度小，化學(xué)性能穩(wěn)定，化學(xué)性能穩(wěn)定，耐熱、耐酸和耐腐蝕，耐熱、耐酸和耐腐蝕，工藝性好工藝性好是電氣、機(jī)械、化工、電子、輕工、儀表、航天工業(yè)是電氣、機(jī)械、化工、電子、輕工、儀表、航天工業(yè)不可缺少的材料，是其它材料所不能代替的。不可缺少的材料，是其它材料所不能代替的。有色金屬、和稀有金

3、屬有色金屬、和稀有金屬 是重要的基礎(chǔ)材料，也是重要的戰(zhàn)略材料。是重要的基礎(chǔ)材料，也是重要的戰(zhàn)略材料。 我國有色金屬資源比較豐富，品種比較齊全，鎢、我國有色金屬資源比較豐富，品種比較齊全，鎢、錫、稀土等錫、稀土等7種金屬占世界首位，鋁等種金屬占世界首位，鋁等5種金屬儲量占種金屬儲量占第二位，傳統(tǒng)出口的商品有鎢、錫、銻、銅、汞等，第二位，傳統(tǒng)出口的商品有鎢、錫、銻、銅、汞等，創(chuàng)匯率很高，因此，有色金屬工業(yè)成為我國的優(yōu)勢產(chǎn)創(chuàng)匯率很高，因此，有色金屬工業(yè)成為我國的優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)。業(yè)。1.2 金屬和金屬的分類金屬和金屬的分類 金屬通常都具有高強(qiáng)度和優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、金屬通常都具有高強(qiáng)度和優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱

4、性、延展性，其中部分金屬還有放射性，除汞外，金屬在常延展性，其中部分金屬還有放射性，除汞外，金屬在常溫下都是以固態(tài)存在。溫下都是以固態(tài)存在。107種元素種元素自然界自然界94種種人造人造13種種金屬金屬72種種非金屬非金屬22種種黑色金屬黑色金屬3種種有色金屬有色金屬69種種有色金屬、黑色金屬分類有色金屬、黑色金屬分類1、黑色金屬：黑色金屬：鐵、錳、鉻鐵、錳、鉻2、有色金屬：有色金屬：除鐵、錳、鉻外除鐵、錳、鉻外69種。又可分為：種。又可分為：1）重金屬：重金屬：4.5的元素，有銅、鎳、鈷、鉛、鋅、鉍、錫、鎘、銻、汞共的元素，有銅、鎳、鈷、鉛、鋅、鉍、錫、鎘、銻、汞共10種。種。2）貴金屬：貴

5、金屬：金、銀、鉑、銥、銠、鋨、釕、鈀等金、銀、鉑、銥、銠、鋨、釕、鈀等8種。種。3）輕金屬：輕金屬：鋁、鎂等鋁、鎂等2種，種， 4.5。4）稀有輕金屬：稀有輕金屬：鈹、鋰、銣、銫等鈹、鋰、銣、銫等4種，種， 重介質(zhì)密度重介質(zhì)密度輕礦物密度輕礦物密度重介質(zhì)選礦工藝：重介質(zhì)選礦工藝：入選礦石的準(zhǔn)備、介質(zhì)的制備、礦石分選和懸浮液的回入選礦石的準(zhǔn)備、介質(zhì)的制備、礦石分選和懸浮液的回收、再生。收、再生。482021-10-12重介質(zhì)選礦工藝重介質(zhì)選礦工藝流程492021-10-122、浮選法浮選法浮選法：是浮游選礦的簡稱。現(xiàn)在工業(yè)上廣泛應(yīng)用的浮選法實(shí)質(zhì)是浮游選礦的簡稱?，F(xiàn)在工業(yè)上廣泛應(yīng)用的浮選法實(shí)質(zhì)是泡

6、沫浮選法。它的特點(diǎn)是礦粒有選擇性地附著于礦是泡沫浮選法。它的特點(diǎn)是礦粒有選擇性地附著于礦漿中的空氣泡上，而上浮到礦漿表面。漿中的空氣泡上，而上浮到礦漿表面。原理：原理：浮選前，礦石應(yīng)磨碎到一定粒度，有用礦物脈石分離，浮選前，礦石應(yīng)磨碎到一定粒度，有用礦物脈石分離，加水調(diào)成礦漿，同時添加必要的藥劑，加水調(diào)成礦漿，同時添加必要的藥劑， 往礦漿中導(dǎo)入往礦漿中導(dǎo)入空氣，利用礦物的疏水性和親水性達(dá)到選礦的目的。空氣，利用礦物的疏水性和親水性達(dá)到選礦的目的。502021-10-12浮選法正浮選：正浮選：將有用礦物浮入泡沫產(chǎn)品中，而將脈石礦物留在礦漿里，將有用礦物浮入泡沫產(chǎn)品中，而將脈石礦物留在礦漿里，這種

7、浮選叫正浮選，反之就叫這種浮選叫正浮選，反之就叫反浮選反浮選。如礦石申含有兩種或兩種以上有用礦物，其浮選方法有如礦石申含有兩種或兩種以上有用礦物，其浮選方法有兩種：兩種：優(yōu)先浮選優(yōu)先浮選：即將有用礦物依次地一個一個的選出為單一的精礦；即將有用礦物依次地一個一個的選出為單一的精礦；混合浮選混合浮選：即先將有用礦物共同選出為混合精礦，然后再把混合精即先將有用礦物共同選出為混合精礦，然后再把混合精礦中的有用礦物廣個一個地選別分開。礦中的有用礦物廣個一個地選別分開。浮選應(yīng)用范圍特別廣泛，幾乎所有的礦石和礦物原料都浮選應(yīng)用范圍特別廣泛，幾乎所有的礦石和礦物原料都可用浮選方法處理。世界上有色金屬礦石的產(chǎn)量

8、中可用浮選方法處理。世界上有色金屬礦石的產(chǎn)量中90%以上是用浮選法選別的。以上是用浮選法選別的。512021-10-12泡沫浮選機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖泡沫浮選機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖1槽體槽體 2軸承體軸承體 3浮選輪浮選輪 4穩(wěn)流器穩(wěn)流器 5刮板刮板 6傳動傳動裝置裝置 7吸漿輪吸漿輪 8壓蓋壓蓋 9底盤底盤 10導(dǎo)漿管導(dǎo)漿管522021-10-123磁選法 磁選：是根據(jù)礦物顆粒磁性的差別來進(jìn)行分選的過程。磁選：是根據(jù)礦物顆粒磁性的差別來進(jìn)行分選的過程。 磁選法是分選黑色金屬礦石，特別是磁鐵礦石和錳礦石的主要選礦方法。磁選法是分選黑色金屬礦石，特別是磁鐵礦石和錳礦石的主要選礦方法。稀有金屬礦石的選礦中，磁選法的應(yīng)

9、用也是比較廣泛。稀有金屬礦石的選礦中，磁選法的應(yīng)用也是比較廣泛。532021-10-12磁選礦物分類1.強(qiáng)磁性礦物，強(qiáng)磁性礦物， 如磁鐵礦、鈦磁鐵礦、磁黃鐵礦如磁鐵礦、鈦磁鐵礦、磁黃鐵礦等等; 2.弱磁性礦物弱磁性礦物 ， 如赤鐵礦、假象磁鐵礦、褐鐵如赤鐵礦、假象磁鐵礦、褐鐵礦、菱鐵礦、鈦鐵礦、水錳礦、硬錳礦、黑云礦、菱鐵礦、鈦鐵礦、水錳礦、硬錳礦、黑云母等，母等， 3.非磁性礦物非磁性礦物 ， 如方解石、石英、長石、黃銅如方解石、石英、長石、黃銅礦、方鉛礦、閃鋅礦、黃鐵礦等。礦、方鉛礦、閃鋅礦、黃鐵礦等。542021-10-12磁選機(jī)分類按其磁場強(qiáng)度的強(qiáng)弱分類按其磁場強(qiáng)度的強(qiáng)弱分類1）.弱磁

10、場磁選機(jī)，磁場強(qiáng)度大約在弱磁場磁選機(jī)，磁場強(qiáng)度大約在002000奧斯特之間，奧斯特之間，用于分選強(qiáng)磁性礦物。用于分選強(qiáng)磁性礦物。2）. 強(qiáng)磁場磁選機(jī)，磁場強(qiáng)度為強(qiáng)磁場磁選機(jī)，磁場強(qiáng)度為600026000奧斯特，用奧斯特，用于分選弱磁性礦物。于分選弱磁性礦物。3）. 中磁場磁選機(jī)，磁場強(qiáng)度介于強(qiáng)磁場和弱磁場兩者中磁場磁選機(jī)，磁場強(qiáng)度介于強(qiáng)磁場和弱磁場兩者之間。之間。磁選機(jī)按選分介質(zhì)分磁選機(jī)按選分介質(zhì)分類類1）干式磁選機(jī)）干式磁選機(jī)2）濕式磁選機(jī)，）濕式磁選機(jī)，根據(jù)磁選機(jī)的磁源分根據(jù)磁選機(jī)的磁源分類類1）永磁式磁選機(jī)）永磁式磁選機(jī)2）電磁式磁選機(jī)。）電磁式磁選機(jī)。第三章鐵冶金郭曙強(qiáng)3.1鋼鐵冶金緒

11、論一、鋼鐵工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的地位一、鋼鐵工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的地位材料工業(yè)是三大基礎(chǔ)工業(yè)之一，金屬、陶瓷、高分子材料中，金屬材料材料工業(yè)是三大基礎(chǔ)工業(yè)之一，金屬、陶瓷、高分子材料中，金屬材料使用最多，其中又以鋼鐵材料居多。使用最多，其中又以鋼鐵材料居多。1、衡量一個國家鋼鐵水平、衡量一個國家鋼鐵水平1）產(chǎn)量（人均占有鋼的數(shù)量）；）產(chǎn)量（人均占有鋼的數(shù)量）；2）質(zhì)量；）質(zhì)量；3）品種：）品種：2002年，我國進(jìn)口鋼材年，我國進(jìn)口鋼材2449t，鋼坯，鋼坯460t；4）經(jīng)濟(jì)效益；）經(jīng)濟(jì)效益；2005年納稅額最多的年納稅額最多的5家企業(yè)是：大慶油田、中國石油天然氣股家企業(yè)是：大慶油田、中國石油天然氣股份

12、公司、份公司、中國銀行中國銀行、中國石化中國石化勝利油田和勝利油田和上海寶山鋼鐵公司上海寶山鋼鐵公司。年納稅額分別。年納稅額分別為為314.65億元、億元、175.31億元、億元、145.91億元、億元、137.16億元和億元和127.91億元。億元。5）勞動生產(chǎn)率；）勞動生產(chǎn)率；2.鋼鐵工業(yè)發(fā)展的條件1）穩(wěn)定可靠的原料資源；）穩(wěn)定可靠的原料資源；2）穩(wěn)定可靠的動力資源；）穩(wěn)定可靠的動力資源；3）運(yùn)輸設(shè)施；）運(yùn)輸設(shè)施；4）重型機(jī)械制造業(yè)；）重型機(jī)械制造業(yè)；5）雄厚的資金。）雄厚的資金。3、鋼鐵成為基礎(chǔ)材料的原因1）較高的強(qiáng)度及韌性；）較高的強(qiáng)度及韌性；2）可加工性；）可加工性；3)資源儲量豐富

13、資源儲量豐富;（46.5O2，27.7Si，8.13%Al,4.2%Fe)4）規(guī)模大、效率高、質(zhì)量好、成本低。）規(guī)模大、效率高、質(zhì)量好、成本低。二、鋼鐵工業(yè)發(fā)展的歷史與現(xiàn)狀1、歷史、歷史人類使用并進(jìn)行冶金的歷史可追溯到人類使用并進(jìn)行冶金的歷史可追溯到1000多年前。多年前。用木炭生產(chǎn)熟鐵，制品中幾乎不含用木炭生產(chǎn)熟鐵，制品中幾乎不含C、Si、Mn、S、P等元等元素，夾雜有渣、礦石。素，夾雜有渣、礦石。高爐：爐身不高、溫度高爐：爐身不高、溫度11001300鐵渣混合。鐵渣混合。生鐵生鐵:隨爐身加高和鼓風(fēng)的應(yīng)用，生鐵出現(xiàn)，隨爐身加高和鼓風(fēng)的應(yīng)用，生鐵出現(xiàn)，早期煉鋼：坩堝法煉鋼，產(chǎn)量有限。早期煉鋼：

14、坩堝法煉鋼，產(chǎn)量有限。到到18世紀(jì)中葉，工業(yè)革命興起，對鋼鐵市場有了巨大的需求，世紀(jì)中葉，工業(yè)革命興起，對鋼鐵市場有了巨大的需求，但鋼鐵工業(yè)的產(chǎn)量始終未能突破但鋼鐵工業(yè)的產(chǎn)量始終未能突破1000萬噸。萬噸。現(xiàn)代冶金始于現(xiàn)代冶金始于19世紀(jì)中葉，金屬學(xué)、彈性力學(xué)、凝固與結(jié)晶世紀(jì)中葉，金屬學(xué)、彈性力學(xué)、凝固與結(jié)晶過程理論、熱力學(xué)、傳熱學(xué)、流體力學(xué)、電磁學(xué)為現(xiàn)代冶過程理論、熱力學(xué)、傳熱學(xué)、流體力學(xué)、電磁學(xué)為現(xiàn)代冶金工藝的發(fā)展奠定了基石。金工藝的發(fā)展奠定了基石。1855年，年， 亨利亨利 貝塞麥，貝塞麥， 酸性底吹轉(zhuǎn)爐，標(biāo)志現(xiàn)代煉鋼法的酸性底吹轉(zhuǎn)爐，標(biāo)志現(xiàn)代煉鋼法的出現(xiàn)。出現(xiàn)。1878年，托馬斯（英國

15、），堿性底吹轉(zhuǎn)爐。年，托馬斯（英國），堿性底吹轉(zhuǎn)爐。1865年，馬?。ǚ▏嵝云綘t（鐵水、廢鋼）年，馬?。ǚ▏?，酸性平爐（鐵水、廢鋼）1880年，堿性平爐，占據(jù)鋼鐵主流生產(chǎn)工藝達(dá)半個世紀(jì)。其年，堿性平爐，占據(jù)鋼鐵主流生產(chǎn)工藝達(dá)半個世紀(jì)。其產(chǎn)量曾占世界總鋼產(chǎn)量的產(chǎn)量曾占世界總鋼產(chǎn)量的82。1906年，電爐。年，電爐。1952年，氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐，二戰(zhàn)期間，大型空氣分離機(jī)問世，年，氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐，二戰(zhàn)期間，大型空氣分離機(jī)問世，可得到大量廉價(jià)的氧氣。可得到大量廉價(jià)的氧氣。氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐反應(yīng)速度快、熱效率高、氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐反應(yīng)速度快、熱效率高、N低。可使用低?？墒褂?0的的廢鋼，所以生產(chǎn)率高、成本低、質(zhì)量

16、較高、投資比平爐少，廢鋼，所以生產(chǎn)率高、成本低、質(zhì)量較高、投資比平爐少，便于自動化，已成為冶金史上發(fā)展最快的新技術(shù)。便于自動化，已成為冶金史上發(fā)展最快的新技術(shù)。2、中國鋼鐵冶金的歷史與現(xiàn)狀1）歷史）歷史中國是最早使用鐵器的國家之一，春秋晚期（公元前中國是最早使用鐵器的國家之一，春秋晚期（公元前6世紀(jì)）世紀(jì)）鐵器已得到較為廣泛的應(yīng)用，西漢時期（公元前鐵器已得到較為廣泛的應(yīng)用，西漢時期（公元前206233）鹽鐵官營，冶金工業(yè)得到較大的發(fā)展，并在規(guī)模及生產(chǎn)技鹽鐵官營，冶金工業(yè)得到較大的發(fā)展，并在規(guī)模及生產(chǎn)技術(shù)等方面達(dá)到較為先進(jìn)的水平，這種優(yōu)勢一直延續(xù)了二千術(shù)等方面達(dá)到較為先進(jìn)的水平，這種優(yōu)勢一直延續(xù)

17、了二千年，直到資本主義產(chǎn)業(yè)革命為止（年，直到資本主義產(chǎn)業(yè)革命為止（17世紀(jì)初）。世紀(jì)初）。近代：封建社會束縛，帝國主義掠奪、摧殘近代：封建社會束縛，帝國主義掠奪、摧殘1890年年 漢陽鐵廠漢陽鐵廠 到到1948年累計(jì)產(chǎn)量小于年累計(jì)產(chǎn)量小于200萬噸，萬噸，最高最高 1943年年 92.3萬噸，萬噸，1949年年 25萬噸（萬噸（15.8萬噸）萬噸）1.1.落后；落后；2.2.弱小；弱?。?.3.殖民地殖民地?，F(xiàn)代我國鋼產(chǎn)量情況我國鋼產(chǎn)量情況195019601970198019902000201001000020000300004000050000600007000002000400060008

18、000年增產(chǎn)量（ 萬噸）年增產(chǎn)量（ 萬噸）年產(chǎn)量（ 萬噸）年產(chǎn)量（ 萬噸）年份年份現(xiàn)狀現(xiàn)狀1）產(chǎn)量第一，產(chǎn)量大國，但不是強(qiáng)國；）產(chǎn)量第一，產(chǎn)量大國，但不是強(qiáng)國；2）技術(shù)多層次，發(fā)展中；）技術(shù)多層次，發(fā)展中；3）水平，）水平，高、中、低高、中、低4）管理水平先進(jìn)、落后共存；）管理水平先進(jìn)、落后共存；5）勞動生產(chǎn)率；大部分低；）勞動生產(chǎn)率；大部分低；100t/人年，寶鋼人年，寶鋼 1995 650t/人年，浦項(xiàng)：人年，浦項(xiàng)：1000t/人年人年95期間：一般期間：一般100 /人年，大、中型人年，大、中型150 /人年，幾家人年，幾家600800 /人年。人年。2000年，國外平均年，國外平均54

19、0噸噸/人年，中國人年，中國100 /人年。人年?，F(xiàn)狀6）能耗高；重點(diǎn)企業(yè)入爐焦比）能耗高；重點(diǎn)企業(yè)入爐焦比495kg/tFe，地方骨干企業(yè)，地方骨干企業(yè)576kg/tFe, 世界先進(jìn)世界先進(jìn)？300kg/tFe7)鋼鐵冶金體系基本完整；鋼鐵冶金體系基本完整； 8）資源缺乏；）資源缺乏；如鐵礦資源世界排第如鐵礦資源世界排第7。前蘇聯(lián)、加拿大、巴西、澳洲、美。前蘇聯(lián)、加拿大、巴西、澳洲、美國、中國。國、中國。鐵礦缺口大，鐵礦缺口大，1995年進(jìn)口年進(jìn)口4500萬噸。萬噸。9）缺乏高檔優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品；）缺乏高檔優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品；10）成本高。）成本高。存在主要問題：7.綜合競爭力與世界鋼鐵工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比還有較

20、大差距。綜合競爭力與世界鋼鐵工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比還有較大差距。 1.生產(chǎn)力布局不合理，生產(chǎn)力布局不合理，2.產(chǎn)業(yè)集中度低，產(chǎn)業(yè)集中度低，3.產(chǎn)品結(jié)構(gòu)矛盾突出，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)矛盾突出，4.技術(shù)創(chuàng)新能力不強(qiáng)，技術(shù)創(chuàng)新能力不強(qiáng)，5.低水平能力過大，低水平能力過大，6.資源消耗高，資源消耗高，三、鋼鐵生產(chǎn)流程一步法、二步法一步法、二步法1、高爐轉(zhuǎn)爐流程（長流程）、高爐轉(zhuǎn)爐流程（長流程）n礦石高爐轉(zhuǎn)爐連鑄（模鑄）軋鋼礦石高爐轉(zhuǎn)爐連鑄（模鑄）軋鋼高爐轉(zhuǎn)爐流程發(fā)展的特點(diǎn)高爐轉(zhuǎn)爐流程發(fā)展的特點(diǎn)1）設(shè)備大型化）設(shè)備大型化轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)爐50t，高爐：小高爐停產(chǎn)。，高爐：小高爐停產(chǎn)。世界上最大的高爐世界上最大的高爐5250M3。（

21、前蘇聯(lián)，。（前蘇聯(lián)，1974年投產(chǎn)），年投產(chǎn)），5500M32）節(jié)奏快捷化）節(jié)奏快捷化3）過程連續(xù)化）過程連續(xù)化 A：以連鑄代替模鑄，成本降低：以連鑄代替模鑄，成本降低162.7元；元； B：連續(xù)化取代分離的各工序。：連續(xù)化取代分離的各工序。 物流、溫度流、質(zhì)量流、時間流、生產(chǎn)周期由物流、溫度流、質(zhì)量流、時間流、生產(chǎn)周期由80小時縮短到小于小時縮短到小于10小時。小時。4）過程控制信息化、智能化）過程控制信息化、智能化5）產(chǎn)品低成本、高品量化）產(chǎn)品低成本、高品量化冶金質(zhì)量冶金質(zhì)量 鐵水預(yù)處理、爐外精煉鐵水預(yù)處理、爐外精煉外觀質(zhì)量外觀質(zhì)量2.短流程短流程n廢鋼（直接還原球團(tuán)礦）電爐連鑄連軋廢鋼（

22、直接還原球團(tuán)礦）電爐連鑄連軋短流程短流程短流程特點(diǎn)短流程特點(diǎn)1.投資少，建設(shè)周期短，規(guī)模不限；投資少，建設(shè)周期短，規(guī)模不限；（比長流程減少（比長流程減少1/2投資）投資）2）勞動生產(chǎn)率高；）勞動生產(chǎn)率高；簿板坯廠，簿板坯廠，300員工，年產(chǎn)量員工，年產(chǎn)量200萬噸，萬噸，600t/人年。人年。3）能耗低）能耗低高爐轉(zhuǎn)爐高爐轉(zhuǎn)爐 23GJ/t廢鋼電爐廢鋼電爐 10GJ/t4) 促進(jìn)環(huán)保。促進(jìn)環(huán)保。污染少、以廢鋼為原料，世界廢鋼產(chǎn)量污染少、以廢鋼為原料，世界廢鋼產(chǎn)量3億噸億噸/年。年。3.2 高爐冶煉概述高爐出現(xiàn)于高爐出現(xiàn)于1314世紀(jì)，當(dāng)時溫度世紀(jì)，當(dāng)時溫度13501450， 36 FeO,產(chǎn)品

23、全是生鐵，后來發(fā)明了利用生鐵產(chǎn)品全是生鐵，后來發(fā)明了利用生鐵生產(chǎn)鋼的有效辦法，二步法。生產(chǎn)鋼的有效辦法，二步法。高爐是鋼鐵聯(lián)合企業(yè)最多流程線集結(jié)的焦點(diǎn)，還是高爐是鋼鐵聯(lián)合企業(yè)最多流程線集結(jié)的焦點(diǎn)，還是二次能源的供應(yīng)中心。高爐煉鐵的一個重要部分二次能源的供應(yīng)中心。高爐煉鐵的一個重要部分是物料運(yùn)輸，為了操作一座日產(chǎn)是物料運(yùn)輸，為了操作一座日產(chǎn)10000噸生鐵的高噸生鐵的高爐每天要從爐頂裝入各類鐵礦石和焦炭約爐每天要從爐頂裝入各類鐵礦石和焦炭約20500噸噸從爐內(nèi)放出液態(tài)鐵水和熔渣總共約從爐內(nèi)放出液態(tài)鐵水和熔渣總共約13200頓，每天頓，每天要將約要將約1100萬標(biāo)米鼓入高爐內(nèi)，而每天從爐頂能萬標(biāo)米

24、鼓入高爐內(nèi)，而每天從爐頂能得到約得到約1600萬標(biāo)米高爐煤氣。萬標(biāo)米高爐煤氣。 寶鋼高爐全貌寶鋼高爐全貌高爐煉鐵過程高爐煉鐵過程一、高爐主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)高爐主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)1、利用系數(shù)利用系數(shù): =P（高爐晝夜產(chǎn)鐵量）/Vu（高爐有效容積）t/m3.d）2、焦比、焦比 : K=Q（晝夜焦碳用量）/P （現(xiàn)主要核算（現(xiàn)主要核算綜合焦比）綜合焦比）3、冶煉強(qiáng)度、冶煉強(qiáng)度: I=Q/Vu （反應(yīng)焦碳的燃燒能力）4、休風(fēng)率、休風(fēng)率:計(jì)劃外的檢修時間占規(guī)定作業(yè)時間的百分比（2%）5、生鐵成本：、生鐵成本：原料占80%6、一代爐齡、一代爐齡：高爐點(diǎn)火開爐停爐大修歷經(jīng)時間（與耐材砌筑、I有關(guān)）二、高爐冶煉系

25、統(tǒng)二、高爐冶煉系統(tǒng)1、高爐爐體設(shè)備高爐煉鐵簡易流程焦炭鐵礦石1）.概述n 對高爐爐體功能的要求，最重要的是能夠進(jìn)行穩(wěn)定的對高爐爐體功能的要求，最重要的是能夠進(jìn)行穩(wěn)定的爐內(nèi)反應(yīng)。爐內(nèi)反應(yīng)。n氣密性氣密性：因?yàn)樵诟郀t爐內(nèi)是高溫高壓條條件而且煤氣：因?yàn)樵诟郀t爐內(nèi)是高溫高壓條條件而且煤氣的主要成分是的主要成分是CO，為可燃性的有毒氣體，所以爐體的，為可燃性的有毒氣體，所以爐體的氣密性是一個十分重要的問題。因此要求爐襯必須能氣密性是一個十分重要的問題。因此要求爐襯必須能抵抗高溫作用，能和爐殼一起組成完全密閉的結(jié)構(gòu)。抵抗高溫作用，能和爐殼一起組成完全密閉的結(jié)構(gòu)。n冷卻冷卻：為了在高溫下保護(hù)爐襯和爐殼，應(yīng)采

26、用冷卻設(shè)：為了在高溫下保護(hù)爐襯和爐殼，應(yīng)采用冷卻設(shè)備進(jìn)行冷卻。備進(jìn)行冷卻。n裝料密封裝料密封：為了使固、液體和氣體所進(jìn)行的相向運(yùn)動：為了使固、液體和氣體所進(jìn)行的相向運(yùn)動不受影響，必須便從爐頂往爐內(nèi)裝料時，爐預(yù)裝料設(shè)不受影響，必須便從爐頂往爐內(nèi)裝料時，爐預(yù)裝料設(shè)備對爐氣的泄漏減少到最低限度。備對爐氣的泄漏減少到最低限度。高爐煉鐵簡易流程焦炭鐵礦石2）.高爐內(nèi)型五段式3）、風(fēng)口4）.爐體冷卻裝置冷卻方式分類冷卻方式分類 ： 內(nèi)部冷卻：冷卻壁、冷卻板內(nèi)部冷卻：冷卻壁、冷卻板外部冷卻：冷卻套、噴水、濕水墻、爐底冷卻。外部冷卻：冷卻套、噴水、濕水墻、爐底冷卻。高爐的壽命主要取決于爐體冷卻的合理性。高爐的

27、壽命主要取決于爐體冷卻的合理性。風(fēng)口以上部分：采用冷卻壁或冷卻板冷卻；風(fēng)口以上部分：采用冷卻壁或冷卻板冷卻；爐缸部分：采田噴水或冷卻壁；爐缸部分：采田噴水或冷卻壁；爐底：采用水冷或空冷。爐底：采用水冷或空冷。冷卻壁有強(qiáng)制循環(huán)水冷卻方式，利用冷卻水的汽化，在上升冷卻壁有強(qiáng)制循環(huán)水冷卻方式，利用冷卻水的汽化，在上升管和下降管中產(chǎn)生水頭壓差而造成自然循環(huán)的汽化冷卻方管和下降管中產(chǎn)生水頭壓差而造成自然循環(huán)的汽化冷卻方式。式。冷卻板冷卻壁三.熱風(fēng)爐內(nèi)燃式 外燃式 爐內(nèi)狀況爐內(nèi)各區(qū)域的功能3.3 煉鐵原料煉鐵原料提高冶煉強(qiáng)度、降低焦比、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗提高冶煉強(qiáng)度、降低焦比、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗一、鐵礦石一、

28、鐵礦石1.鐵礦石分類鐵礦石分類鐵礦石的礦物組成及特性鐵礦石的礦物組成及特性成分成分理論含鐵理論含鐵量量%實(shí)際富礦實(shí)際富礦含鐵含鐵%最低工業(yè)最低工業(yè)品位品位%冶煉性能冶煉性能磁磁Fe3O472.445702025P，S難還原難還原赤赤Fe2O370556030P，S易還原易還原褐褐n Fe2O3.mH2O55.266.1375530P 易還原易還原菱菱FeCO348.2304025P，S熔燒后易還熔燒后易還原原中國鐵礦石進(jìn)口數(shù)據(jù)示意圖中國鐵礦石進(jìn)口數(shù)據(jù)示意圖(1980年年-2011年年)2010 年進(jìn)口鐵礦石金額為年進(jìn)口鐵礦石金額為794.27億美元，均價(jià)為億美元，均價(jià)為128.4美元美元/噸，

29、比噸，比2009年全年的年全年的501.47億美元增長了億美元增長了292.80億美元，約合人民幣億美元，約合人民幣1953億元，均價(jià)增幅為億元，均價(jià)增幅為60.6%。 2. 對鐵礦石的評價(jià)1）品位：決定礦石的價(jià)格）品位：決定礦石的價(jià)格理論上品位理論上品位1%，焦比，焦比2%，產(chǎn)量，產(chǎn)量 3%貧礦：貧礦：Fe50%，選礦，選礦富礦：可直接供煉鐵使用富礦：可直接供煉鐵使用2）脈石成分及分布；堿性、酸性，）脈石成分及分布；堿性、酸性，3）有害元素含量）有害元素含量常見有害元素：常見有害元素：S、P不常見有害元素：不常見有害元素：K、Na、Cu、Pb、Zn、F、As等等S、P、 As、 Cu等易還原

30、進(jìn)入鐵水，等易還原進(jìn)入鐵水，K、Na、Pb、Zn、F等不能進(jìn)入鐵水，破壞爐襯、循環(huán)積累二結(jié)瘤、污等不能進(jìn)入鐵水，破壞爐襯、循環(huán)積累二結(jié)瘤、污染環(huán)境染環(huán)境4）有益元素：）有益元素：Cr、Ni、V、Nb等；等；5）還原性）還原性6）高溫性能：高溫強(qiáng)度保證透氣性、軟化溫度不宜過低、熔融溫度區(qū)間）高溫性能：高溫強(qiáng)度保證透氣性、軟化溫度不宜過低、熔融溫度區(qū)間不可過寬。不可過寬。3.礦石的加工處理1）中和、混勻處理；）中和、混勻處理；“平鋪直取平鋪直取”2）破碎、篩分處理；富礦）破碎、篩分處理；富礦830mm3）選礦；）選礦；4）造塊；燒結(jié)、球團(tuán)）造塊；燒結(jié)、球團(tuán)燒結(jié)流程燒結(jié)料層結(jié)構(gòu)燒結(jié)料層結(jié)構(gòu)1.燒結(jié)礦

31、層：燒結(jié)礦層：隨燒結(jié)過程進(jìn)行不斷加厚，抽入空氣過冷使燒結(jié)礦驟冷將影響燒結(jié)隨燒結(jié)過程進(jìn)行不斷加厚，抽入空氣過冷使燒結(jié)礦驟冷將影響燒結(jié)礦強(qiáng)度。礦強(qiáng)度。2.燃燒層：燃燒層：主要反應(yīng)為：主要反應(yīng)為：C的燃燒、的燃燒、MCO3分解、分解、FeS2氧化、形成液相、鐵氧氧化、形成液相、鐵氧化物分解還原氧化。（由于液相的產(chǎn)生使該層透氣性變差）化物分解還原氧化。（由于液相的產(chǎn)生使該層透氣性變差）3.預(yù)熱層：預(yù)熱層：主要反應(yīng)為：氧化還原、結(jié)晶水分解、部分主要反應(yīng)為：氧化還原、結(jié)晶水分解、部分MCO3分解分解4.干燥層：干燥層：主要為燒結(jié)料中水分蒸發(fā)，易使燒結(jié)料球破壞主要為燒結(jié)料中水分蒸發(fā)，易使燒結(jié)料球破壞5.過濕

32、層：過濕層：原始混合料層，水分凝聚，影響料層透氣性原始混合料層，水分凝聚，影響料層透氣性二、熔劑造渣造渣 需加助熔劑簡稱熔劑需加助熔劑簡稱熔劑堿性熔劑：石灰石、白云石堿性熔劑：石灰石、白云石要求：要求：1、有效成分高；、有效成分高；2、S、P等有害雜質(zhì)盡量低。等有害雜質(zhì)盡量低。特殊熔劑：特殊熔劑：螢石、均熱爐渣（螢石、均熱爐渣（FeO）等。）等。作用：作用：降低熔點(diǎn)降低熔點(diǎn)三、焦炭1、焦炭的作用：、焦炭的作用：1）提供熱量；）提供熱量；2）還原劑；）還原劑；3）料柱骨架；）料柱骨架；4）鐵水滲碳。）鐵水滲碳。2.對焦炭的質(zhì)量要求：對焦炭的質(zhì)量要求：1）強(qiáng)度；足夠的強(qiáng)度。）強(qiáng)度；足夠的強(qiáng)度。2）

33、固定碳及灰分含量：固定碳高，灰分少。牌號）固定碳及灰分含量：固定碳高，灰分少。牌號12%, 12.1牌號牌號13.5 , 13.51牌號牌號15.3）硫含量；硫負(fù)荷：每冶煉）硫含量；硫負(fù)荷：每冶煉1噸鐵水的所有入爐原料帶入的硫總量噸鐵水的所有入爐原料帶入的硫總量（kg/t），焦炭占），焦炭占80以上。以上。0.6, 0.610.8, 0.81570 Fe2O3Fe3O4FeOFe570 Fe2O3Fe3O4Fe2.還原方式：還原方式：1）間接還原：還原劑為氣體，）間接還原：還原劑為氣體，H2或或CO，產(chǎn)物為，產(chǎn)物為CO2、H2O(1)CO還原還原反應(yīng)平衡常數(shù)：反應(yīng)平衡常數(shù)：K=PCO2/PCO

34、 CO%+CO2%=100K%CO 1100FeFeOFe3O4Fe2O3300400500600700800900100011001200020406080100FeO+CO=Fe+CO21/4Fe3O4+CO=3/4FeO+CO2Fe3O4+CO=3FeO+CO2CO%Temp,3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2(2)H2還原反應(yīng)平衡常數(shù)：反應(yīng)平衡常數(shù)：K=PH2O/PH2 H2%+H2O%=100K%H 11002C-O-Fe系及系及H-O-Fe系平衡氣相組成與溫度的關(guān)系比較系平衡氣相組成與溫度的關(guān)系比較2）直接還原：）直接還原：氧化物為固體碳還原，產(chǎn)物為氧化物為固體碳還原，產(chǎn)物為

35、CO。直接還原的三種形式：直接還原的三種形式：A: FeO+C=Fe+COB: FeO+CO=Fe+CO2 CO2+C=2COC: FeO+H2=Fe+H2O H2O+C=H2+COFeOFeFe3O4碳還原氧化鐵的平衡圖碳還原氧化鐵的平衡圖三、生鐵的形成三、生鐵的形成間接還原生成海綿鐵，它呈故態(tài)、幾乎不含碳，在下降過程不斷吸收碳間接還原生成海綿鐵，它呈故態(tài)、幾乎不含碳，在下降過程不斷吸收碳素（滲碳），在爐身（塊料帶），主要靠以下反應(yīng)，海綿鐵滲碳量有素（滲碳），在爐身（塊料帶），主要靠以下反應(yīng)，海綿鐵滲碳量有限，限，1 堿性渣，堿度堿性渣，堿度1酸性渣。酸性渣。目前我國高爐冶煉爐渣堿度在目前我

36、國高爐冶煉爐渣堿度在0.91.2。2、爐渣作用、爐渣作用1）實(shí)現(xiàn)脈石、金屬的機(jī)械分離；）實(shí)現(xiàn)脈石、金屬的機(jī)械分離；2）脫硫；）脫硫；3）促進(jìn)或阻止某些元素的還原能力；）促進(jìn)或阻止某些元素的還原能力；4）保護(hù)爐襯。）保護(hù)爐襯。3. 爐渣的形成爐渣的形成初渣：初渣：各種未還原的氧化物熔化的初始產(chǎn)物，各種未還原的氧化物熔化的初始產(chǎn)物，F(xiàn)eO、MnO等高，等高，堿度不高。堿度不高。中間渣：中間渣：初渣在下降過程，未進(jìn)入爐缸形成終渣前的渣。氧化物被初渣在下降過程，未進(jìn)入爐缸形成終渣前的渣。氧化物被還原，渣中還原，渣中FeO、MnO減少。減少。終渣：終渣：聚集在爐缸中、最終周期性排出爐外在渣。聚集在爐缸中

37、、最終周期性排出爐外在渣。五、爐渣脫硫硫硫負(fù)負(fù)荷荷85進(jìn)入進(jìn)入爐渣爐渣50%的高質(zhì)量煤的高質(zhì)量煤氣。氣。轉(zhuǎn)化反應(yīng)式為：轉(zhuǎn)化反應(yīng)式為：CH4+H2O=CO+3H2 H=205749.5KJ CH4+CO2=2CO+2H2 H=245895.7KJ 強(qiáng)吸熱反應(yīng)，需供熱。強(qiáng)吸熱反應(yīng)，需供熱。COREX法法COREX是奧鋼聯(lián)開發(fā)的一種用煤和球團(tuán)礦是奧鋼聯(lián)開發(fā)的一種用煤和球團(tuán)礦(塊礦塊礦) 生產(chǎn)鐵水的新煉鐵工藝。生產(chǎn)鐵水的新煉鐵工藝。1989 年年 南非伊斯科南非伊斯科( ISCOR) 公司投產(chǎn)了第一個工業(yè)性公司投產(chǎn)了第一個工業(yè)性COREX （C1000）生產(chǎn)裝置。年產(chǎn)生產(chǎn)裝置。年產(chǎn)30 萬萬t 鐵水。

38、鐵水。1995 年年11 月月 韓國浦項(xiàng)韓國浦項(xiàng)C2000 1998 年年12 月月 南非薩爾達(dá)納南非薩爾達(dá)納C2000 1999 年年8 月和月和2001 年年4月月 第三、第四套第三、第四套C2000 型裝置分別于在印度京德型裝置分別于在印度京德爾公司建成投產(chǎn)。爾公司建成投產(chǎn)。2007年年 中國上海寶鋼中國上海寶鋼C30001、 COREX法流程法流程COREX 熔融還原煉鐵過程在兩個反應(yīng)器中完成。即上部的預(yù)還原豎爐熔融還原煉鐵過程在兩個反應(yīng)器中完成。即上部的預(yù)還原豎爐, 將鐵礦石還原成金屬化率將鐵礦石還原成金屬化率92 % 93 %的海綿鐵的海綿鐵; 下部的熔融氣化爐下部的熔融氣化爐,

39、將海綿鐵熔煉成鐵水將海綿鐵熔煉成鐵水, 同時發(fā)生還原煤氣。同時發(fā)生還原煤氣。COREX 生產(chǎn)流程圖（生產(chǎn)流程圖（COREX process flow diagram）預(yù)還原豎爐：預(yù)還原豎爐：是一個活塞式反應(yīng)容器。鐵礦石從上部裝入是一個活塞式反應(yīng)容器。鐵礦石從上部裝入, 設(shè)在豎爐底部設(shè)在豎爐底部的螺旋排料器控制其向下移動的速度。熱還原煤氣從豎爐的螺旋排料器控制其向下移動的速度。熱還原煤氣從豎爐下部輸入下部輸入, 礦石被煤氣加熱并發(fā)生還原反應(yīng)。鐵礦石經(jīng)礦石被煤氣加熱并發(fā)生還原反應(yīng)。鐵礦石經(jīng)6 8 h 變成海綿鐵變成海綿鐵, 經(jīng)螺旋排料輸送器輸入下方的熔融氣化爐。經(jīng)螺旋排料輸送器輸入下方的熔融氣化爐

40、。熔融氣化爐：熔融氣化爐：是一個氣是一個氣-固固-液多相復(fù)雜的煉鐵移動床反應(yīng)容器。煤由速度液多相復(fù)雜的煉鐵移動床反應(yīng)容器。煤由速度可控的螺旋給料器加入爐內(nèi)可控的螺旋給料器加入爐內(nèi), 與溫度與溫度1 100 以上的還原氣以上的還原氣體接觸體接觸, 在向下移動過程中被干燥和熱解在向下移動過程中被干燥和熱解, 脫除揮發(fā)分脫除揮發(fā)分, 逐逐步成為半焦直至焦炭。在熔融氣化爐的底部形成一個類似步成為半焦直至焦炭。在熔融氣化爐的底部形成一個類似高爐的死料柱。由均勻分布于爐缸圓周的高爐的死料柱。由均勻分布于爐缸圓周的26 個風(fēng)口氧槍個風(fēng)口氧槍吹入氧氣吹入氧氣, 在風(fēng)口區(qū)燃燒產(chǎn)生在風(fēng)口區(qū)燃燒產(chǎn)生2 000 以上

41、高溫以上高溫,使海綿鐵使海綿鐵進(jìn)一步還原熔化、過熱、渣鐵分離進(jìn)一步還原熔化、過熱、渣鐵分離, 從鐵口排出。從鐵口排出。2、 COREX法原料法原料COREX C-1000、C-2000 裝置生產(chǎn)實(shí)踐表明裝置生產(chǎn)實(shí)踐表明, 為使?fàn)t況穩(wěn)定、為使?fàn)t況穩(wěn)定、順行順行, 達(dá)到高產(chǎn)、低耗達(dá)到高產(chǎn)、低耗, 加入爐內(nèi)熔煉的原、燃料都應(yīng)有一加入爐內(nèi)熔煉的原、燃料都應(yīng)有一定的理化性能要求。定的理化性能要求。1）鐵礦石）鐵礦石 COREX 工藝對鐵礦石的主要物化性能要求工藝對鐵礦石的主要物化性能要求COREX 工藝的鐵礦石種類與化學(xué)成分工藝的鐵礦石種類與化學(xué)成分%2) 煤煤COREX 工藝可以使用范圍很廣的非煉焦煤

42、工藝可以使用范圍很廣的非煉焦煤,評估煤質(zhì)的主要評估煤質(zhì)的主要指標(biāo)包括揮發(fā)分、固定碳和灰分。指標(biāo)包括揮發(fā)分、固定碳和灰分。COREX 工藝用煤質(zhì)量要求工藝用煤質(zhì)量要求%3）特點(diǎn)COREX工藝的預(yù)還原豎爐部分相當(dāng)于高爐爐身中、上部工藝的預(yù)還原豎爐部分相當(dāng)于高爐爐身中、上部, 熔熔融氣化爐部分相當(dāng)于高爐的爐缸與爐腹部分并向上延伸。融氣化爐部分相當(dāng)于高爐的爐缸與爐腹部分并向上延伸。截去了高爐的爐身下部和爐腰部分截去了高爐的爐身下部和爐腰部分, 避免了高爐內(nèi)影響料避免了高爐內(nèi)影響料柱透液性、透氣性和氣流分布的軟熔帶的產(chǎn)生柱透液性、透氣性和氣流分布的軟熔帶的產(chǎn)生, 為為COREX 工藝直接使用非煉焦煤煉鐵

43、創(chuàng)造了條件。工藝直接使用非煉焦煤煉鐵創(chuàng)造了條件。（1）爐缸形成死料柱）爐缸形成死料柱COREX 熔融氣化爐中部以下有煤、半焦和海綿鐵組成的料熔融氣化爐中部以下有煤、半焦和海綿鐵組成的料柱柱, 下部有半焦和焦炭組成的死料柱。死料柱的存在下部有半焦和焦炭組成的死料柱。死料柱的存在, 使熔使熔化后的渣鐵在高溫區(qū)與焦炭的接觸時間增加化后的渣鐵在高溫區(qū)與焦炭的接觸時間增加, 鐵水溫度升鐵水溫度升高高, 鐵、硅還原鐵、硅還原, 滲碳、脫硫等反應(yīng)有條件充分進(jìn)行。滲碳、脫硫等反應(yīng)有條件充分進(jìn)行。（2）爐塵回收）爐塵回收, 返入熔融氣化爐返入熔融氣化爐煤在熔融氣化爐加熱脫除揮發(fā)分的氣化過程中煤在熔融氣化爐加熱脫

44、除揮發(fā)分的氣化過程中, 產(chǎn)生含碳粉產(chǎn)生含碳粉塵塵, 并被煤氣帶離氣化爐。煤氣經(jīng)除塵并被煤氣帶離氣化爐。煤氣經(jīng)除塵, 控制還原氣含塵量控制還原氣含塵量在一定范圍內(nèi)?；厥盏臓t塵在爐體適當(dāng)位置返吹入熔融氣在一定范圍內(nèi)?；厥盏臓t塵在爐體適當(dāng)位置返吹入熔融氣化爐。這樣化爐。這樣, 可以防止?fàn)t塵堆積可以防止?fàn)t塵堆積, 而且可通過調(diào)節(jié)吹氧量使而且可通過調(diào)節(jié)吹氧量使?fàn)t塵燃燒產(chǎn)生的熱量將爐頂溫度控制在爐塵燃燒產(chǎn)生的熱量將爐頂溫度控制在1 100 左右左右, 使氣使氣相中的焦油、苯等高分子碳?xì)浠衔锓纸鉃橄嘀械慕褂?、苯等高分子碳?xì)浠衔锓纸鉃镠2、CO。所。所以以, 爐塵回收系統(tǒng)也是爐塵回收系統(tǒng)也是COREX 工

45、藝的無污染操作。工藝的無污染操作。（3）粒度分布與煤氣流控制）粒度分布與煤氣流控制以爐料與煤氣相向運(yùn)動為基礎(chǔ)的豎爐還原以爐料與煤氣相向運(yùn)動為基礎(chǔ)的豎爐還原, 保持料柱的一定保持料柱的一定空隙率空隙率, 煤氣流的低壓降煤氣流的低壓降, 可防止懸料可防止懸料, 增加煤氣流通量增加煤氣流通量, 礦礦石得到充分還原。石得到充分還原。（4）環(huán)境污染?。┉h(huán)境污染小由于由于COREX 工藝用煤直接煉鐵工藝用煤直接煉鐵, 基本不需要焦炭基本不需要焦炭, 避免了冶避免了冶金工廠的主要污染部分金工廠的主要污染部分(焦?fàn)t焦?fàn)t) , 以高爐以高爐焦?fàn)t焦?fàn)t燒結(jié)工藝燒結(jié)工藝排出的有害物質(zhì)為排出的有害物質(zhì)為100 % 計(jì)計(jì)

46、,則則COREX 熔融還原煉鐵工藝熔融還原煉鐵工藝的排放量為的排放量為:SiO 2爐塵爐塵NO 2苯酚苯酚 硫化物氰化物氨硫化物氰化物氨3.8 % 10.7 % 10.5 % 0.04 % 0.01 % 5.0 % 8.2 %環(huán)境質(zhì)量大為改善。環(huán)境質(zhì)量大為改善。（5）生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)好）生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)好COREX 熔融氣化爐和還原豎爐都采用高壓作熔融氣化爐和還原豎爐都采用高壓作, 壓力壓力400 kPa 左右左右, 鐵水成分比較穩(wěn)定且易控制鐵水成分比較穩(wěn)定且易控制, Si 的的含量為含量為011 % 012 % , 平均平均S 的含量為的含量為0.025 % , 但有時受原料影響波動大。但有時受原料

47、影響波動大。生產(chǎn)生產(chǎn)1 t 鐵水的原、燃料及動力消耗鐵水的原、燃料及動力消耗:n鐵礦石鐵礦石: 1 480 kg;n煤煤: 990 kg (澳大利亞進(jìn)口的高低揮發(fā)分煤各占澳大利亞進(jìn)口的高低揮發(fā)分煤各占一半一半, 包括包括3 % 10 % 焦炭焦炭) ;n熔劑熔劑: 325 kg;n氧氣氧氣: 560 m3;n渣量渣量: 約約340 kg。（6）流程短、投資省、生產(chǎn)成本低）流程短、投資省、生產(chǎn)成本低COREX 熔融還原煉鐵工藝熔融還原煉鐵工藝, 已有已有COREX C-1000、C-2000 兩套裝置的兩套裝置的19 年和年和12 年生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。與焦?fàn)t年生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。與焦?fàn)t燒結(jié)燒結(jié)高爐工藝流程

48、相比高爐工藝流程相比, 其工序少、流程短。由于設(shè)備重量減其工序少、流程短。由于設(shè)備重量減少一半少一半, 投資費(fèi)用少投資費(fèi)用少20 % , 生產(chǎn)成本低生產(chǎn)成本低10 % 25 %。第四章鋼冶金郭曙強(qiáng)4-1 煉鋼基本原理煉鋼基本原理4-1-1煉鋼過程的基本任務(wù)煉鋼過程的基本任務(wù)n脫碳脫碳通過氧化脫除原料中多余的碳；通過氧化脫除原料中多余的碳；n脫磷、硫脫磷、硫通過造渣把有害元素磷、硫去除到通過造渣把有害元素磷、硫去除到鋼種允許的限度以下；鋼種允許的限度以下；n升溫升溫依靠鐵水物理熱和化學(xué)熱或外加熱源把依靠鐵水物理熱和化學(xué)熱或外加熱源把金屬提高到出鋼要求的溫度；金屬提高到出鋼要求的溫度；n脫氧和合金

49、化脫氧和合金化加入脫氧劑和合金元素，脫除加入脫氧劑和合金元素，脫除鋼中多余的氧和調(diào)整金屬成分；鋼中多余的氧和調(diào)整金屬成分；n排除鋼中氣體和非金屬夾雜。排除鋼中氣體和非金屬夾雜。4-1-2煉鋼爐渣煉鋼爐渣1.熔渣在煉鋼中的作用：熔渣在煉鋼中的作用：n1) 去除有害雜質(zhì)去除有害雜質(zhì)P、Sn2) 參與熔池傳氧并氧化鋼中碳和其它雜質(zhì)；參與熔池傳氧并氧化鋼中碳和其它雜質(zhì)；n3) 保存熔池?zé)崃亢蜏p緩金屬吸收有害氣體保存熔池?zé)崃亢蜏p緩金屬吸收有害氣體H2、N2等；等；n4) 洗滌金屬，吸附金屬中的非金屬夾雜。洗滌金屬，吸附金屬中的非金屬夾雜。n此外，熔渣也存在侵蝕爐襯、夾帶金屬并降低金屬收得率此外，熔渣也存

50、在侵蝕爐襯、夾帶金屬并降低金屬收得率的不利作用。的不利作用。2.爐渣的來源、組成、性質(zhì)爐渣的來源、組成、性質(zhì)1）爐渣的來源）爐渣的來源熔渣是煉鋼的必然產(chǎn)物，它來源于：熔渣是煉鋼的必然產(chǎn)物，它來源于：（1）金屬料內(nèi)雜質(zhì)氧化的產(chǎn)物；）金屬料內(nèi)雜質(zhì)氧化的產(chǎn)物；（2）被侵蝕或機(jī)械碰撞掉的爐襯耐火材料；）被侵蝕或機(jī)械碰撞掉的爐襯耐火材料；（3）裝料時帶入的泥土沙石等雜質(zhì)；）裝料時帶入的泥土沙石等雜質(zhì)；（4）加入的造渣材料等。）加入的造渣材料等。2）爐渣的組成）爐渣的組成熔渣是以氧化物為主的熔體，這些氧化物可以分為：熔渣是以氧化物為主的熔體，這些氧化物可以分為：堿性氧化物，如堿性氧化物，如CaO、MgO、

51、MnO、FeO、Na2O等；等；酸性氧化物，如酸性氧化物，如SiO 2、P2O5。、。、TiO 2等；等；兩性氧化物，如兩性氧化物，如A1203、Fe 2O3等。等。除上述成分外，熔渣小還含有除上述成分外，熔渣小還含有 CaF 2、CaS、FeS、CaC 2等等3）爐渣的性質(zhì)）爐渣的性質(zhì)熔渣物理性質(zhì)包括粘度、密度、導(dǎo)熱和導(dǎo)電性、組分在熔熔渣物理性質(zhì)包括粘度、密度、導(dǎo)熱和導(dǎo)電性、組分在熔渣中的擴(kuò)散能力、熔渣的表面和界面張力等；化學(xué)性質(zhì)有渣中的擴(kuò)散能力、熔渣的表面和界面張力等；化學(xué)性質(zhì)有熔渣堿度、氧化性和還原性、氣體在渣中的溶解能力等。熔渣堿度、氧化性和還原性、氣體在渣中的溶解能力等。3）爐渣的性

52、質(zhì)）爐渣的性質(zhì)（1）粘度：熔渣粘度）粘度：熔渣粘度()和流動性和流動性()都是描述爐渣同一物理性質(zhì)的概念，都是描述爐渣同一物理性質(zhì)的概念， 它們表示熔渣流動時流層內(nèi)摩擦力的大小，二者間成互為倒致關(guān)系，它們表示熔渣流動時流層內(nèi)摩擦力的大小，二者間成互為倒致關(guān)系，即粘度小時流動性好，反之亦然。即粘度小時流動性好，反之亦然。（2）堿度：）堿度： 按照熔渣結(jié)構(gòu)的分子理論，熔渣堿度指渣中堿性氧化物和按照熔渣結(jié)構(gòu)的分子理論，熔渣堿度指渣中堿性氧化物和酸性氧化物濃度的比值，它標(biāo)志熔渣的去磷、去硫能力，并對爐襯壽酸性氧化物濃度的比值，它標(biāo)志熔渣的去磷、去硫能力，并對爐襯壽命、爐渣氧化性和流動性有影響。熔渣堿度

53、一般以符號命、爐渣氧化性和流動性有影響。熔渣堿度一般以符號R或或B代表。代表。原料不同，熔渣堿度計(jì)算方法亦有不同。原料不同，熔渣堿度計(jì)算方法亦有不同。（3）氧化性：）氧化性： 熔渣的氧化性或熔渣的氧化能力，是指熔渣向金屬熔池熔渣的氧化性或熔渣的氧化能力，是指熔渣向金屬熔池供氧的能力。它對雜質(zhì)的去除程度、鋼水含氧量、石灰的溶化速度都供氧的能力。它對雜質(zhì)的去除程度、鋼水含氧量、石灰的溶化速度都有重要影響。此外，它還影響熔渣的泡沫程度、噴濺、爐襯壽命及金有重要影響。此外，它還影響熔渣的泡沫程度、噴濺、爐襯壽命及金屬和鐵合金的收得率。屬和鐵合金的收得率。 熔渣的氧化性用渣中氧化鐵活度表示。熔渣的氧化性

54、用渣中氧化鐵活度表示。4-1-3煉鋼基本反應(yīng)煉鋼基本反應(yīng)一、熔池傳氧過程一、熔池傳氧過程轉(zhuǎn)爐煉鋼耗氧量約為轉(zhuǎn)爐煉鋼耗氧量約為5565m3/t爐料爐料。作為氧源，可用工業(yè)純。作為氧源，可用工業(yè)純氧和鐵礦石。氧和鐵礦石。不同煉鋼方法向熔他的供氧方式有：不同煉鋼方法向熔他的供氧方式有：1）直接吹氧：）直接吹氧： 即用氧槍直接向熔池吹入高速氧氣。即用氧槍直接向熔池吹入高速氧氣。 1/2O2=O2）間接供氧：通過爐渣傳遞氧。）間接供氧：通過爐渣傳遞氧。 2(FeO)+1/2O2=(Fe2O3) (Fe2O3)+Fe=3(FeO) (FeO)=Fe+O二二.氧化次序氧化次序和氧化程度和氧化程度鋼中元素的氧

55、化次序根據(jù)鋼中元素的氧化次序根據(jù)G0和溫度的關(guān)系圖來確定。它們和溫度的關(guān)系圖來確定。它們與氧的結(jié)合次序依圖中位置高與氧的結(jié)合次序依圖中位置高低而定。位置低的元素易被氧低而定。位置低的元素易被氧化。例如在化。例如在1872K時，元素的時，元素的氧化次序是氧化次序是AI、Si、V、Mn、Cr、P、Fe等。鋼中常見元素等。鋼中常見元素C、Si、Mn的氧化次序與溫度的氧化次序與溫度的關(guān)系是：在較低溫度下的關(guān)系是：在較低溫度下Si、Mn、C；在較高溫度下為；在較高溫度下為C、Si、Mn；中間溫度時為；中間溫度時為Si、C、Mn。鋼中元素氧化標(biāo)準(zhǔn)自由能變化鋼中元素氧化標(biāo)準(zhǔn)自由能變化三三.硅、錳的氧化反應(yīng)硅

56、、錳的氧化反應(yīng)1）Si的氧化的氧化Si+2(FeO)=(SiO2)+2Fe +341224KJSi+2O=(SiO2) +817448KJ影響因素：影響因素：（1）溫度：放熱反應(yīng)，降低溫度使平衡右移；）溫度：放熱反應(yīng)，降低溫度使平衡右移；（2）氧化鐵活度；）氧化鐵活度；（3）堿度。）堿度。2）Mn的氧化Mn+(FeO)=(MnO)+Fe +123511KJMn+O=(MnO) +361623KJMnO是堿性氧化物是堿性氧化物影響因素：影響因素：（1）溫度；）溫度；（2）氧化性；）氧化性；（3）堿度。）堿度。四、碳的氧化反應(yīng)四、碳的氧化反應(yīng)1）脫碳反應(yīng)的作用）脫碳反應(yīng)的作用（1）碳氧化反應(yīng)的產(chǎn)物

57、是氣體）碳氧化反應(yīng)的產(chǎn)物是氣體CO，它在排除過程中攪動熔池，速熔池，它在排除過程中攪動熔池，速熔池傳質(zhì)傳熱，同時還起均勻成分和溫度的作用；傳質(zhì)傳熱，同時還起均勻成分和溫度的作用；（2）CO的上浮有利于鋼中氣體和夾雜的排除；的上浮有利于鋼中氣體和夾雜的排除；（3）提供熱量；）提供熱量；（4）CO氣體是爐內(nèi)形成泡沫和乳化現(xiàn)象的重要原因，對冶煉進(jìn)程有很氣體是爐內(nèi)形成泡沫和乳化現(xiàn)象的重要原因，對冶煉進(jìn)程有很大影響；大影響；（5）碳氧化反應(yīng)對熔池和鋼水氧化性，對噴濺擁有直接影響，如碳氧化）碳氧化反應(yīng)對熔池和鋼水氧化性，對噴濺擁有直接影響，如碳氧化反應(yīng)速度控制不當(dāng)將影響正常冶煉。反應(yīng)速度控制不當(dāng)將影響正常

58、冶煉。2）脫碳反應(yīng)）脫碳反應(yīng)鋼中碳的氧化有如下幾個反應(yīng)：鋼中碳的氧化有如下幾個反應(yīng)：2C十十O2CO （1）C十十(FeO)CO十十Fe （2）COCO （3）通常，反應(yīng)通常，反應(yīng)3是碳氧化的主要形式，該反應(yīng)平衡常數(shù)是碳氧化的主要形式，該反應(yīng)平衡常數(shù)m-碳氧積，碳氧積，1600 m0.0025碳氧化反應(yīng)的有利條件碳氧化反應(yīng)的有利條件碳氧化反應(yīng)的有利條件是：碳氧化反應(yīng)的有利條件是：1、增大反應(yīng)物的、增大反應(yīng)物的ac、aO；2、降低氣相中的、降低氣相中的PCO值值(真空真空)；3、提高熔池溫度。、提高熔池溫度。需要指出，碳氧反應(yīng)不是強(qiáng)放熱反應(yīng)。溫度的影響本應(yīng)不大。但由于提需要指出，碳氧反應(yīng)不是強(qiáng)放

59、熱反應(yīng)。溫度的影響本應(yīng)不大。但由于提高溫度能夠改善動力學(xué)條件，所以有利碳氧化反應(yīng)進(jìn)行。高溫度能夠改善動力學(xué)條件，所以有利碳氧化反應(yīng)進(jìn)行。五、脫磷反應(yīng)五、脫磷反應(yīng)1) 脫磷反應(yīng)的意義脫磷反應(yīng)的意義 脫脫P(yáng)是煉鋼的基本反應(yīng)之一，對絕大多數(shù)鋼種來說，是煉鋼的基本反應(yīng)之一，對絕大多數(shù)鋼種來說，P都是有害元素，都是有害元素，其危害：其危害： 鋼中鋼中P增加、鋼的脆性斷裂趨向增大。塑性和韌性下降，特別在低溫增加、鋼的脆性斷裂趨向增大。塑性和韌性下降，特別在低溫下更為嚴(yán)重，稱為下更為嚴(yán)重，稱為 “冷脆性冷脆性”。此外。此外。P對鋼的焊接性能等也有不良對鋼的焊接性能等也有不良影響。影響。 磷是偏析傾向很大的元

60、素，能造成鋼錠的偏析缺陷。磷是偏析傾向很大的元素，能造成鋼錠的偏析缺陷。 因此，根據(jù)用因此，根據(jù)用途對鋼的含磷量有嚴(yán)格要求。途對鋼的含磷量有嚴(yán)格要求。普通鋼種普通鋼種P0.045優(yōu)質(zhì)鋼種優(yōu)質(zhì)鋼種P0，在標(biāo)態(tài)下，不能脫磷，即使，在標(biāo)態(tài)下，不能脫磷，即使熔鐵中氧飽和（熔鐵中氧飽和（wO0.23%），），P也可達(dá)也可達(dá)106數(shù)量級，說明數(shù)量級，說明P2O5很很不穩(wěn)定，唯一的辦法是降低不穩(wěn)定，唯一的辦法是降低P2O5 活度?；疃?。 P2O5 是酸性氧化物，造堿性渣是氧化脫磷的必要條件。煉鋼過程常通是酸性氧化物，造堿性渣是氧化脫磷的必要條件。煉鋼過程常通過加入石灰造高堿度、高氧化性渣來達(dá)到脫磷的目的。過