冶金概論培訓(xùn)課程

冶金概論

AnintroductiontoMetallurgy武漢科技大學(xué)冶金工程系課程教學(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)。/17:03:112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)/17:03:1141.1冶金基本概念1.1.1冶金學(xué)1.1.2火法冶金(Pyrometallurgy)主要過(guò)程簡(jiǎn)介/17:03:1151.1.1冶金學(xué)冶金學(xué)是一門研究如何經(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。/17:03:116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）。/17:03:117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/17:03:1181.1.2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)。/17:03:1191.2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/17:03:11101.2.1鋼鋼鐵材材料鋼鐵是是使用用最多多的金金屬材材料原因：：儲(chǔ)量量大；；冶煉煉加工工容易易；綜綜合性性能好好預(yù)計(jì)未未來(lái)幾幾年鋼鋼鐵產(chǎn)產(chǎn)品在在各行行業(yè)中中占的的比例例/17:03:1111/17:03:11121.2.2鋼鋼與生生鐵的的區(qū)別別/17:03:11131.2.3鋼鋼鐵冶冶煉技技術(shù)發(fā)發(fā)展簡(jiǎn)簡(jiǎn)史遠(yuǎn)古至至13世紀(jì)紀(jì)末：：半熔熔融狀狀態(tài)的的鐵塊塊—海海綿鐵鐵(spongeiron)；；13世世紀(jì)末末至19世世紀(jì)中中葉：：熔融融狀態(tài)態(tài)的生生鐵→→粗鋼鋼，形形成兩兩步法法煉鋼鋼；19世世紀(jì)中中期至至今：：1856年年英國(guó)國(guó)人發(fā)發(fā)明了了空氣氣底吹吹酸性性轉(zhuǎn)爐爐煉鋼鋼法；；1864年年法國(guó)國(guó)人發(fā)發(fā)明了了平爐爐煉鋼鋼法(OH)；；1874年年發(fā)明明了空空氣底底吹堿堿性轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐煉煉鋼法法；20世世紀(jì)初初發(fā)明明了電電弧爐爐煉鋼鋼(EAF)；；20世世紀(jì)中中葉氧氧氣頂頂吹轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐（（LD法））。/17:03:11141.2.3我我國(guó)鋼鋼鐵工工業(yè)的的發(fā)展展1996年年，突突破1億噸噸；1999年年，產(chǎn)產(chǎn)量世世界第第一；；2003年年，突突破2億噸噸，世世界唯唯一年年產(chǎn)鋼鋼超過(guò)過(guò)2億億噸的的國(guó)家家；2004年年，產(chǎn)量2.8億噸噸；2005年年，產(chǎn)量3.5億噸噸；2006年年，產(chǎn)量4.2億噸噸。/17:03:1115/17:03:1116全球部分鋼鋼廠產(chǎn)量排排名排名

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

17.2/17:03:1117中國(guó)年粗鋼鋼產(chǎn)量增長(zhǎng)長(zhǎng)情況/17:03:11181.3鋼鋼鐵冶煉赤鐵礦磁鐵礦線材板材/17:03:1119燒結(jié)/球團(tuán)團(tuán)—高高爐—轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐—連鑄鑄機(jī)—軋機(jī)機(jī)直接還原或或熔融還原原—電爐——連鑄機(jī)——軋機(jī)非高爐煉鐵鐵鋼鐵生產(chǎn)的的兩個(gè)典型型流程高爐煉鐵長(zhǎng)流程短流程鋼鐵冶煉的任任務(wù)是把鐵礦礦石冶煉成合合格的鋼。/17:03:1120現(xiàn)代鋼鐵冶煉煉的兩種基本本流程/17:03:1121鋼材加工工藝藝流程/17:03:1122鋼鐵生產(chǎn)的典典型工藝（長(zhǎng)長(zhǎng)流程）/17:03:1123鋼鐵工業(yè)的特特點(diǎn)生產(chǎn)規(guī)模大，，物流吞吐大大，每噸鋼涉涉及的物流將將是5-6噸噸。資源密集、能能耗密集。在在鋼鐵聯(lián)合企企業(yè)內(nèi)，每噸噸鋼降消耗0.7-0.8噸左右的的標(biāo)準(zhǔn)煤、1.5-1.65噸左右右鐵礦石、3-8噸左右右新水；制造流程工序序多、結(jié)構(gòu)復(fù)復(fù)雜制造流程中伴伴隨大量物質(zhì)質(zhì)/能量排放放，形成復(fù)雜雜的環(huán)境界面面/17:03:11241.4鋼鐵鐵產(chǎn)品及副產(chǎn)產(chǎn)品產(chǎn)品生鐵鋼鐵合金(Ferroalloy)副產(chǎn)品爐渣(Slag)煤氣(Gas)/17:03:1125生鐵它是鐵和碳及及少量硅。錳錳、硫、磷等等元素組成的的合金，主要要由高爐生產(chǎn)產(chǎn)，按其用途途可分為煉鋼生鐵和鑄造生鐵。/17:03:1126鐵合金鐵合金是指鐵鐵與一種或幾幾種元素組成成的中間合金金，主要用于于煉鋼脫氧或或作為合金添添加劑，當(dāng)采采用金屬熱還還原法生產(chǎn)其其它鐵合金和和有色金屬時(shí)時(shí)作還原劑(詳見(jiàn)第七章章)。如：硅硅鐵、錳鐵。。/17:03:1127爐渣爐渣是爐料在在冶煉過(guò)程中中不能進(jìn)到生生鐵和鋼中的的氧化物、硫硫化物等形成成的熔融體。。其主要成分是是CaO、MgO、SiO2、Al2O3等。根據(jù)冶煉方法法的不同，鋼鋼鐵生產(chǎn)產(chǎn)生生的爐渣分為為高爐渣和煉鋼渣，按爐渣中含含有不同的化化學(xué)成分又可可分為堿性渣和酸性渣。/17:03:1128堿度(R)：：爐渣中CaO與SiO2的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)數(shù)之比。這是是二元堿度，，還有三元堿堿度等/17:03:1129煤氣鋼鐵生產(chǎn)中還還能獲得大量量的可燃?xì)怏w體，高爐煉鐵鐵可產(chǎn)生高爐爐煤氣，轉(zhuǎn)爐爐煉鋼可獲得得轉(zhuǎn)爐煤氣，，煉焦時(shí)可得得焦?fàn)t煤氣等等。煤氣主要成分分：CO、H2、CO2、N2、CH4/17:03:11301.5鋼鐵鐵工業(yè)能源及及能耗1.5.1鋼鋼鐵生產(chǎn)用用能源1.5.2鋼鋼鐵工業(yè)能能耗1.5.3節(jié)節(jié)能途徑/17:03:1131鋼鐵工業(yè)是能能源消耗的大大戶，約占全全國(guó)總能源消消耗量的10～11％。鋼鐵生產(chǎn)所用用能源主要有有煤炭、燃料油(重重油)、天然然氣、電力等等。煤占鋼鐵生產(chǎn)產(chǎn)中燃料消耗耗的70%，鋼鐵工業(yè)用用煤量已超過(guò)過(guò)煤炭總產(chǎn)量量的15％。。煤在鋼鐵企業(yè)業(yè)主要用來(lái)煉焦和自備電廠發(fā)發(fā)電、蒸汽機(jī)機(jī)車燒煤、燒燒工業(yè)鍋爐及及部分窯爐，，少部分制成成粉煤用于高高爐噴吹及燒燒結(jié)生產(chǎn)。1.5.1鋼鋼鐵生產(chǎn)用用能源/17:03:11321.5.2鋼鋼鐵工業(yè)能能耗我國(guó)鋼鐵工業(yè)業(yè)的能源消耗耗中，鋼鐵冶煉是耗能最高的的工序，占鋼鋼鐵工業(yè)能耗耗的60～70％％。其主要耗于于煉鐵系統(tǒng)，焦化、燒結(jié)結(jié)、球團(tuán)、煉煉鐵等工序。。/17:03:11332004年重重點(diǎn)鋼鐵企業(yè)業(yè)工序能耗比比較(千克標(biāo)準(zhǔn)煤煤/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56.5464.08141.02196.4079.00179.23233.21538/17:03:11341.5.3節(jié)節(jié)能途徑改進(jìn)生產(chǎn)工藝藝及操作，更更新和改造耗耗能高的設(shè)備備。降低能能源損損失（（“廢廢料””、煤煤氣、、熱能能、壓壓力能能），，減少少生產(chǎn)產(chǎn)工序序?；厥绽蒙⑸⑹釤崃?。。加強(qiáng)企企業(yè)能能源管管理，，加強(qiáng)強(qiáng)能源源利用用技術(shù)術(shù)的研研究工工作，，提高高操作作技術(shù)術(shù)水平平，充充分發(fā)發(fā)揮現(xiàn)現(xiàn)有設(shè)設(shè)備能能力，，以節(jié)節(jié)能為為目標(biāo)標(biāo)合理理組織織生產(chǎn)產(chǎn)。/17:03:11351.6冶冶金用用耐火火材料料鋼鐵冶冶金的的技術(shù)術(shù)進(jìn)步步和過(guò)過(guò)程溫溫度的的提高高分不不開(kāi)，，耐火火材料料的發(fā)發(fā)展與與鋼鐵鐵冶金金的技技術(shù)進(jìn)進(jìn)步緊緊密相相關(guān)。。耐火材材料產(chǎn)產(chǎn)品絕絕大部部分（（60~80%）用用于冶冶金行行業(yè)。。耐火材材料在在冶金金中的的應(yīng)用用有：：高溫爐爐管坩堝、、容器器熱電偶偶絕緣緣管熱電偶偶保護(hù)護(hù)管爐膛耐耐火材材料爐膛保保溫材材料/17:03:11361.6.1耐火火材料料定義義耐火材材料是是耐火火度不不低于于1580℃的的無(wú)機(jī)機(jī)非金金屬材材料。。ISO定義義：耐耐火材材料是是耐火火度至至少為為1500℃℃的非非金屬屬材料料或制制品（（但不不排除除含有有一定定比例例的金金屬））。在高溫溫爐（（高爐爐、熱熱風(fēng)爐爐、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐、、各種種加熱熱爐））中，，爐膛膛是用用耐火火材料料砌成成的。。對(duì)耐火火材料料的要要求是是：有有足夠夠高的的耐火火度，，合理理的形形狀，，質(zhì)地地致密密，高高溫下下有一一定強(qiáng)強(qiáng)度，，無(wú)明明顯揮揮發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象以以及不不與爐爐內(nèi)工工作氣氣氛發(fā)發(fā)生反反應(yīng)等等。/17:03:11371.6.2耐耐火材材料分分類按化學(xué)學(xué)成分分：氧氧化物物、非非氧化化物、、復(fù)合合系按形態(tài)態(tài)：定定形、、不定定形按耐火火度分分：普普通1580~1770℃℃;高級(jí)1770~2000℃℃;特級(jí)2000℃℃以以上按制作作工藝藝分：：泥漿漿澆注注；可可塑成成型……/17:03:1138/17:03:11391.7環(huán)環(huán)境境保保護(hù)護(hù)鋼鐵鐵廠廠產(chǎn)產(chǎn)生生的的各各種種污污染染物物有有：：大氣氣污污染染物物質(zhì)質(zhì)污水水固體體廢廢棄棄物物/17:03:1140大氣氣污污染染物物質(zhì)質(zhì)SOX：是是通通過(guò)過(guò)原原料料、、燃燃料料中中硫硫磺磺成成分分的的燃燃燒燒而而產(chǎn)產(chǎn)生生的的。。燒燒結(jié)結(jié)工工廠廠等等為為其其主主要要發(fā)發(fā)生生源源。。NOX：通通過(guò)過(guò)燃燃燒燒后后發(fā)發(fā)生生。。燒燒結(jié)結(jié)工工廠廠等等為為其其主主要要發(fā)發(fā)生生源源。。煤塵塵：：通通過(guò)過(guò)燃燃燒燒后后發(fā)發(fā)生生。。燒燒結(jié)結(jié)爐爐、、各各加加熱熱爐爐為為其其發(fā)發(fā)生生源源。。粉塵：：從燃燃料原原料的的輸送送、處處理過(guò)過(guò)程，，及儲(chǔ)儲(chǔ)藏場(chǎng)場(chǎng)中產(chǎn)產(chǎn)生。。煉鐵鐵、煉煉鋼工工程為為其主主要發(fā)發(fā)生源源。/17:03:1141鋼鐵工工業(yè)用用水主主要是是冷卻水水，其次次是煤煤氣洗滌水水，以及及沖洗洗設(shè)備備、地地面及及除塵塵用水水等。。污水中中含有有下列列污染染物：：固體懸懸浮物物（SSSolidsuspension）：從從排氣氣集塵塵、高高溫物物質(zhì)的的直接接冷卻卻等過(guò)過(guò)程中中產(chǎn)生生。油：由由各種種機(jī)械械等所所使用用的油油所發(fā)發(fā)生的的漏泄泄及冷冷軋工工程使使用軋