科技大學冶金概論

科技大學冶金概論課程教學目的通過鋼鐵冶煉過程的基本原理、主要設備、生產(chǎn)工藝等的學習，使從事與冶金行業(yè)有關的非冶金專業(yè)學生對鋼鐵工業(yè)及鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的生產(chǎn)過程有一個全面而概括的了解，并初步掌握冶金的基本知識。/18:15:152第一章緒論主要內容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/18:15:1541.1冶金基本概念1.1.1冶金學火法冶金(Pyrometallurgy)主要過程簡介/18:15:1551.1.1冶金學冶金學是一門研究如何經(jīng)濟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。由于礦石性能不同，提取金屬的原理、工藝過程和設備不同，從而形成專門的冶金學科—冶金學(Metallurgy)。冶金學研究所涉及的內容：金屬的制取，金屬的加工，金屬性能的改進→對金屬成分、組織結構、性能和相關理論的研究。/18:15:156冶金學的分類冶金學按研究的領域分：提取冶金學（化學冶金學）和物理冶金學(physicalmetallurgy)（材料的加工成型，通過控制其組成、結構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程，因其中進行很多化學反應，又稱化學冶金（chemicalmetallurgy）。/18:15:157按所冶煉金屬類型分：

(Nonferrousmetallurgy)

(Ferrousmetallurgy)

按冶金工藝過程不同分：提取冶金的分類/18:15:1581.1.2火法冶金主要過程簡介干燥：去水，溫度為400~600℃。焙燒：以改變原料組成為目的的、在低于礦石熔點溫度下、在特定氣氛中進行的冶金過程。煅燒：在空氣中以去CO2和水為目的的冶金過程。燒結與球團：以獲得特定礦物組成、結構及性能的造塊。熔煉：還原氧化物，提取粗金屬。精煉：氧化雜質，獲得純金屬。鑄造：液態(tài)金屬凝固成固態(tài)。/18:15:1591.2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鋼鐵冶煉技術發(fā)展簡史1.2.4我國鋼鐵工業(yè)的發(fā)展/18:15:15101.2.1鋼鐵材料鋼鐵是使用最多的金屬材料原因：儲量大；冶煉加工容易；綜合性能好預計未來幾年鋼鐵產(chǎn)品在各行業(yè)中占的比例/18:15:1511/18:15:15121.2.2鋼與生鐵的區(qū)別/18:15:15131.2.3鋼鐵冶煉技術發(fā)展簡史遠古至13世紀末：半熔融狀態(tài)的鐵塊—海綿鐵(spongeiron)；13世紀末至19世紀中葉：熔融狀態(tài)的生鐵→粗鋼，形成兩步法煉鋼；19世紀中期至今：1856年英國人發(fā)明了空氣底吹酸性轉爐煉鋼法；1864年法國人發(fā)明了平爐煉鋼法(OH)；1874年發(fā)明了空氣底吹堿性轉爐煉鋼法；20世紀初發(fā)明了電弧爐煉鋼(EAF)；20世紀中葉氧氣頂吹轉爐（LD法）。/18:15:15141.2.3我國鋼鐵工業(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2億噸的國家；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。/18:15:1515/18:15:1516全球部分鋼廠產(chǎn)量排名排名

公司

國家

2006年(百萬噸)2005年

(百萬噸)同比增長2006200511

米塔爾荷蘭63.66

49.89

27.622安賽樂

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

浦項韓國31.2031.42-0.766

寶鋼中國22.53

22.73

-0.9926唐鋼中國19.0616.0818.51618

鞍鋼中國15.0011.90

26.1

1722沙鋼

中國14.63

12.0221.71816武鋼中國13.76

13.05

5.5

24

24

濟鋼中國11.24

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

8.45

17.2/18:15:1517中國年粗鋼產(chǎn)量增長情況/18:15:15181.3鋼鐵冶煉赤鐵礦磁鐵礦線材

板材/18:15:1519燒結/球團—高爐—轉爐—連鑄機—軋機直接還原或熔融還原—電爐—連鑄機—軋機非高爐煉鐵鋼鐵生產(chǎn)的兩個典型流程高爐煉鐵長流程短流程鋼鐵冶煉的任務是把鐵礦石冶煉成合格的鋼。/18:15:1520現(xiàn)代鋼鐵冶煉的兩種基本流程/18:15:1521鋼材加工工藝流程/18:15:1522鋼鐵生產(chǎn)的典型工藝（長流程）/18:15:1523鋼鐵工業(yè)的特點生產(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，每噸鋼降消耗0.7-0.8噸左右的標準煤、1.5-1.65噸左右鐵礦石、3-8噸左右新水；制造流程工序多、結構復雜制造流程中伴隨大量物質/能量排放，形成復雜的環(huán)境界面/18:15:15241.4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)/18:15:1525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。/18:15:1526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，當采用金屬熱還原法生產(chǎn)其它鐵合金和有色金屬時作還原劑(詳見第七章)。如：硅鐵、錳鐵。/18:15:1527爐渣爐渣是爐料在冶煉過程中不能進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成分又可分為堿性渣和酸性渣。

/18:15:1528堿度(R)：爐渣中CaO與SiO2的質量百分數(shù)之比。這是二元堿度，還有三元堿度等

/18:15:1529煤氣鋼鐵生產(chǎn)中還能獲得大量的可燃氣體，高爐煉鐵可產(chǎn)生高爐煤氣，轉爐煉鋼可獲得轉爐煤氣，煉焦時可得焦爐煤氣等。煤氣主要成分：CO、H2、CO2、N2、CH4

/18:15:15301.5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/18:15:1531鋼鐵工業(yè)是能源消耗的大戶，約占全國總能源消耗量的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)用煤量已超過煤炭總產(chǎn)量的15％。煤在鋼鐵企業(yè)主要用來煉焦和自備電廠發(fā)電、蒸汽機車燒煤、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生產(chǎn)。

1.5.1鋼鐵生產(chǎn)用能源/18:15:15321.5.2鋼鐵工業(yè)能耗我國鋼鐵工業(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、球團、煉鐵等工序。

/18:15:15332004年重點鋼鐵企業(yè)工序能耗比較(千克標準煤/t)

指標燒結焦化煉鐵轉爐電爐平均值66.38142.21466.2026.57209.891999年國際先進水平58.89128.1437.93-8.88198.6差值7.4914.1128.2735.4511.29指標燒結球團焦化煉鐵轉爐電爐軋鋼噸鋼綜合能耗平均值66.3842.00142.21466.2026.57209.8992.91761先進值52.0619.2288.13395.41-3.77146.3153.68565落后值108.6083.30229.15591.8175.23325.44286.891103差值56.5464.08141.02196.4079.00179.23233.21538/18:15:15341.5.3節(jié)能途徑改進生產(chǎn)工藝及操作，更新和改造耗能高的設備。降低能源損失（“廢料”、煤氣、熱能、壓力能），減少生產(chǎn)工序?；厥绽蒙⑹崃?。加強企業(yè)能源管理，加強能源利用技術的研究工作，提高操作技術水平，充分發(fā)揮現(xiàn)有設備能力，以節(jié)能為目標合理組織生產(chǎn)。/18:15:15351.6冶金用耐火材料鋼鐵冶金的技術進步和過程溫度的提高分不開，耐火材料的發(fā)展與鋼鐵冶金的技術進步緊密相關。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用有：高溫爐管坩堝、容器熱電偶絕緣管熱電偶保護管爐膛耐火材料爐膛保溫材料/18:15:1536

1.6.1耐火材料定義耐火材料是耐火度不低于1580℃的無機非金屬材料。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、熱風爐、轉爐、各種加熱爐）中，爐膛是用耐火材料砌成的。對耐火材料的要求是：有足夠高的耐火度，合理的形狀，質地致密，高溫下有一定強度，無明顯揮發(fā)現(xiàn)象以及不與爐內工作氣氛發(fā)生反應等。/18:15:15371.6.2耐火材料分類按化學成分：氧化物、非氧化物、復合系按形態(tài)：定形、不定形按耐火度分：普通1580~1770℃; 高級1770~2000℃; 特級2000℃以上按制作工藝分：泥漿澆注；可塑成型…/18:15:1538/18:15:15391.7環(huán)境保護鋼鐵廠產(chǎn)生的各種污染物有：大氣污染物質污水固體廢棄物/18:15:1540大氣污染物質SOX：是通過原料、燃料中硫磺成分的燃燒而產(chǎn)生的。燒結工廠等為其主要發(fā)生源。NOX：通過燃燒后發(fā)生。燒結工廠等為其主要發(fā)生源。煤塵：通過燃燒后發(fā)生。燒結爐、各加熱爐為其發(fā)生源。粉塵：從燃料原料的輸送、處理過程，及儲藏場中產(chǎn)生。煉鐵、煉鋼工程為其主要發(fā)生源。

/18:15:1541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、高溫物質的直接冷卻等過程中產(chǎn)生。油：由各種機械等所使用的油所發(fā)生的漏泄及冷軋工程使用軋制機的機油等原因而產(chǎn)生?；瘜W需氧量（CODChemicaloxygendemand）：從煤炭干餾時的氨水，及冷軋、電鍍廢水中產(chǎn)生。酸、堿：從冷軋工程的酸洗工程、電鍍工程