冶金概論

AnintroductiontoMetallurgy武漢科技大學冶金工程系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。/03:38:242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鋼鐵產品及副產品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/03:38:2441.1冶金基本概念1.1.1冶金學1.1.2火法冶金(Pyrometallurgy)主要過程簡介/03:38:2451.1.1冶金學冶金學是一門研究如何經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。/03:38:246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）。/03:38:247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/03:38:2481.1.2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)。/03:38:2491.2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/03:38:24101.2.1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：：儲量量大；；冶煉煉加工工容易易；綜綜合性性能好好預計未未來幾幾年鋼鋼鐵產產品在在各行行業(yè)中中占的的比例例/01:18:0011/01:18:00121.2.2鋼鋼與生生鐵的的區(qū)別別/01:18:00131.2.3鋼鋼鐵冶冶煉技技術發(fā)發(fā)展簡簡史遠古至至13世紀紀末：：半熔熔融狀狀態(tài)的的鐵塊塊—海海綿鐵鐵(spongeiron)；；13世世紀末末至19世世紀中中葉：：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世世紀中中期至至今：：1856年年英國國人發(fā)發(fā)明了了空氣氣底吹吹酸性性轉爐爐煉鋼鋼法；；1864年年法國國人發(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轉爐煉煉鋼法法；20世世紀初初發(fā)明明了電電弧爐爐煉鋼鋼(EAF)；；20世世紀中中葉氧氧氣頂頂吹轉轉爐（（LD法））。/01:18:00141.2.3我我國鋼鋼鐵工工業(yè)的的發(fā)展展1996年年，突突破1億噸噸；1999年年，產產量世世界第第一；；2003年年，突突破2億噸噸，世世界唯唯一年年產鋼鋼超過過2億億噸的的國家家；2004年年，產產量2.8億噸噸；2005年年，產產量3.5億噸噸；2006年年，產產量4.2億噸噸。中國大大陸2012年年粗鋼鋼產量量7.16億噸噸，占占全球球鋼產產量的的46.3%。。/01:18:0015/01:18:0016全球部部分鋼鋼廠產產量排排名排名

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

17.2/01:18:0017中國年年粗鋼鋼產量量增長長情況況/01:18:00181.3鋼鋼鐵冶冶煉赤鐵礦磁鐵礦線材板材/01:18:0019燒結/球球團——高高爐—轉轉爐—連連鑄機——軋機直接還原原或熔融融還原——電爐——連鑄機機—軋機機非高爐煉煉鐵鋼鐵生產產的兩個個典型流流程高爐煉鐵鐵長流程短流程鋼鐵冶煉煉的任務務是把鐵鐵礦石冶冶煉成合合格的鋼鋼。/01:18:0020現(xiàn)代鋼鐵鐵冶煉的的兩種基基本流程程/01:18:0021鋼材加工工工藝流流程/01:18:0022鋼鐵生產產的典型型工藝（（長流程程）/01:18:0023鋼鐵工業(yè)業(yè)的特點點生產規(guī)模模大，物物流吞吐吐大，每每噸鋼涉涉及的物物流將是是5-6噸。資源密集集、能耗耗密集。。在鋼鐵鐵聯(lián)合企企業(yè)內，，每噸鋼鋼降消耗耗0.7-0.8噸左左右的標標準煤、、1.5-1.65噸噸左右鐵鐵礦石、、3-8噸左右右新水；；制造流程工序序多、結構復復雜制造流程中伴伴隨大量物質質/能量排放放，形成復雜雜的環(huán)境界面面/01:18:00241.4鋼鐵鐵產品及副產產品產品生鐵鋼鐵合金(Ferroalloy)副產品爐渣(Slag)煤氣(Gas)/01:18:0025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，主要要由高爐生產產，按其用途途可分為煉鋼生鐵和鑄造生鐵。/01:18:0026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，當采采用金屬熱還還原法生產其其它鐵合金和和有色金屬時時作還原劑(詳見第七章章)。如：硅硅鐵、錳鐵。。/01:18:0027爐渣爐渣是爐料在在冶煉過程中中不能進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，鋼鋼鐵生產產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成分又可可分為堿性渣和酸性渣。/01:18:0028堿度(R)：：爐渣中CaO與SiO2的質量百分數(shù)數(shù)之比。這是是二元堿度，，還有三元堿堿度等/01:18:0029煤氣鋼鐵生產中還還能獲得大量量的可燃氣體體，高爐煉鐵鐵可產生高爐爐煤氣，轉爐爐煉鋼可獲得得轉爐煤氣，，煉焦時可得得焦爐煤氣等等。煤氣主要成分分：CO、H2、CO2、N2、CH4/01:18:00301.5鋼鐵鐵工業(yè)能源及及能耗1.5.1鋼鋼鐵生產用用能源1.5.2鋼鋼鐵工業(yè)能能耗1.5.3節(jié)節(jié)能途徑/01:18:0031鋼鐵工業(yè)是能能源消耗的大大戶，約占全全國總能源消消耗量的10～11％。鋼鐵生產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。煤占鋼鐵生產產中燃料消耗耗的70%，鋼鐵工業(yè)用用煤量已超過過煤炭總產量量的15％。。煤在鋼鐵企業(yè)業(yè)主要用來煉焦和自備電廠發(fā)發(fā)電、蒸汽機機車燒煤、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生產。1.5.1鋼鋼鐵生產用用能源/01:18:00321.5.2鋼鋼鐵工業(yè)能能耗我國鋼鐵工業(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％％。其主主要耗耗于煉鐵系系統(tǒng)，焦化化、燒燒結、、球團團、煉煉鐵等等工序序。/01:18:00332004年年重點點鋼鐵鐵企業(yè)業(yè)工序序能耗耗比較較(千克克標準準煤/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56.5464.08141.02196.4079.00179.23233.21538/01:18:00341.5.3節(jié)節(jié)能途途徑改進生生產工工藝及及操作作，更更新和和改造造耗能能高的的設備備。降低能能源損損失（（“廢廢料””、煤煤氣、、熱能能、壓壓力能能），，減少少生產產工序序?；厥绽蒙⑸⑹釤崃?。。加強企企業(yè)能能源管管理，，加強強能源源利用用技術術的研研究工工作，，提高高操作作技術術水平平，充充分發(fā)發(fā)揮現(xiàn)現(xiàn)有設設備能能力，，以節(jié)節(jié)能為為目標標合理理組織織生產產。/01:18:00351.6冶冶金用用耐火火材料料鋼鐵冶冶金的的技術術進步步和過過程溫溫度的的提高高分不不開，，耐火火材料料的發(fā)發(fā)展與與鋼鐵鐵冶金金的技技術進進步緊緊密相相關。。耐火材材料產產品絕絕大部部分（（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護管爐膛耐耐火材材料爐膛保保溫材材料/01:18:00361.6.1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℃的的無機機非金金屬材材料。。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、熱熱風爐爐、轉轉爐、、各種種加熱熱爐））中，，爐膛膛是用用耐火火材料料砌成成的。。對耐耐火火材材料料的的要要求求是是：：有有足足夠夠高高的的耐耐火火度度，，合合理理的的形形狀狀，，質質地地致致密密，，高高溫溫下下有有一一定定強強度度，，無無明明顯顯揮揮發(fā)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象象以以及及不不與與爐爐內內工工作作氣氣氛氛發(fā)發(fā)生生反反應應等等。。/01:18:00371.6.2耐耐火火材材料料分分類類按化化學學成成分分：：氧氧化化物物、、非非氧氧化化物物、、復復合合系系按形形態(tài)態(tài)：：定定形形、、不不定定形形按耐耐火火度度分分：：普普通通1580~1770℃℃;高級級1770~2000℃℃;特級級2000℃℃以以上上按制制作作工工藝藝分分：：泥泥漿漿澆澆注注；；可可塑塑成成型型……/01:18:0038/01:18:00391.7環(huán)環(huán)境保保護鋼鐵廠產產生的各各種污染染物有：：大氣污染染物質污水固體廢棄棄物/01:18:0040大氣污染染物質SOX：是通過過原料、、燃料中中硫磺成成分的燃燃燒而產產生的。。燒結工工廠等為為其主要要發(fā)生源源。NOX：通過燃燃燒后發(fā)發(fā)生。燒燒結工廠廠等為其其主要發(fā)發(fā)生源。。煤塵：通通過燃燒燒后發(fā)生生。燒結結爐、各各加熱爐爐為其發(fā)發(fā)生源。。粉塵：從從燃料原原料的輸輸送、處處理過程程，及儲儲藏場中中產生。。煉鐵、、煉鋼工工程為其其主要發(fā)發(fā)生源。。/01:18:0041鋼鐵工業(yè)業(yè)用水主主要是冷卻水，其次是是煤氣洗滌水，以及沖沖洗設備備、地面面及除塵塵用水等等。污水中含含有下列列污染物物：固體懸浮浮物（S