1、中國是使用鐵器最早的國家之一，但是中國煉鐵技術(shù)究竟在什么時(shí)候發(fā)明的問題，學(xué)術(shù)界還沒有一致的結(jié)論。不少學(xué)者都認(rèn)為中國開始用鐵的時(shí)候在春秋、戰(zhàn)國之間。這種說法最早是由章鴻釗先生在中國銅器鐵器時(shí)代沿革考中提出的，其結(jié)論是： (1)中國開始用鐵的時(shí)代在春秋、戰(zhàn)國之間，即公元前5世紀(jì)。由于吳、楚等國冶鐵技術(shù)漸精，開始制作鐵兵器，但當(dāng)時(shí)兵器還是以銅制為多。 (2)中國鐵器的漸盛時(shí)代在戰(zhàn)國到西漢，即從公元前4世紀(jì)到公元開始的時(shí)候。這時(shí)農(nóng)具及日用器具已多用鐵制，但兵器還兼用銅鑄造。 (3)中國鐵器的全盛時(shí)代在東漢以后，即公元1世紀(jì)以后。東漢兵器已都用鐵鍛制，此后銅漸缺乏，甚至禁止用銅器。,概述,謝謝您的觀看,

2、戰(zhàn)國時(shí)期冶鐵殘爐遺址,酒店冶鐵遺址位于河南省駐馬店市西平縣境內(nèi)的酒店村，是我國戰(zhàn)國時(shí)期三大冶鐵遺址之一?？偯娣e約兩萬八千平方米，南部地面尚存一座目前發(fā)現(xiàn)最早的，全國僅有的戰(zhàn)國冶鐵殘爐。,位于鄭州市西北二十多公里的惠濟(jì)區(qū)古滎鎮(zhèn)(滎陽故城)西墻外?？脊虐l(fā)掘表明，古滎漢代冶鐵遺址是漢代國家治鐵專營時(shí)期河南郡第一冶鐵作坊，出土鐵器經(jīng)過部分金相檢測,有灰口鐵、白口鐵、麻口鐵、鑄鐵脫碳鋼、古代球墨鑄鐵等 。,鄭州古滎漢代冶鐵遺址,漢代冶煉作坊的鐵礦渣和紅燒土,在濟(jì)南老城區(qū)運(yùn)署街考古發(fā)掘現(xiàn)場出土的鐵礦渣和紅燒土。濟(jì)南考古研究所經(jīng)過近一個(gè)月的挖掘，證實(shí)在濟(jì)南老城區(qū)運(yùn)署街南側(cè)的山東黃河河務(wù)局防汛指揮中心辦公樓工

3、地發(fā)現(xiàn)的遺址為漢代大型冶鐵作坊遺跡。這是山東首次發(fā)現(xiàn)大規(guī)模的漢代冶煉作坊遺址。,煉鐵爐爐壁,煉鐵爐遺址,鐵廠鎮(zhèn)鐵爐嘴冶鐵場遺址為迄今發(fā)現(xiàn)的自貢地區(qū)年代最古老的冶鐵場遺址。遺址長約500米、寬約300米，整個(gè)面積約1.5萬平方米。遺址現(xiàn)存煉鐵爐一座，鐵爐直徑3.35米、通高4.4米，基座為長條型耐火石；爐門高77厘米、寬70厘米，爐壁內(nèi)徑1.75米，厚1.08米，表面光滑堅(jiān)硬。,明代宋應(yīng)星在天工開物中所附的古代煉鐵工藝的示意圖。圖中的風(fēng)箱可能是維持反應(yīng)爐中高溫的重要發(fā)明之一。,十年左右的時(shí)間實(shí)現(xiàn)了鋼產(chǎn)量翻番,1990-2000年中國鋼廠能耗的變化進(jìn)程,中國鋼鐵工業(yè)的能耗與國際先進(jìn)水平的,* 除中

4、國的數(shù)據(jù)是2001年的外，其它均是1994年的數(shù)據(jù)。,主要國家的鐵礦石儲(chǔ)量與鋼產(chǎn)量,我國冶金資源的缺乏,部分鋼鐵企業(yè)的水資源效率和水循環(huán)率,金屬材料簡介,1.金屬材料定義 金屬材料是由金屬元素或以金屬元素為主構(gòu)成的具有金屬特性的材料的統(tǒng)稱。包括純金屬、合金、金屬間化合物和特種金屬材料等。,2.金屬材料分類,金屬材料,黑色金屬,有色金屬,特種金屬,廣義的黑色金屬包括鐵、鉻、錳三種。但后兩種在實(shí)際生產(chǎn)中很少單獨(dú)使用，故黑色金屬就泛指鋼、鐵。,指除鐵、鉻、錳以外的所有金屬及其合金，通常分為輕金屬、重金屬、貴金屬、半金屬、稀有金屬和稀土金屬等。有色合金的強(qiáng)度和硬度一般比純金屬高，并且電阻大、電阻溫度系

5、數(shù)小,包括不同用途的結(jié)構(gòu)金屬材料和功能金屬材料。其中有通過快速冷凝工藝獲得的非晶態(tài)金屬材料，以及準(zhǔn)晶、微晶、納米晶金屬材料等；還有隱身、抗氫、超導(dǎo)、形狀記憶、耐磨、減振阻尼等特殊功能合金，以及金屬基復(fù)合材料等。,鋼和生鐵中主要元素的含量（%）,生鐵含碳量高，其性質(zhì)硬而脆，不能鍛造，它主要用于鑄造電動(dòng)機(jī)殼，變速箱殼體，機(jī)床體與支架以及其它機(jī)械零件。在世界各國鐵產(chǎn)量中，大部分是作為煉鋼原料，而只有10%左右用于鑄造各種部件和零件。,鋼,碳素鋼：鐵 和碳的和金,合金鋼：碳 素鋼中加入 鉻、錳、鎢 、鎳、鉬、 鈷、硅等合 多元素,低碳鋼：含碳 量低于0.3%,中碳鋼：含碳 量為0.3%0.6%,高碳鋼

6、：含碳量 高于0.6%,錳鋼,不銹鋼,硅鋼,鎢鋼,抗腐蝕性好醫(yī)療器械、炊具,導(dǎo)磁性好變壓器、發(fā)電機(jī)芯片,韌性好，硬度大鋼軌、鈾承,耐高溫，硬度大刀具,韌性好焊接性好強(qiáng)度低,強(qiáng)度高韌性好加工性好,硬而脆熱處理后彈性好,1.冶金工藝,因此，要獲得各種金屬及其合金材料必須首先通過各種方法將金屬元素從礦物中提取出來，接著對粗煉金屬產(chǎn)品進(jìn)行精練提純和合金化處理，然后澆注成錠，加工成形，才能得到所需成分、組織和規(guī)格的金屬材料。,絕大多數(shù)金屬元素（除Au、Ag、Pt外）都以氧化物、碳化物等化合物的形式存在地殼之中。,金屬的冶金工藝可以分為火法冶金、濕法冶金、電冶金等。,1.火法冶金,定義：利用高溫加熱從礦石

7、中提取金屬或其化合物的方法?；鸱ㄒ苯鹗翘崛〖兘饘僮罟爬稀⒆畛Ｓ玫姆椒ā?原理：將礦石或原材料加熱到熔點(diǎn)以上，使之熔化為液態(tài)，經(jīng)過與溶劑的冶煉及物理化學(xué)反應(yīng)再冷凝為固體而提取金屬原材料，并通過對原料精煉達(dá)到提純及合金化，以制備高質(zhì)量的錠坯。 優(yōu)點(diǎn)及缺點(diǎn)：火法冶金提取金屬，不僅效率高而且成本較低。 缺點(diǎn)是污染環(huán)境。,1.火法冶煉的基本過程,火法冶金的工藝流程一般分為礦石準(zhǔn)備、冶煉、精煉3個(gè)步驟。,脈石獲得含較多金屬元素的精礦,將處理好的礦石在高溫下用氣體或固體還原劑還原出金屬單體的過程 。所用的還原劑包括焦炭、氫和活潑金屬。,對冶煉制取的粗金屬原料進(jìn)行提高純度及合金化的處理過程,2.火法冶金的主要

8、方法,火法冶金,提取 冶金,真空 冶金,噴射 冶金,氯化 冶金,2.濕法冶金,濕法冶金是指利用一些溶劑的化學(xué)作用，在水溶液或非水溶液中進(jìn)行包括氧化、還原、中和、水解和絡(luò)合等反應(yīng)，對原料、中間產(chǎn)物或二次再生資源中的金屬進(jìn)行提取和分離的冶金過程。 濕法冶金包括浸取、固液分離、溶液的富集和從溶液中提取金屬或化合物等4個(gè)過程。,離 子 浸 取,固 液 分 離,金屬或化 合物提取,溶 液 富 集,3.電冶金,定義：利用電能從礦石或其他原料中提取、回收或精煉金屬的冶金過程稱為電冶金。電冶金包括電熱熔煉、水溶液電解和熔鹽電解等方法。,1.電熱熔煉,直接用電加熱生產(chǎn)金屬的一種冶金方法。電熱熔煉包括電弧熔煉、等

9、離子熔煉和電磁熔煉等。,2.水溶液電解,在電冶金中，應(yīng)用水溶液電解精煉金屬稱為電解精煉或可溶陽極電解；而應(yīng)用水溶液電解從浸取液中提取金屬稱為電解提取或不溶陽極電解。,電解精煉,電解提取,3.熔鹽電解,2.鋼鐵材料的制備,Fe在地殼中的含量為5左右，在金屬中僅次于鋁。鐵的化學(xué)性質(zhì)較為活潑，鐵容易與其它元素化合，特別是與氧化合，除隕石外，純鐵在地殼中還未見到，因此自然界中的鐵都是以鐵的化合物形式存在的。煉鐵用的多,數(shù)是鐵的氧化物。含鐵比較多的、并且具有冶煉價(jià)值的礦物稱為鐵礦石。 鐵礦石中除鐵的氧化物外，還有其它元素的氧化物(SiO2、MnO2 等)，這些統(tǒng)稱為脈石。 煉鐵的目的就是使鐵從鐵的氧化物

10、中還原，并使還原出的鐵與脈石分離。,（高爐的還原過程） （氧化過程） 鐵礦石 煉鐵 煉鋼鑄錠（連鑄） 軋制 鋼材 鑄造生鐵 鑄造 新流程：直接氧化電弧爐煉鋼連鑄連軋,鋼鐵冶煉的基本過程,1.生鐵的冶煉,生鐵是用鐵礦石在高爐中經(jīng)過一系列的物理化學(xué)反應(yīng)過程冶煉出來的。,寶鋼高爐全貌,煉鐵高爐實(shí)物圖,高爐煉鐵過程示意圖,1.高爐原料,鐵礦石,赤鐵礦,磁鐵礦,菱鐵礦,褐鐵礦,(1)磁鐵礦石。主要礦物是磁鐵礦，呈黑色金屬光澤，磁性強(qiáng)（復(fù)合礦可通過磁選富集鐵分），在自然界中純磁鐵礦礦石較少，常含有TiO2及V2O3組成復(fù)合礦石，即釩鈦磁鐵礦，由于受氧化作用，磁鐵礦易被氧化成赤鐵礦，有的仍保留著磁鐵礦石的結(jié)

11、晶形態(tài)，但無磁性，被稱為假象赤鐵礦或半假象赤鐵礦。 (2)赤鐵礦石。顏色呈紅色或紅褐色，故又稱為紅礦。主要礦物為赤鐵礦，無磁性，但組織疏松，易破碎，還原性優(yōu)于磁鐵礦。赤鐵礦石廣泛分布于自然界中，常形成巨大的礦床，就世界范圍而言，其儲(chǔ)量最多（占鐵礦石總儲(chǔ)量的48.3%），是煉鐵的最主要鐵礦石資源。,(3) 褐鐵礦石 。常為含不同分子結(jié)晶水的赤鐵礦，褐鐵礦吸附著大量水分，加熱時(shí)失去結(jié)晶水和游離水，使礦石氣孔率增加，故還原性好，同時(shí)，由于去掉了水分，相應(yīng)提高了礦石的品位。 (4)菱鐵礦石。它是含鐵的碳酸鹽。在自然界中，有工業(yè)開采價(jià)值的菱鐵礦比其它三種礦石要少，含鐵量不高，但受熱分解放出CO2后，不僅

12、含鐵量顯著提高，而且也變得疏松多孔，易還原。,(a)破碎和篩分,(b)選礦,(c)燒結(jié)和造塊,燒結(jié)球團(tuán),燒結(jié)礦,熔劑,（a）作用： 形成低熔點(diǎn)易流動(dòng)的爐渣、脫S（堿性熔劑） （b）種類：,燃料是高爐冶煉不可缺少的基本原料之一，幾乎所有高爐都使用焦炭作燃料。在高爐煉鐵中，焦炭起三種作用： (a)提供冶煉所需的熱量； (b)還原礦石所需的還原劑； (c)在高溫區(qū)，焦炭是惟一的固體物，是支撐料柱的骨架和使氣流暢通的透氣通路。,燃料,用于高爐的燃料應(yīng)滿足以下幾條要求,2.高爐生產(chǎn)過程 進(jìn)入高爐有鐵礦石、熔劑、焦炭等原料，熱空氣經(jīng)環(huán)風(fēng)管吹入高爐；焦炭即作為燃料又是還原劑，有一部分與鐵化合；石灰石與脈石反

13、應(yīng)生成爐渣，并與礦石中的硫反應(yīng)，將其帶入渣內(nèi) 。,高爐治煉過程示意圖 1-料斗； 2-大鐘； 3-焦炭； 4-燃料帶； 5-爐渣； 6-鐵水； 7-渣罐； 8-鐵罐； 9-鐵口； 10-風(fēng)口； 11-礦石；12-上升煤氣,3.高爐的冶煉理化過程： 1） 燃燒過程:CO2 CO2 CO2在上升過程中：CO2C CO 2） 溶劑分解:CaCO3CaO CO2 3） 鐵的還原:FeOCOCO2Fe(間接還原) FeOCFeCO （直接還原） 4）增碳：鐵水在與焦碳的接觸中會(huì)增碳擴(kuò)散過程， 使鐵水被C所飽和。 5）其他元素的還原: Mn，Si 部分被還原，被還原后進(jìn)入鐵水中 Al不被還原，只能和熔劑形

14、成渣 6）去S: FeSCaOCaSFeO 7）P： Ca3(PO4)2C CaOPCO 所以在鐵水中： C飽和，溶有部分的Mn，Si，S以及全部的P。,生鐵（主要產(chǎn)品）： 由Fe和C、Si、Mn、P、S等元素組成的合金，有以下幾種： 鑄造生鐵:特點(diǎn)是含硅較多，其中的碳以游離的石墨存在，斷面呈灰色在，故又稱灰口鐵。 煉鋼生鐵。碳以化合物Fe3C的形式存在，斷面呈銀白色，故又稱白口生鐵。 爐渣（副產(chǎn)品）：含SiO2、CaO和Al2O3的鋁硅酸鹽，主 要用于生產(chǎn)水泥。 煤氣（副產(chǎn)品）：含26左右的CO，用作燃料。,4.高爐產(chǎn)品,2.鋼的冶煉,1.鋼和生鐵的主要區(qū)別,人們由鐵礦中提取鐵，將礦石、焦炭

15、和石灰石（助熔劑）在高爐中冶煉，使氧化鐵還原成生鐵（或鑄鐵）。所得生鐵一般含鐵9095，碳34.5和少量的硅、錳、硫、磷等。生鐵是煉鋼或熟鐵（鍛鐵）的原料,含碳量在0.21.7之間的鐵合金稱為鋼,含碳量小于0.2的為熟鐵。生鐵在平爐、轉(zhuǎn)爐或電爐中進(jìn)一步冶煉除去碳、硅、磷等雜質(zhì)，可得各種組成的鋼。 因此，鋼和生鐵都是鐵基合金，都含碳、硅、錳、硫、磷5種元素。其主要區(qū)別如下表所示,2.煉鋼的基本任務(wù),所謂煉鋼，就是通過冶煉降低生鐵中的碳和去除有害雜質(zhì)，再根據(jù)對鋼性能的要求加入適量的合金元素，使之成為具有性能優(yōu)良的鋼。煉鋼的基本任務(wù)可歸納如下： 1)脫碳。在高溫溶融狀態(tài)下進(jìn)行氧化熔煉，把生鐵中的碳氧

16、化降低到所煉鋼號(hào)的規(guī)格范圍內(nèi)，是煉鋼過程的一項(xiàng)最主要任務(wù)。 2)去磷和去硫。把生鐵中的有害雜質(zhì)磷和硫降低到所煉鋼號(hào)的規(guī)格范圍內(nèi)。 3)去氣和去非金屬夾雜物。把熔煉過程中進(jìn)入鋼液中的有害氣體(氫和氮)及非金屬夾雜物(氧化物、硫化物和硅酸鹽等)排除掉。,4)脫氧與合金化。把氧化熔煉過程中生成的對鋼質(zhì)有害的過量的氧(以FeO形式存在)從鋼液中排除掉；同時(shí)加入合金元素，將鋼液中的各種合金元素的含量調(diào)整到所煉鋼號(hào)的規(guī)格范圍內(nèi)。 5)調(diào)溫。按照熔煉工藝的需要，適時(shí)地提高和調(diào)整鋼液溫度到出鋼溫度。 6)澆注。把熔煉好的合格鋼液澆注成一定尺寸和形狀的鋼錠或連鑄坯，以便下一步軋制成鋼材。澆注包括鑄錠或連續(xù)鑄鋼。

17、 值得強(qiáng)調(diào)的是，煉鋼過程主要是氧化過程。,3.鋼的性能,鋼的性能包括物理性能、化學(xué)性能、工藝性能和力學(xué)性能。從事鋼鐵冶煉工作的人員必須了解鋼的性能并應(yīng)用于實(shí)踐。 鋼的力學(xué)性能 在生產(chǎn)實(shí)踐中鋼鐵材料的外力作用下會(huì)變形、斷裂，當(dāng)外力限制在某一范圍內(nèi)時(shí)，它就不會(huì)發(fā)生宏觀變形或變形后并不斷裂，這就是鋼的一種力學(xué)性能。 由鋼制成的各類零部件和設(shè)備，在使用過程都會(huì)受到不同形式的外力作用，通常稱這種外力為載荷。鋼抵抗載荷作用的種種特性，就稱為鋼的力學(xué)性能。,根據(jù)載荷作用性質(zhì)的不同，它可以分為靜載荷、沖擊載荷和疲勞載荷三種 靜載荷：指在長時(shí)間內(nèi)持續(xù)作用的大小和方向不變化或變化很小的載荷； 沖擊載荷：指在短時(shí)間

18、內(nèi)突然增加的載荷； 疲勞載荷：指大小和方向作周期性變化的動(dòng)載荷。 根據(jù)載荷作用方式的不同，它可以分為拉伸載荷、壓縮載荷、彎曲載荷、剪切載荷和扭轉(zhuǎn)載荷。,鋼鐵材料受載荷作用后，所引起的幾何形狀和尺寸的變化稱為變形。,變形有彈性變形和塑性變形兩種。,彈性變形：指材料受外力的作用發(fā)生變形后，能隨外力的去除而變形消失，這種變形稱為彈性變形； 塑性變形：指材料受外力的作用發(fā)生變形后，當(dāng)載荷去除后變形仍不消失，這種變形稱為塑性變形。 鋼的力學(xué)性能通常包括強(qiáng)度、塑性、硬度、韌性和疲勞強(qiáng)度等。 強(qiáng)度：鋼在載荷作用下，抵抗塑性變形或斷裂的能力稱為鋼的強(qiáng)度； 塑性：指金屬材料在外力作用下，能夠穩(wěn)定地發(fā)生永久變形并

19、能繼續(xù)保持其完整性而不被破壞的性能； 硬度：指材料對更硬物體壓入其基體時(shí)所表現(xiàn)的抵抗力；,韌性：指鋼材抵抗沖擊載荷作用而不被破壞的能力。 疲勞強(qiáng)度：在交變應(yīng)力的作用下，金屬材料發(fā)生突然斷裂的現(xiàn)象稱為疲勞。鋼材抵抗疲勞的能力用疲勞強(qiáng)度來衡量，它是金屬材料在無數(shù)次對稱循環(huán)的交變載荷作用下而不破壞的最大應(yīng)力。 鋼的物理性能 鋼的物理形態(tài)有液態(tài)(鋼水)和固態(tài)(鋼錠、鋼坯和各種鋼材)，這里只介紹固態(tài)鋼的物理性能。 鋼的物理性能包括：密度、熔點(diǎn)、熱膨脹性、磁性 密度：通常固態(tài)鋼的密度為7.87.9 g/cm3 熔點(diǎn)：鋼的組成不同，其熔點(diǎn)也不同，正常情況下碳鋼的熔點(diǎn)在14501500.,熱膨脹性：鋼的體積隨

20、溫度而變化稱為鋼的熱膨脹性。 磁性：金屬被磁場磁化或吸引的性能稱為磁性。鎢鋼和鉻鋼被磁化后磁性不會(huì)消失，稱為硬磁性材料，可用來制造永久磁鐵；硅鋼磁化后隨著磁場消失而失去磁性，稱為軟磁性材料，可用來制作電機(jī)和變壓器的鐵心。 鋼的化學(xué)性能,鋼的工藝性能,4.煉鋼的基本過程,元素的氧化 煉鋼的主要途徑是向液體金屬供氧，使多余的碳和雜質(zhì)元素被氧化去除。煉鋼過程可以直接向高溫金屬熔池吹入工業(yè)純氧，也可以利用氧化性爐氣和鐵礦石供氧。氧進(jìn)入金屬溶液后首先和鐵發(fā)生氧化反應(yīng)：,2FeO22（FeO）,然后FeO再和金屬中的其它元素發(fā)生氧化反應(yīng)：,造渣脫磷和脫硫 由于P、S元素的存在嚴(yán)重影響鋼的性能，所以必須脫除

21、。在采用堿性氧化法煉鋼時(shí)，可通過加入石灰石造渣的方法去除磷和硫這兩種元素：,2P + 5FeO + 4CaO = 5Fe + 4CaOP2O5 (進(jìn)入熔渣) FeS + CaO = FeO + CaS (進(jìn)入熔渣),脫氧及合金化 隨著金屬液中碳和其他雜質(zhì)元素的氧化，鋼液中溶解的氧(以FeO形式存在)相應(yīng)增多，致使鋼中氧夾雜含量升高，鋼的質(zhì)量下降，而且還有礙于鋼液的合金化及成分的控制。因此，冶煉后期對鋼液進(jìn)行脫氧處理，通常加入硅鐵、鋁或鎂等易氧化元素完成。,合金化：鋼液脫氧后可以向鋼液中加入所需要的各種元素，進(jìn)行合金化處理，以將鋼液調(diào)整到規(guī)格要求的成份，最后澆鑄成錠坯。 5.常用的煉鋼方法,堿性

22、平爐煉鋼,1)概述 1856年威廉西門子得到一項(xiàng)將蓄熱原理用于所有需大量熱能的爐子的專利。最初，此法主要是用于玻璃熔化爐，可節(jié)省50的燃料。將此法用于煉鋼，是在爐的兩端建有放置 “磚格”的蓄熱室，磚格先由煉鋼爐排出的熱氣加熱，然后把要進(jìn)爐的空氣預(yù)熱。但用固態(tài)燃料試驗(yàn)時(shí)很不順利，存在著一些問題，諸如爐灰堵塞了蓄熱室的磚格等。,1864年法國人馬丁改造了爐體，又采用了威廉西門子用蓄熱提高爐溫的辦法，用生鐵和廢鐵煉出了優(yōu)質(zhì)鋼。1868年威廉西門子用生鐵和鐵礦石煉鋼成功。這種煉鋼法被稱做 “西門子馬丁煉鋼法”。由于這種煉鋼爐形狀低平又有一個(gè)平展的熔池，所以被稱為 “平爐”。這種煉鋼法也稱為 “平爐煉鋼

23、法”。 平爐煉鋼時(shí)，經(jīng)過下層蓄熱室預(yù)熱的空氣和煤氣被送入上層熔池，在鐵水表面吹拂、燃燒，能夠比較完全地將鐵水中的碳和其他雜質(zhì)氧化，得到優(yōu)質(zhì)的鋼。雖然平爐冶煉的時(shí)間比較長(一般為24小時(shí))，但熔池很大，一爐便可煉百噸鋼水，產(chǎn)量較高。而且不限于生鐵，廢鋼、鐵屑、熟鐵、鐵礦石均可，煉出的鋼質(zhì)量穩(wěn)定、均勻，在1930年到1960年的30年間，世界每年鋼的總產(chǎn)量近80%是平爐鋼。50年代初期氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐投入生產(chǎn)，從60年代起平爐逐漸失去其主力地位。,2)設(shè)備 平爐爐體由上、下兩部分組成。上部包括熔煉室、爐頭，下部結(jié)構(gòu)包括沉渣室、蓄熱室、換向閥及排煙系統(tǒng)等。上下兩部分由上升道連接。以爐門中心線為界，平爐兩

24、邊是完全對稱的。,熔煉室 是加熱和熔煉的空間，為平爐的主要部分。由爐底、前后墻及爐頂?shù)饶突鸩牧掀鲶w所組成，并用鋼結(jié)構(gòu)加固。 爐頭 熔煉室兩端各有一個(gè)爐頭，是供引入燃料和空氣進(jìn)行混合燃燒，產(chǎn)生合理火焰，同時(shí)可以從熔煉室排出廢氣。爐頭內(nèi)裝有重油噴嘴，供給重油和重油霧化劑(蒸氣或壓縮空氣)。 上升道 連接爐頭和沉渣室的垂直通道。 蓄熱室 內(nèi)排列著一定高度和適當(dāng)格孔尺寸的磚格子，其上部與沉渣室相通，下部則通向煙道。,高溫廢氣通過蓄熱室，將其大部分熱量傳給格子磚；換向后，格子磚又將熱量傳給通入的冷空氣或煤氣，使其升溫。這樣不斷循環(huán)地工作。廢氣進(jìn)入蓄熱室溫度通常為1500-1550，離開蓄熱室時(shí)約500-

25、700；而空氣及煤氣經(jīng)蓄熱室加熱后的溫度為1000-1300。 3 )工藝 廢鋼礦石法是應(yīng)用最廣泛的平爐煉鋼操作方法。金屬料中生鐵約占50-80%，由于生鐵帶入大量雜質(zhì)，為加速供氧，在裝料時(shí)裝入約占金屬料重12-20%的鐵礦石作氧化劑，故稱為廢鋼礦石法。 廢鋼礦石法的熔煉過程分為：補(bǔ)爐、裝料、熔化、精煉、脫氧和出鋼。,（a）補(bǔ)爐期 通常從上爐出完鋼至下爐加入原料的一段時(shí)間，稱為補(bǔ)爐期。常用的補(bǔ)爐材料有鎂粉、熟白云石、氧化鐵皮等。 （b） 裝料期 從裝入冷料到兌完鐵水，這段時(shí)間稱為裝料期。爐料包括散狀料（礦石、石灰、石灰石等）和金屬料（輕、重廢鋼及鐵水或生鐵塊等）。爐料應(yīng)按一定次序依次從幾個(gè)爐門

26、裝入爐內(nèi)。若裝生鐵塊，則加在最上層；若裝鐵水，剛需待冷料裝完并加熱到表面開始熔化時(shí)，再將鐵水兌入。 （c）熔化期 從兌完鐵水到爐料全部熔化完畢，這段時(shí)間稱為熔化期，約占總?cè)蹮挄r(shí)間的30-50%。為縮短熔化期，應(yīng)向平爐供給最大熱量，并采用吹氧強(qiáng)化措施。熔化期的重要操作是及時(shí)放出初期渣和提前造渣，以達(dá)到去除磷，硫并獲得,合適熔畢碳的目的，同時(shí)為精煉操作創(chuàng)造良好條件。當(dāng)爐料全部熔清后，取樣分析，以確定精煉期操作。當(dāng)溫度和爐渣均達(dá)到規(guī)定要求時(shí)，熔化期結(jié)束進(jìn)入精煉期。 （d）精煉期 自熔畢到脫氧（爐內(nèi)脫氧）或出鋼（爐外脫氧），這段時(shí)稱為精煉期。,電弧爐煉鋼,1 )概述 電爐煉鋼，主要是指電弧爐煉鋼，是目

27、前國內(nèi)外生產(chǎn)特殊鋼的主要方法。20世紀(jì)初赫勞特等發(fā)明了電弧爐煉鋼，作為熔煉特殊鋼和高合金鋼的方法，并獲得穩(wěn)步的發(fā)展。目前，世界上95%以上的電爐鋼是電弧爐生產(chǎn)的，還有少量電爐鋼是由感應(yīng)爐、電渣爐等生產(chǎn)的。電弧爐根據(jù)爐襯性質(zhì)不同，分為酸性爐和堿性爐，酸性電弧爐因?qū)t料要求,很嚴(yán)格，一般只有少數(shù)機(jī)械廠采用。所以，所謂電弧爐煉鋼，通常是指堿性電弧爐煉鋼。 電弧爐煉鋼是以電能作為熱源，靠電極與爐料間放電產(chǎn)生電弧，用電弧的熱量來熔化爐料并進(jìn)行必要的精煉，冶煉出所需鋼和合金的煉鋼方法。 電弧可以通過電流、電壓加以控制，因此電弧爐較其它煉鋼方法具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：廢氣帶走的熱量相對較少，熱效率比較高，其熱效率可

28、達(dá)65%以上；溫度高，電弧區(qū)劃溫度高達(dá)3000以上，可快速熔化種種爐料，并使鋼水加熱到大于1600；同時(shí)溫度容易調(diào)整和控制，可滿足冶煉不同鋼種的要求；爐內(nèi)氣氛可以控制，既可造成氧化性氣氛，又可造成還原性所氛，因此，不僅能去除鋼中的磷，而且還具有很強(qiáng)的脫氧、脫硫能力，故鋼中非金屬夾雜物含量相對較低，合金元素收得率也相對較高，鋼的成,分容易控制，適于冶煉各種合金鋼及優(yōu)質(zhì)鋼；可用100%的廢鋼進(jìn)行熔煉，而且與其它煉鋼法相比，設(shè)備比較簡單。 但是，電弧爐也存在一些不足之處，如由于電弧爐的離解作用，使空氣和水蒸氣離解出大量氫和氧，在還原期易被鋼水吸收，因些，電爐鋼若不經(jīng)特殊處理，其氫、氧含量一般比轉(zhuǎn)爐鋼

29、高；由于電弧爐是點(diǎn)熱源，爐內(nèi)溫度分布不均勻，熔池平靜時(shí)，各部位的鋼水溫度相差較大，尤其大爐子更為突出。,2)設(shè)備 電弧爐的構(gòu)造主要是由煉鋼工藝和工藝裝備水平來決定的，同時(shí)又與電爐的容量大小、裝料方式、傳動(dòng)方式等有關(guān)。 電爐設(shè)備的分類方法有很多：,按爐襯耐火材料的性質(zhì)：酸性電爐、堿性電爐； 按電流特性：交流電爐、直流電爐； 按功率水平：普通功率電爐、高功率電爐、超高功率電爐； 按廢鋼預(yù)熱：豎爐，爐料連續(xù)預(yù)熱電爐； 按出鋼方式：槽式出鋼電爐，偏心底出鋼(EBT)電爐、中心底出鋼(CBT)電爐、水平出鋼(HOT)電爐； 按底電極形式：觸針式、導(dǎo)電爐底式、金屬棒式直流爐,爐體是電爐的最主要裝置，用來熔

30、化爐料和進(jìn)行各種冶金反應(yīng)。電弧爐的爐體由金屬構(gòu)件和耐火材料砌成的爐襯兩部分組成，分為爐殼、爐蓋、傾動(dòng)機(jī)構(gòu)、電極裝置、爐頂裝料系統(tǒng)、電爐電氣設(shè)備等。,電弧爐示意圖1-傾爐用液壓缸；2-傾爐搖架；3-爐門；4-熔池；5-爐蓋；6-電極；7-電極夾持器（連接電極升降裝置）；8-爐體；9-電弧；10-出鋼槽,3 )主要工藝流程 堿性電弧爐的工藝操作可分為兩種：氧化法和不氧化法。不氧化法也稱為返回冶煉法。兩者都是用較好的合金廢鋼作原料，廢鋼成分與冶煉鋼種的成分基本相近似。 氧化法是以一般廢鋼為原料，冶煉過程中用礦石或氧氣來氧化爐料中的雜質(zhì)，同時(shí)通過氧化沸騰過程去除鋼水中大部分氣體，此法不能回收廢鋼中的大

31、部分合金元素，但它是電爐冶煉的基本方法，在我國應(yīng)用最為廣泛。 氧化法可分為補(bǔ)爐、裝料、熔化期、氧化期、還原期、出鋼六個(gè)階段。 （a）補(bǔ)爐 電爐冶煉時(shí)，爐襯在高溫下不斷受到化學(xué)浸蝕和機(jī)械沖刷，每煉一爐鋼后，爐襯都遭到損壞。為了保證正常冶,煉和延長爐襯壽命，每次出鋼后必須進(jìn)行補(bǔ)爐。補(bǔ)爐是用補(bǔ)爐機(jī)完成。 （b）裝料 裝料對熔化時(shí)間、合金元素?zé)龘p和爐襯壽命有很大影響。對裝料的要求是快和密實(shí)。 （c）熔化期 電爐煉鋼的熔化期是指從通電開始到爐料熔清這段時(shí)間，約占全爐冶煉時(shí)間的一半左右，占電能消耗的60%-70%。 （d）氧化期 氧化期的任務(wù)是進(jìn)一步脫磷、去除鋼中的氣體及非金屬夾雜物和加熱、均勻鋼溫到出鋼

32、要求。 脫磷是氧化期主要任務(wù)，爐渣的氧化性、堿度、渣量及渣的流動(dòng)性是脫磷效果的重要條件。脫磷的反應(yīng)如下,2P5(FeO) 4(CaO)(4CaOP2O5) 5Fe 加入強(qiáng)堿性氧化物CaO的目的是使P2O5與其生成穩(wěn)定的磷酸鈣，從而提高渣氧化脫磷能力。 脫碳反應(yīng)是煉鋼過程極其重要的化學(xué)反應(yīng)。通過碳的氧化造成熔池的激烈沸騰以去除鋼中的氣體和非金屬夾雜物，同時(shí)還有利于熔池的加熱，并使鋼液的化學(xué)成分和溫度均勻。 FeO C Fe CO （e）還原期 還原期也叫精煉期，通常是指氧化末期扒渣完畢到出鋼這段時(shí)間。主要任務(wù)是脫氧、脫硫、調(diào)整鋼液的化學(xué)成分和鋼溫。 電爐煉鋼脫氧方法有：沉淀脫氧、擴(kuò)散脫氧和綜合脫

33、氧。,脫硫：還原期脫硫和脫氧過程是同時(shí)進(jìn)行的。還原期爐溫較高，而且由于擴(kuò)散脫氧的結(jié)果，爐渣中的FeO含量已降到0.5%以下，爐渣的堿度也比較高，電爐有充分的脫硫條件。 為了提高脫硫能力，在渣中加入強(qiáng)堿性氧化物，通常用石灰。 (FeS) (CaO)(CaS) （FeO） （f）出鋼 當(dāng)鋼液具備以下條件時(shí)即可出鋼：化學(xué)成分全部達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)；鋼液脫氧良好；爐渣為流動(dòng)性良好的白渣，同時(shí)白渣要保持適當(dāng)?shù)臅r(shí)間；溫度要滿足規(guī)定。,氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼,1 )概述 貝塞麥于1856年發(fā)明了梨形可動(dòng)式轉(zhuǎn)爐，將熔化的,生鐵放入轉(zhuǎn)爐內(nèi)，吹進(jìn)高壓空氣，使生鐵中所含的硅、錳、碳、磷燃燒掉，只花10分鐘就把1015噸鐵水煉成鋼。

34、若是用攪拌法需幾天時(shí)間才能完成。但是，貝塞麥發(fā)明的轉(zhuǎn)爐是酸性轉(zhuǎn)爐，在酸性轉(zhuǎn)爐環(huán)境中，磷很難被氧化除掉。1879年，托馬斯提出了堿性轉(zhuǎn)爐煉鋼法，即采用白云石高溫?zé)傻氖炝?，混合焦油做成堿性的耐火磚爐襯，冶煉過程中吹入空氣并加入生石灰。這樣便使整個(gè)反應(yīng)在堿性高溫條件下進(jìn)行，被氧化的磷與石灰結(jié)合起來，殘留于渣內(nèi)而不返回鋼內(nèi)，脫磷問題因此得以解決。 20世紀(jì)中葉，由于制氧機(jī)的制造成功，成本低廉的氧氣在工業(yè)中大量使用，氧氣煉鋼的技術(shù)迅速發(fā)展起來。 氧氣煉鋼法分為氧氣斜吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法、臥式轉(zhuǎn)爐雙管吹氧法、純氧頂吹的轉(zhuǎn)爐煉鋼法等。 氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐是目前的主要辦法，國外稱LD轉(zhuǎn)爐，美國稱BOF爐。氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼

35、法反應(yīng)速度快，生產(chǎn)率高，,不需要燃料,熱效率高，成為冶金史上發(fā)展最迅速的新技術(shù)，并逐漸取代平爐成為煉鋼方法的主流。與通用的平爐比較，投資少于平爐4050；效率高于平爐倍，所需勞力少，占用場地小，煉鋼時(shí)間短，鋼的成本低，質(zhì)量高。純氧頂吹煉鋼法出現(xiàn)后，世界鋼產(chǎn)量急劇增長，各種高質(zhì)量的特種鋼也煉制出來。 2 )設(shè)備 （a）轉(zhuǎn)爐主體設(shè)備 轉(zhuǎn)爐主體設(shè)備是實(shí)現(xiàn)煉鋼工藝的主要設(shè)備，它由爐體、爐體支撐裝置和爐體傾動(dòng)機(jī)構(gòu)等組成。,轉(zhuǎn)爐爐體結(jié)構(gòu)1-爐殼；2-擋渣板；3-托圈；4-軸承及軸承座；5-支撐系統(tǒng)；6-耳軸；7-制動(dòng)裝置；8-減速機(jī)；9-電機(jī)及制動(dòng)器,爐殼：由錐形爐帽、圓筒形爐身及球形爐底三部分組成。各部

36、分用鋼板成型后再焊接成整體。鋼板厚度主要取決于爐子容量，爐殼和損壞主要是產(chǎn)生裂紋和變形。因此，要求爐殼材質(zhì)有良好的焊接性能和抗蠕變性能。為防止?fàn)t帽變形，近年來廣泛采用水冷爐口。 托圈：其主要作用是支撐爐體，傳遞傾動(dòng)力矩。大、中型轉(zhuǎn)爐托圈，一般用鋼板焊接成箱式結(jié)構(gòu)，可通水冷卻。托圈與耳軸連成整體，轉(zhuǎn)爐則坐落在托圈上。 耳軸：轉(zhuǎn)爐工藝要求爐體應(yīng)能正反旋轉(zhuǎn)360，在不同操作期間，爐子要處于不同的傾動(dòng)角度。為此，轉(zhuǎn)爐有兩根旋轉(zhuǎn)耳軸，一側(cè)耳軸與傾動(dòng)機(jī)構(gòu)相連而帶動(dòng)爐子旋轉(zhuǎn)。 傾動(dòng)機(jī)構(gòu)：其作用是傾動(dòng)爐體，以滿足兌鐵水、加廢鋼、取樣、出鋼和倒渣等操作的要求。,（b）供氧系統(tǒng)設(shè)備 煉鋼時(shí)用氧量極大，要求供氧及時(shí)、氧壓穩(wěn)定、