钢铁基础知识3499.docx
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1、Evaluation Warning: The document was created with Spire.Doc for .NET.钢铁知识一、原材料钢的源头是是铁矿砂砂,即铁铁元素(FFe)在在自然界界中的存存在形式式,纯粹粹的铁在在自然界界中是不不存在的的,铁矿矿砂主要要分为磁磁铁矿、赤赤铁矿、褐褐铁矿三三种,这这些都是是铁的氧氧化物,不不同之处处在于它它们的氧氧化方式式。铁矿矿砂中的的含铁量量越高越越好,理理论上铁铁矿砂中中的最高高含铁量量在722%左右右,含铁铁量在660%以以上称为为富铁矿矿。铁矿矿砂先在在熔炉内内还原成成铁(铣铣铁),再再送入炼炼钢炉内内脱碳精精炼成钢钢,废钢
2、钢也可在在炼钢炉炉熔炼再再生。一一般钢铁铁依使用用用途制制成性质质、形状状各异的的商品,既既所谓的的钢铁制制品。通通常钢铁铁制品是是将铁矿矿石还原原,熔解解成铣铁铁(炼铣铣),铣铣铁精炼炼成钢(炼钢钢),钢钢再轧延延、加工工后制成成各种钢钢铁制品品,广义义的钢铁铁制品包包含铸铁铁、铸钢钢、锻造造钢品及及钢材加加工的制制品。在讨论钢铁铁的原料料之前,我我们先要要弄清楚楚,究竟竟钢和铁铁有什么么不同?是否有有不同的的成份呢呢?在日日常生活活上大家家总是把把钢和铁铁联在一一起称为为“钢铁”,可见见钢和铁铁应该是是一种物物质才对对;事实实上,由由科学的的眼光来来看,钢钢和铁是是有少许许不同的的,它们们
3、的主要要成份都都是铁元元素,只只是所含含的碳元元素量不不同。我我们通常常以碳的的含量在在2%以以上的叫叫“生铁”,低于于这个数数值的叫叫“钢”。因此此,在冶冶炼钢铁铁的过程程中,含含铁的矿矿石先在在鼓风炉炉(bllastt fuurnaace)(高高炉)中中被冶炼炼成熔融融生铁,而而后熔融融生铁再再放到炼炼钢炉(ssteeel mmakiing furrnacce)中中精炼成成钢。生产钢铁所所需要的的原料分分成四大大类来分分别讨论论:第一一类讨论论的是各各种含有有铁质的的矿石原原料;第第二类是是煤和焦焦炭;第第三类则则讨论在在冶炼的的过程中中用来制制造熔碴碴(sllag)的的熔剂(或或称助熔熔
4、剂fllux),如如石灰石石等;最最后一类类是各种种辅助原原料,如如废钢料料(sccrapp)、氧氧气等。二、铁矿石石种类及及分布在理论上来来说,凡凡是含有有铁元素素或铁化化合物的的矿石都都可以叫叫做铁矿矿石。但但是,在在工业上上或者商商业上来来说,铁铁矿石不不但是要要含有铁铁的成份份,而且且必须有有利用的的价值才才行。可可是,由由于很难难绝对性性的判定定一个矿矿石是否否有利用用价值,所所以在工工业上很很难订立立一个铁铁矿石的的标准。举举例来说说,欧洲洲所产的的铁矿品品质很差差,而且且含铁量量很低,只只是因为为他们找找不到好好的矿石石,所以以他们就就把这种种矿石称称为铁矿矿石;而而澳洲目目前因
5、为为品质好好含铁量量高的矿矿石存量量很多,所所以像欧欧洲所用用的那种种矿石在在澳洲已已经认为为毫无价价值。那那么,在在欧洲所所使用的的铁矿石石,在美美国就不不被钢铁铁业界认认为是铁铁矿石了了。再譬譬如说,在在过去被被认为含含铁量太太低没有有利用价价值的矿矿石,由由于现在在工业技技术的进进步,发发展出许许多廉价价的方法法来富化化矿石中中铁的成成份,于于是这些些含铁量量低的矿矿石也就就成为有有价值的的铁矿石石了。于于是,我我们归纳纳出一个个结论,就就是在工工业上对对于铁矿矿石判定定的标准准是随着着地区性性的供求求关系、工工业技术术水准的的改变及及交通运运输的状状况而改改变的。以以目前的的标准来来看
6、,矿矿石中的的平均含含铁量大大约在225%以以上,才才被称为为有利用用价值的的铁矿石石。铁都是以化化合物的的状态存存在于自自然界中中,尤其其是以氧氧化铁的的状态存存在的量量特别多多。现在在将几种种比较重重要的铁铁矿石提提出来说说明:(前三种是主要种类)(1)磁铁铁矿(MMagnnetiite)是是一种氧氧化铁的的矿石,主主要成份份为Fee3O4,是FFe2O3和FeeO的复复合物,呈呈黑灰色色,比重重大约55.155左右,含含Fe 72.4%,OO 277.6%,具有有磁性。在在选矿(BBeneeficciattionn)时可可利用磁磁选法,处处理非常常方便;但是由由于其结结构细密密,故被被还
7、原性性较差。经经过长期期风化作作用后即即变成赤赤铁矿。(2)赤铁铁矿(HHemaatitte)也也是一种种氧化铁铁的矿石石,主要要成份为为Fe22O3,呈暗暗红色,比比重大约约为5.26,含含Fe 70%,O 30%,是最最主要的的铁矿石石。由其其本身结结构状况况的不同同又可分分成很多多类别,如如赤色赤赤铁矿(RRed Hemmatiite)、镜镜铁矿(SSpecculaarheemattitee)、云云母铁矿矿(Miicacceouus hhemaatitte)、粘粘土质赤赤铁(RRed Ochher)等等。(3)褐铁铁矿(LLimoonitte)这这是含有有氢氧化化铁的矿矿石。它它是针铁铁
8、矿(GGoetthitte)HHFeOO2和鳞铁铁矿(LLepiidoccroccitee)FeeO(OOH)两两种不同同结构矿矿石的统统称,也也有人把把它主要要成份的的化学式式写成mm Fee2O3nH2O,呈呈现土黄黄或棕色色,含有有Fe约约62%,O 27%,H22O 111%,比比重约为为3.664.0,多多半是附附存在其其它铁矿矿石之中中。(4)菱铁铁矿(SSideeritte)是是含有碳碳酸铁的的矿石,主主要成份份为FeeCO33,呈现现青灰色色,比重重在3.8左右右。这种种矿石多多半含有有相当多多数量的的钙盐和和镁盐。由由于碳酸酸根在高高温约88009000时会吸吸收大量量的热而
9、而放出二二氧化碳碳,所以以我们多多半先把把这一类类矿石加加以焙烧烧之后再再加入鼓鼓风炉。(55)铁的的硅酸盐盐矿(SSiliicatte IIronn)此类类矿石是是一种复复合盐,没没有一定定的化学学式,成成份的变变化很大大,一般般呈现深深绿色,比比重为33.8左左右,含含铁成份份很低,是是一种较较差的铁铁矿石。(6)硫化化铁矿(SSulpphidde iironn)这种种矿石含含有FeeS2,含FFe只有有46.6%而而S的含含量达到到53.4%。呈呈现灰黄黄色,比比重大约约为4.955.110。由由于这种种矿石常常常含有有许多其其它较贵贵重的金金属如铜铜(Cooppeer)、镍镍(Niic
10、keel)、锌锌(Ziinc)、金金(Goold)、银银(Siilveer)等等,所以以常被用用做他种种金属冶冶炼工业业的原料料;又由由于它含含有大量量的硫,所所以常被被用来提提制硫磺磺,铁反反而变成成了副产产品,所所以事实实上已不不能称为为铁矿石石。铁在地球表表面,分分布非常常广泛,而而且存量量也极为为丰富,几几乎所有有的岩石石和动植植物的残残骸之中中都含有有少许铁铁的成份份;根据据地质学学家的估估计,地地壳中大大约有445%是铁的的元素。虽然这许多多含铁的的物质中中只有极极少部份份是具有有价值的的铁矿石石,但是是它的存存量已经经是极为为丰富。对对于地球球上铁矿矿石贮存存量的估估计,目目前没
11、有有一个可可以确信信的数字字。目前前已经被被发现的的主要产产铁矿国国有美国国、加拿拿大、巴巴西、澳澳洲、南南非、印印度、法法国、英英国、瑞瑞典、西西班牙、苏苏俄、中中国、委委内瑞拉拉等。中国铁矿资资源有两两个特点点:一是是贫矿多多,贫矿矿出储量量占总储储量的880%;二是多多元素共共生的复复合矿石石较多。此此外矿体体复杂,有些贫贫铁矿床床上部为为赤铁矿矿,下部部为磁铁铁矿。 (1)东东北地区区铁矿 东北的的确铁矿矿主要是是鞍山矿矿区,它它是目前前我国储储量开采采量最大大的矿区区,大型型矿体主主要分布布在辽宁宁省的鞍鞍山(包包括大弧弧山、樱樱桃园、东东西鞍山山、弓长长岭等)、本本溪(男男芬、歪歪
12、头山、通通远堡等等),部部分矿床床分布在在吉林省省通化附近近。鞍山山矿区是是鞍钢、本本钢的主主要原料料基地。 鞍山矿矿区矿石石的主要要特点:1)除极少少富矿外外,约占占储量的的98%为贫矿矿,含铁铁量20040%,平均均30%左右。必必须经过过选矿处处理,精精选后含含铁量可可达600%以上上。 22)矿石矿矿物以磁磁铁矿和和赤铁矿矿为主,部部分为假假象赤铁铁矿和半半假象赤赤铁矿。其其结构致致密坚硬硬,脉石石分布均均匀而致致密,选选矿比较较困难,矿矿石的还还原性较较差。 3)脉石矿矿物绝大大部分是是由石英英石组成成的,SSiO22在40050%。但本本溪通远远堡铁矿矿为自溶溶性矿石石,其碱碱度(
13、CCa+MMg/SSiO22)在11以上。且且含锰11.2997.55%可代代替锰矿矿使用。 4)矿石含含S、PP杂质很很少,本本溪男芬芬铁矿含含P很低低,是冶冶炼优质质生铁的的好原料料。 (22)华北北地区铁铁矿 主主要分布布在河北北省宣化化、迁安安和邯郸郸、邢台台地区的的武安、矿矿山村等等的地区区以及内内蒙和山山西各地地。是首首钢、包包钢、太太钢和邯邯郸、宣宣化及阳阳泉等钢钢铁厂的的原料基基地。 迁迁滦矿区区矿石为为鞍山式式贫磁铁铁矿,含含酸性脉脉石,SS、P杂杂质少,矿矿石的可可选性好好。 邯邢邢矿区主主要是赤赤铁矿和和磁铁矿矿,矿石石含铁量量在400%-555%之之间,脉脉石中含含有一
14、定定的碱性性氧化物物,部分分矿石SS高。 (3)中中南地区区铁矿 中南地地区铁矿矿以湖北北大冶铁铁矿为主主,其他他如湖南南的湘潭潭,河南南省的安安阳、舞舞阳,江江西和广广东省的的海南岛岛等地都都有相当当规模的的储量,这这些矿区区分别成成为武钢钢、湘钢钢及本地地区各大大中型高高炉的原原料供应应基地。 大冶矿矿区是我我国开采采最早的的矿区之之一,主主要包括括铁山、金金山店、成成潮、灵灵乡等矿矿山,储储量比较较丰富。矿矿石主要要是铁铜铜共生矿矿,铁矿矿物主要要为磁铁铁矿,其其次是赤赤铁矿,其其他还有有黄铜矿矿和黄铁铁矿等。矿矿石含铁铁量400-500%,最最高的达达54-60%。脉石石矿物有有方解石
15、石、石英英等,脉脉石中含含SiOO28%左右,有有一定的的溶剂性性(CaaO/SSiO22为0.3左右右),矿矿石含PP低,(一一般0.0277%),含含S高且且波动很很大(00.011-1.2%),并并含有CCu(00.2-1.00%)和和Co(00.0113%-0.0025%)等含含有色金金属。矿矿石的还还原性较较差,矿矿石经烧烧结、球球团造块块后入高高炉冶炼炼。 (44)华东东地区铁铁矿 华华东地区区铁矿产产区主要要是自安安徽省芜芜湖至江苏南南京一带带的凹山山,南山山、姑山山、桃冲冲、梅山山、凤凰凰山等矿矿山。此此外还有有山东的的金岭镇镇等地也也有相当当丰富的的铁矿资资源储藏藏,是马马鞍
16、山钢钢铁公司司及其他他一些钢钢铁企业业原料供供应基地地。 芜宁宁矿区铁铁矿石主主要是赤赤铁矿,其其次是磁磁铁矿,也也有部分分硫化矿矿如黄铜铜矿和黄黄铁矿。铁铁矿石品品位较高高,一部部分富矿矿(含FFe500%-660%)可可直接入入炉冶炼炼,一部部分贫矿矿要经选选矿精选选、烧结结造块后后供高炉炉使用。矿矿石的还还原性较较好。脉脉石矿物物为石英英、方解解石、磷磷灰石和和金红石石等,矿矿石中含含S、PP杂质较较高(含含P一般般为0.5%,最最高可达达1.66%,梅梅山铁矿矿含S平平均可达达2%-3%),矿矿石有一一定的溶溶剂性(如如凹山及及梅山的的富矿中中平均碱碱度可达达0.77-0.9),部部分
17、矿石石含V,TTi及CCu等有有色金属属。 (55)其他他地区铁铁矿 除除上述各各地区铁铁矿外,我我国西南南地区、西西北地区区各省,如如四川、云云南、贵贵州、甘甘肃、新新疆、宁宁夏等地地都有丰丰富的不不同类型型的铁矿矿资源,分分别为攀攀钢、重重钢和昆昆钢等大大中型钢钢铁厂高高炉生产产的原料料基地。三、钢材的的生产工工艺碳素钢的定定义及钢钢中五元元素 含碳2%以以下的铁铁碳合金金称为钢钢。碳素素钢中的的五元素素是指化化学成份份中的主主要组成成物,即即 C、SSi、MMn、SS、P(碳碳、硅、锰锰、硫、磷磷)。其其次是在在炼钢过过程中不不可避免免地会混混入气体体,含OO、H、NN(氧、氢氢、氮)。
18、此此外,用用铝-硅脱氧氧镇静工工艺中,必必然在钢钢水中含含有 AAl,当当Alss(酸溶溶铝)0.0200%时,还还有细化化晶粒的的作用。化学元素对对钢性能能的影响响 1、碳(CC):钢钢中含碳碳量增加加,屈服服点和抗抗拉强度度升高,但但塑性和和冲击性性降低,当当碳量00.233%超过过时,钢钢的焊接接性能变变坏,因因此用于于焊接的的低合金金结构钢钢,含碳碳量一般般不超过过0.220%。碳碳量高还还会降低低钢的耐耐大气腐腐蚀能力力,在露露天料场场的高碳碳钢就易易锈蚀;此外,碳碳能增加加钢的冷冷脆性和和时效敏敏感性。2、硅(SSi):在炼钢钢过程中中加硅作作为还原原剂和脱脱氧剂,所所以镇静静钢含
19、有有0.11500.300%的硅硅。如果果钢中含含硅量超超过0.50-0.660%,硅就算算合金元元素。硅硅能显著著提高钢钢的弹性性极限,屈屈服点和和抗拉强强度,故故广泛用用于作弹弹簧钢。在调质结构钢中加入1.01.2%的硅,强度可提高1520%。硅和钼、钨、铬等结合,有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用,可制造耐热钢。含硅14%的低碳钢,具有极高的导磁率,用于电器工业做矽钢片。硅量增加,会降低钢的焊接性能。3、锰(MMn):在炼钢钢过程中中,锰是是良好的的脱氧剂剂和脱硫硫剂,一一般钢中中含锰00.3000.50%。在碳碳素钢中中加入00.700%以上上时就算算“锰钢”,较一一般钢量量的钢不不但有足足
20、够的韧韧性,且且有较高高的强度度和硬度度,提高高钢的淬淬性,改改善钢的的热加工工性能,如如16MMn钢比比A3屈屈服点高高40%。含锰锰1114%的钢有有极高的的耐磨性性,用于于挖土机机铲斗,球球磨机衬衬板等。锰锰量增高高,减弱弱钢的抗抗腐蚀能能力,降降低焊接接性能。4、磷(PP):在在一般情情况下,磷磷是钢中中有害元元素,增增加钢的的冷脆性性,使焊焊接性能能变坏,降降低塑性性,使冷冷弯性能能变坏。因因此通常常要求钢钢中含磷磷量小于于0.0045%,优质质钢要求求更低些些。5、硫(SS):硫硫在通常常情况下下也是有有害元素素。使钢钢产生热热脆性,降降低钢的的延展性性和韧性性,在锻锻造和轧轧制时
21、造造成裂纹纹。硫对对焊接性性能也不不利,降降低耐腐腐蚀性。所所以通常常要求硫硫含量小小于0.0555%,优优质钢要要求小于于0.0040%。在钢钢中加入入0.008-00.200%的硫硫,可以以改善切切削加工工性,通通常称易易切削钢钢。6、铬(CCr):在结构构钢和工工具钢中中,铬能能显著提提高强度度、硬度度和耐磨磨性,但同时时降低塑塑性和韧韧性。铬铬又能提提高钢的的抗氧化化性和耐耐腐蚀性性,因而而是不锈锈钢,耐耐热钢的的重要合合金元素素。7、镍(NNi):镍能提提高钢的的强度,而而又保持持良好的的塑性和和韧性。镍镍对酸碱碱有较高高的耐腐腐蚀能力力,在高高温下有有防锈和和耐热能能力。但但由于镍
22、镍是较稀稀缺的资资源,故故应尽量量采用其其他合金金元素代代用镍铬铬钢。8、钼(MMo):钼能使使钢的晶晶粒细化化,提高高淬透性性和热强强性能,在在高温时时保持足足够的强强度和抗抗蠕变能能力(长长期在高高温下受受到应力力,发生生变形,称称蠕变)。结构构钢中加加入钼,能能提高机机械性能能。 还还可以抑抑制合金金钢由于于火而引引起的脆脆性。在在工具钢钢中可提提高红性性。9、钛(TTi):钛是钢钢中强脱脱氧剂。它它能使钢钢的内部部组织致致密,细细化晶粒粒力;降降低时效效敏感性性和冷脆脆性。改改善焊接接性能。在在铬188镍9奥奥氏体不不锈钢中中加入适适当的钛钛,可避避免晶间间腐蚀。10、钒(V):钒是钢
23、钢的优良良脱氧剂剂。钢中中加0.5%的的钒可细细化组织织晶粒,提高强度和韧性。钒与碳形成的碳化物,在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。11、钨(W):钨熔点点高,比比重大,是是贵生的的合金元元素。钨钨与碳形形成碳化化钨有很很高的硬硬度和耐耐磨性。在在工具钢钢加钨,可显著提高红硬性和热强性,作切削工具及锻模具用。12、铌(Nb):铌能能细化晶晶粒和降降低钢的的过热敏敏感性及及回火脆脆性,提提高强度度,但塑塑性和韧韧性有所所下降。在在普通低低合金钢钢中加铌铌,可提提高抗大大气腐蚀蚀及高温温下抗氢氢、氮、氨氨腐蚀能能力。铌铌可改善善焊接性性能。在在奥氏体体不锈钢钢中加铌铌,可防防止晶间间腐蚀现现象。13
24、、钴(Co):钴是是稀有的的贵重金金属,多多用于特特殊钢和和合金中中,如热热强钢和和磁性材材料。14、铜(Cu):武钢钢用大冶冶矿石所所炼的钢钢,往往往含有铜铜。铜能能提高强强度和韧韧性,特特别是大大气腐蚀蚀性能。缺缺点是在在热加工工时容易易产生热热脆,铜铜含量超超过0.5%塑塑性显著著降低。当当铜含量量小于00.500%对焊焊接性无无影响。15、铝(Al):铝是是钢中常常用的脱脱氧剂。钢钢中加入入少量的的铝,可可细化晶晶粒,提提高冲击击韧性,如如作深冲冲薄板的的08AAl钢。铝铝还具有有抗氧化化性和抗抗腐蚀性性能,铝铝与铬、硅硅合用,可可显著提提高钢的的高温不不起皮性性能和耐耐高温腐腐蚀的能
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