冶金工程概论-2011-1.ppt

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1、冶金工程概论-2011-1 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望教教 学学 目目 的的 掌握金属冶炼的基本知识、原理掌握金属冶炼的基本知识、原理与工艺实践，了解我国冶金工业现与工艺实践，了解我国冶金工业现状及发展动态状及发展动态教学安排教学安排l总学时总学时 32学时学时l课堂教学课堂教学 30学时学时l机动机动 2学时学时l教材：张训鹏主编教材：张训鹏主编.冶金工程概论冶金工程概论.长沙：中南工业大学出版社长沙：中南工业大学出版社l可阅读的课外书籍与杂

2、志可阅读的课外书籍与杂志 书籍书籍书籍书籍：钢冶金学钢冶金学钢冶金学钢冶金学 有色金属熔池熔炼有色金属熔池熔炼有色金属熔池熔炼有色金属熔池熔炼教学安排教学安排 冶金工艺导论冶金工艺导论冶金工艺导论冶金工艺导论 重金属冶金学重金属冶金学重金属冶金学重金属冶金学 冶金原理冶金原理冶金原理冶金原理 稀有金属冶金学稀有金属冶金学稀有金属冶金学稀有金属冶金学 轻金属冶金学轻金属冶金学轻金属冶金学轻金属冶金学 杂志杂志杂志杂志：有色金属（冶炼）有色金属（冶炼）有色金属（冶炼）有色金属（冶炼）湿法冶金湿法冶金湿法冶金湿法冶金 稀有金属稀有金属稀有金属稀有金属 轻金属轻金属轻金属轻金属 钢铁钢铁钢铁钢铁(工艺

3、工艺工艺工艺)第一章第一章 绪论绪论教学要求：教学要求：了解金属及其分类，建立冶金工了解金属及其分类，建立冶金工程相关概念，了解我国冶金工业现状与发程相关概念，了解我国冶金工业现状与发展方向展方向第一章第一章 绪论绪论n冶金冶金 是一门研究如何是一门研究如何是一门研究如何是一门研究如何经济地经济地从矿石或精矿或其它从矿石或精矿或其它从矿石或精矿或其它从矿石或精矿或其它原料中原料中原料中原料中提取金属提取金属或或或或化合物化合物，并用各种，并用各种，并用各种，并用各种加工加工方法制方法制方法制方法制成具有一定性能的成具有一定性能的成具有一定性能的成具有一定性能的金属材料金属材料的科学的科学的科学

4、的科学n冶金学冶金学 研究金属的制取、加工和改进金属性能的各研究金属的制取、加工和改进金属性能的各研究金属的制取、加工和改进金属性能的各研究金属的制取、加工和改进金属性能的各种技术及金属成分、组织结构、性能和相关基础种技术及金属成分、组织结构、性能和相关基础种技术及金属成分、组织结构、性能和相关基础种技术及金属成分、组织结构、性能和相关基础理论理论理论理论 分为分为分为分为提取冶金提取冶金和和和和物理冶金物理冶金两门学科两门学科两门学科两门学科第一章第一章 绪论绪论 提取冶金 从矿石或精矿中提取从矿石或精矿中提取金属（包括（包括金属化合物）的生产过程（又称化学冶金、过）的生产过程（又称化学冶金

5、、过程冶金学）程冶金学）物理冶金 通过成型加工制备具有一定性能的金通过成型加工制备具有一定性能的金属或合金材料，包括金属学、粉末冶金、属或合金材料，包括金属学、粉末冶金、金属铸造、金属压力加工等金属铸造、金属压力加工等第一章第一章 绪论绪论n工程工程 将自然科学的理论应用到集体工农业生将自然科学的理论应用到集体工农业生产部门中形成的各学科的总称（产部门中形成的各学科的总称（高级汉高级汉语大词典语大词典）水利工程、化学工程、冶金工程水利工程、化学工程、冶金工程第一章第一章 绪论绪论n金属及其分类金属及其分类 自自然然界界已已发发现现109109种种元元素素，金金属属元元素素共共9393种种，按提

6、取冶金分类可分为：按提取冶金分类可分为：黑色金属黑色金属：Fe,Cr,MnFe,Cr,Mn 有色金属有色金属：其余的金属元素：其余的金属元素 重重金属金属、轻轻金属金属、稀有稀有金属金属、贵贵金属金属 1010种常用有色金属种常用有色金属第一章第一章 绪论绪论第一章第一章 绪论绪论58-71镧系90-103锕系稀有轻金属 稀有高熔点金属稀土金属 稀有分散性金属稀有放射性金属第一章第一章 绪论绪论n金属在地壳中的赋存状态金属在地壳中的赋存状态 金金 属：属：AuAu、CuCu 化合物：化合物：轻金属、稀有金属：氧化矿轻金属、稀有金属：氧化矿 重金属：硫化矿、氧化矿重金属：硫化矿、氧化矿 过渡族元

7、素：既有氧化物又有硫化物过渡族元素：既有氧化物又有硫化物 第一章第一章 绪论绪论n冶金方法冶金方法 火法冶金：高温无水相参与的过程高温无水相参与的过程高温无水相参与的过程高温无水相参与的过程 湿法冶金：低温有水相参与的过程低温有水相参与的过程低温有水相参与的过程低温有水相参与的过程 电 冶 金：利用电能提取和精炼金属的方法利用电能提取和精炼金属的方法利用电能提取和精炼金属的方法利用电能提取和精炼金属的方法n冶金工艺流程和冶金过程冶金工艺流程和冶金过程 冶 金 工艺流 程：提取金属的过程和方法提取金属的过程和方法提取金属的过程和方法提取金属的过程和方法 冶炼工艺流程图：各过程间的联系及其所获得产

8、各过程间的联系及其所获得产各过程间的联系及其所获得产各过程间的联系及其所获得产 品间的流动线路图品间的流动线路图品间的流动线路图品间的流动线路图冶炼工艺流程图冶炼工艺流程图第一章第一章 绪论绪论 冶金（单元）过程：即一个冶炼阶段即一个冶炼阶段 焙烧 煅烧 烧结 熔炼 火法精炼 浸出 净化 电解第一章第一章 绪论绪论n冶金工业现状及发展方向冶金工业现状及发展方向 现状 发展方向 强化过程强化过程 节能节能 低污染或无污染低污染或无污染 产品多样化、精细化（高附加值）产品多样化、精细化（高附加值）第一章第一章 绪论绪论n冶金工业在国民经济中的地位和作用冶金工业在国民经济中的地位和作用 P7-8 属

9、原材料产业属原材料产业 国民经济的基础产业国民经济的基础产业 现代社会的三大支柱之一现代社会的三大支柱之一第二章第二章 矿石与选矿矿石与选矿 教学要求教学要求 了解矿石与选矿的基本概念，选矿工艺了解矿石与选矿的基本概念，选矿工艺各方法的原理与应用各方法的原理与应用第二章第二章 矿石与选矿矿石与选矿n矿石矿石 矿床矿床：具有一定规模的矿石天然集合体：具有一定规模的矿石天然集合体：具有一定规模的矿石天然集合体：具有一定规模的矿石天然集合体 矿石矿石：提取金属或生产其他产品的矿物集合体：提取金属或生产其他产品的矿物集合体：提取金属或生产其他产品的矿物集合体：提取金属或生产其他产品的矿物集合体 有用矿

10、石有用矿石：能够为人类利用的矿石：能够为人类利用的矿石：能够为人类利用的矿石：能够为人类利用的矿石 脉石脉石：不含有用矿物或含量过少，不宜以工业：不含有用矿物或含量过少，不宜以工业：不含有用矿物或含量过少，不宜以工业：不含有用矿物或含量过少，不宜以工业规模进行加工的矿石规模进行加工的矿石规模进行加工的矿石规模进行加工的矿石 品位品位：矿石中有用成分的含量：矿石中有用成分的含量：矿石中有用成分的含量：矿石中有用成分的含量 矿物矿物：具有一定化学成分及物理属性的天然元素：具有一定化学成分及物理属性的天然元素：具有一定化学成分及物理属性的天然元素：具有一定化学成分及物理属性的天然元素和化合物和化合物

11、和化合物和化合物 P P11-1211-12表表表表2-3 2-3 冶金工业常见金属矿物冶金工业常见金属矿物冶金工业常见金属矿物冶金工业常见金属矿物第二章第二章 矿石与选矿矿石与选矿n选矿选矿 选矿选矿选矿选矿 以廉价的处理费用，既不改变原矿的组成，又以廉价的处理费用，既不改变原矿的组成，又以廉价的处理费用，既不改变原矿的组成，又以廉价的处理费用，既不改变原矿的组成，又能使其高品位化能使其高品位化能使其高品位化能使其高品位化 原矿原矿：直接开采出来的矿石：直接开采出来的矿石：直接开采出来的矿石：直接开采出来的矿石 精矿精矿：经选矿使有用矿物进一步富集后的产品：经选矿使有用矿物进一步富集后的产品

12、：经选矿使有用矿物进一步富集后的产品：经选矿使有用矿物进一步富集后的产品 尾矿尾矿：经选矿获得的主要为脉石或有害杂质的：经选矿获得的主要为脉石或有害杂质的：经选矿获得的主要为脉石或有害杂质的：经选矿获得的主要为脉石或有害杂质的产品产品产品产品 P P1313 表表表表2-4 2-4 第二章第二章 矿石与选矿矿石与选矿 破碎与筛分破碎与筛分：使有用矿物单体解离，使之适合矿石选别处使有用矿物单体解离，使之适合矿石选别处使有用矿物单体解离，使之适合矿石选别处使有用矿物单体解离，使之适合矿石选别处理对粒度的要求理对粒度的要求理对粒度的要求理对粒度的要求 常用方法：常用方法：常用方法：常用方法：P P1

13、515 图图图图2-22-2 破碎设备：破碎设备：破碎设备：破碎设备：P P1515 图图图图2-32-3 破碎作业：破碎作业：破碎作业：破碎作业：P P1515 表表表表2-52-5 破碎指标：破碎指标：破碎指标：破碎指标：P P1616 破碎机的生产能力破碎机的生产能力破碎机的生产能力破碎机的生产能力 破碎比破碎比破碎比破碎比 筛分效率：筛分效率：筛分效率：筛分效率：P P1616目：目：第二章第二章 矿石与选矿矿石与选矿 选矿工艺：选矿工艺：重选法重选法重选法重选法：原理：原理：原理：原理 P P16 16 浮选法浮选法浮选法浮选法：原理原理原理原理 P P1616 正浮选正浮选正浮选正

14、浮选/反浮选反浮选反浮选反浮选 浮选药剂浮选药剂浮选药剂浮选药剂 P P1616 浮选作业浮选作业浮选作业浮选作业 P P1818 粗选：粗精矿、粗尾矿粗选：粗精矿、粗尾矿粗选：粗精矿、粗尾矿粗选：粗精矿、粗尾矿 精选：精矿、中矿精选：精矿、中矿精选：精矿、中矿精选：精矿、中矿 扫选：中矿、尾矿扫选：中矿、尾矿扫选：中矿、尾矿扫选：中矿、尾矿 磁选法磁选法磁选法磁选法：原理原理原理原理 P P1919 第三章第三章 炼炼 铁铁 教学要求：教学要求：了解高炉炼铁原料与设备，掌握高炉炼了解高炉炼铁原料与设备，掌握高炉炼铁原理与工艺过程铁原理与工艺过程第三章第三章 炼炼 铁铁n铁的性质及铁冶炼发展史

15、铁的性质及铁冶炼发展史 性质：银白色银白色银白色银白色 密度密度密度密度7.866g/cm7.866g/cm3 3 熔点熔点熔点熔点 15351535 良好的导热、导电和导磁性良好的导热、导电和导磁性良好的导热、导电和导磁性良好的导热、导电和导磁性丰度：5%5%，仅次于氧、硅、铝，仅次于氧、硅、铝 赋存状态：铁冶炼发展史：第三章第三章 炼炼 铁铁n炼铁原料与造块炼铁原料与造块炼铁原料与造块炼铁原料与造块 炼铁原料炼铁原料 铁矿石铁矿石：磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿等：磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿等：磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿等：磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿等 P P2222 表表表表

16、3-13-1 我国铁矿资源特点我国铁矿资源特点我国铁矿资源特点我国铁矿资源特点P P2222 ：贫矿多、复合矿多贫矿多、复合矿多贫矿多、复合矿多贫矿多、复合矿多 质量要求质量要求质量要求质量要求 P P2222 矿石品位要高矿石品位要高矿石品位要高矿石品位要高 酸性脉石要低（酸性脉石要低（酸性脉石要低（酸性脉石要低（SiOSiO2 2、AlAl2 2OO3 3）有害杂质有害杂质(S(S、P)P)要少要少 其他含铁原料其他含铁原料其他含铁原料其他含铁原料：高炉烟尘：高炉烟尘：高炉烟尘：高炉烟尘 转炉烟尘转炉烟尘转炉烟尘转炉烟尘 轧钢皮轧钢皮轧钢皮轧钢皮 硫硫硫硫酸渣酸渣酸渣酸渣第三章第三章 炼炼

17、 铁铁 熔剂熔剂：CaO、MgO或硅石或硅石 熔剂的作用熔剂的作用 P23 质量要求质量要求 焦碳焦碳：燃料和还原剂燃料和还原剂 焦碳作用焦碳作用 质量要求质量要求第三章第三章 炼炼 铁铁 铁矿粉造块铁矿粉造块（人造富矿或熟料）（人造富矿或熟料）烧结法烧结法将矿粉、熔剂、燃料按一定将矿粉、熔剂、燃料按一定比例混合，在比例混合，在1300一一1500条件下，条件下，矿粉矿粉局部熔化局部熔化造渣，造渣，烧结烧结成具有一定强度、一成具有一定强度、一定粒度、化学成分稳定的高炉料。定粒度、化学成分稳定的高炉料。团矿法团矿法是不适宜烧结的细磨精矿粉是不适宜烧结的细磨精矿粉和其它含铁和其它含铁粉料粉料造块的

18、方法。造块的方法。将细磨精矿将细磨精矿粉、熔剂、燃料（粉、熔剂、燃料（12%，有时不加，有时不加)等原等原料经配料混合，在造球机上滚成料经配料混合，在造球机上滚成1015 mm的生球的生球,生球在高温焙烧机上进行高温生球在高温焙烧机上进行高温焙烧，焙烧好的球团经冷却、破碎、筛分焙烧，焙烧好的球团经冷却、破碎、筛分得到成品球团矿。得到成品球团矿。第三章第三章 炼炼 铁铁 烧结设备烧结设备：带式烧结机：带式烧结机 结构结构 P24图图3-1 烧结过程烧结过程 P25图图3-2 点火炉点火炉台车行进方向台车行进方向第三章第三章 炼炼 铁铁 烧结矿分类：酸性烧结矿酸性烧结矿 碱度碱度570T570 F

19、eFe2 2OO3 3FeFe3 3OO4 4FeOFeFeOFe T570T570T570 FeFe2 2OO3 3FeFe3 3OO4 4FeOFeFeOFe T570T1 1 1 1 碱性渣碱性渣碱性渣碱性渣 CaO/SiOCaO/SiO2 2 1 1 1 1 酸性渣酸性渣酸性渣酸性渣 CaO/SiOCaO/SiO2 2 0.9-1.2 0.9-1.2 0.9-1.2 0.9-1.2 我国炼铁高炉渣我国炼铁高炉渣我国炼铁高炉渣我国炼铁高炉渣 熔化温度与熔化性温度熔化温度与熔化性温度熔化温度与熔化性温度熔化温度与熔化性温度 炉渣完全转变为均一液体时之温度炉渣完全转变为均一液体时之温度炉渣完

20、全转变为均一液体时之温度炉渣完全转变为均一液体时之温度 熔化温度及其影响因素熔化温度及其影响因素熔化温度及其影响因素熔化温度及其影响因素 第三章第三章 炼炼 铁铁熔化性温度熔化性温度 炉渣从不能流动炉渣从不能流动转变为自由流动时转变为自由流动时的温度，即粘度曲的温度，即粘度曲线与线与45切线的切切线的切点温度点温度(图中图中A点对应温度点对应温度)第三章第三章 炼炼 铁铁 粘度粘度 P P3535 流体流动时相互作用产生的内摩擦力的流体流动时相互作用产生的内摩擦力的体现体现 单位单位 Pas 影响因素影响因素 温度温度 组成组成常见液体的粘度 液液液液 体体体体 温温温温 度度度度/K /K

21、粘度粘度粘度粘度/Pas /Pas 液液液液 体体体体 温温温温 度度度度/K /K 粘度粘度粘度粘度/Pas/Pas水水水水 298 0.00089 298 0.00089 汞汞汞汞 273 0.0017273 0.0017蓖麻油蓖麻油蓖麻油蓖麻油 298 0.8 298 0.8 流动好的渣流动好的渣流动好的渣流动好的渣 0.53.03.0钢液钢液钢液钢液 1868 0.00251868 0.0025第三章第三章 炼炼 铁铁 脱硫过程脱硫过程 高炉内生铁脱硫主要通过炉渣去除高炉内生铁脱硫主要通过炉渣去除高炉内生铁脱硫主要通过炉渣去除高炉内生铁脱硫主要通过炉渣去除 炉渣脱硫反应炉渣脱硫反应炉渣

22、脱硫反应炉渣脱硫反应 FeSFeS十十十十(CaO)(CaO)十十十十C C(CaS)(CaS)十十十十FeFe十十十十CO CO 141055kJ 141055kJ 提高炉渣脱硫能力措施提高炉渣脱硫能力措施提高炉渣脱硫能力措施提高炉渣脱硫能力措施 (1)1)提高炉渣碱度提高炉渣碱度提高炉渣碱度提高炉渣碱度 (2)(2)提高温度提高温度提高温度提高温度 (3)(3)还原性炉渣还原性炉渣还原性炉渣还原性炉渣 图图3-20 KR法法1-脱硫剂；脱硫剂；2-搅拌槽；搅拌槽；3-至除尘器至除尘器图图3-20 顶部喷吹法顶部喷吹法1-喷枪；喷枪；2-脱硫剂；脱硫剂；3-料仓；料仓；4-称量料仓；称量料仓

23、；5-N2炉外脱硫炉外脱硫 第三章第三章 炼炼 铁铁n高炉生产的主要技术经济指标高炉生产的主要技术经济指标 P39-40 高炉有效容积利用系数高炉有效容积利用系数 平均水平平均水平平均水平平均水平 1.5-2.0 1.5-2.0 1.5-2.0 1.5-2.0 t/mt/m3 3dd 先进水平先进水平先进水平先进水平 3.0 3.0 3.0 3.0 t/mt/m3 3dd 焦比焦比 生产生产生产生产1t1t1t1t生铁所消耗的焦炭量生铁所消耗的焦炭量生铁所消耗的焦炭量生铁所消耗的焦炭量 一般水平一般水平一般水平一般水平 400-600 400-600 400-600 400-600 kg/tk

24、g/tFeFe 先进水平先进水平先进水平先进水平 400 400 400 400 kg/tkg/tFeFe第三章第三章 炼炼 铁铁 冶炼强度冶炼强度 每昼夜高炉燃烧的焦炭量与高炉容积的比值每昼夜高炉燃烧的焦炭量与高炉容积的比值每昼夜高炉燃烧的焦炭量与高炉容积的比值每昼夜高炉燃烧的焦炭量与高炉容积的比值 生铁合格率生铁合格率 生铁分为炼钢铁和铸造铁生铁分为炼钢铁和铸造铁生铁分为炼钢铁和铸造铁生铁分为炼钢铁和铸造铁 炉龄炉龄 高炉从点火开始到停炉大修为止的时间高炉从点火开始到停炉大修为止的时间高炉从点火开始到停炉大修为止的时间高炉从点火开始到停炉大修为止的时间 一般一般一般一般1010年年年年 高

25、者可达高者可达高者可达高者可达15152020年年年年第三章第三章 炼炼 铁铁n高炉炼铁技术的发展高炉炼铁技术的发展 P40-41 (1)1)高炉大型化高炉大型化 (2)(2)精料精料 (3)(3)高压操作高压操作 (4)(4)高风温高风温 (5)(5)富氧鼓风富氧鼓风 (6)(6)喷吹燃料喷吹燃料 (7)(7)脱湿鼓风脱湿鼓风 (8)(8)炉顶煤气余压发电炉顶煤气余压发电 (9)(9)高炉操作自动化高炉操作自动化第四章第四章 炼炼 钢钢教学要求：教学要求：了解炼钢原料与设备，掌握炼钢了解炼钢原料与设备，掌握炼钢原理与各种炼钢工艺特点原理与各种炼钢工艺特点第四章第四章 炼炼 钢钢n概述概述 钢

26、铁分类及其性能钢铁分类及其性能 工业纯铁：工业纯铁：C2.11%(2%)钢钢:0.02%C2.11%(2%)钢的分类钢的分类 P44表表4-1第四章第四章 炼炼 钢钢C、Si、Mn、P、S在铸铁和钢中的含量在铸铁和钢中的含量 铸铁铸铁 钢钢 C 2.5%-4.5%0.03%-1.2%Si 0.5%-2.0%0.01%-0.3%Mn 0.5%-2.0%0.3%-0.8%P 0.02%-0.5%0.01%-0.05%S 0.01%-0.1%0.01%-0.05%第四章第四章 炼炼 钢钢n炼钢过程原理炼钢过程原理 炼钢的基本任务炼钢的基本任务 通过冶炼通过冶炼降降低生铁中的低生铁中的碳碳和去和去除除

27、有害有害杂杂质，质，加加入适量的入适量的合金合金元素，获得具有高的元素，获得具有高的强度、韧性或其它特殊性能的钢强度、韧性或其它特殊性能的钢 “四脱四脱”：脱：脱C、P、S、O “二去二去”：除气体、非金属杂质：除气体、非金属杂质 一升温：一升温：一合金化：一合金化：第四章第四章 炼炼 钢钢炼钢炉1823-1923K热源氧化剂钢水钢渣铁水生铁废钢造渣剂炼钢过程示意图炼钢过程示意图氧化精炼氧化精炼第四章第四章 炼炼 钢钢炼钢原料炼钢原料 金属料金属料 铁水铁水铁水铁水(或生铁块或生铁块或生铁块或生铁块)是氧气顶吹转炉炼钢的基本原料，占金属料的是氧气顶吹转炉炼钢的基本原料，占金属料的是氧气顶吹转炉

28、炼钢的基本原料，占金属料的是氧气顶吹转炉炼钢的基本原料，占金属料的7070100100 废钢废钢废钢废钢 是电弧炉炼钢的基本原料，占钢铁料的是电弧炉炼钢的基本原料，占钢铁料的是电弧炉炼钢的基本原料，占钢铁料的是电弧炉炼钢的基本原料，占钢铁料的70709090，对氧气转炉来说，则既是金属料，又是冷却，对氧气转炉来说，则既是金属料，又是冷却，对氧气转炉来说，则既是金属料，又是冷却，对氧气转炉来说，则既是金属料，又是冷却剂剂剂剂 第四章第四章 炼炼 钢钢 铁合金铁合金铁合金铁合金 作为脱氧和合金化元素，如作为脱氧和合金化元素，如作为脱氧和合金化元素，如作为脱氧和合金化元素，如Fe-MnFe-Mn、F

29、e-SiFe-Si、Fe-CrFe-Cr；以及复合脱氧剂，如硅锰合金、硅钙合金；以及复合脱氧剂，如硅锰合金、硅钙合金；以及复合脱氧剂，如硅锰合金、硅钙合金；以及复合脱氧剂，如硅锰合金、硅钙合金硅锰铝合金；还有铝、锰、镍、钴等金属硅锰铝合金；还有铝、锰、镍、钴等金属硅锰铝合金；还有铝、锰、镍、钴等金属硅锰铝合金；还有铝、锰、镍、钴等金属 辅助材料辅助材料 造渣材料造渣材料造渣材料造渣材料 石灰石灰(CaO)(CaO)萤石萤石(CaF(CaF2 2)白云石白云石 第四章第四章 炼炼 钢钢 氧化剂氧化剂氧化剂氧化剂 氧气、铁矿石、氧化铁皮氧气、铁矿石、氧化铁皮氧气、铁矿石、氧化铁皮氧气、铁矿石、氧化

30、铁皮 冷却剂冷却剂冷却剂冷却剂 废钢、富铁矿、团矿、烧结矿、氧化铁皮废钢、富铁矿、团矿、烧结矿、氧化铁皮废钢、富铁矿、团矿、烧结矿、氧化铁皮废钢、富铁矿、团矿、烧结矿、氧化铁皮 还原剂和增碳剂还原剂和增碳剂还原剂和增碳剂还原剂和增碳剂 电炉炼钢使用的还原剂和增碳剂有石墨电极木电炉炼钢使用的还原剂和增碳剂有石墨电极木电炉炼钢使用的还原剂和增碳剂有石墨电极木电炉炼钢使用的还原剂和增碳剂有石墨电极木炭、焦炭、电石、硅铁、硅钙、铝等。氧气转炉炭、焦炭、电石、硅铁、硅钙、铝等。氧气转炉炭、焦炭、电石、硅铁、硅钙、铝等。氧气转炉炭、焦炭、电石、硅铁、硅钙、铝等。氧气转炉冶炼冶炼冶炼冶炼高碳钢高碳钢高碳钢高

31、碳钢时，一般用含灰分很少的石油焦作增时，一般用含灰分很少的石油焦作增时，一般用含灰分很少的石油焦作增时，一般用含灰分很少的石油焦作增碳剂碳剂碳剂碳剂第四章第四章 炼炼 钢钢炼钢炉渣炼钢炉渣 炉渣来源炉渣来源 (1)废钢带入的泥沙和铁锈等废钢带入的泥沙和铁锈等 (2)加入的各种造渣材料加入的各种造渣材料 (3)炼钢过程中化学反应的产物炼钢过程中化学反应的产物 炉渣组成炉渣组成 炼钢炉渣的基本体系是炼钢炉渣的基本体系是CaO-SiO2-FeO系系 高炉炼铁炉渣高炉炼铁炉渣 3545 3545 0.30.9 0.31.5 -68 814 0.91.3第四章第四章 炼炼 钢钢 炉渣作用炉渣作用 炉渣是

32、炼钢过程中的必然产物，直接参炉渣是炼钢过程中的必然产物，直接参与炼钢过程的物理化学反应和传热、传质与炼钢过程的物理化学反应和传热、传质过程过程 (1)控制金属中各元素的氧化和还原过程控制金属中各元素的氧化和还原过程 (2)2)向钢中输送氧以氧化各种杂质向钢中输送氧以氧化各种杂质 (3)3)吸收钢液中的非金属夹杂物吸收钢液中的非金属夹杂物 (4)对钢液有保护作用对钢液有保护作用 第四章第四章 炼炼 钢钢 炉渣性质炉渣性质 (1)(1)炉渣碱度炉渣碱度炉渣碱度炉渣碱度 R R%CaO/%SiO%CaO/%SiO2 2 炉料中含炉料中含炉料中含炉料中含P P较低较低较低较低 R R%CaO/(%P%

33、CaO/(%P2 2OO5 5+%SiO+%SiO2 2)炉料中含炉料中含炉料中含炉料中含P P较高较高较高较高 (2)(2)炉渣氧化性（炉渣向金属熔体传递氧的能力）炉渣氧化性（炉渣向金属熔体传递氧的能力）炉渣氧化性（炉渣向金属熔体传递氧的能力）炉渣氧化性（炉渣向金属熔体传递氧的能力）P P4747 全氧法：全氧法：全氧法：全氧法：FeOFeOFeOFeO十十十十1.351.35FeFe2 20 03 3 全铁法：全铁法：全铁法：全铁法：FeOFeOFeOFeO十十十十0.90.9FeFe2 20 03 3第四章第四章 炼炼 钢钢炼钢过程反应炼钢过程反应 炼钢炼钢炼钢炼钢熔池中氧的来源及铁液中

34、元素的氧化方式熔池中氧的来源及铁液中元素的氧化方式熔池中氧的来源及铁液中元素的氧化方式熔池中氧的来源及铁液中元素的氧化方式 熔池中氧的来源熔池中氧的来源 P48 氧在钢液中存在的形式氧在钢液中存在的形式 钢液中元素的氧化方式钢液中元素的氧化方式 直接氧化直接氧化 间接氧化（通过氧化物传递）间接氧化（通过氧化物传递）第四章第四章 炼炼 钢钢炼钢熔池中元素的氧化次序炼钢熔池中元素的氧化次序 纯氧化物的分解压纯氧化物的分解压 P48 炼钢实际熔池中元素氧化顺序炼钢实际熔池中元素氧化顺序 图 2-8 氧化物标准生成自由能随温度的变化图 3-8 纯氧化物分解压与温度关系第四章第四章 炼炼 钢钢 脱碳反应

35、脱碳反应 脱碳反应的作用脱碳反应的作用 搅动熔池搅动熔池 有利于钢液中气体及非金属夹杂物脱除有利于钢液中气体及非金属夹杂物脱除 有利于钢液温度和化学成分均匀有利于钢液温度和化学成分均匀 有利于冶金物化反应的进行有利于冶金物化反应的进行第四章第四章 炼炼 钢钢 脱碳反应方式脱碳反应方式脱碳反应方式脱碳反应方式 氧气直接和钢液接触：氧气直接和钢液接触：氧气直接和钢液接触：氧气直接和钢液接触：OO2 2+C=CO+C=CO 氧经过炉渣传送到钢液：氧经过炉渣传送到钢液：氧经过炉渣传送到钢液：氧经过炉渣传送到钢液：(FeO)=Fe+O(FeO)=Fe+O C+O=CO C+O=CO 炼钢熔池中炼钢熔池中

36、炼钢熔池中炼钢熔池中CC和和和和OO浓度的关系浓度的关系浓度的关系浓度的关系 CC高则高则高则高则OO低，低，低，低，CC低则低则低则低则OO高高高高 脱碳反应的速度脱碳反应的速度脱碳反应的速度脱碳反应的速度（氧浓、搅拌）（氧浓、搅拌）（氧浓、搅拌）（氧浓、搅拌）第四章第四章 炼炼 钢钢 硅、锰的氧化反应硅、锰的氧化反应 硅的氧化反应硅的氧化反应 2(FeO)+Si(SiO2)+2Fe+341224kJ (SiO2)+2(FeO)(2FeOSiO2)(2FeOSiO2)+2(CaO)(2CaOSiO2)+2(FeO)2O+Si(SiO2)+817448kJ第四章第四章 炼炼 钢钢 锰的氧化反应

37、锰的氧化反应 Mn+(FeO)(MnO)+Fe+123511kJ Mn+O=(MnO)+361623kJ (Fe、Mn)2SiO4+2CaO(Ca2SiO4)+2(FeOMnO)第四章第四章 炼炼 钢钢 脱磷反应脱磷反应 磷对钢性能的影响磷对钢性能的影响磷对钢性能的影响磷对钢性能的影响 降低钢的塑性、韧性，低温时更为严重，常降低钢的塑性、韧性，低温时更为严重，常 称为称为“冷脆性冷脆性”脱磷的基本反应脱磷的基本反应脱磷的基本反应脱磷的基本反应 2P2P十十5(FeO)5(FeO)(P P2 2O O5 5)十十5Fe5Fe (P (P2 2O O5 5)十十3(FeO)=(3FeOP3(FeO

38、)=(3FeOP2 2O O5 5)(3FeOP (3FeOP2 2O O5 5)十十3(CaO)3(CaO)(3CaOP(3CaOP2 2O O5 5)十十3(FeO)3(FeO)或或 (3FeOP(3FeOP2 2O O5 5)十十4(CaO)4(CaO)(4CaOP(4CaOP2 2O O5 5)十十3(FeO)3(FeO)第四章第四章 炼炼 钢钢 脱硫反应脱硫反应 硫对钢性能的影响硫对钢性能的影响硫对钢性能的影响硫对钢性能的影响 硫在铁液中以硫在铁液中以FeSFeS形式存在，当钢在热加形式存在，当钢在热加 工时，富集于晶界的低熔点硫化物将使晶界成工时，富集于晶界的低熔点硫化物将使晶界成

39、 脆性或熔融状态，使轧制或锻造时出现断裂，脆性或熔融状态，使轧制或锻造时出现断裂，即即“热脆热脆”脱硫反应及其影响因素脱硫反应及其影响因素脱硫反应及其影响因素脱硫反应及其影响因素 炼钢过程中，主要通过炉渣来脱硫炼钢过程中，主要通过炉渣来脱硫第四章第四章 炼炼 钢钢 FeS=(FeS)FeS=(FeS)（FeSFeS）(CaO)(CaO)(FeO)(FeO)(CaS)(CaS)脱硫总反应式脱硫总反应式 FeSFeS十十十十(CaO)(CaO)(FeO)(FeO)十十十十(CaS)(CaS)炉渣的脱硫能力炉渣的脱硫能力 以炉渣和金属中含硫量之比以炉渣和金属中含硫量之比以炉渣和金属中含硫量之比以炉渣

40、和金属中含硫量之比 L LS S=(%S)/%S=(%S)/%S表示表示表示表示 L LS S 脱硫指数或硫的分配系数脱硫指数或硫的分配系数脱硫指数或硫的分配系数脱硫指数或硫的分配系数第四章第四章 炼炼 钢钢影响炉渣脱硫的因素影响炉渣脱硫的因素 炉渣碱度高炉渣碱度高，渣中氧化铁，渣中氧化铁(FeO)含含量低，温度高，渣量大，炉渣流动性量低，温度高，渣量大，炉渣流动性好，则有利于脱硫好，则有利于脱硫第四章第四章 炼炼 钢钢 钢的脱氧钢的脱氧 氧对钢质量的影响氧对钢质量的影响 P52 造成钢的“热脆”并使钢锭内部产生气泡 按照脱氧程度的不同，钢可分为：镇静钢即完全脱氧钢；沸腾钢即不完全脱氧钢；半镇

41、静钢，其脱氧程度介于镇静钢与沸腾钢之间。第四章第四章 炼炼 钢钢 脱氧方法脱氧方法 P53 沉淀脱氧沉淀脱氧 扩散脱氧扩散脱氧 真空脱氧真空脱氧 脱氧剂脱氧剂 锰铁、硅铁、铝锰铁、硅铁、铝 加入顺序：先加锰铁再加硅铁最后加铝加入顺序：先加锰铁再加硅铁最后加铝 上 节 回 顾n高炉冶炼炉内反应高炉冶炼炉内反应n炼钢的基本任务炼钢的基本任务炼钢过程的基本反应炼钢过程的基本反应第四章第四章 炼炼 钢钢钢中气体和非金属夹杂物的脱除钢中气体和非金属夹杂物的脱除 钢中气体钢中气体钢中气体钢中气体 P P53-5453-54 钢中气体包括氢、氮和氧钢中气体包括氢、氮和氧钢中气体包括氢、氮和氧钢中气体包括氢、

42、氮和氧 对钢质量的影响对钢质量的影响对钢质量的影响对钢质量的影响 H H：“氢脆氢脆氢脆氢脆”、“白点白点”N N：引起碳钢的淬火时效和变形时效引起碳钢的淬火时效和变形时效 措施措施措施措施 钢液去气（钢液去气（钢液去气（钢液去气（脱碳过程随脱碳过程随COCO气泡排出）气泡排出）炉外去气炉外去气炉外去气炉外去气第四章第四章 炼炼 钢钢 钢中非金属夹杂物钢中非金属夹杂物 P54 存在形式存在形式 对钢质量的影响对钢质量的影响 影响钢的机械、加工、切削、疲劳性能影响钢的机械、加工、切削、疲劳性能 减少钢中非金属夹杂物的主要途径减少钢中非金属夹杂物的主要途径第四章第四章 炼炼 钢钢n氧气转炉炼钢氧气

43、转炉炼钢 转炉炼钢法的种类转炉炼钢法的种类第四章第四章 炼炼 钢钢 氧气顶吹转炉炼钢氧气顶吹转炉炼钢 氧气顶吹转炉于氧气顶吹转炉于1952年和年和1953年在奥年在奥地利的林茨地利的林茨(Linz)城和多纳维茨城和多纳维茨(Donawitz)城先后建成并投入生产，故又称为城先后建成并投入生产，故又称为LD法。法。设备设备第四章第四章 炼炼 钢钢 工艺特点工艺特点 对原材料适应性强、生产率高、成本低、对原材料适应性强、生产率高、成本低、可炼品种多钢质量好、投资省；建厂速度可炼品种多钢质量好、投资省；建厂速度快，是现代主要炼钢方法之一快，是现代主要炼钢方法之一第四章第四章 炼炼 钢钢 炼钢工艺过程

44、炼钢工艺过程 P58 包括装料、吹炼、脱氧出钢、倒渣等过包括装料、吹炼、脱氧出钢、倒渣等过程程 第四章第四章 炼炼 钢钢 电弧炉炼钢电弧炉炼钢 利用石墨电极端部和炉料之间放电产生利用石墨电极端部和炉料之间放电产生的的电弧热电弧热，借助辐射和电弧的直接加热熔，借助辐射和电弧的直接加热熔化金属和炉渣，冶炼出各种成分的钢及合化金属和炉渣，冶炼出各种成分的钢及合金的一种炼钢方法，是目前国内外生产特金的一种炼钢方法，是目前国内外生产特殊钢的主要方法，通常指碱性电弧炉炼钢殊钢的主要方法，通常指碱性电弧炉炼钢 设备设备第四章第四章 炼炼 钢钢 电弧炉炼钢特点电弧炉炼钢特点 优优 点点冶金过程灵活冶金过程灵活

45、热损失少热损失少温度易控制温度易控制基建投资省基建投资省能耗低能耗低操作灵活操作灵活 缺缺 点点 氢、氧含量较转氢、氧含量较转炉钢高炉钢高 炉内温度分布不炉内温度分布不均匀均匀第四章第四章 炼炼 钢钢 电弧炉熔炼工艺电弧炉熔炼工艺 P60 氧化精炼：脱碳脱磷氧化精炼：脱碳脱磷 还原精炼：脱氧脱硫还原精炼：脱氧脱硫 平炉炼钢平炉炼钢 P61 各种炼钢方法的比较各种炼钢方法的比较 P63第五章第五章 铜冶金铜冶金 教学要求：教学要求：了解炼铜原料与设备，掌握铜了解炼铜原料与设备，掌握铜熔炼、吹炼及精炼过程原理及工艺实践与熔炼、吹炼及精炼过程原理及工艺实践与发展趋势发展趋势第五章第五章 铜冶金铜冶金

46、n铜的性质与用途铜的性质与用途 P65 性质性质：紫红色：紫红色 密度密度8.89g/cm3熔点熔点 1083 优良的导热、导电性优良的导热、导电性 良好的延展性良好的延展性 与其它金属互溶性好与其它金属互溶性好第五章第五章 铜冶金铜冶金 丰度丰度：7.0107.010-3-3%赋存状态赋存状态：硫化矿、氧化矿、自然铜：硫化矿、氧化矿、自然铜 用途用途：电气工业、建筑、运输、通用工程等：电气工业、建筑、运输、通用工程等第五章第五章 铜冶金铜冶金n炼铜原料与方法炼铜原料与方法炼铜原料与方法炼铜原料与方法 炼铜原料炼铜原料炼铜原料炼铜原料 资源状况资源状况资源状况资源状况 P P6868 表表表表

47、5-15-1 铜的矿物铜的矿物铜的矿物铜的矿物 P P6868 表表表表5-25-2 铜精矿铜精矿铜精矿铜精矿 P P6969 表表表表5-35-3 世界原生铜产量的世界原生铜产量的世界原生铜产量的世界原生铜产量的90%90%来自硫化矿。典型的来自硫化矿。典型的来自硫化矿。典型的来自硫化矿。典型的硫化铜矿含铜由硫化铜矿含铜由硫化铜矿含铜由硫化铜矿含铜由0.2%(0.2%(露天开采露天开采露天开采露天开采)到到到到0.5-1%(0.5-1%(坑下开坑下开坑下开坑下开采采采采)。铜矿石经浮选富集产出含铜较高（。铜矿石经浮选富集产出含铜较高（。铜矿石经浮选富集产出含铜较高（。铜矿石经浮选富集产出含铜

48、较高（15%-15%-30%30%）的精矿，作为冶炼原料。）的精矿，作为冶炼原料。）的精矿，作为冶炼原料。）的精矿，作为冶炼原料。第五章第五章 铜冶金铜冶金 氧化矿石很难用选矿方法加以富集，一氧化矿石很难用选矿方法加以富集，一般直接送冶炼厂处理。般直接送冶炼厂处理。硫化精矿特点硫化精矿特点 粒度很小，比表面积很大，具有很大的粒度很小，比表面积很大，具有很大的化学反应能量，与氧发生氧化反应迅速，化学反应能量，与氧发生氧化反应迅速，同时可以放出大量的热能同时可以放出大量的热能第五章第五章 铜冶金铜冶金 冶炼方法冶炼方法 目前世界上原生铜产量中目前世界上原生铜产量中80-85%80-85%用火法冶用

49、火法冶金方法生产，约金方法生产，约15-20%15-20%用湿法生产。湿法用湿法生产。湿法炼铜通常用于处理氧化矿、低品位废矿和炼铜通常用于处理氧化矿、低品位废矿和复杂难选矿。火法炼铜用于处理各种铜精复杂难选矿。火法炼铜用于处理各种铜精矿，矿，硫化矿主要用火法冶金处理硫化矿主要用火法冶金处理 火法炼铜火法炼铜原则工艺流程见原则工艺流程见 P P7070图5-4。火法炼铜原则工艺流程火法炼铜原则工艺流程第五章第五章 铜冶金铜冶金 传统熔炼传统熔炼 鼓风炉、反射炉、电炉熔炼鼓风炉、反射炉、电炉熔炼鼓风炉、反射炉、电炉熔炼鼓风炉、反射炉、电炉熔炼 不足不足不足不足 (1)(1)不能充分利用硫化物炉料氧

50、化产生的反应热不能充分利用硫化物炉料氧化产生的反应热不能充分利用硫化物炉料氧化产生的反应热不能充分利用硫化物炉料氧化产生的反应热作为能量，矿物燃料量或电能消耗大（能耗高）作为能量，矿物燃料量或电能消耗大（能耗高）作为能量，矿物燃料量或电能消耗大（能耗高）作为能量，矿物燃料量或电能消耗大（能耗高）;(2)(2)产出低浓度产出低浓度产出低浓度产出低浓度SOSO2 2烟气，不能经济地生产硫酸，烟气，不能经济地生产硫酸，烟气，不能经济地生产硫酸，烟气，不能经济地生产硫酸，对环境造成严重污染；对环境造成严重污染；对环境造成严重污染；对环境造成严重污染；(3)(3)设备生产能力低。设备生产能力低。设备生产