工学冶金概论绪论课件.pptx

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1、2023/3/24/07:06:311课程教学目的 通过钢铁冶炼过程的基本原理、主要设备、生产工艺及操作制度的学习，使从事与冶金行业有关的非冶金专业学生对钢铁工业及钢铁联合企业的生产过程有一个全面而概括的了解，并初步掌握冶金的基本知识。第1页/共46页2023/3/24/07:06:312主要参考书主要参考书u翟玉春，刘喜海，徐家振主编，翟玉春，刘喜海，徐家振主编，现代冶金学现代冶金学，电，电子工业出版社，子工业出版社，20002000年年u张家驹张家驹 编著编著铁冶金学铁冶金学，东北工学院出版社，东北工学院出版社，19881988年年u李慧主编李慧主编.钢铁冶金概论钢铁冶金概论，冶金工业出版

2、社，冶金工业出版社，19951995年年第2页/共46页2023/3/24/07:06:313课程内容与学时分配 第一章 绪论 2学时第二章 高炉炼铁 4学时第三章 铁水预处理及炼钢基本原理 2学时第四章 转炉炼钢 2学时第五章 电炉炼钢 2学时第六章 炉外精炼 4学时第七章 连续铸钢 4学时第3页/共46页第一章第一章 绪论绪论第4页/共46页2023/3/24/07:06:325主要内容主要内容1.1冶金基本概念冶金基本概念1.2钢铁工业钢铁工业1.3钢铁冶炼钢铁冶炼1.4钢铁产品及副产品钢铁产品及副产品1.5钢铁工业能耗及能源钢铁工业能耗及能源1.6耐火材料耐火材料1.7环境保护环境保护

3、第5页/共46页2023/3/24/07:06:3261.1 1.1 冶金基本概念冶金基本概念1.1.1冶金学冶金学1.1.2 火法冶金火法冶金(Pyrometallurgy)主要过程简介主要过程简介第6页/共46页2023/3/24/07:06:3271.1.1 1.1.1 冶金学冶金学冶金学是一门研究如何冶金学是一门研究如何经济地经济地从矿石或其它原料中从矿石或其它原料中提取金属或金属化合物提取金属或金属化合物，并用一定加工方法制成，并用一定加工方法制成具有一具有一定性能定性能的金属材料的科学。由于矿石性能不同，提取金属的原理、工艺过程和设备不同，从而形成专门的的金属材料的科学。由于矿石性

4、能不同，提取金属的原理、工艺过程和设备不同，从而形成专门的冶金学科冶金学科冶金学冶金学(Metallurgy)。冶金学研究所涉及的内容：冶金学研究所涉及的内容：金属的制取，金属的加工，金属性能的改进金属的制取，金属的加工，金属性能的改进对金属成分、组织结构、性能和对金属成分、组织结构、性能和相关理论的研究。相关理论的研究。第7页/共46页2023/3/24/07:06:328冶金学的分类冶金学的分类冶金学按研究的领域分冶金学按研究的领域分：提取冶金学提取冶金学（化学冶金学）和（化学冶金学）和物理冶金学物理冶金学(physical metallurgy)（材料的加工成型，通过控制其组成、结构使已

5、提取的金属具有（材料的加工成型，通过控制其组成、结构使已提取的金属具有某种性能）。某种性能）。提取冶金提取冶金（extractive metallurgy）：从矿石中）：从矿石中提取提取金属及金属化合物的过金属及金属化合物的过程，因其中进行很多程，因其中进行很多化学反应化学反应，又称，又称化学冶金化学冶金（chemical metallurgy）。）。第8页/共46页2023/3/24/07:06:329按所冶炼金属类型分：按所冶炼金属类型分：(Nonferrous metallurgy)(Ferrous metallurgy)按冶金工艺过程不同分：按冶金工艺过程不同分：提取冶金的分类提取冶金

6、的分类第9页/共46页2023/3/24/07:06:32101.1.2 1.1.2 火法冶金主要过程简介火法冶金主要过程简介干燥：干燥：去水去水，温度为，温度为400600。焙烧：以焙烧：以改变原料组成改变原料组成为目的的、在为目的的、在低于矿石低于矿石熔点温度下熔点温度下、在、在特定气氛中特定气氛中进行的冶金过程。进行的冶金过程。煅烧：在空气中以煅烧：在空气中以去去CO2和和水水为目的的冶金过为目的的冶金过程。程。烧结与球团：以获得特定矿物组成、结构及性烧结与球团：以获得特定矿物组成、结构及性能的能的造块造块。熔炼：还原氧化物，熔炼：还原氧化物，提取粗金属提取粗金属。精炼：氧化杂质，精炼：

7、氧化杂质，获得纯金属获得纯金属。铸造：液态金属铸造：液态金属凝固凝固成固态。成固态。第10页/共46页2023/3/24/07:06:32111.2 1.2 钢铁工业钢铁工业1.2.1 1.2.1 钢铁材料钢铁材料1.2.2 1.2.2 钢钢(Steel)(Steel)与生铁与生铁(Pig iron)(Pig iron)的区别的区别 1.2.3 1.2.3 钢铁冶炼技术发展简史钢铁冶炼技术发展简史1.2.4 1.2.4 我国钢铁工业的发展我国钢铁工业的发展第11页/共46页2023/3/24/07:06:32121.2.1 1.2.1 钢铁材料钢铁材料钢铁是使用最多的金属材料钢铁是使用最多的金

8、属材料 原因：储量大；冶炼加工容易；综合性能好原因：储量大；冶炼加工容易；综合性能好预计未来几年钢铁产品在各行业中占的比例预计未来几年钢铁产品在各行业中占的比例第12页/共46页2023/3/24/07:06:3213第13页/共46页2023/3/24/07:06:32141.2.2 1.2.2 钢与生铁的区别钢与生铁的区别第14页/共46页2023/3/24/07:06:32151.2.3 1.2.3 钢铁冶炼技术发展简史钢铁冶炼技术发展简史远古至远古至13世纪末：半熔融状态的铁块世纪末：半熔融状态的铁块海绵铁海绵铁(sponge iron)；13世纪末至世纪末至19世纪中叶：熔融状态的生

9、铁世纪中叶：熔融状态的生铁粗钢，形成两步法炼钢；粗钢，形成两步法炼钢；19世纪中期至今世纪中期至今：1856年英国人发明了空气底吹酸性转炉炼钢年英国人发明了空气底吹酸性转炉炼钢法；法；1864年法国人发明了平炉炼钢法年法国人发明了平炉炼钢法(OH)；1874年发明了空气底吹碱性转炉炼钢法；年发明了空气底吹碱性转炉炼钢法；20世纪初发明了电弧炉炼钢世纪初发明了电弧炉炼钢(EAF)；20世纪中叶氧气顶吹转炉（世纪中叶氧气顶吹转炉（LD法）。法）。第15页/共46页2023/3/24/07:06:32161.2.3 1.2.3 我国钢铁工业的发展我国钢铁工业的发展19961996年，突破年，突破1

10、1亿吨；亿吨；19991999年，产量世界第一；年，产量世界第一；20032003年，突破年，突破2 2亿吨，世界唯一年产钢亿吨，世界唯一年产钢超过超过2 2亿吨的国家；亿吨的国家；20042004年，产量年，产量2.82.8亿吨；亿吨；20052005年，产量年，产量3.53.5亿吨；亿吨；20062006年，产量年，产量4.24.2亿吨。亿吨。第16页/共46页全球部分钢厂产量排名全球部分钢厂产量排名 排名排名公司公司国家国家20062006年年(百万吨百万吨)20052005年年(百万吨百万吨)同比增长同比增长20062006200520051 11 1米塔尔米塔尔荷兰荷兰63.6663

11、.6649.8949.8927.627.62 22 2安赛乐安赛乐卢森堡卢森堡54.3254.3246.6546.6516.416.43 33 3新日铁新日铁日本日本33.7033.7032.9032.9012.412.44 44 4JFEJFE日本日本32.0232.0229.5729.578.38.35 55 5浦项浦项韩国韩国31.2031.2031.4231.42-0.7-0.76 66 6宝钢宝钢中国中国22.5322.5322.7322.73-0.9-0.99 92626唐钢唐钢中国中国19.0619.0616.0816.0818.518.516161818鞍钢鞍钢中国中国15.0

12、015.0011.9011.9026.126.117172222沙钢沙钢中国中国14.6314.6312.0212.0221.721.718181616武钢武钢中国中国13.7613.7613.0513.055.55.524242424济钢济钢中国中国11.2411.2410.4310.437.87.825252727马钢马钢中国中国10.9110.919.659.6513.113.126262525莱钢莱钢中国中国10.7910.7910.3410.344.44.427272323首钢首钢中国中国10.5510.5510.4410.441.01.028283131华菱华菱中国中国9.919.

13、918.458.4517.217.2第17页/共46页2023/3/24/07:06:3218中国年粗钢产量增长情况中国年粗钢产量增长情况第18页/共46页2023/3/24/07:06:33191.3 1.3 钢铁冶炼钢铁冶炼赤铁矿磁铁矿线材 板材第19页/共46页2023/3/24/07:06:3320烧结烧结/球团球团 高炉高炉转炉转炉连铸机连铸机轧机轧机直接还原或熔融还原直接还原或熔融还原电炉电炉连铸机连铸机轧机轧机 非高炉炼非高炉炼铁铁钢铁生产的两个典型流程钢铁生产的两个典型流程高炉炼铁高炉炼铁长流程长流程短流程短流程钢铁冶炼的任务是把铁矿石冶炼成合格的钢。钢铁冶炼的任务是把铁矿石冶

14、炼成合格的钢。第20页/共46页2023/3/24/07:06:3321现代钢铁冶炼的两种基本流程现代钢铁冶炼的两种基本流程第21页/共46页2023/3/24/07:06:3322钢材加工工艺流程钢材加工工艺流程第22页/共46页2023/3/24/07:06:3323钢铁生产的典型工艺（长流程）钢铁生产的典型工艺（长流程）第23页/共46页2023/3/24/07:06:3324钢铁工业的特点钢铁工业的特点生产规模大，物流吞吐大，每吨钢涉及的生产规模大，物流吞吐大，每吨钢涉及的物流将是物流将是5-65-6吨。吨。资源密集、能耗密集。在钢铁联合企业内，资源密集、能耗密集。在钢铁联合企业内，每

15、吨钢降消耗每吨钢降消耗0.7-0.80.7-0.8吨左右的标准煤、吨左右的标准煤、1.5-1.651.5-1.65吨左右铁矿石、吨左右铁矿石、3-83-8吨左右新水；吨左右新水；制造流程工序多、结构复杂制造流程工序多、结构复杂制造流程中伴随大量物质制造流程中伴随大量物质/能量排放，形成能量排放，形成复杂的环境界面复杂的环境界面第24页/共46页2023/3/24/07:06:33251.4 1.4 钢铁产品及副产品钢铁产品及副产品产品产品生铁生铁钢钢铁合金铁合金(Ferroalloy)(Ferroalloy)副产品副产品炉渣炉渣(Slag)(Slag)煤气煤气(Gas)(Gas)第25页/共4

16、6页2023/3/24/07:06:3326生铁生铁它是铁和碳及少量硅。锰、硫、磷等元素组成的合金，主要由高炉生产，按其它是铁和碳及少量硅。锰、硫、磷等元素组成的合金，主要由高炉生产，按其用途可分为用途可分为炼钢生铁炼钢生铁和和铸造生铁铸造生铁。第26页/共46页2023/3/24/07:06:3327铁合金铁合金铁合金是指铁与一种或几种元素组成的中间合金，主要用于炼钢脱氧或作为合铁合金是指铁与一种或几种元素组成的中间合金，主要用于炼钢脱氧或作为合金添加剂，当采用金属热还原法生产其它铁合金和有色金属时作还原剂金添加剂，当采用金属热还原法生产其它铁合金和有色金属时作还原剂(详见详见第七章第七章)

17、。如：硅铁、锰铁。如：硅铁、锰铁。第27页/共46页2023/3/24/07:06:3328炉渣炉渣炉渣是炉料在冶炼过程中不能进到生铁和炉渣是炉料在冶炼过程中不能进到生铁和钢中的氧化物、硫化物等形成的熔融体。钢中的氧化物、硫化物等形成的熔融体。其主要成分是其主要成分是CaO、MgO、SiO2、Al2O3、MnO、FeO、P2O5、CaS等。等。根据冶炼方法的不同，钢铁生产产生的炉根据冶炼方法的不同，钢铁生产产生的炉渣分为渣分为高炉渣高炉渣和和炼钢渣炼钢渣，按炉渣中含有不，按炉渣中含有不同的化学成分又可分为同的化学成分又可分为碱性渣碱性渣和和酸性渣酸性渣。第28页/共46页2023/3/24/0

18、7:06:3329煤气煤气钢铁生产中还能获得大量的可燃气体，钢铁生产中还能获得大量的可燃气体，高炉炼铁可产生高炉煤气，转炉炼钢高炉炼铁可产生高炉煤气，转炉炼钢可获得转炉煤气，炼焦时可得焦炉煤可获得转炉煤气，炼焦时可得焦炉煤气等。气等。煤气主要成分：煤气主要成分：CO、H2、CO2、N2、CH4 第29页/共46页2023/3/24/07:06:33301.5 1.5 钢铁工业能源及能耗钢铁工业能源及能耗1.5.1 1.5.1 钢铁生产用能源钢铁生产用能源1.5.2 1.5.2 钢铁工业能耗钢铁工业能耗1.5.3 1.5.3 节能途径节能途径第30页/共46页2023/3/24/07:06:33

19、31钢铁工业是能源消耗的大户，约占全国总能钢铁工业是能源消耗的大户，约占全国总能源消耗量的源消耗量的10101111。钢铁生产所用能源主要有钢铁生产所用能源主要有煤炭煤炭、燃料油、燃料油(重重油油)、天然气、电力等。、天然气、电力等。煤占钢铁生产中燃料消耗的煤占钢铁生产中燃料消耗的70%70%，钢铁工业，钢铁工业用煤量已超过煤炭总产量的用煤量已超过煤炭总产量的1515。煤在钢铁企业主要用来煤在钢铁企业主要用来炼焦炼焦和自备电厂发电、和自备电厂发电、蒸汽机车烧煤、烧工业锅炉及部分窑炉，少蒸汽机车烧煤、烧工业锅炉及部分窑炉，少部分制成粉煤用于高炉喷吹及烧结生产。部分制成粉煤用于高炉喷吹及烧结生产。

20、1.5.1 1.5.1 钢铁生产用能源钢铁生产用能源第31页/共46页2023/3/24/07:06:33321.5.2 1.5.2 钢铁工业能耗钢铁工业能耗我国钢铁工业的能源消耗中，我国钢铁工业的能源消耗中，钢铁钢铁冶炼冶炼是耗能最高的工序，占钢铁工是耗能最高的工序，占钢铁工业能耗的业能耗的60607070。其主要耗于。其主要耗于炼炼铁系统铁系统，焦化、烧结、球团、炼铁，焦化、烧结、球团、炼铁等工序。等工序。钢铁工业各工序耗能比例钢铁工业各工序耗能比例()第32页/共46页2023/3/24/07:06:343320042004年重点钢铁企业工序能耗比较年重点钢铁企业工序能耗比较 指标指标烧

21、结烧结焦化焦化炼铁炼铁转炉转炉电炉电炉平均值平均值66.3866.38142.21142.21466.20466.2026.5726.57209.89209.8919991999年国际年国际先进水平先进水平58.8958.89128.1128.1437.93437.93-8.88-8.88198.6198.6差值差值7.497.4914.1114.1128.2728.2735.4535.4511.2911.29指标指标烧结烧结球团球团焦化焦化炼铁炼铁转炉转炉电炉电炉轧钢轧钢吨钢综吨钢综合能耗合能耗平均值平均值 66.3866.38 42.0042.00 142.21142.21 466.204

22、66.20 26.5726.57 209.89209.89 92.9192.91761761先进值先进值 52.0652.06 19.2219.2288.1388.13395.41395.41-3.77-3.77 146.31146.31 53.6853.68565565落后值落后值108.6108.60 083.3083.30 229.15229.15 591.81591.81 75.2375.23 325.44325.44 286.89286.8911031103差值差值56.5464.08141.02196.4079.00179.23 233.21538第33页/共46页2023/3/2

23、4/07:06:34341.5.3 1.5.3 节能途径节能途径改进生产工艺及操作，更新和改造耗能高的设备。改进生产工艺及操作，更新和改造耗能高的设备。降低能源损失（降低能源损失（“废料废料”、煤气、热能、压力能），减少生产工序。、煤气、热能、压力能），减少生产工序。回收利用散失热量。回收利用散失热量。加强企业能源管理，加强能源利用技术的研究工作，提高操作技术水平，充分发挥现有设备能力，以节能加强企业能源管理，加强能源利用技术的研究工作，提高操作技术水平，充分发挥现有设备能力，以节能为目标合理组织生产。为目标合理组织生产。第34页/共46页2023/3/24/07:06:34351.6 1.6

24、 冶金用耐火材料冶金用耐火材料钢铁冶金的技术进步和过程温度的提高分不开，耐火材料的发展与钢铁冶金的技术进步紧密相关。钢铁冶金的技术进步和过程温度的提高分不开，耐火材料的发展与钢铁冶金的技术进步紧密相关。耐火材料产品绝大部分（耐火材料产品绝大部分（6080%）用于冶金行业。）用于冶金行业。耐火材料在冶金中的应用有：耐火材料在冶金中的应用有：高温炉管高温炉管坩埚、容器坩埚、容器热电偶绝缘管热电偶绝缘管热电偶保护管热电偶保护管炉膛耐火材料炉膛耐火材料炉膛保温材料炉膛保温材料第35页/共46页2023/3/24/07:06:3436 1.6.11.6.1耐火材料定义耐火材料定义耐火材料是耐火度不低于耐

25、火材料是耐火度不低于1580的无机的无机非金属材料。非金属材料。ISO定义：耐火材料是耐火度至少为定义：耐火材料是耐火度至少为1500 的非金属材料或制品（但不排除的非金属材料或制品（但不排除含有一定比例的金属）。含有一定比例的金属）。在高温炉（高炉、热风炉、转炉、各种加在高温炉（高炉、热风炉、转炉、各种加热炉）中，炉膛是用耐火材料砌成的。热炉）中，炉膛是用耐火材料砌成的。对耐火材料的要求是：有足够高的耐火度，对耐火材料的要求是：有足够高的耐火度，合理的形状，质地致密，高温下有一定强合理的形状，质地致密，高温下有一定强度，无明显挥发现象以及不与炉内工作气度，无明显挥发现象以及不与炉内工作气氛发

26、生反应等。氛发生反应等。第36页/共46页2023/3/24/07:06:34371.6.2 1.6.2 耐火材料分类耐火材料分类按化学成分：氧化物、非氧化物、复按化学成分：氧化物、非氧化物、复合系合系按形态：定形、不定形按形态：定形、不定形按耐火度分：普通按耐火度分：普通15801770;高级高级17702000;特级特级2000 以上以上按制作工艺分：泥浆浇注；可塑成型按制作工艺分：泥浆浇注；可塑成型第37页/共46页2023/3/24/07:06:3438第38页/共46页2023/3/24/07:06:34391.7 1.7 环境保护环境保护钢铁厂产生的各种污染物有：钢铁厂产生的各种污

27、染物有：大气污染物质大气污染物质污水污水固体废弃物固体废弃物第39页/共46页2023/3/24/07:06:3440大气污染物质大气污染物质SOX：是通过原料、燃料中硫磺成分的燃烧而产生的。烧结工厂等为其主要发生：是通过原料、燃料中硫磺成分的燃烧而产生的。烧结工厂等为其主要发生源。源。NOX：通过燃烧后发生。烧结工厂等为其主要发生源。：通过燃烧后发生。烧结工厂等为其主要发生源。煤尘：通过燃烧后发生。烧结炉、各加热炉为其发生源。煤尘：通过燃烧后发生。烧结炉、各加热炉为其发生源。粉尘：从燃料原料的输送、处理过程，及储藏场中产生。炼铁、炼钢工程为其主粉尘：从燃料原料的输送、处理过程，及储藏场中产生

28、。炼铁、炼钢工程为其主要发生源。要发生源。第40页/共46页2023/3/24/07:06:3441钢铁工业用水主要是钢铁工业用水主要是冷却水冷却水，其次是煤气，其次是煤气洗涤水洗涤水，以及冲洗设备、地面及除尘用水，以及冲洗设备、地面及除尘用水等。等。污水中含有下列污染物：污水中含有下列污染物：固体悬浮物（固体悬浮物（SS）：从排气集尘、高温物质的直）：从排气集尘、高温物质的直接冷却等过程中产生。接冷却等过程中产生。油：由各种机械等所使用的油所发生的漏泄及冷油：由各种机械等所使用的油所发生的漏泄及冷轧工程使用轧制机的机油等原因而产生。轧工程使用轧制机的机油等原因而产生。化学需氧量（化学需氧量（

29、COD）：从煤炭干馏时的氨水，及）：从煤炭干馏时的氨水，及冷轧、电镀废水中产生。冷轧、电镀废水中产生。酸、碱：从冷轧工程的酸洗工程、电镀工程等的酸、碱：从冷轧工程的酸洗工程、电镀工程等的脱脂工程中产生。脱脂工程中产生。污水污水第41页/共46页2023/3/24/07:06:3442固体废弃物固体废弃物炉渣：从高炉、铁水预处理、转炉、电炉、二次精炼炉渣：从高炉、铁水预处理、转炉、电炉、二次精炼设备等的冶炼工程中产生。设备等的冶炼工程中产生。污泥：在各种水处理过程中产生。污泥：在各种水处理过程中产生。灰尘：从各种干式集尘机中产生。灰尘：从各种干式集尘机中产生。第42页/共46页钢铁钢铁生产生产中产中产生的生的污染污染物物(1)第43页/共46页钢铁钢铁生产生产中产中产生的生的污染污染物物(2)第44页/共46页2023/3/24/07:06:3445第一章第一章 小结小结重点掌握内容：重点掌握内容：火法冶金及其主要工序；火法冶金及其主要工序；钢铁生产长流程和短流程生产工艺；钢铁生产长流程和短流程生产工艺；钢铁工业能源及能耗特点；钢铁工业能源及能耗特点；耐火材料及其要求。耐火材料及其要求。第45页/共46页2023/3/24/07:06:3446感谢您的观看！第46页/共46页