1、選修課冶金概論緒論課程教學目的 p 通過鋼鐵冶煉過程的根本原理、主要設備、生產工藝等的學習，使從事與冶金行業有關的非冶金專業學生對鋼鐵工業及鋼鐵聯合企業的生產過程有一個全面而概括的了解，并初步掌握冶金的根本知識。 /21:05:062第一章第一章 緒論緒論主要內容主要內容1.1 冶金根本概念冶金根本概念1.2 鋼鐵工業鋼鐵工業1.3 鋼鐵冶煉鋼鐵冶煉1.4 鋼鐵產品及副產品鋼鐵產品及副產品1.5 鋼鐵工業能耗及能源鋼鐵工業能耗及能源1.6 耐火材料耐火材料1.7 環境保護環境保護/21:05:0641.1 1.1 冶金根本概念冶金根本概念1.1.1 冶金學冶金學 火法冶金火法冶金(Pyrome

2、tallurgy)主要過程簡介主要過程簡介/21:05:0651.1.1 1.1.1 冶金學冶金學p 冶金學是一門研究如何經濟地從礦石或其它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。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過程和設備不同，從而形成專門的冶金學科科冶金學冶金學(Metallurgy)。p 冶金學研究所涉及的內容：金屬的制取，金冶金學研究所涉及的內容：金屬的制取

3、，金屬的加工，金屬性能的改進屬的加工，金屬性能的改進對金屬成分、對金屬成分、組織結構、性能和相關理論的研究。組織結構、性能和相關理論的研究。/21:05:066冶金學的分類冶金學的分類p 冶金學按研究的領域分：提取冶金學化學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冶金學和物理冶金學(physical metallurgy)材料的加工成型，通過控材料的加工成型，通過控制其組成、結構使已提取的金屬具有某種性制其組成、結構使已提取的金屬具有某種性能。能。p 提取冶金提取冶金extractive metallurgy：從礦石中提取金屬及金屬化合物的過程，因從礦石中提取金屬及金屬化合物的過

4、程，因其中進行很多化學反響，又稱化學冶金其中進行很多化學反響，又稱化學冶金chemical metallurgy。/21:05:067p 按所冶煉金屬類型分：按所冶煉金屬類型分：p (Nonferrous metallurgy) p (Ferrous metallurgy) p p 按冶金工藝過程不同分：按冶金工藝過程不同分： )鋼鋼鐵鐵冶冶金金（黑黑色色冶冶金金有有色色冶冶金金 電電冶冶金金濕濕法法冶冶金金火火法法冶冶金金提取冶金的分類提取冶金的分類/21:05:0681.1.2 1.1.2 火法冶金主要過程簡介火法冶金主要過程簡介p 枯燥：去水，溫度為枯燥：去水，溫度為400600。p 焙

5、燒：以改變原料組成為目的的、在低于礦石焙燒：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。熔點溫度下、在特定氣氛中進行的冶金過程。p 煅燒：在空氣中以去煅燒：在空氣中以去CO2和水為目的的冶金過和水為目的的冶金過程。程。p 燒結與球團：以獲得特定礦物組成、結構及性燒結與球團：以獲得特定礦物組成、結構及性能的造塊。能的造塊。p 熔煉：復原氧化物，提取粗金屬。熔煉：復原氧化物，提取粗金屬。p 精煉：氧化雜質，獲得純金屬。精煉：氧化雜質，獲得純金屬。p 鑄造：液態金屬凝固成固態。鑄造：液態金屬凝固成固態。 /21:05:0791.2 1.2 鋼鐵工業鋼鐵工業1.2.1 1

6、.2.1 鋼鐵材料鋼鐵材料1.2.2 1.2.2 鋼鋼(Steel)(Steel)與生鐵與生鐵(Pig iron)(Pig iron)的區別的區別 1.2.3 1.2.3 鋼鐵冶煉技術開展簡史鋼鐵冶煉技術開展簡史1.2.4 1.2.4 我國鋼鐵工業的開展我國鋼鐵工業的開展/21:05:07101.2.1 1.2.1 鋼鐵材料鋼鐵材料p 鋼鐵是使用最多的金屬材料鋼鐵是使用最多的金屬材料 原因：儲量大；冶煉加工容易；綜合性能好原因：儲量大；冶煉加工容易；綜合性能好p 預計未來幾年鋼鐵產品在各行業中占的比例預計未來幾年鋼鐵產品在各行業中占的比例/21:05:0711/21:05:07121.2.2

7、1.2.2 鋼與生鐵的區別鋼與生鐵的區別/21:05:07131.2.3 1.2.3 鋼鐵冶煉技術開展簡史鋼鐵冶煉技術開展簡史p 遠古至遠古至13世紀末：半熔融狀態的鐵塊世紀末：半熔融狀態的鐵塊海綿海綿鐵鐵(sponge iron)；p 13世紀末至世紀末至19世紀中葉：熔融狀態的生鐵世紀中葉：熔融狀態的生鐵粗鋼，形成兩步法煉鋼；粗鋼，形成兩步法煉鋼；p 19世紀中期至今世紀中期至今 ：p 1856年英國人創造了空氣底吹酸性轉爐煉鋼年英國人創造了空氣底吹酸性轉爐煉鋼法；法； p 1864年法國人創造了平爐煉鋼法年法國人創造了平爐煉鋼法(OH)；p 1874年創造了空氣底吹堿性轉爐煉鋼法；年創造

8、了空氣底吹堿性轉爐煉鋼法；p 20世紀初創造了電弧爐煉鋼世紀初創造了電弧爐煉鋼(EAF)；p 20世紀中葉氧氣頂吹轉爐世紀中葉氧氣頂吹轉爐LD法。法。/21:05:07141.2.3 1.2.3 我國鋼鐵工業的開展我國鋼鐵工業的開展p19961996年，突破年，突破1 1億噸；億噸；p19991999年，產量世界第一；年，產量世界第一；p20032003年，突破年，突破2 2億噸，世界唯一年產鋼億噸，世界唯一年產鋼超過超過2 2億噸的國家；億噸的國家；p20042004年，產量年，產量2.82.8億噸；億噸；p20052005年，產量年，產量3.53.5億噸；億噸；p20062006年，產量年

9、，產量4.24.2億噸。億噸。/21:05:0715/21:05:0716全球局部鋼廠產量排名全球局部鋼廠產量排名 排名排名 公司公司 國家國家 20062006年年( (百萬噸百萬噸) )20052005年年 ( (百萬噸百萬噸) )同比增長同比增長20062006200520051 11 1 米塔爾米塔爾荷蘭荷蘭63.6663.66 49.8949.89 27.627.62 22 2安賽樂安賽樂 盧森堡盧森堡54.3254.3246.6546.6516.416.43 33 3 新日鐵新日鐵日本日本33.7033.7032.9032.90 12.412.4 4 44 4 JFEJFE 日本日

10、本 32.0232.02 29.5729.57 8.38.35 55 5 浦項浦項韓國韓國31.2031.2031.4231.42-0.7-0.76 66 6 寶鋼寶鋼中國中國22.5322.53 22.7322.73 -0.9-0.99 92626唐鋼唐鋼中國中國19.0619.0616.0816.0818.518.516161818 鞍鋼鞍鋼中國中國15.0015.0011.9011.90 26.126.1 17172222沙鋼沙鋼 中國中國14.6314.63 12.0212.0221.721.718181616武鋼武鋼中國中國13.7613.76 13.0513.05 5.55.5 2

11、424 2424 濟鋼濟鋼中國中國11.2411.24 10.4310.437.87.825252727馬鋼馬鋼中國中國10.9110.919.659.6513.113.126262525萊鋼萊鋼中國中國10.7910.7910.3410.344.44.427272323首鋼首鋼中國中國10.5510.5510.4410.441.01.028283131華菱華菱中國中國9.919.91 8.458.45 17.217.2/21:05:071719901992199419961998200020022004200620085010015020025030035040045050036.4年代粗鋼

12、產量/Mt.a-1中國粗鋼產量中國粗鋼占全球粗鋼產量的比例8.489.6311.212.2512.7212.6113.4113.6314.7715.6615.4017.8520.122.925.833.7965.3571.0080.9389.5492.6195.36101.24108.91114.56123.35127.64151.63181.55202.31272.80418.78489.00349.360481216202428323630.9中國年粗鋼產量增長情況中國年粗鋼產量增長情況/21:05:07181.3 1.3 鋼鐵冶煉鋼鐵冶煉赤赤鐵鐵礦礦磁磁鐵鐵礦礦線線材材 板板材材/21:

13、05:0719p 燒結燒結/ /球團球團 高爐高爐轉爐轉爐連鑄機連鑄機軋機軋機p 直接復原或熔融復原直接復原或熔融復原電爐電爐連鑄機連鑄機軋機軋機 非高爐煉非高爐煉鐵鐵鋼鐵生產的兩個典型流程鋼鐵生產的兩個典型流程高爐煉鐵高爐煉鐵長流程長流程短流程短流程鋼鐵冶煉的任務是把鐵礦石冶煉成合格的鋼。鋼鐵冶煉的任務是把鐵礦石冶煉成合格的鋼。 /21:05:0820現代鋼鐵冶煉的兩種根本流程現代鋼鐵冶煉的兩種根本流程/21:05:0821鋼材加工工藝流程鋼材加工工藝流程/21:05:0822鋼鐵生產的典型工藝長流程鋼鐵生產的典型工藝長流程/21:05:0823鋼鐵工業的特點鋼鐵工業的特點p 生產規模大，物

14、流吞吐大，每噸鋼涉及的物生產規模大，物流吞吐大，每噸鋼涉及的物流將是流將是5-65-6噸。噸。p 資源密集、能耗密集。在鋼鐵聯合企業內，資源密集、能耗密集。在鋼鐵聯合企業內，每噸鋼降消耗每噸鋼降消耗0.7-0.80.7-0.8噸左右的標準煤、噸左右的標準煤、1.5-1.651.5-1.65噸左右鐵礦石、噸左右鐵礦石、3-83-8噸左右新水；噸左右新水；p 制造流程工序多、結構復雜制造流程工序多、結構復雜p 制造流程中伴隨大量物質制造流程中伴隨大量物質/ /能量排放，形成能量排放，形成復雜的環境界面復雜的環境界面/21:05:08241.4 1.4 鋼鐵產品及副產品鋼鐵產品及副產品p 產品產品

15、生鐵生鐵 鋼鋼 鐵合金鐵合金(Ferroalloy)(Ferroalloy) p 副產品副產品 爐渣爐渣(Slag)(Slag) 煤氣煤氣(Gas)(Gas)/21:05:0825生鐵生鐵p 它是鐵和碳及少量硅。錳、硫、磷等元素組它是鐵和碳及少量硅。錳、硫、磷等元素組成的合金，主要由高爐生產，按其用途可分成的合金，主要由高爐生產，按其用途可分為煉鋼生鐵和鑄造生鐵。為煉鋼生鐵和鑄造生鐵。 /21:05:0826鐵合金鐵合金p 鐵合金是指鐵與一種或幾種元素組成的中間鐵合金是指鐵與一種或幾種元素組成的中間合金，主要用于煉鋼脫氧或作為合金添加劑，合金，主要用于煉鋼脫氧或作為合金添加劑，當采用金屬熱復原

16、法生產其它鐵合金和有色當采用金屬熱復原法生產其它鐵合金和有色金屬時作復原劑金屬時作復原劑( (詳見第七章詳見第七章) )。如：硅鐵、。如：硅鐵、錳鐵。錳鐵。/21:05:0827爐渣爐渣p 爐渣是爐料在冶煉過程中不能進到生鐵和爐渣是爐料在冶煉過程中不能進到生鐵和鋼中的氧化物、硫化物等形成的熔融體。鋼中的氧化物、硫化物等形成的熔融體。p 其主要成分是其主要成分是CaO、MgO、SiO2、Al2O3等。等。p 根據冶煉方法的不同，鋼鐵生產產生的爐根據冶煉方法的不同，鋼鐵生產產生的爐渣分為渣分為高爐渣和煉鋼渣高爐渣和煉鋼渣，按爐渣中含有不，按爐渣中含有不同的化學成分又可分為同的化學成分又可分為堿性渣

17、和酸性渣堿性渣和酸性渣。 /21:05:0828p 堿度堿度(R)：爐渣中CaO與SiO2的質量百分數之比。這是二元堿度，還有三元堿度等p )()(22SiOwCaOwR )()()(23SiOwMgOwCaOwR/21:05:0829煤氣煤氣p鋼鐵生產中還能獲得大量的可燃氣體，鋼鐵生產中還能獲得大量的可燃氣體，高爐煉鐵可產生高爐煤氣，轉爐煉鋼高爐煉鐵可產生高爐煤氣，轉爐煉鋼可獲得轉爐煤氣，煉焦時可得焦爐煤可獲得轉爐煤氣，煉焦時可得焦爐煤氣等。氣等。p煤氣主要成分：煤氣主要成分：CO、H2、CO2、N2、CH4 /21:05:08301.5 1.5 鋼鐵工業能源及能耗鋼鐵工業能源及能耗1.5.

18、1 1.5.1 鋼鐵生產用能源鋼鐵生產用能源1.5.2 1.5.2 鋼鐵工業能耗鋼鐵工業能耗1.5.3 1.5.3 節能途徑節能途徑/21:05:0831p 鋼鐵工業是能源消耗的大戶，約占全國總能鋼鐵工業是能源消耗的大戶，約占全國總能源消耗量的源消耗量的10101111。p 鋼鐵生產所用能源主要有煤炭、燃料油鋼鐵生產所用能源主要有煤炭、燃料油( (重重油油) )、天然氣、電力等。、天然氣、電力等。 p 煤占鋼鐵生產中燃料消耗的煤占鋼鐵生產中燃料消耗的70%70%，鋼鐵工業用，鋼鐵工業用煤量已超過煤炭總產量的煤量已超過煤炭總產量的1515。p 煤在鋼鐵企業主要用來煉焦和自備電廠發電、煤在鋼鐵企業

19、主要用來煉焦和自備電廠發電、蒸汽機車燒煤、燒工業鍋爐及局部窯爐，少蒸汽機車燒煤、燒工業鍋爐及局部窯爐，少局部制成粉煤用于高爐噴吹及燒結生產。局部制成粉煤用于高爐噴吹及燒結生產。 1.5.1 1.5.1 鋼鐵生產用能源鋼鐵生產用能源/21:05:08321.5.2 1.5.2 鋼鐵工業能耗鋼鐵工業能耗p 我國鋼鐵工業的能源消耗中，鋼鐵冶我國鋼鐵工業的能源消耗中，鋼鐵冶煉是耗能最高的工序，占鋼鐵工業能煉是耗能最高的工序，占鋼鐵工業能耗的耗的60607070。其主要耗于煉鐵系統，。其主要耗于煉鐵系統，焦化、燒結、球團、煉鐵等工序。焦化、燒結、球團、煉鐵等工序。 /21:05:083320042004

20、年重點鋼鐵企業工序能耗比較年重點鋼鐵企業工序能耗比較( (千克標準煤千克標準煤/t) /t) 指標指標燒結燒結焦化焦化煉鐵煉鐵轉爐轉爐電爐電爐平均值平均值66.3866.38142.21142.21466.20466.2026.5726.57209.89209.8919991999年國際年國際先進水平先進水平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指標指標燒結燒結球團球團焦化焦化煉鐵煉鐵轉爐轉爐電爐電爐軋鋼軋鋼噸鋼綜噸鋼綜合能耗

21、合能耗平均值平均值 66.3866.38 42.0042.00 142.21142.21 466.20466.20 26.5726.57 209.89209.89 92.9192.91761761先進值先進值 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

22、.08141.02196.4079.00179.23 233.21538/21:05:08341.5.3 1.5.3 節能途徑節能途徑p 改進生產工藝及操作，更新和改造耗能高的改進生產工藝及操作，更新和改造耗能高的設備。設備。p 降低能源損失降低能源損失“廢料、煤氣、熱能、壓廢料、煤氣、熱能、壓力能，減少生產工序。力能，減少生產工序。 p 回收利用散失熱量。回收利用散失熱量。 p 加強企業能源管理，加強能源利用技術的研加強企業能源管理，加強能源利用技術的研究工作，提高操作技術水平，充分發揮現有究工作，提高操作技術水平，充分發揮現有設備能力，以節能為目標合理組織生產。設備能力，以節能為目標合理組

23、織生產。/21:05:08351.6 1.6 冶金用耐火材料冶金用耐火材料p 鋼鐵冶金的技術進步和過程溫度的提高分不鋼鐵冶金的技術進步和過程溫度的提高分不開，耐火材料的開展與鋼鐵冶金的技術進步開，耐火材料的開展與鋼鐵冶金的技術進步緊密相關。緊密相關。p 耐火材料產品絕大局部耐火材料產品絕大局部6080%用于用于冶金行業。冶金行業。p 耐火材料在冶金中的應用有：耐火材料在冶金中的應用有：p 高溫爐管高溫爐管p 坩堝、容器坩堝、容器p 熱電偶絕緣管熱電偶絕緣管p 熱電偶保護管熱電偶保護管p 爐膛耐火材料爐膛耐火材料p 爐膛保溫材料爐膛保溫材料/21:05:0836 1.6.11.6.1耐火材料定義

24、耐火材料定義p耐火材料是耐火度不低于耐火材料是耐火度不低于1580的無機的無機非金屬材料。非金屬材料。p ISO定義：耐火材料是耐火度至少為定義：耐火材料是耐火度至少為1500 的非金屬材料或制品但不排除的非金屬材料或制品但不排除含有一定比例的金屬。含有一定比例的金屬。p在高溫爐高爐、熱風爐、轉爐、各種加在高溫爐高爐、熱風爐、轉爐、各種加熱爐中，爐膛是用耐火材料砌成的。熱爐中，爐膛是用耐火材料砌成的。p對耐火材料的要求是：有足夠高的耐火度，對耐火材料的要求是：有足夠高的耐火度，合理的形狀，質地致密，高溫下有一定強合理的形狀，質地致密，高溫下有一定強度，無明顯揮發現象以及不與爐內工作氣度，無明顯

25、揮發現象以及不與爐內工作氣氛發生反響等。氛發生反響等。/21:05:08371.6.2 1.6.2 耐火材料分類耐火材料分類p按化學成分：氧化物、非氧化物、復按化學成分：氧化物、非氧化物、復合系合系p按形態：定形、不定形按形態：定形、不定形p按耐火度分：普通按耐火度分：普通15801770 ; 高級高級17702000 ; 特級特級2000 以上以上p按制作工藝分：泥漿澆注；可塑成按制作工藝分：泥漿澆注；可塑成型型/21:05:0838SnPbZnAlCuNiFe高嶺土耐火土SiC,80-90%熔融鋁礬土鉻鐵礦38%Cr2O3純Al2O3Cr2O3FeOCr2O3MgO,90-95%純SiC純BeO純ZrO2純MgO純ThO2石墨020040060080010001200140016001800200022002400260028003000320034003600熔化溫度C/21:05:09391.7 1.7 環境保護環境保護p 鋼鐵廠產生的各種污染物有：鋼鐵廠產生的各種污染物有：p 大氣污染物質大氣污染物質p 污水污水p 固體廢棄物固體廢棄物/21:05:0940大氣污染物質大氣污染物質p SOX：是通過原料、燃料中硫磺成分的燃燒而：是通過原料、燃料中硫磺成分的燃燒而產生的。燒結工廠等為其主要發