冶金 陈国钦.ppt

第一节 冶金工艺概述 第二节 钢铁冶炼 第三节 有色金属冶炼,第一章 金属材料的制备冶金,因此，要获得各种金属及其合金材料必须首先通过各种方法将金属元素从矿物中提取出来，接着对粗炼金属产品进行精练提纯和合金化处理，然后浇注成锭，加工成形，才能得到所需成分、组织和规格的金属材料。,第一节 冶金工艺概述,绝大多数金属元素（除Au、Ag、Pt外）都以氧化物、碳化物等化合物的形式存在地壳之中。,冶金是一门研究如何经济地从矿石或其它原料中提取金属或金属化合物，并用各种加工方法制成具有一定性能的金属材料的科学。,3,2）冶金分类 提取冶金： 物理冶金：,研究提取金属，存在化学反应,研究金属材料成型过程,4,1.2 冶金学的支撑学科,冶金学,(理 论 基 础),(提供技术材料及研究课题),5,1.3 冶金工业发展历史,人类社会发展史： 原始社会奴隶社会封建社会资本主义社会,人类使用材料的历史： 石器青铜器铁器工业化(钢铁) 信息社会(多种新材料),6,中国冶金的辉煌历史,7,1.4 现代冶金过程冶炼过程,8,现代冶金过程轧钢过程,金属的冶金工艺可以分为火法冶金、湿法冶金、电冶金以及真空冶金等。,火法冶金,定义：火法冶金是指利用高温从矿石中提取金属或其化合物的方法。,湿法冶金,定义：湿法冶金是指利用一些化学溶剂的化学作用，在水溶液或非水溶液中进行包括氧化、还原、中和、水解和络合等反应，对原料、中间产物或二次再生资源中的金属进行提取和分离的冶金过程。,电冶金,定义：利用电能从矿石或其它原料中提取、回收、精 炼金属的冶金过程。,熔盐电解：直接利用高导电率、低熔点的熔盐作为电解质在熔池中进行电解。,Fe在地壳中的含量为5左右，在金属中仅次于铝， 除陨石外，纯铁在地壳中还未见到，铁容易与其它元素化合，特别是与氧化合，因此铁矿石多以氧化物形式存在。 铁矿石中除铁的氧化物外，还有其它元素的氧化物(SiO2、MnO2 等)，这些统称为脉石。 炼铁的目的就是使铁从铁的氧化物中还原，并使还原出的铁与脉石分离。,第二节 钢铁冶炼,概述 钢铁分类及其性能 工业纯铁： C2.11% (2%) 钢: 0.02%C2.11%(2%),生铁（主要产品）： 分为炼钢生铁和铸造生铁。 炉渣（副产品）：含SiO2、CaO和Al2O3的铝硅酸盐，主 要用于生产水泥。 煤气（副产品）：含26左右的CO，用作燃料。,炼铁产品及副产品：,炼钢的基本过程：,铁元素的氧化： 2FeO22（FeO）,铁元素的再还原：,2P + 5FeO + 4CaO = 5Fe + 4CaOP2O5 FeS + CaO = FeO + CaS,由于P、S元素的存在严重影响钢的性能，所以必须脱除。,造渣除P、S：,炼钢的常见工艺：,碱性平炉炼钢：以液态生铁或废钢为原料；利用炉气和矿石供氧；以气体或液体燃料供热。,电弧炉炼钢：利用石墨电极和金属炉料之间形成的电弧高温(通常5000一6000)加热和熔化金属，金属熔化后加入铁矿石、熔剂等，并吹氧，以加速钢中的碳、硅、,锰、磷等元素的氧化。当碳、磷含量合格时，扒去氧化性炉渣再加入石灰、萤石、电石、硅铁等造渣剂和还原剂，形成高碱度还原渣，脱去钢中的氧和硫。,氧气顶吹转炉炼钢： 熔池搅拌；放热升温；无需燃料。已成为现代冶炼碳钢和低合金钢的主要方法。,28,钢铁资源与能耗,1）我国主要自然资源现状,我国的四类基本资源中，耕地、淡水人均占有量只分别相当于世界平均水平的1/3和1/4，森林和草地只分别相当于世界平均水平的1/7和1/3； 能源资源中，煤炭、石油和天然气的人均探明储量分别只有世界平均水平的1/2、1/10和1/20。 矿产资源人均占有量只有世界平均水平的 58%，排世界第53位;,29,在13种主要金属原料的地区分布前五位排名上，我国除锡（占14.8%）和钼（占6.0%）外，其余都榜上无名。,30,2）我国主要自然资源使用现状,我国是资源和能源利用率较低的国家之一。我国最终产品量仅占原料投入量的20%30%，60%以上的原料变成了废弃物，资源回收率比世界平均水平低20%。,31,4）我国单位产值能耗,据资料统计，我国每百万美元的单位产值能耗为1172吨油当量，远高于日本（162）、德国（229）、英国（292）和美国（384）等发达国家的数值，也远高于世界平均水平（397）。,32,每万元GDP的能耗从1980年的7.98吨标煤降低到2002年的2.63吨标煤,减少了近2/3;每吨标煤所创造的GDP从1980年的2335元提高到2000年的6880元。,吨标煤创造产值（元）,每万元GDP能耗（吨标煤）,33,5）我国能源消耗增长率,近三十年，我国GDP年平均增长率为9.5%，而相应的能源消耗增长率仅为4.2%,不到GDP年平均增长率的一半（44%）。,34,6）钢铁工业能源消耗比例,钢铁工业是能源和资源密集型产业, 例如能源消耗约占世界总能耗的10%。我国钢铁工业在上世纪七十年代时占全国总能耗的13%14%，从八十年代起有所降低，但也在10%以上。,第三节 有色金属冶炼,铜的冶炼,铜在地壳中的含量只有0.01，在自然界中大多以硫化物和氧化物的形式存在于各种伴生矿中。一般，硫化铜矿采用火法冶炼；氧化铜矿采用湿法冶炼。,目前，湿法冶炼的发展出现新的契机，基于环保的要求，湿法冶炼的地位正在显示出不可取代的作用。,铜的湿法冶炼：,由于铝的化学性质活泼，不能通过各种化学处理直接还原得到粗金属，所以长期以