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冶金工程概论 班级：应用化学1102班姓名：李文超 学号：11404600206引言： 冶金工程是国民经济的基础工业，它涉及生活中的各个方面，如建筑、工艺产品、生活用品等等； 它也是国家实力和工业水平的重要指标，为机械、能源 、航空航天、国防军工等领域提供所需的材料产品。随着世界的发展，人们对冶金工业不断提出新的要求，推动着冶金学科和工程技术的发展。如今，冶金工程已发展有一套比较完善的工艺流程了 。正文：1、 冶金的基本概念：冶金： 是一门研究如何经济地从矿石或精矿或其它原料中提取金属或化合物， 并用各种加工方法制成具有一定性能的金属材料的科学冶金学：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、性能和相关基础理论，分为提取冶金和物理冶金两门学科提取冶金：从矿石或精矿中提取金属（包括金属化合物）的生产过程（又称化 学冶金、过程冶金学） 物理冶金：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、金属铸造、金属压力加工等 我国铁矿资源特点： 贫矿多、复合矿多 质量要求：矿石品位要高 ； 酸性脉石要低（SiO2、Al2O3）；有害杂质(S、P)要少 其他含铁原料：高炉烟尘 转炉烟尘 烧结矿分类： 酸性烧结矿 碱度1 自熔性烧结矿 碱度 1.0-1.5 熔剂性烧结矿 碱度 2.0-2.4 碱烧结矿与球团矿的比较： (1) 细精矿粉(-325目占80)适宜造球，球团矿有利于贫矿资源利用（可对矿石细磨精选）。 (2) 烧结矿对原料的适应性强，粗粒不适于造球的矿粉，钢厂氧化铁粉、炉尘、其它含铁物料仍需烧结处理。 (3) 球团冶金性能好（强度高、微气孔多、粒度均匀铁分高、还原性好），特别是小高炉，对降低焦比，提高产量十分显著。但在大高炉上高温还原膨胀粉化，使炉料透气性变坏，影响顺行。且球团碱度低，高炉若用100球团冶炼，势必增大石灰石加入量。故此，高炉常使用烧结与球团混合炉料，特别是熔剂性烧结矿和酸性球团配合使用时能收到较为理想的冶炼效果。度：（CaO+MgO）/（SiO2+Al2O3） 冶金工艺流程图 2、 铁冶金 铁矿石：磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿等高炉冶炼高炉生产时从炉顶装入铁矿石、焦炭、造渣使用的熔剂(石灰石)，从位于炉子下部沿炉周的风口吹入经预热的空气。在高温下焦炭（有的高炉也喷吹煤粉、重油、天然气等辅助燃料）中的碳和鼓入空气中的氧燃烧生成的一氧化碳和氢气，在炉内上升过程中除去铁矿石中的氧，从而还原得到铁。炼出的铁水从铁口放出。铁矿石中不还原的杂质和石灰石等熔剂结合生成炉渣，从渣口排出。产生的煤气从炉顶导出，经除尘后，作为热风炉、加热炉、焦炉、锅炉等的燃料。任务：用还原法将矿石中铁氧化物的铁与氧分离，用高温熔化法将已还原的金属铁与脉石分离，然后经过脱硫、渗碳，最后得到合格的生铁。优缺点：热效率高、生产率高、原料适应性强、炉子寿命长（15-20年）；但铁水成分及温度难以准确控制。渗碳反应：2Fe +2CO = Fe3C + CO2 3Fe + C = Fe3C 高炉生产的主要技术经济指标 1 高炉有效容积利用系数 平均水平 1.5-2.0 t/m3d 先进水平 3.0 t/m3d2 焦比 生产1t生铁所消耗的焦炭量 一般水平 400-600 kg/tFe 先进水平 400 kg/tFe3 冶炼强度 每昼夜高炉燃烧的焦炭量与高炉容积的比值4 生铁合格率 生铁分为炼钢铁和铸造铁5 炉龄 高炉从点火开始到停炉大修为止的时间一般10年，高者可达1520年高炉炼铁技术的发展 (1)高炉大型化 (2)精料 (3)高压操作 (4)高风温 (5)富氧鼓风 (6)喷吹燃料 (7)脱湿鼓风 (8)炉顶煤气余压发电 (9)高炉操作自动化铁冶金 炼钢概述 钢铁分类及其性能 工业纯铁： C2.11% (2%) 钢: 0.02%C2.11%(2%) C、Si、Mn、P、S在铸铁和钢中的含量 铸铁 钢 C 2.5%-4.5% 0.03%-1.2% Si 0.5%-2.0% S 0.01%-0.1% 0.01%-0.05% 炼钢的基本任务：通过冶炼降低生铁中的碳和去除有害杂质，加入适量的合金元素，获得具有高的强度、韧性或其它特殊性能的钢 “四脱”：脱C、P、S、O “二去”：除气体、非金属杂质 一升温： 一合金化：炼钢原料金属料： 铁水(或生铁块)：是氧气顶吹转炉炼钢的基本原料，占金属料的70100。 废钢：是电弧炉炼钢的基本原料，占钢铁料的7090，对氧气转炉来说，则既是金属料，又是冷却剂 。 铁合金：作为脱氧和合金化元素，如Fe-Mn、Fe-Si、Fe-Cr；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 。 造渣材料：石灰(CaO)，萤石(CaF2)， 白云石。氧化剂： 氧气、铁矿石、氧化铁皮。 冷却剂 ：废钢、富铁矿、团矿、烧结矿、氧化铁皮。 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炭、焦炭、电石、硅铁、硅钙、铝等。氧气转炉冶炼高碳钢时，一般用含灰分很少的石油焦作增碳剂炼钢炉渣 炉渣来源： (1)废钢带入的泥沙和铁锈等 (2)加入的各种造渣材料 (3)炼钢过程中化学反应的产物 炉渣组成 炼钢炉渣的基本体系是CaO-SiO2-FeO系炉渣作用： 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、传质过程 (1)控制金属中各元素的氧化和还原过程 (2)向钢中输送氧以氧化各种杂质 (3)吸收钢液中的非金属夹杂物 (4)对钢液有保护作用 炉渣性质： (1) 炉渣碱度 R %CaO/%SiO2 炉料中含P较低 R %CaO/(%P2O5+%SiO2 ) 炉料中含P较高 (2) 炉渣氧化性（炉渣向金属熔体传递氧的能力） P47 全氧法： FeOFeO十1.35Fe203 全铁法：FeOFeO十0.9Fe203炼钢过程反应 炼钢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 P48 氧在钢液中存在的形式 钢液中元素的氧化方式 直接氧化 间接氧化（通过氧化物传递）脱碳反应 脱碳反应的作用 ：1. 搅动熔池2. 有利于钢液中气体及非金属夹杂物脱除 3 .有利于钢液温度和化学成分均匀 4 、有利于冶金物化反应的进行 脱碳反应方式 氧气直接和钢液接触： O2 + C = CO 氧经过炉渣传送到钢液： (FeO) = Fe + O C + O = CO 炼钢熔池中C和O浓度的关系 C高则O低，C低则O高 脱碳反应的速度（氧浓、搅拌）硅、锰的氧化反应 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锰的氧化反应 Mn+(FeO)(MnO)+Fe+123511kJ Mn+O=(MnO)+361623kJ (Fe、Mn)2SiO4+2CaO(Ca2SiO4)+2(FeOMnO) 脱磷反应 磷对钢性能的影响 降低钢的塑性、韧性，低温时更为严重，常 称为“冷脆性” 脱磷的基本反应 2P十5(FeO)(P2O5)十5Fe (P2O5)十3(FeO)=(3FeOP2O5) (3FeOP2O5)十3(CaO)(3CaOP2O5)十3(FeO) 或 (3FeOP2O5)十4(CaO)(4CaOP2O5)十3(FeO) 硫对钢性能的影响 硫在铁液中以FeS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 脆性或熔融状态，使轧制或锻造时出现断裂， 即“热脆” 脱硫反应及其影响因素 FeS = (FeS) （FeS）(CaO)(FeO)(CaS) 脱硫总反应式 FeS十(CaO)(FeO)十(CaS) 炉渣的脱硫能力 以炉渣和金属中含硫量之比 LS=(%S)/%S表示 LS 脱硫指数或硫的分配系数 炼钢过程中，主要通过炉渣来脱硫影响炉渣脱硫的因素 炉渣碱度高 ，渣中氧化铁(FeO)含量低，温度高，渣量大，炉渣流动性好，则有利于脱硫 钢的脱氧 氧对钢质量的影响 造成钢的“热脆” 脱氧方法 沉淀脱氧 扩散脱氧 真空脱氧 脱氧剂 锰铁、硅铁、铝 加入顺序：先加锰铁再加硅铁最后加铝 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；半镇静钢，其脱氧程度介于镇静钢与沸腾钢之间。钢中气体和非金属夹杂物的脱除钢中气体包括氢、氮和氧 对钢质量的影响： H：“氢脆” 、“白点” N：引起碳钢的淬火时效和变形时效 措施：1. 钢液去气（脱碳过程随CO气泡排出）氧气顶吹转炉炼钢 氧气顶吹转炉于1952年和1953年在奥地利的林茨(Linz)城和多纳维茨(Donawitz)城先后建成并投入生产，故又称为LD法。 工艺特点 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；建厂速度快，是现代主要炼钢方法之一电弧炉炼钢 利用石墨电极端部和炉料之间放电产生的电弧热，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 电弧炉炼钢特点优 点：1. 冶金过程灵活2. 热损失少3. 温度易控制4. 基建投资省5. 能耗低6. 操作灵活缺 点：1. 氢、氧含量较转炉钢高2. 炉内温度分布不均匀结束语：现代工业、农业、国防及科技的发展对冶金工业不断提出新的要求并推动着冶金工程学科和工程技术的发展，反过来，的发展又不断为人类文明进步提供新的物质基础。培养冶金工程领域科学研究与开发应用、工程设计与实施、技术攻关与技术改造、新技术推广与应用、工程规划与冶金企业管理等方面的高层次专门人才是有必要的。要将高新技术和学科发展相结合起来，主要体现在下两个方面：一是通过冶金过程的优化和新技术开发最大限度地满足相关产业对高品质冶金材料的要求，二是最大限度地减少冶金生产的资源和能源消耗，减少对环境的污染。这也