2英08《冶》H-Fundamentals.doc

2Fundamentals of Iron and Steel Making2.1Vocabulary PreparationStudy, translate and memorize the following words and expressions before class. alloy steels 合金钢 chromium krumjm n. 化学 铬hardness strengthwear resistance 耐磨性 heat resistancecorrosion resistance axles 轴kslbolts螺栓springsstuds std双头螺柱chisels凿子tizldies模具drills drilz 钻头filesnickelniklyield point 【力学】屈服点 ductility dktilti 延展性depth of hardening 淬火深度硬化深层；硬化深度；淬硬深度；淬火深度hardness penetration heavy duty products重型；重载； heavy type, heavy tax molybdenummlibdinm钼hardenability ,h:dnbilti n. 可硬化性；淬硬性forged锻造的vanadium vneidim钒fatigue strength疲劳强度tungsten tstn钨high-speed tool steel工具钢titaniumtaiteinim, ti-钛copper machinability. 切削性；机械m,i:nbiltimanganesem,ni:s, ,mni:z锰silicon硅上游资源Upstream resources铁矿石 iron ore焦煤焦炭Coking coal coke铁合金ferroalloy 废钢 steel scrap全球配置global allocation 统筹规划overall planning 布局overall arrangementspongy iron 海绵铁bellows beluz 波纹管 coke焦炭a steep rise急升hearth h:炉边；炉床blast volume鼓风量 regenerativeridenreitiv再生的hot blast stove热风炉；热鼓风炉热风炉；热鼓风炉air heating furnacecoke ratio焦比 ；焦炭比 ；煤焦比 cast iron 铸铁，生铁，锻铁wrought iron锻铁，熟铁Henry Bessemer 亨利贝西默hot metal 铁水impurities杂质mainstay支柱 pig iron 生铁scrap 碎片open-hearth process【冶金学】平炉炼钢法武汉钢铁集团 矿山采掘mining炼焦coking烧结firing 炼铁puddling 炼钢steelmaking 轧钢steel rolling配套公辅设施Supporting and auxiliary facilities财富世界500强Fortune Global 500 普碳钢carbon steel不锈钢stainless steel特钢Special Steel2.2Skill Practice & Knowledge Build-up2.2.1Memory2.2.2 Sight InterpretingE-C: Sight IAlloy steels have special properties determined by mixture and the amount of other metals added. Alloy elements are added to steel for the following basic purposes.ChromiumThe addition of chromium imparts hardness, strength, wear resistance, heat resistance, and corrosion resistance to steels. Chromium alloys are commonly used in axles, bolts, springs, and studs for automobiles. They are also used in tool steel for chisels, dies, drills, files, knives, and shears.NickelThe addition of nickel increases strength, yield point, hardness, and ductility. It also increases the depth of hardening. Nickel increases corrosion resistance and is one of the major constituents of the “stainless” or corrosion-resisting steels. Nickel steels have been used for components in automobiles and other vehicles, including aircrafts, and for a multitude of components such as gears, shafting which require great strength, and other heavy duty products.MolybdenumThe addition of molybdenum improves strength, hardenability and wear resistance. Molybdenum steels are readily heat-treated, forged and machined.VanadiumAddition of vanadium improves fatigue strength, ultimate strength, yield point, toughness, and resistance to impact and vibration.TungstenTungsten is used largely with chromium as a high-speed tool steel. This steel possesses the characteristic of being able to retain a sharp cutting-edge even though heated to redness in cutting.TitaniumTitanium helps to improves strength, hardenability, and wear resistance.CopperThe addition of copper increases corrosion resistance, and improves machinability.ManganeseManganese helps to reduce certain undesirable effects of sulfur by combining with the sulfur. It also combines with carbon to increase hardness and toughness. Manganese improves the forging qualities by reducing brittleness at rolling and forging temperatures. Manganese alloys are used mostly for making axles, forgings, gears, shafts and gun barrels.SiliconA small amount of silicon improves ductility. It is used largely to increase impact resistance when combined with other alloys. C-E: Sight I在后危机时代，实施资源战略，加强对上游资源的控制，是中国钢铁企业推进全球化进程的重要保证。随着世界经济的逐步复苏，国际钢铁产能利用率的上升将带动钢铁生产主要原材料（包括铁矿石、焦煤焦炭、铁合金、废钢等）价格的上涨，进而推高钢铁生产成本。In the crisis, the implementation of resource strategy and the enhanced control of the upstream resources is an important guarantee for Chinas steel enterprises to promote globalization process. With the recovery of the world economy , the rise of the international steel capacity utilization will drive the prices of main raw materials of steel production (including iron ore, coking coal, ferroalloy , steel scrap, thus pushing the high steel production cost. 对于中国钢铁行业而言，当前面临的最紧迫的问题就是进口铁矿石的问题。中国钢铁行业需要继续坚持“走出去”战略，实现上游供应链的全球配置，适度掌控海外资源，建立更为广阔的资源供应渠道。As far as the Chinese iron and steel industry is concerned, currently the most pressing issue is the import of iron ore . Chinese steel industry need to continue to adhere to the going out strategy, make the global allocation of upstream possible ,moderately control overseas resources,establishing broader resources supply channels. 此外，中国钢铁工业发展到现在，建立海外生产基地已不可避免。要系统研究中国钢铁企业海外建厂模式和运营管理等方面的经验与教训，统筹规划好中国钢铁企业在海外生产基地的布局。2.2.3 Note-taking2.3 Listening Note-taking Interpreting2.4 Thematic Knowledge2.4.1钢铁是使用最多的金属材料人类自进入青铜时代以来，同金属材料及其制品的关系日益密切。在现代社会中，人们的衣食住行都离不开金属材料，人们从事生产或其它活动所用的工具和设施，也都要使用金属材料。可以说，没有金属材料便没有人类的物质文明。而在使用的金属材料中，钢铁材料用得最多，其产量与其它金属相比（如铝Al-aluminum、铜Cu-copper、锡Sn-tin、铅Pb-lead）占绝对优势。钢铁工业是国家的基础工业之一，机械、交通运输、建筑、国防和民用等所有工业部门，都离不开钢铁材料。钢铁产量往往是衡量一个国家工业水平和生产能力的主要标志，钢铁的质量和品种对国民经济其它工业部门产品的质量，都有着极大的影响。钢铁之所以成为使用最多的金属材料，其原因：l 地壳中铁的储量比较丰富，按元素总量计占4.2%。就金属元素而言，铁在自然界中的储藏仅次于铝，居第二位，而大多集中存在，形成巨大的铁矿床(iron ore deposit)，通常铁矿石(iron ore)中铁的含量为25-70%。l 从矿石含有的金属化合物(metal compound)中提取(extract)出金属的过程叫冶炼(smelting)。铁矿石冶炼比较容易，且生产规模大，效率高、质量好和成本低，具有其它金属生产无可比拟的优势。l 钢铁具有良好的物理、机械和工艺性能，如有较高的强度(strength)和韧性(ductility)、热和电的良好导体、耐磨(abrasion resistance)、耐腐蚀(corrosion resistance、焊接及铸造加工性好等。钢铁可通过铸(casting)、锻(forging)、轧(rolling)、切削(cutting)和焊接(welding)等多种方式进行加工，得到任何结构的工部件。l 将某些金属（如镍Ni-nickel、铬Cr-chromium、钒V-vanadium、锰Mn-manganese等）作为合金元素加入铁中，就能获得具有各种性能的金属材料。l 钢铁通过热处理（如淬火quenching, hardening、回火tempering等）能调整其机械性能，以满足国民经济各方面的需要。l 废弃的钢铁产品可以循环利用。钢铁材料由于具有以上特点，因此在现代工业中应用最广。但钢铁也存在着种种缺点，如较容易生锈且较重。产量仅次于铁的铝却不易生锈，重量也轻。但铝的冶炼比铁困难，且强度较差。塑料的迅速发展虽然在某些用途上可代替钢铁，但并未影响钢铁材料用途的增长。目前世界钢铁产量随着国民经济的发展仍在不断增长，而且近年来钢铁材料与各种有色金属及合金、有机合成材料、无机非金属材料等组成复合材料，使其用途进一步扩大。因此，目前还没有哪一种材料能取代钢铁现有的地位。2.4.2钢与生铁的区别钢(steel)与生铁(pig iron)都是以铁Fe-iron元素为主，并含有少量碳C-carbon、硅Si-silicon、锰Mn-manganese、磷P-phosphorus、硫S-sulphur等元素的铁碳合金(iron-carbon alloy)。根据含碳和其他元素含量的不同而区分为钢的生铁，特别是碳含量的差别，引起铁碳合金在不同温度下所处的状态和结构的变化，因而使钢和生铁具有不同的性能和用途。一般来说，含碳量大于2%的为生铁，含碳量小于2%为钢。钢铁中常见元素的含量见表1-1元素CSiMnPS生铁 pig iron20.2-2.00.2-2.50.50.07钢 steel20.01-0.30.30.80.050.05生铁含碳较高，其性质硬而脆，不能锻造。它主要用于铸造电动机外壳、变速箱壳体、机床床体与支架以及其它机械零件等。在世界各国生铁产量中，大部分是作为炼钢原料，进一步精炼成钢。而只有10%左右用于铸造各种部件和零件。钢具有比生铁更好的综合机械性能，如有较高的机械强度和韧性；可塑性好，易加工成各种形状的钢材和制品；能铸造、轧制、锻造和焊接；具有良好的导电、导热性能。若在钢中添加一些合金元素，则可得到特殊性能的钢种，如不锈钢(stainless steel)、耐热钢(heat-resistant steel)、耐酸钢(acid-resistant steel)等。若对钢进行热处理，可以改变同一成分钢的性能。如两块含C 0.8%的钢，其中一块经加热至770，在炉内进行缓慢冷却（退火annealing），得到硬度和强度较低的钢。另一块同样加热至770，然后放入水中急冷（淬火quenching），其硬度和强度就较前者高3到4倍。2.4.3钢铁冶炼技术发展简史冶金技术和金属的使用是同人类的文明紧密联系在一起的，在新石器时期，人类开始使用金属，此时的制陶技术（用高温和还原气氛烧制黑陶）促进了冶金技术的产生和发展。冶金技术的发展，提供了青铜、铁等金属及各种合金材料制造的生活用具、生产工具和武器等，提高了社会生产力，推动了社会进步。人类从使用石器、陶器进入到使用金属，是文明的一次飞跃。研究表明，人类使用天然金属（主要是铜）距今大约8000年。使用铁器是人类文明的又一重大进步，最早炼铁是在黑海南岸的山区，大约公元前14世纪。到公元前13世纪，铁器应用在埃及已占一定的比重。春秋末期，中国的冶炼技术有很大的突破，使中国在这一领域长期遥遥领先。中国、印度、北非和西亚地区冶金技术的进步，同那里的古代文明紧密相关。1 6世纪以后，生铁冶金技术向西欧各国传播，导致了用煤冶炼铁为基础冶金技术的发展。钢铁冶炼技术从远古到今天的现代化钢铁联合企业，大致可分为三个发展阶段。（1）远古至13世纪末古代人的冶炼方法十分简单，利用自然地形将铁矿石与木炭一起放入称为地窑炉的炉膛内，加热冶炼。因为不能获得熔化矿石的高温，仅能制成半熔融(semi-molten)状态的铁块，其中混杂有相当多的氧化铁渣、称作海绵铁(sponge iron)。其含碳极低，所以塑性(plasticity)较高，经锻打成型，制作器具。在此时期，冶炼工场在出产铁矿石和木材丰富的山区非常发达。（2）13世纪末至19世纪中叶随着铁的需要量增加以及鼓风技术的发展，炉子越来越高，逐渐形成现代高炉(blast furnace)雏形的木炭高炉。由于炉容增大，采用鼓风技术，使单位时间内燃烧的燃料量增加了，炉内温度提高，能得到熔融状态的生铁，这种生铁冷却后很脆，不能锻造成器具，而被当作废物扔掉。后来将生铁作原料和矿石、木炭一起在炉内再进行冶炼，得到性能比生铁好的粗钢(crude steel; raw steel)（也叫熟铁wrought iron）。从此钢铁冶炼就形成了一直沿用至今的二步冶炼法：第一步从矿石中冶炼出生铁；第二步把生铁精炼成钢。随着时代的进步，高炉燃料从木炭发展到焦炭，鼓风动力用蒸汽机代替水力（风力），精炼炉中开始采用煤，此时期的炼铁厂从矿石的产区移至作鼓风动力的水里资源丰富的地区，产量也不断增长。（3）19世纪中期至今以生铁为原料在高温下精炼成钢，一直是钢铁生产的主要方法。在此期间，高炉鼓风由热风代替冷风，并建立了蓄热式热风炉(regenerative hot blast stove)，鼓风动力采用电力。确立了作为生铁精炼炉的转炉(converter)、平炉(open-hearth furnace)、电炉(electric arc furnace)的炼钢法。特别是第二次世界大战后出现的氧气顶吹转炉普及后，各国都广泛采用钢铁联合企业，产量不断增加。二战后钢铁生产技术也不断革新，炼铁方面在高炉上采用了调温(temperature adjustment)、高风温(high blast temperature)，富氧鼓风(oxygen-enriched blast)，喷吹重油(heavy oil injection)和高压操作(high pressure operation；炼钢方面采用了钢水脱气(degassing)和连续铸钢(continuous casing)；还逐渐引入了计测管理、自动化操作和电子计算机控制等新技术。l 1856年英国人贝氏麦 (H. Bessemer)发明了底吹酸性转炉(bottom blown acid converter)炼钢法，以后被称为贝塞麦炼钢法。l 1864年法国人马丁（P. Martin）利用德国人西门子(K.W. Siemens)的蓄热原理发明了平炉(open-hearth furnace)炼钢法。在欧洲一些国家称为西门子马丁炉或马丁炉。l 1874年英国人托马斯(Sidney Gilchrist Thomas)发明了空气底吹碱性转炉(bottom blown basic converter)炼钢法，在炼钢过程中能去除硫、磷。造碱性渣(basic slag)除磷，适用于西欧丰富的高磷铁矿的冶炼，一般称为托马斯转炉炼钢。l 20世纪初法国人赫劳特(Paul Heroult)等发明了电弧炉(electric arc furnace)炼钢，作为熔炼特殊钢和高合金钢的方法，并获得稳步的发展。l 20世纪中叶由于制氧机的制造成功，能提供大量廉价的氧气，为实现氧气炼钢创造了条件。l 1952年在奥地利的林茨城(Linz)，1953年在多纳维茨城(Donawitz)，先后建成了碱性顶吹氧气转炉BOF (Basic Oxygen Furnace)并投入了生产。氧气顶吹转炉炼钢法（也称LD法）反应速度快、生产率高，不需用燃料和热效率高等优点，使其成为冶金史上发展最迅速的新技术，并逐渐取代平炉成为炼钢方法的主流。l 1964年我国第1家氧气顶吹转炉炼钢厂在首钢建成投产,与此同时我国太钢从奥钢联引进了2台50 t氧气顶吹转炉,使我国的氧气顶吹转炉炼钢进入了发展的初始阶段。l 目前炼钢技术发展主要有以下几个方面：发展氧气底吹转炉法(oxygen bottom-blown converter process)和顶底复合吹炼法(top and bottom blowing converter process)。引进真空技术(vacuum technology)，采用各种真空冶炼(vacuum smelting)和炉外精炼(secondary refining)技术，改善钢的质量，扩大产品品种。发展连续铸钢(continuous casting)技术，采用计算机控制，使炼钢工艺连续化。采用大容量、超高功率(UHP-ultra high power)的炼钢炉，提高生产率，降低成本。2.4.4我国钢铁工业的发展我国有丰富的铁矿石、有色金属、煤碳和水力资源等， 是发展钢铁工业的基本条件。我国是世界上钢铁冶金起源最早的国家之一，早在春秋战国时代（公元前8世纪5世纪）就出现了生铁冶炼，制造出很锋利的宝剑和其他用具，在历史上有着极辉煌的成就。但在漫长的封建社会中，工业生产和科学技术发展缓慢，近代又受帝国主义侵略掠夺，钢铁工业技术和装备水平极为落后。自1890年张之洞在湖北建立汉阳铁厂开始，到1949年约半个世纪中，共产钢760万吨，最高年产量（1943年）为92.3万吨。1949年钢产量仅15.8万吨，生铁25万吨，居世界第26位。新中国成立后，我国钢铁工业得到很大的发展，重建和新建了鞍钢、首钢、本钢、武钢、太钢、包钢攀钢、宝钢等钢铁基地。尤其是从1977年开始，我国钢铁工业走向持续发展阶段。到1982年，钢产量达到3700万吨，居世界第四位（仅次于前苏联、美国和日本）。到1996年，我国粗钢产量突破1亿吨，跃居世界第一。之后，我国钢铁工业持续高速发展，粗钢产量以每年15%20%的速度增长。连续世界第一。2006年达4.188 亿吨，比第2（日本1.162亿吨）、第3（美国0.985亿吨）、第4（俄罗斯0.706亿吨）、第5（韩国0.484亿吨）、第6（德国0.472亿吨）的总和多0.379亿吨。目前，我国是世界上最大的钢铁生产国和消费国。但是我国的铁矿石品位比较低，含铁量大多在30%35%。近些年来，我国钢铁工业的高速增长对铁矿石的需求迅速增加，国产铁矿石数量远不能满足需求，需要大量进口。目前，铁矿石进口量每年以15%20%的速度增长。2.4.5钢铁生产基本流程现代钢铁生产过程主要有两条工艺路线(Production Routes)：即：转炉炼钢流程和电弧炉炼钢流程。通常将“烧结/球团高炉铁水预处理转炉精炼连铸”称为长流程(BF-BOF route)；而将“直接还原/熔融还原电弧炉精炼连铸”称为短流程(DRI-EAF route)。长流程是将矿石在高炉内冶炼成生铁，用铁水炼成钢，再将钢水铸成钢锭或连铸坯，经轧制等塑性变形方法加工成各种用途的钢材。具有上述全过程生产设备的企业，称为钢铁联合企业。一个现代化的钢铁联合企业，一般有以下生产环节组成：原料处理、炼铁、炼钢、轧钢、能源供应、交通运输等，是一个复杂而庞大的生产体系。首先在矿山要对铁矿石和煤炭进行采选，将精选炼焦煤和品位达到要求的铁矿石，通过陆运或水运送到钢铁企业的原料场进行配煤或配矿、混匀，再分别在焦化厂和烧结厂进行炼焦和烧结，获得符合高炉炼铁质量要求的焦炭和烧结矿。球团厂可直接建在矿山，也可建在钢铁厂，它的任务是将细粒精矿粉造球、干燥、经高温焙烧后得到直径为916mm的球团矿。高炉是炼铁的主要设备，使用的原料有铁矿石（包括烧结矿、球团矿和块矿）、焦炭和少量熔剂（石灰石），产品为铁水、高炉煤气和高炉渣、铁水送炼钢厂炼钢；高炉煤气主要用来烧热风炉，同时供炼钢厂和轧钢厂使用；高炉渣经水淬后送水泥厂生产水泥。短流程无需庞杂的铁前系统（烧结厂和焦化厂）和高炉炼铁，因而工艺简单、投资低、建设周期短。但是短流程生产规模相对较小，生产品种范围相对较窄，生产成本相对较高，同时受废钢和直接还原铁供应的限制，目前大多数短流程钢铁生产企业也开始建高炉和相应的铁前系统。电弧炉采用废钢+铁水热装技术吹氧熔炼钢水，降低了电耗，缩短了冶炼周期，提高了钢水品质，扩大了品种，降低了生产成本。炼钢厂的最终产品是连铸坯。按照形状，连铸坯分为方坯、板坯和圆坯。在轧钢厂，方坯分别被棒材、线材和型材轧机轧制成棒材、线材和型材；板坯被轧制成中厚板和薄板，圆坯被穿孔、轧制成无缝钢管。钢铁企业的正常运转，除了上述主体工序外，还需要