冶金概论复习资料.doc

冶金工程概论材料与冶金学院 任课教师：刘丽霞 参考教材： 参考教材： 钢铁冶金概论 李慧主编 冶金工业出版社 钢铁冶金概论 薛正良主编 冶金工业出版社 课程的主要目的： 课程的主要目的 介绍钢铁冶炼及加工过程的基本原理、工艺特点及基本工艺流程，使非冶金专业学生对 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。第一章 绪论1.1 冶金的基本概念 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 冶金方法 火法冶金 它是指在高温下矿石经熔炼与精炼反应及熔化作业使其中的金属和杂质分开，获得较纯 金属的过程。整个过程可分为 原料准备、冶炼和精炼三个工序。过程所需能源，主要靠燃料 燃烧供给，也有依靠过程中的化学反应热来提供的。 湿法冶金 它是在常温或低于 100下，用溶剂处理矿石或精矿，使所要提取的金属溶解于溶液中， 而其它杂质不溶解，然后再从溶液中将金属提取和分离出来的过程。该方法包括浸出、分离、 富集和提取等工序。 电冶金 它是利用电能提取和精炼金属的方法。按电能形式可分为两类: 电热冶金：利用电能转变成热能，在高温下提炼金属，本质上与火法冶金相同。 电化学冶金：用电化学反应使金属从含金属的盐类的水溶液或熔体中析出。 前者称为溶液电解，如铜的电解精炼，可归入湿法冶金； 后者称为熔盐电解，如电解铝。可列入火法冶金。 钢和铁 生铁是合碳量 34%的 Fe-C 合金并含有少量硅、锰、硫、磷其质地硬而脆，不能 生铁 锻压，主要用于铸造。 钢是生铁的罴庸铮陡止淌墙禾烟肌蚜颉蚜缀秃辖鸹?加入一种或 几种数量不等的合金元素，如硅、锰、铬、镍、钨、钼、钒、钛、铌等)。 与生铁相比，钢具有良好的可塑性，可以轧制或锻造成各种形状的钢材和机械零部件， 具有良好的综合力学性能。 1.2 钢铁工业的发展 1.2.1 早期的冶铁方法 商代：使用天然的陨铁锻造铁刃。 西周时期：块炼铁。它是在土坑里用木炭在 8001000还原铁矿石，得到含有大量 非金属氧化物的海绵状固态块铁。这种块铁含碳量很低，具有较好的塑性，经锻打成 型，制作器具。 战国时代： “块铁渗碳钢” 技术，造出了非常坚韧而锋利的宝剑。 西汉中晚期：“炒钢”的生铁脱碳技术。 后来就开始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。 1.2.2 近代钢铁冶炼技术的发展 19 世纪中期至今，高炉容积不断扩大，高炉用热风代替冷风，鼓风动力采用电力，并建 立起了蓄热式热风炉；并确立了作为生铁精炼炉的转炉、平炉和电炉的炼钢方法。 底吹空气转炉的发明 1856 年英国人贝塞麦发明的底吹酸性空气转炉炼钢法。缺点：不能去陈硫、磷；只能用低磷高硅生铁做原料。 1878 年，英国人托马斯发明了碱性底吹空气转炉炼钢法(即托马斯法)，用白云石加少量 黏结剂制成炉衬，在吹炼过程中加入石灰造碱性渣解决了高磷铁水的脱磷问题。但空气底 吹碱性转炉钢水中氮的含量高，炉子寿命也比较低。 平炉时代 1864 年，法国人马丁发明酸性平炉法炼钢。它适用于各种原料条件，生铁和废钢的比例 可以在很宽的范围内变饩隽朔细至陡值闹疃辔侍猓值钠分种柿恳泊蟠蟪掌?但是设备庞大，生产率较低，对环境污染较大。目前平已经基本淘汰，但第一次炼钢技术革 新是以平取代底吹空气转炉为标志的。 电弧炉的发明 1899 年，法国人赫劳特发明三相交流电弧炉。 适于冶炼高合金钢，是当前冶炼碳素钢主要方法之一。 氧气转炉时代 1952 年奥地利林茨城、1953 年多纳维茨城先后建立氧气顶吹转炉(LD 法)车间并投人生 产，美国称作 BOF 或 BOP。 特点： 生产率很高； 钢的品种多，可以熔炼全部平炉钢种和大部分电炉钢种； 钢水质量好，转炉钢的气体和非金属夹杂物的含量低于平炉钢； 深冲性能和延展性能良好。 无需外来热源，原料实用性强，投资低而建设速度快。 氧气转炉炼钢是目前世界上最主要的炼钢方法。第二次炼钢技术革新是以氧气顶吹转炉 代替平炉为标志。 1967 年，氧气底吹转炉试验成功。 由于从炉底吹入氧气改善了冶金反应的动力学条件，脱碳能力强，有利于冶炼超低碳 钢种，也适合高磷铁水。 1978 年，在顶吹转炉上进行了底吹惰性气体搅拌的实验并获得成功。 特点：复合吹炼兼有底吹和顶吹转炉炼钢的优点，促进了金属与渣、气体间的平衡，吹 炼过程平稳，渣中氧化铁的含量少，减少了金属和铁合金的消耗，改造容易。 直接还原和熔融还原技术 我国钢铁工业的发展 1、古代占领先地位； 2、近代落后于欧洲国家； 3、从 1890 年(汉阳铁厂)到 1949 年约半个世纪内累计的钢产量不到 200 万吨； 4、新中国成立后，特别是改革开放后，钢铁生产有了重大发展 1.2.3 新中国钢铁工业的发展1949 年生铁产量只有 25 万吨，钢产量还不到 16 万吨。 1960 年钢产量超过了 1000 万吨。 1982 年钢产量达到 3700 万吨，仅次于苏联、美国和日本居世界第四位。 1996 年粗钢产量突破 1 亿吨，跃居世界第一。 2007 年粗钢产量达到 4.89 亿吨，占世界粗钢产量的 36.4。 我国不锈钢产量自 2006 年超过日本，居世界第一位。 2007 年不锈钢粗钢产量达到 720 万 t，占世界不锈钢粗钢产量的 25.7。 我国的铁矿石储量比较丰富。目前已探明储藏量为 593.9 亿吨，(415 亿吨为磁铁矿)， 但品位低，含铁量大多在 3035。 自 2002 年铁矿石进口量突破 1 亿吨后，进口量每年以 1520速度增长，到 2007 年 我国铁矿石进口量达到 383 亿吨。 钢铁仍然是不可替代的功能性、 钢铁仍然是不可替代的功能性、结构性基础性材料 (1)具有较高的强度和韧性； (2)可通过铸、锻、轧、切削和焊接等多种方式进行加工； (3)废弃的钢铁产品可以循环利用； (4) 与其他工业相比，钢铁工业生产规模大、效率高、质量好、成本低，具有强大的竞 争优势。 生产能力、效率、资源的优势 性能价格比优势 不可完全替代 钢铁生产基本流程 1.3 钢铁生产基本流程 1.3.1 概述 炼铁：高炉是炼铁的主要设备；原料有铁矿石、焦炭和少量熔剂(石灰石)；产品为铁 炼铁 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；高炉渣经水淬后生产水泥。 炼钢：通常将“高炉铁水预处理转炉精炼连铸”称为长流程，将“废钢电 炼钢 弧炉精炼连铸”称为短流程。 连铸：炼钢厂的最终产品是连铸坯。按照形状，分为方坯、板坯和圆坯。在轧钢厂， 连铸方坯分别被轧制成棒材、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。 1.3.2 铁前系统 烧结厂