《冶金工程概论》在化学上的应用

浅谈转炉炼钢、电炉炼钢化学在冶金领域的应用姓名：刘德东 班级：应化1104 学号：2011445689摘要：本文首先介绍我国钢铁冶金工业的状况，浅析发展钢铁工业的意义和对国民经济的重要性，主要介绍现代钢铁冶金技术，重点讲述了现如今精炼钢的两大支柱冶炼法，一个氧气转炉法，二是电弧炉炼钢。从生产设备、生产工艺及流程、生产方法、生产特点等方面展开介绍。其目的是加深对冶金行业发展现状的了解，增长与冶金相关的知识，宽阔自己的眼界。本论文在写作过程中主要采用收集资料，综合研究的方法，在写作上以记叙为主。简述化学的发展状况，再一次的强调化学在冶金方面具有重要的应用价值。关键词：钢铁冶金 转炉炼钢 电炉炼钢 发展 现状 化学 引言 通过本学期212周对冶金工程概论的学习，我对冶金方面的知识有了更深层次的认识，这对于我学好自身专业也非常重要。在课程结束时，通过这 一篇论文，一方面来检测自己的学习情况，另一方面来对所学知识进行概括复习。不仅扩充了自己额外的知识，更重要的是对自己以后在某一领域的发展起到了一定的作用。1 我国钢铁行业的发展历程及现状1.1 中国钢铁行业的发展历程新中国成立60多年来，我国的钢铁工业取得了重大的进步。1949年时中国的钢铁产量只有15.8万吨，居世界第26位，不到当时世界钢铁年总产量的1.6亿吨0.1%。在三年经济恢复时期和以后的几个五年计划期间，我国钢铁工业在困境中顽强地前进。到1978年，我国钢产量达到3178万吨，居世界第五位，占当年世界钢铁产量的4.42%。到了1979年以后，我国立足世界，面向未来，逐步走上了改革开放和建设社会主义经济的道路，钢产量以每年400 500万吨的速度快速增长。20世纪90年代以来，中国钢铁工业飞速发展，钢产量从1990年的6535万吨，以每年增长600 700万吨的速度大幅度增长。从1996年首次超过一亿吨大关，跃居世界第一位。从那以后我国钢产量连年增长，并一直保持钢产量世界排名第一名的骄人地位，让世界对中国的钢铁刮目相看。到了21世纪，我国钢铁行业继续奋斗，为祖国的发展贡献了不少力量。1.2中国钢铁行业现状我国钢铁行业目前的主要特征有：(1)钢铁工业发展较快。我国目前能够冶炼包括高温合金、精密合金在内的1,000多个钢种，能够轧制和加工包括板、带、管、型、线、丝等各种形状的4万多个品种规格，有85的钢材是按国际标准生产，其中1/3的产品实物质量达到国际先进水平。(2)工艺结构逐步改善。我国钢铁行业技术装备水平逐步提高，陈旧的设备和落后的工艺逐步淘汰，目前国内绝大多数钢铁企业已淘汰平炉炼钢。 (3)企业组织结构改善，生产集中度逐步提高。经过多年的努力，我国钢铁企业数量多、规模小、效益差的状况有所改变，行业生产集中度逐步提高。（4）目前中国大陆钢铁有三项列世界第一。钢铁生产量世界第一！钢铁消费量世界第一！钢铁净进口量世界第一！2 现代钢铁冶金的主要流程图a 钢铁冶炼生产流程2.1 铁矿石的开采2.1.1 铁矿石的开采方式铁矿石的开采方式主要有露天开采、地下开采和液体开采。2.1.2铁矿石的富选铁矿石的富选过程包括破碎、磨碎、筛分和分级和选别作业。2.1.3 铁矿石粉造块铁矿粉造块的方法主要分为烧结法和球团法2.2 高炉炼铁原料 铁矿石(氧化物)；熔剂(CaCO3) 、燃料(焦炭) 铁矿石含铁量：3070， 其它是脉石（SiO2；Al2O3；CaO，MgO） 杂质：有害S（FeS），P(Ca3(PO4)2)，Zn, Pb 有利 Mn，Ni，Cr，V任务： 1）FeO的还原；2）还原脉石或把脉石与铁水分离溶剂 ：分离脉石：与SiO2；Al2O3形成低熔点的渣燃料： 焦碳和煤粉高炉冶炼是在竖式冶金护内进行的，碳的燃烧反应和铁氧化物还原反应是炉内发生的主要反应。然而炼铁原料成分是复杂的，炉内发生的反应还包括：碳酸盐分解(煅烧)、非铁氧化物(锰、跋等)还原、铁渗碳、未还原氧化物造渣、炉渣脱硫等。2.2.1 冶炼的主要设备高炉是冶炼生铁的主要设备，除高炉本体外，还包括许多附属设备。现代高炉内型一般由炉缸、炉腹、炉腰、炉身和炉喉五段部分。炉喉 炉喉呈圆筒形。在此进行炉顶布料相妒料的初步加热。炉身 炉身呈圆台形，它适应了炉料和煤气因温度变化而引起的体积改变。矿石在这里完成在固体状态下的整个加热过程，是高炉容积最大一部分。炉腹 炉腹为倒圆台形适应炉料熔化体积收缩的特点。利于媒气流的均布。炉缸 炉缸是圆筒形，它既要贮存一定数量的铁水和炉渣，又要能保证燃料有足够数量的焦炭。铁口、渣口和风口都设置在炉缸部位。风口设在渣口水平上方一定距离舶位置，要求渣面不要上升到风口平面，风口下应留有一定的焦炭燃烧空间。2.2.2 高炉炼铁特点（1）高炉冶炼是在炉料与煤气流逆向运动过程中完成各种错综复杂的化学反应和物理变化的，炉内主要是还原性气氛。（2）高炉是密闭的容器，除装料、出铁、出渣及煤气外，操作人员无法直接观察到反应过程的状况，只能凭借仪器仪表间接观察炉内状况。（3） 高炉是连续的、大规模的高温生产过程，机械化和自动化水平较高。 2.3 钢铁冶炼炼钢的主要方法有两种：一是氧气转炉炼钢，二是电炉炼钢。2.3.1氧气转炉炼钢法转炉炼钢是在转炉里进行。转炉的外形就像个梨，内壁有耐火砖，炉侧有许多小孔（风口），压缩空气从这些小孔里吹炉内，又叫做侧吹转炉。开始时，转炉处于水平，向内注入1300摄氏度的液态生铁，并加入一定量的生石灰，然后鼓入空气并转动转炉使它直立起来。这时液态生铁表面剧烈的反应，使铁、硅、锰氧化 (FeO,SiO2 , MnO,) 生成炉渣，利用熔化的钢铁和炉渣的对流作用，使反应遍及整个炉内。几分钟后，当钢液中只剩下少量的硅与锰时，碳开始氧化，生成一氧化碳（放热）使钢液剧烈沸腾。炉口由于溢出的一氧化炭的燃烧而出现巨大的火焰。最后，磷也发生氧化并进一步生成磷酸亚铁。磷酸亚铁再跟生石灰反应生成稳定的磷酸钙和硫化钙，一起成为炉渣。当磷与硫逐渐减少，火焰退落，炉口出现四氧化三铁的褐色蒸汽时，表明钢已炼成。这时应立即停止鼓风，并把转炉转到水平位置，把钢水倾至钢水包里，再加脱氧剂进行脱氧。整个过程只需15分钟左右。如果氧气是从炉底吹入，那就是底吹转炉；氧气从顶部吹入，就是顶吹转炉。 图b 氧气顶吹转炉炼钢示意图2.3.2氧气转炉炼钢的优点(1)吹炼速度快，生产率高；(2)品种多，质量好；(3)原材料消耗少，热效率高、成本低；(4)基建投资省，建设速度快；(5)容易与连续铸钢相匹配。鉴于以上优点，氧气顶吹转炉炼钢现已成为主要炼钢方法。2.3.3 电弧炉冶炼电弧炉利用电极电弧产生的高温熔炼矿石和金属的电炉。气体放电形成电弧时能量很集中，弧区温度在3000以上。对于熔炼金属，电弧炉比其他炼钢炉工艺灵活性大，能有效地除去硫、磷等杂质，炉温容易控制，设备占地面积小，适于优质合金钢的熔炼。图C 炼钢电炉示意图1倾炉用液压缸；2倾炉摇架；3炉门4熔池；5炉盖；6电极;7电极夹持器（连接电极升降装置）8炉体；9电炉；10出钢槽2.3.4电弧炉冶炼的优点(a) 热效率高，达65%以上(b) 温度易于控制和调整(c) 炉内气氛可控，利于脱磷、脱硫、脱氧(d) 钢中夹杂物相对较低(e) 合金收得率高(f) 可全废钢冶炼，也可配装部分铁水(g) 设备简单，占地少，投资省，建厂快图d 电炉，转炉系统炼钢生产工艺流程简图3 化学在冶金方面的应用3.1化学化学是一门是实用的学科，它与数学物理等学科共同成为自然科学迅猛发展的基础。化学的核心知识已经应用于自然科学的各个区域，化学是改造自然的强大力量的重要支柱。20世纪的化学取得了辉煌的成就，21世纪的化学将在与物理学、生命科学、材料科学、信息科学、能源、环境、海洋、空间科学的相互交叉，相互渗透，相互促进中共同大发展。当今，化学日益渗透到生活的各个方面，特别是与人类社会发展密切相关的重大问题。总之，化学与人类的衣、食、住、行以及能源、信息、材料、国防、环境保护、医药卫生、资源利用等方面都有密切的联系，它是一门社会迫切需要的实用学科。本专业培养培养目标：具备化学工程与化学工艺方面的知识，能在化工、炼油、冶金、能源、轻工、医药、环保和军工等部门从事工程设计、技术开发、生产技术管理和科学研究等方面工作的工程技术人才。3.2 化学在冶金领域的应用冶金工程是一门实用性技术学科，专业培养的学生基础宽厚、理论扎实、技能全面，同时，也要具备冶金和金属材料加工等方面的知识和技能。加之，冶金行业属于国民经济的基础和支柱产业之一，必然它和许多学科有千丝万缕的关系,例如化学知识就在冶金领域得到了更好的体现：比如湿法冶金，湿法冶金过程中所用到的原理如流体力学，热力学及动力学等等, 基本上与化学工业中所到的原理一样, 至于所用的设备如高压釜、过滤机、沉降槽等等也有很多上是基本一样的。所以它可以利用很多化工及石油方面的研究成果、新的技术及新的投备。最近几十年来, 化学工业及石油工业发展得很快。从这些工业中总结出来的原理, 发展出来的新技术及新投备, 都可以川到湿法冶金中去。以及化学中的光谱分析仪在冶金方面的应用，光谱冶金分析是指冶金生产过程中利用化学知识对各物料的化学组成及其含量的分析。它对原料的选择，在冶炼前的炉料计算，冶炼工艺流程的控制中，产品的检验，新产品的试制，以及冶金工厂中环保分析都是必不可少的。特点是：在保证生产质量的前提下，分析速度要快，特别是分析；冶金分析物料种类繁多，有固体、粉末和液体等，因此要求分析方法适应性强；分析数量大，任务重，并且要求日夜连续不断进行。 4 总结本文给出了钢铁冶金的主要生产环节，每一环节的主要生产过程、主要设备、生产方法及其特点，并简要介绍了化学知识在冶金方面的应用。祖国蓬勃的建设事业需要冶金工程方面大量的专业人才，众多的钢铁冶金，有色金属冶金企业等也需要拥有相当好的化学知识作为基础，例如冶金过程中所涉及的反应及其原理无不与化学知识相联系，随着当代环境问题的日益突出，冶金过程中所产生的“工业三废”都需要从化学的角度去思考，去衡量