冶金生产工艺及装备1_概述精要

1、冶金生产工艺及装备杨海波教授博导ustbyhb01PW:ustbyhbSchool办of M公ec地han点ica：l En北gine科eri大ng,会Un议iver中sity心of -S第cien5c会e &议Te室chnology, Beijing联系电话：6233-3549S M E . U S T B5课程简介n课程名称冶金生产工艺及设备 2013w冶金生产工艺及装备（Technology and equipment for iron & steel production ）n课程编号：4040014学时/学分：32 / 2n主要内容钢铁生产过程的工艺技术、机械设备、检测方法等。包括炼

2、铁、炼钢（含连铸）和轧钢三个部分：高炉和非高炉炼铁，转炉和电炉炼钢，炉外精炼，连续铸钢，厚板、冷热薄板、无缝钢管、型材、棒线材轧制等。n课程目的了解从矿石原料到钢铁产品的生产流程，熟悉钢铁生产的基本工艺、主要设备、检测方法，提高运 用专业理论和方法分析和解决实际问题的能力，培养工程意识。n课程对象机械工程（冶金机械方向）或其它专业的高年级本科生、研究生n先修课程机械设计，机械原理，机械制造，工程材料等n相关课程冶金设备设计与制造，轧钢过程控制，炼铁机械，炼钢机械，轧钢机械，轧制理论与工艺，n学什么（内容）w 钢铁生产过程中的l工艺技术l机械设备l检测方法等w三个部分l炼铁：高炉和非高炉炼铁l炼

3、钢：转炉和电炉炼钢，炉外精炼，连续铸钢l轧钢：中厚板、冷热轧薄板、无缝钢管、型材、棒线材轧制等n为什么学（目的）w了解钢铁，掌握方法l了解钢铁生产流程，掌握钢铁生产的基本工艺、主要设备、检测方法w运用知识，分析问题l运用已学的专业理论和方法，研究和分析典型的工业生产过程w结合理论，联系实际，l体会理论与实际结合的含义，增强工程意识。n需要哪些知识w数学，物理，化学w静力学，动力学，流体力学，热力学，材料学，冶金学w设计，制造，检测，控制n学过哪些课程w高等数学，线性代数，大学物理，程序设计，概率论与数理统计，理论力学， 材料力学，微机原理与应用，机械制图w热工学，电工技术，电子技术，机械原理，

4、工程流体力学，工程材料及成形工艺， 机械设计，自动控制理论w互换性与测量技术，测试技术，机械制造工艺基础，液压与气压传动， 机械制造装备设计w机电传动控制，机械创新设计，机械振动n将要学哪些课程w工程数值计算，现代设计方法，CAD/CAM，微机电系统，质量管理与控制n相关课程 冶金设备设计与制造，轧钢过程控制，炼铁机械，炼钢机械，轧钢机械， 轧制理论与工艺，n授课方式：讲授 + 提问 + 讨论n学习方式：听课 + 笔记 + 看书 + 习题n考核方式：课堂 + 作业 + 考试n公共邮箱： ustbyhb01PW:ustbyhbn课程安排w上课时间：2016年9月05号2016年11月03号（ 学

5、历 第 1 周 第 8 周)n每周一、 机械楼820 III （13:3014:15，14:2015:05）n每周四、 机械楼820 IV （15:2016:05，16:1016:55）w考试时间：2016年11月日w选课班级： 机械E13.n冶金，冶金生产，工艺，装备w冶金（Metallurgy）l从矿石中提取金属或金属化合物，并将其制成有一定性能的金属材料的过程和方法p火法冶金，湿法冶金，电冶金（电热冶金、电化冶金）w冶金生产（Metallurgical production）p包括金属的冶炼、金属的轧制、轧材的处理等w工艺（ Craft，Technology）l对原材料、半成品进行加工和

6、处理，使之成为制成品的方法与过程（技术、手段等）w装备（Equipment）l实现生产活动的设备、工具、器材等， 这里指的是实现钢铁生产所采用的机械设备、电气设备、检测设备、仪器仪表等钢铁是重要的金属材料，本课程仅限于钢铁的冶金生产661冶金生产工艺及设备，李应强，冶金工业出版社，1998n参考书w炼铁部分2钢铁冶金学-炼铁部分，王筱留，冶金工业出版社，2013 3炼铁工艺，卢宇飞，冶金工业出版社，2006 4炼铁机械（修订版），严允进，冶金工业出版社，1990 5炼铁生产自动化技术 ，刘玠，马竹梧，冶金工业出版社，2005 6钢铁工业自动化-炼铁卷，马竹梧，邱建平，李江，冶金工业出版社，20

7、00w炼钢部分7 钢铁冶金学-炼钢部分，陈家祥，冶金工业出版社，1990 8炼钢工艺学，高泽平，冶金工业出版社，2006.8 9连续铸钢，贺道中，冶金工业出版社，2007 10连续铸钢原理与工艺，蔡开科，冶金工业出版社，1995 11炼钢设备，潘毓淳，冶金工业出版社，1992.6 12炼钢机械（修订版），罗振才，冶金工业出版社，1989年 13钢铁工业自动化-炼钢卷，马竹梧，邹立功，孙彦广，冶金工业出版社，2003w轧钢部分14中国材料工程大典（第20卷 材料塑性成型工程），胡正寰，化学工业出版社，2006 15板带材生产原理与工艺，王廷溥，冶金工业出版社，199516金属塑性加工学-轧制理论

8、与工艺, 王廷溥、齐克敏主编，冶金工业出版社，1998-2012 17轧钢机械（修订版），邹家祥，冶金工业出版社，1989 18轧钢设备及自动控制，曹建国，化学工业出版社，201019型材生产理论与工艺，王有铭，20零件轧制成型技术 ，胡正寰，华林，化学工业出版社，2010.4 21钢铁工业自动化-轧钢卷，薛兴昌，马竹梧，沈标正，冶金工业出版社，201014n学术论文w国内l大学学报：工程科学学报（北科大学报），中南大学学报，东北大学学报l专业期刊：钢铁，轧钢，冶金设备，冶金自动化， 特殊钢 ，钢铁研究，金属学报， 塑性工程学报l综合期刊：机械工程学报，w国外l Iron andSteel E

9、ngineer， The Iron and Steel Institute ，ISIJ International，铁钢w会议期刊n网上资源w中国金属学会 w中国钢铁协会网 w新浪博客“我的钢铁”，w中国轧辊网，http:/www.china-课程目录1 钢铁生产概述（2学时）1.1 钢铁材料及应用1.2 钢铁生产工艺流程1.3 钢铁工业的发展2 炼铁生产（8学时）2.1 炼铁概述（1学时）2.2 高炉炼铁工艺（2学时）2.2.1 高炉炼铁的化学反应2.2.2 高炉炼铁过程2.2.3 高炉结构2.2.4 高炉指标2.3 高炉炼铁设备（3学时）2.3.1 供料上料设备2.3.2 炉顶装料设备2.

10、3.3 渣铁处理（炉前）设备2.3.4 送风系统2.3.5 煤气除尘及回收系统2.4 高炉炼铁检测（1学时）2.4.1 炉料状态检测2.4.2 渣铁状态检测2.4.3 设备状态检测与诊断2.5 炼铁技术发展（0.5学时）2.6 非高炉炼铁（0.5学时）2.6.1 直接还原法2.6.2 熔融还原法3 炼钢及连铸生产（9学时）3.1 炼钢概述（1学时）3.2 转炉炼钢工艺（1学时）3.2.1 转炉炼钢过程3.2.2 转炉炼钢主要指标3.3 转炉炼钢设备（2学时）3.3.1 供料系统3.3.2 转炉系统3.3.3 供氧系统3.3.4 其他设备3.4 电炉炼钢（1学时）3.5 炉外精炼（0.5学时）3

11、.6 炼钢检测（0.5学时）3.6.1 钢水温度测量3.6.2 钢水定氧测量3.6.3 钢水定碳测量3.6.4 炉衬检测3.7 连续铸钢（2学时）3.7.1 连续铸钢技术的发展3.7.2 连续铸钢工艺3.7.3 连续铸钢设备冶金生产工艺及设备 20134 轧钢生产（11学时）4.1 轧钢原理（2学时）4.1.1 轧钢过程及任务4.1.2 轧钢的原料及产品4.1.3 轧制理论4.2 板带轧制（6学时）4.2.1 中厚板生产工艺4.2.2 薄板热轧工艺4.2.3 薄板冷轧工艺4.2.4 板带生产设备4.3 钢管轧制（1学时）4.3.1 钢管生产概述4.3.2 无缝钢管热轧工艺4.4 棒线材轧制（0

12、.5学时）4.5 型材轧制（0.5学时）4.6 轧钢生产检测（0.5学时）4.7 零件轧制（0.5学时）1 钢铁生产概述成的？冶金生产工艺及设备 20131.1 钢铁材料及应用1.2 钢铁生产工艺流程1.3 钢铁工业的发展钢铁是怎样炼这要从什么是钢铁讲起1.1 钢铁材料及应用n金属（Metal） 分为黑色金属和有色金属w黑色金属（Ferrousmetal）冶金生产工艺及设备 2013p对铁(Fe)、铬(Cr)和锰(Mn)及它们合金的统称，是冶炼钢铁的主要原料p纯铁及锰为银白色，铬为银灰色p钢铁表面常覆盖黑色的四氧化三铁p 锰及铬主要应用于冶炼黑色的合金钢p产量约占世界金属总产量的95%钢铁属于

13、黑色金属，都含有铁元素本课程主要内容针对“黑色金属”1.1 钢铁材料及应用冶金生产工艺及设备 2013w有色金属（Non-ferrousmetal）l除铁、铬和锰及合金以外的其它金属p轻金属：比重小于4.5（如铝、镁、锂、钠、钾等）p重金属：比重大于4.5（如铜、锌、镍、汞、锡、铅等）p贵金属：如金、银、铂、锇、铱p放射性金属：镭、铀、钍、钋、锝等p稀有金属：如铌、钽、锆、镥、金、镭、铪、铀等l有色金属的生产工艺及设备与钢铁生产工艺及设备是有所不同，本课 程钢铁生产工艺及设备。n金属材料之最w地壳中含量最高的： 铝w人体中含量最高的：钙w导电性、导热性最好的：银w光照下最易产生电流的：铯w延展

14、性最好的：金w高速飞机结构用的最多的：钛w硬度最高的：铬w熔点最高的：钨w熔点最低的：汞w密度最大的：锇w密度最小的：锂冶金生产工艺及设备 2013n铁的特点w元素周期表中：第4周期，原子序数26w蕴藏丰富,地壳中含量4.75%，排在氧、硅、铝之后的第4位w以铁矿石形式，存在相对集中，采掘、提炼方便w冶炼比较容易，容易实现大量、高效、低成本生产w较好的物理性能，如坚硬性、延展性、铁磁性、导热导电性w性能可调性，通过热处理、加合金改变性能14n钢与铁的区别w钢与铁的区别主要是含碳量的不同，导致性能不同、用途差别很大材料熔点 ()理论含碳量(%)实际应用 含碳量(%)力学性能 加工性能用途生铁11

15、5012502.116.6924.3塑性差，硬而脆，耐磨性好 铸造性好，难焊接，压力加工难铸件，如灰口铁， 炼钢原料钢145015000.022.110.021.7塑性好，韧性好，强度高 铸造性适中，易焊接，压力加工易非常广泛熟铁 1500 0.60%l合金钢：含铬、镍、钼、钛、钒、铜、钨、铝、钴、铌、锆等合金、稀土元素， 非金属元素如硼、氮等p普通低合金钢：合金总含量小于3%p低合金钢：合金总含量3%5%p中合金钢：合金总含量 5%10%p高合金钢：合金总含量大于10%p合金钢举例：锰钢、硅钢、硼钢、铬镍钨钢、铬锰硅钢，w 按脱氧程度l沸腾钢（不经脱氧或微弱脱氧）l镇静钢（脱氧充分）l半镇静

16、钢（脱氧不完全，介于镇静钢和沸腾钢之间）w按用途l结构钢p碳素结构钢用于制造工程结构件和机械零件，价格低，工艺性能良好，产量大，用途广普通：硫、磷等杂质含量略高，S 0.055%， P 0.045%优质：硫、磷等杂质含量较低， S 0.040%，P 0.040%p合金结构钢在优质碳素结构钢基础上，加入合金元素，以提高钢的强度、韧性和淬透性渗碳钢调质钢氮化钢l工具钢含碳量较高，具有较高的硬度p碳素工具钢：0.65% C 1.30%，为提综合性能，有的加入0.35%0.60%的锰p合金工具钢：含碳可高达2.30%，含铬可达13%、钨9%，还可含钼、钒等，用于模具p高速工具钢：含1%左右的碳，含钨可

17、高达19%，还可含铬、钒、钼等，赤热硬性好w按用途（续）l特殊性能钢具有特殊化学性能或力学性能p轴承钢：含碳1%左右，含铬不超过1.65%，有高而均匀的硬度和耐磨性p不锈钢：耐大气、蒸汽和水等弱介质腐蚀，但不一定耐腐蚀p耐腐蚀钢：耐酸、碱和盐等强介质腐蚀。一般都具有较好的不锈性l弹簧钢含硅、锰、铬合金元素，有高的弹性极限、疲劳强度、冲击韧性、塑性，用于制造弹簧l高温合金在应力及高温作用时，有长时间抗蠕变能力、高持久强度、高抗蚀性， 用于制造燃汽轮机、喷气式发动机等高温下工作零部件p铁基合金p镍基合金p钴基合金p铬基合金p钼基合金p其他合金n钢铁材料特点w用途广泛w易于回收和再利用l废钢铁的重新

18、冶炼在钢铁产量比重不断增大p中国10%，日本30%，美国60%w不可替代l铝合金：蕴藏量最丰富的金属元素，但矿源分散，冶炼困难，成本高，虽然延展性很好，但强度比钢铁差l塑料：以石油为原料，发展受到了很大制约 没有哪一种材料能够完全取代钢铁n钢铁材料的应用n日常生活中的铸铁22n管线用钢w西气东输二线管道线路l2002年7月4日开工建设，全长4000公里，2004年12月30日全线供气l品种：X50（1950年）， X80（1980年）， X120（2004年）pX80：最小屈服强度=80000psi (=552Mpa)Psi: Pounds per square inchpa : N/m224

19、n集装箱板n铁路用钢26n汽车用钢n输变电用钢w输电铁塔l角钢，卷板w变压器l电磁钢板（硅钢、矽钢片）冶金生产工艺及设备 201327n建筑用钢28301.2 钢铁生产工艺流程冶金生产工艺及设备 2013铁矿石 烧结 球团矿焦煤 焦化 焦炭高炉（非高炉）炼铁 铁水 转炉/电炉炼钢 钢水 连铸 铸坯 轧钢 钢材熔剂（石灰石）n钢铁生产工艺流程n钢铁生产w炼铁（Iron making）w将含铁氧化物（铁矿石）及含铁原料通过高温冶炼提炼生铁的过程w炼钢（Steel making）l将生铁或废钢通过高温冶炼生产钢水的过程，一般还包括将钢水 浇铸成钢坯的过程w轧钢（Steel rolling）l钢锭、钢

20、坯等原料在旋转的轧辊间发生塑性变形，以改变形状和 性能31l日本异军突起，1973年欧美日等主要产钢国的钢产量均达到历史顶峰w1973年石油危机引发“大萧条”l美国1973年钢产量1.37亿吨， 1982年降到0.66亿吨，英法德日钢铁企业陷入困境l7090年代，国外(特别是美国)钢铁企业倒闭、破产重组，钢铁产业被视为“夕阳产业”w2012年l粗钢产量：全球15.478亿吨，中国大陆，7.17亿吨，占全球46.3%，排名第1l排名前10的国家：中国、日、美、印、俄、韩、德、土耳其、巴西、乌克兰w2013年l粗钢产量：中国大陆7.82亿吨，超过全球50%l钢材产量：中国大陆10亿吨w2014年l

21、粗钢产量：中国大陆预计突破 8亿吨38n钢铁技术发展n中国古代钢铁方法w生铁、熟铁冶炼（天工开物）n中国现代钢铁工业发展w中国已是钢铁大国l1996年中国粗钢产量首次突破1亿吨，到2000年才达到1.29亿吨l2000年开始，年均增加近5000万吨，增速达到16%，l2012年达到7.17亿吨，世界第一w中国还不是钢铁强国（2013年资料）l超过10亿吨的产能严重过剩，需求正逐渐缩减l产业集中度十分分散，在国际上没有话语权p排名前10名企业（中国6家，日本2家，韩国1家）安赛乐米塔尔（卢森堡 ），新日铁住金（日本）， 河北钢铁，宝钢，浦项（韩国），武钢，沙钢， 首钢，JFE（日本），鞍钢l缺少创新力，产品竞争力较低，没有“拳头”产品p成本较高、质量较差、品种较少l大量企业的原材料受制于人p我国铁矿藏资源分布广，但贫矿区多，富矿区少w中国钢铁工业发展方向l去产能