冶金概论课件

1、冶金概论,教 学 目 的,掌握金属冶炼的基本知识、原理与工艺实践，了解我国冶金工业现状及发展动态,第一章 绪论,教学要求：了解金属及其分类，建立冶金工程相关概念，了解我国冶金工业现状与发展方向,第一章 绪论,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,第一章 绪论,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

2、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,第一章 绪论,工程 将自然科学的理论应用到集体工农业生产部门中形成的各学科的总称（高级汉语大词典） 水利工程、化学工程、冶金工程,第一章 绪论,金属及其分类 自然界已发现109种元素，金属元素共93种，按提取冶金分类可分为： 黑色金属：Fe, Cr, Mn 有色金属：其余的金属元素 重金属、轻金属、稀有金属、贵金属 10种常用有色金属,第一章 绪论,第一章 绪论,58-71 镧系,90-103 锕系,稀有轻金属 稀有高熔点金属 稀土金属 稀有分散性金属 稀有放射性金属,第一章 绪论,金属在地壳中的赋存状态 金 属：Au、Cu 化合物：

3、 轻金属、稀有金属：氧化矿 重金属：硫化矿、氧化矿 过渡族元素：既有氧化物又有硫化物,第一章 绪论,冶金方法 火法冶金：高温无水相参与的过程 湿法冶金：低温有水相参与的过程 电 冶 金：利用电能提取和精炼金属的方法 冶金工艺流程和冶金过程 冶 金 工艺流 程：提取金属的过程和方法 冶炼工艺流程图：各过程间的联系及其所获得产 品间的流动线路图,第一章 绪论,冶金（单元）过程： 即一个冶炼阶段 焙烧 煅烧 烧结 熔炼 火法精炼 浸出 净化 电解,第一章 绪论,冶金工业现状及发展方向 现状 发展方向 强化过程 节能 低污染或无污染 产品多样化、精细化（高附加值）,第一章 绪论,冶金工业在国民经济中的

4、地位和作用 属原材料产业 国民经济的基础产业 现代社会的三大支柱之一,第二章 炼 铁,1、矿石与选矿,教学要求 了解矿石与选矿的基本概念，选矿工艺各方法的原理与应用,1、矿石与选矿,矿石 矿床：具有一定规模的矿石天然集合体 矿石：提取金属或生产其他产品的矿物集合体 有用矿石：能够为人类利用的矿石 脉石：不含有用矿物或含量过少，不宜以工业规模进行加工的矿石 品位：矿石中有用成分的含量 矿物：具有一定化学成分及物理属性的天然元素和化合物 P11-12表2-3 冶金工业常见金属矿物,1、矿石与选矿,选矿 选矿 以廉价的处理费用，既不改变原矿的组成，又能使其高品位化 原矿：直接开采出来的矿石 精矿：经

5、选矿使有用矿物进一步富集后的产品 尾矿：经选矿获得的主要为脉石或有害杂质的产品,选矿工艺： 重选法： 浮选法： 正浮选/反浮选 浮选药剂 浮选作业 粗选：粗精矿、粗尾矿 精选：精矿、中矿 扫选：中矿、尾矿 磁选法： 原理,破碎与筛分： 使有用矿物单体解离，使之适合矿石选别处理对粒度的要求,1、矿石与选矿,2、炼 铁,教学要求： 了解高炉炼铁原料与设备，掌握高炉炼铁原理与工艺过程,铁的性质及铁冶炼发展史 性质：银白色 密度7.866g/cm3 熔点 1535 良好的导热、导电和导磁性 丰度：5%，仅次于氧、硅、铝 赋存状态： 铁冶炼发展史：,2、炼 铁,2、炼 铁,炼铁原料与造块 炼铁原料 铁矿

6、石：磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿等 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 轧钢皮,2、炼 铁,熔剂：CaO、 MgO或硅石 熔剂的作用 质量要求 焦碳：燃料和还原剂 焦碳作用 质量要求,2、炼 铁,2、炼 铁,铁矿粉造块 （人造富矿或熟料） 烧结法将矿粉、熔剂、燃料按一定比例混合，在1300一1500条件下，矿粉局部熔化造渣，烧结成具有一定强度、一定粒度、化学成分稳定的高炉料。 团矿法是不适宜烧结的细磨精矿粉和其它含铁粉料造块的方法。将细磨精矿粉、熔剂、燃料（12%，有时不

7、加)等原料经配料混合，在造球机上滚成1015 mm的生球,生球在高温焙烧机上进行高温焙烧，焙烧好的球团经冷却、破碎、筛分得到成品球团矿。,2、炼 铁,烧结设备：带式烧结机,2、炼 铁,带式烧结机,点火炉,台车行进方向,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 碱度：（CaO+MgO）/（SiO2+Al2O3）,2、炼 铁,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

8、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。,2、炼 铁,铁冶炼过程原理 高炉冶炼过程 原料 产物 物料走向 高炉炉内分区及其特征,2、炼 铁,2、炼 铁,碳的燃烧反应 化学反应 （1）C焦+ O2 = CO2 + 400928 kJ 不可逆反应 （2）2C焦+ O2 = 2CO+235130 kJ不可

9、逆反应 （3）C焦+ CO2 = 2CO-165797 kJ 可逆反应 平衡气相成分与温度的关系 反应（3）的特点及在高炉冶炼过程中的作用,2、炼 铁,图2-2 风口径向煤气成分的变化,2、炼 铁,铁氧化物的还原 氧化物的稳定性 金属氧化物稳定性判据 氧化物标准生成自由能 氧化物的分解压,2、炼 铁,2、炼 铁,结论: (1)各种氧化物分解压随温度升高而增大，只有CO除外； (2)图中位置越低的氧化物，分解压愈小，氧化物愈稳定； (3)位置低的元素可还原位置高的氧化物； (4)在一定温度条件下，几乎所有的氧化物都可被C还原。,2、炼 铁,铁氧化物的离解 T570 Fe2O3Fe3O4FeOFe

10、 T570 Fe2O3Fe3O4FeOFe T570 Fe2O3Fe3O4Fe 间接还原：用CO还原 直接还原：用C还原,2、炼 铁,高炉内非铁氧化物的行为 (1) P2O5 （全部进入生铁） (2) MnO （2/3进入生铁） (3) SiO2 （少量进入生铁） (4) CaO、MgO、Al2O3,2、炼 铁,高炉内各部位主要反应,还原 渗碳 造渣 脱硫,渗碳过程 渗碳反应 2Fe +2CO = Fe3C + CO2 3Fe + C = Fe3C 主要反应 渗碳作用,2、炼 铁,造渣过程 炉渣作用 (1)具有适当的熔化温度，以保证炉缸温度适当 (2)具有良好的流动性，以利渣铁分离 (3)具有

11、足够的脱硫能力，以降低生铁含硫量 (4)具有调整生铁成分，保证生铁质量的作用 (5)性能稳定，有利于保护炉衬 炉渣组成 炉渣是各种氧化物的熔合体 CaO-SiO2-Al2O3-(MgO)系,2、炼 铁,炉渣性质 酸碱性 氧化物分类 P34 炉渣碱度：炉渣中碱性氧化物含量/酸性氧化物含量 CaO/SiO2 1 碱性渣 CaO/SiO2 1 酸性渣 CaO/SiO2 0.9 - 1.2 我国炼铁高炉渣 熔化温度与熔化性温度 炉渣完全转变为均一液体时之温度 熔化温度及其影响因素,2、炼 铁,熔化性温度 炉渣从不能流动转变为自由流动时的温度，即粘度曲线与45切线的切点温度 (图中A点对应温度),2、炼

12、 铁,粘度 流体流动时相互作用产生的内摩擦力的体现 单位 Pas 影响因素 温度 组成,2、炼 铁,常见液体的粘度,液 体 温 度/K 粘度/Pas 液 体 温 度/K 粘度/Pas 水 298 0.00089 汞 273 0.0017 蓖麻油 298 0.8 流动好的渣 3.0 钢液 1868 0.0025,脱硫过程 高炉内生铁脱硫主要通过炉渣去除 炉渣脱硫反应 FeS十(CaO)十C(CaS)十Fe十CO 141055kJ 提高炉渣脱硫能力措施 (1)提高炉渣碱度 (2)提高温度 (3)还原性炉渣,2、炼 铁,炉外脱硫,高炉生产的主要技术经济指标 高炉有效容积利用系数 平均水平 1.5-2

13、.0 t/m3d 先进水平 3.0 t/m3d 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/tFe,3、高炉生产的主要技术经济指标,冶炼强度 每昼夜高炉燃烧的焦炭量与高炉容积的比值 生铁合格率 生铁分为炼钢铁和铸造铁 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,3、高炉生产的主要技术经济指标,4 高炉设备,高炉炼铁过程 高炉炼铁的优缺点 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 高炉设备 高炉本体 高炉附属系统,4 高炉设备,高炉本体,高炉炼铁技术的发展 (1)

14、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,第二章 炼铁,第三章 炼 钢,教学要求：了解炼钢原料与设备，掌握炼钢原理与各种炼钢工艺特点,概述 钢铁分类及其性能 工业纯铁： C2.11% (2%) 钢: 0.02%C2.11%(2%) 钢的分类 表,第三章 炼 钢,第三章 炼 钢,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% 0.01%-0.3% Mn 0.5%-2.0% 0.3%-0.8% P 0.02%-0.5%

15、 0.01%-0.05% S 0.01%-0.1% 0.01%-0.05%,炼钢过程原理 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：,第三章 炼 钢,炼钢炉 1823-1923K,热源,氧化剂,钢水 钢渣,铁水 生铁 废钢,造渣剂,炼钢过程示意图,氧化精炼,第三章 炼 钢,炼钢厂,第三章 炼 钢,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

16、说，则既是金属料，又是冷却剂,第三章 炼 钢,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 辅助材料 造渣材料 石灰(CaO) 萤石(CaF2) 白云石,第三章 炼 钢,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,第三章 炼 钢,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

17、学反应的产物 炉渣组成 炼钢炉渣的基本体系是CaO-SiO2-FeO系,第三章 炼 钢,高炉炼铁炉渣 3545 3545 0.30.9 0.31.5 - 68 814 0.91.3,第三章 炼 钢,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,第三章 炼 钢,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

18、的能力） 全氧法： FeOFeO十1.35Fe203 全铁法：FeOFeO十0.9Fe203,第三章 炼 钢,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 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）,第三章 炼 钢,炼钢熔池中元素的氧化次序 纯氧化物的分解压 炼钢实际熔池中元素氧化顺序,第三章 炼 钢,脱碳反应 脱碳反应的作用 搅动熔池 有利于钢液中气体及非金属夹杂物脱除 有利于钢液温度和化学成分均匀 有利于冶金物化反应的进行,第三章 炼 钢,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： (F

19、eO) = 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）,第三章 炼 钢,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,第三章 炼 钢,锰的氧化反应 Mn+(FeO)(MnO)+Fe+123511kJ Mn+O=(MnO)+361623kJ (Fe、Mn)2SiO4+2CaO(Ca2SiO4)+2(FeOMnO

20、),第三章 炼 钢,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),第三章 炼 钢,脱硫反应 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 炼钢过程中，主要通过炉渣来脱硫,第三章 炼

21、钢,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,第三章 炼 钢,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,第三章 炼 钢,钢的脱氧 氧对钢质量的影响 造成钢的“热脆”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。,第三章 炼 钢,脱氧方法 P53 沉淀脱氧 扩散脱氧

22、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,第三章 炼 钢,上 节 回 顾,高炉冶炼炉内反应 炼钢的基本任务 炼钢过程的基本反应,钢中气体和非金属夹杂物的脱除 钢中气体 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 钢液去气（脱碳过程随CO气泡排出） 炉外去气,第三章 炼 钢,钢中非金属夹杂物 存在形式 对钢质量的影响 影响钢的机械、加工、切削、疲劳性能 减少钢中非金属夹杂物的主要途径,第三章 炼 钢,氧气转炉炼钢 转炉炼钢法的种类,第三章 炼 钢,氧气顶吹转炉炼钢 氧气顶吹转炉于1952年和1953年在奥地

23、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。 设备,第三章 炼 钢,第三章 炼 钢,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,第三章 炼 钢,炼钢工艺过程 包括装料、吹炼、脱氧出钢、倒渣等过程,第三章 炼 钢,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 设备,第三章 炼 钢,第三章 炼 钢,电弧炉炼钢特点,优 点 冶金过程灵活 热损失少

24、 温度易控制 基建投资省 能耗低 操作灵活,缺 点 氢、氧含量较转炉钢高 炉内温度分布不均匀,第三章 炼 钢,电弧炉熔炼工艺 氧化精炼：脱碳脱磷 还原精炼：脱氧脱硫,第三章 炼 钢,本章主要内容： 了解脱硫设备、扒渣设备 了解转炉及电炉附属设备 理解转炉及电炉设备结构,重点：转炉及电炉设备结构,第四章 炼钢设备, 炼钢主厂房,主厂房组成：一般由炉子跨、脱硫跨、装料跨、浇注跨组成。,炉子跨：主要安装炉子主体设备。一般设三座转炉。,装料跨：配置向转炉供应铁水和废钢的设备。,炉子跨位于装料跨和浇注跨之间，在炉子的上方平台上布置有氧枪和付枪设备，下面有盛钢桶和渣罐车。,脱硫跨,氧 枪,付 枪,第四章

25、炼钢设备, 炼钢生产流程,炼钢生产流程见右图，其主要设备配置：散状料供应系统、铁水废钢供应系统、转炉主体、供氧系统、烟气处理系统、钢渣处理系统、精炼系统、钢水浇注系统。,其特点：吹炼周期短，生产率和设备运转率高，周转频繁，是主要的炼钢法。,混铁车,第四章 炼钢设备,脱硫钢包,第四章 炼钢设备,脱硫主要设备,铁水预脱硫设备主要由供气系统、粉料储存系统、喷吹系统、除尘系统等组成。,2 喷吹系统：主要由加料装置、分配器、喷枪及其升降装置、防溅罩及其升降装置等组成。, 加料装置：有旋转给料器、振动筛、下料钟阀、电子秤等。攀钢给料速度16t/h，振动频率6090次/min。,1 粉料储存系统：料仓。因脱

26、硫剂中配有易燃易爆电石粉，料仓必须用N2保护。, 脱硫主要设备, 分配器：是脱硫设备的心脏，在分配罐上设置有冲压、放散、稳压、松动、硫态化管及硫态化床等部件，其功能是向输送管提供具有一定压力和流动性的粉气混合气体。工作压力0.530.58MPa，最大载压1.0MPa.,硫态化床：是决定喷吹脱硫能否正常的关键设备。攀钢硫态化床是由铜粉末冶金生产的硫态化床，其透气率35%。其工作原理是具有一定压力的氮气从四周的环绕管进入硫态化室，氮气透过硫态化床的微孔进入分配罐底部，将底部脱硫,剂局部“吹起”，呈硫态化状态，这一过程称为硫态化。其他部分仍为固态。, 脱硫主要设备, 喷枪及升降机构：喷枪的功能是按要

27、求将粉气输送到一定深度的铁水中，使脱硫剂在上浮的过程中与铁水接触，脱去铁水中硫。,喷枪类型：按喷枪出口个数可分为单孔、二孔和多孔喷枪。 按出口的角度分为直孔、斜孔、T型孔喷枪。 按枪体的结构形式分为整体式和组合式喷枪。 攀钢采用单直孔组合式喷枪。枪总长7200mm，外经230mm，行程6600mm，升降速度7.0m/min，喷枪寿命3070次。,第四章 炼钢设备,测温取样设备,下枪喷吹, 脱硫主要设备,脱硫扒渣, 脱硫相关设备扒渣机, 供料系统机械设备,1 转炉用铁水的供应,供应方式：混铁炉供应、鱼雷罐车(混铁车)供应及铁水罐直接热装等。目前多采用混铁炉、鱼雷罐车供应。, 混铁炉供应流程：高炉

28、 铁水罐车 混铁炉 铁水包 称量 转炉。其特点：可协调高炉与转炉生产周期不一的问题；能均匀铁水成分与温度，稳定转炉冶炼操作。但需占用一定的作业面积，投资费用高。,混铁炉结构示意图, 供料系统机械设备,1 转炉用铁水的供应,混铁车, 混铁车供应流程：高炉 混铁车 铁水包 称量 转炉。其特点：铁水运输过程中热量损失少，能满足转炉生产周期短，铁水需用量大，兑铁频繁及时等特点，并损去了混铁炉设备等费用。 适用于大型、高速、高效、现代化钢铁企业的生产。, 供料系统机械设备,2 转炉用散装料的供应,转炉散装料有造渣料、调渣剂和部分冷却剂。其供应特点：种类多、批量小、批数多，且要求供料迅速、及时、准确、连续

29、、设备可靠 采用全胶带输送机供料，但占地面积大，投资费用高。,其流程：卡车运到原料地下料仓 1#3#皮带输送机提升到布料平台布料器往炉顶料仓布料各种散料进入称量料仓称量进入汇总料仓溜槽转炉。,皮带输送机输送散料到布料平台,废钢料场,废钢装料跨, 供料系统机械设备,3 废钢的供应,由卡车运入废钢装料跨，再由磁盘吊车吊入废钢槽，装好后吊到转炉跨，经称量后由炉前起重机运往转炉，在炉前把废钢装入转炉内。,磁盘吊车, 废钢供应系统,装料废钢槽, 转炉炼钢设备,转炉系统主要设备：炉体、炉体支撑装置、炉体倾动机构、氧枪和付枪。,炉体主要设备示意图, 转炉炼钢设备, 转炉炼钢设备, 转炉炼钢设备,1、转炉炉体

30、：由炉壳及其支撑系统（托圈、耳轴、联接装 置和耳轴轴承座等）组成。 炉体外面是炉壳，用钢板焊接而成，里面是炉衬，砌筑的耐火砖。,氧气转炉炼钢, 转炉炼钢设备, 炉壳 作用：保证转炉具有固定的形状和足够的强度，能承受相当大的倾动力矩、 耐火材料及炉料的重量以及炉壳钢板各向温度梯度所产生的热应力、炉衬的 膨胀应力等。, 材质：用低合金钢板制作成型，不同部位钢板厚度不同。如120吨转炉，炉帽55mm，炉身70mm，炉底60mm。, 转炉炼钢设备, 炉壳本身由炉帽、炉身和炉底组成。 A 炉帽。炉帽做成圆锥形，目的是减少吹炼时的喷溅和热损失，并有利于炉气 的收集，炉口采用通水冷却。其优点是： 使炉口不粘

31、渣或很少粘渣，人工易清除。 由于水从耳轴经过，可对耳轴进行冷却。 提高炉帽寿命，防止炉口钢板在高温下产生变形。,在锥形炉帽的下半段有截头圆锥形的护板 防止托圈上堆积炽热的炉渣。,炉帽, 转炉炼钢设备,炉帽上设有出钢口，出钢口最易损坏，一般设计成可拆卸式的。,出钢口, 转炉炼钢设备,B 炉身。炉身为圆筒形，它是整个炉壳受力最大的部分，转炉的整体重量通过炉身钢板支撑在托圈 上，并承受倾炉力矩。,C 炉底。炉为球形，其下部焊有底座以提高强度。,炉帽、炉身、炉底三部分之间采用不同曲率的圆滑曲线连接，以减少应力集中。,炉底, 托圈和耳轴, 转炉炼钢设备,托圈和耳轴的作用：支撑炉体并传递转矩, 托圈：是由

32、优质钢板焊成，断面呈矩形的中空圆环，内部通水冷却，以降低热应力。其两侧各固定了两个耳轴，为炉壳受热膨胀不受限制和通风冷却，在托圈和炉壳之间留有100mm间隙。, 耳轴：是给转炉和托圈传递低速、重载荷、大力矩的传动件，要求其具有足够的强度和刚度，可用40Cr制作。,耳轴在炉体的两侧，一侧为固定端，另一侧为浮动端。固定端将转动力矩从倾动机构传递给托圈和炉体。耳轴多做成空心轴，里面通水冷却，冷却水经耳轴、托圈直到炉口水箱。耳轴与托圈通过法兰盘螺栓连接。, 转炉炼钢设备, 托圈与炉体的联接装置,由上、下托架及自调螺栓组成。,下托架, 联接装置, 转炉炼钢设备, 转炉炼钢设备, 联接装置, 转炉炼钢设备

33、,自调螺栓：由销轴、活接螺栓及两组球面垫圈组成。活接螺栓用水平销轴连接在托圈上部支撑座上，可在销轴上任意摆动，其上部通过两组球面垫片连接在炉壳法兰的销孔中，并用螺母锁紧，它的最大特点是能够在两组球面垫片中产生相对位移，从而适应炉体自由膨胀。, 耳轴轴承座, 转炉炼钢设备,耳轴轴承座是支撑炉壳、炉衬、铁水的全部重量的部件。 其工作条件：负荷大、转速慢、温度高工作条件十分恶劣。,目前我国转炉耳轴轴承在大、中、小型转炉上普遍采用滚动轴承。其优点是：能补偿耳轴由于托圈翘曲和制造安装不准确而引起的不同心度和不平行度。 从动侧采用铰接式轴承支座，靠支座的偏斜摆动补偿耳轴轴线方向上的胀缩位移。,铰接式轴承支

34、座,小结,炼钢生产流程 脱硫主要设备：主要由供气系统、粉料储存系统、喷吹系统、除尘系统 供料系统机械设备：混铁炉、鱼雷罐车(混铁车) 及铁水罐等。目前多采用混铁炉、鱼雷罐车供应。 转炉炼钢主体设备：炉体、炉体支撑装置、炉体倾动机构、氧枪和付枪,连续铸钢,主要内容,1 连铸的优势 2 连铸机的类型 3 连铸机的结构 4 连铸工艺 5 连铸坯的结构及主要缺陷,连铸的工艺流程,由炼钢炉炼出的合格钢水经炉外精炼处理后，用钢包运送到浇铸位置注入中间包，通过中间包注入强制水冷的铜模结晶器内。 结晶器是无底的，在注入钢水之前必须先装上一个“活底”引锭杆，同时也起到引出铸坯的作用，注入结晶器的钢水在迅速冷却凝

35、固成形的同时，其前部与伸入结晶器底部的引锭杆头部凝结在一起。引锭杆的尾部则夹持在拉坯机的拉辊中，当结晶器内钢水升到要求的高度后，开动拉坯机，以一定速度把引锭杆(牵着铸坯)从结晶器中拉出。,连铸的工艺流程,为防止铸坯壳被拉断漏钢和减少结晶器中的拉坯阻力，在浇铸过程中要对结晶器壁润滑。 铸坯被拉出结晶器后，为使其更快地散热，需进行喷水二次冷却，通过二次冷却支导装置的铸坯逐渐凝固。铸坯不断地被拉出，钢水连续地从上面注入结晶器，形成了连续铸坯的过程。 当铸坯通过拉坯机、矫直机(立式和水平式连铸不需矫直)后脱去引锭杆。完全凝固的直铸坯由切割设备切成定尺，经运输辊道进入后步工序。,二流连铸示意图,1 连铸

36、的优势,钢的连铸：使钢水不断地通过水冷结晶器，凝成硬壳后从结晶器下方出口连续拉出，经喷水冷却，全部凝固后切成坯料（连铸坯）的铸造工艺。,连铸的优势,提高成材率。模铸8488，连铸9598。 降低能耗。连铸省去开坯工艺的直接节能，以及由于提高成坯率和成材率的间接节能。 连铸产品的均一性高、质量好。模铸锭凝固时间长，元素偏析显著。连铸坯断面小、冷却速度大、树枝晶间距小、偏析程度较轻。 易于实现机械化自动化 占地面积小、生产周期快、吨坯成本低。,2020/9/2/01:53:21,2 连铸机的类型,按连铸机外形结构可分为：立式连铸机；弧形连铸机；立弯式连铸机；水平式连铸机；椭圆形连铸机 按连铸坯断面

37、可分为：板坯连铸机；方坯连铸机；圆坯连铸机；异形坯连铸机,连铸机型 a 立式；b 立弯式；c 直结晶器弧形； d 弧形；e 椭圆形；f 水平式,连铸坯,2020/9/2/01:53:21,板坯圆坯方坯,2020/9/2/01:53:21,连铸机台数、机数、流数,台数。凡共用一个钢包（盛钢桶）或同时浇注几根铸坯的连铸装置，称为一台连铸机。 机数。凡是具有独立的传动和工作系统，可独立进行正常工作的连铸系统，称为一个机组（一机）。 流数。凡是不经切割而连续浇注一根长的铸坯，称为一流。每台连铸机所能同时浇注的铸坯总根数，称为连铸机的流数。,2020/9/2/01:53:21,3 连铸机的结构,以通用的

38、板坯弧形连铸机为例，包括： 钢包及回转台； 中间包及中间包车； 结晶器； 扇形段（二冷段）； 拉矫机； 切割装置； 引锭杆。,2020/9/2/01:53:21,2020/9/2/01:53:21,钢包及回转台,钢包作用：存储钢水，将钢水由精炼炉运送到连铸机上，在钢包底部设有Ar管进行吹Ar搅拌，起到精炼作用。 钢包结构：钢包由钢包本体、滑动水口连接板、透气砖等组成。,2020/9/2/01:53:21,滑动水口由上座砖、下座砖、上水口、下水口、上滑板、下滑板组成，依靠滑板的滑动来控制注流大小。 长水口用于钢包和中间包之间，保护钢水浇注时不受二次氧化，防止钢流飞溅，对提高铸坯质量有明显效果。,

39、中间包,中间包介于钢包和结晶器之间，它接受来自钢包的钢水，并向结晶器分流。其作用包括： 稳定钢流，减少钢流的静压力和对结晶器中坯壳的冲刷； 均匀钢水温度，促进 非金属夹杂物上浮去除； 多流连铸机由中间包对 钢水进行分流； 多炉连浇换包时起缓冲 衔接作用。 结构：由中间包本体、 中间包盖、塞棒、中间 包滑动水口组成。,2020/9/2/01:53:21,中间包挡墙,挡墙：在中间包内设置的高出钢液面的墙称为挡墙。其作用为：隔离冲击区与浇铸水口区；形成循环流，有利去处夹杂；减少死区，有利于钢水温度分布均匀。 坝：设置在中间包内钢液面以下的障碍物。其作用：与挡墙配合起倒流，促进夹杂物上浮，达到精炼钢水

40、的作用。,2020/9/2/01:53:21,中间包车,中间包车作用：将中间包从预热位置运输至浇注位置，浇注完毕后，由浇注位置运回到预热位置的运载装置。同时浇注时起着支撑中间包的作用，浇注平台设两台中间包车，一台浇注，一台预热，可以快速更换中间包实现多炉连浇。,2020/9/2/01:53:21,浸入式水口,浸入式水口用来防止钢液从中间包进入结晶器内的二次氧化。,2020/9/2/01:53:21,结晶器,作用：结晶器是连铸机的心脏，其作用是使钢水在结晶器内形成所需的断面形状，并凝固成一定厚度和强度的均匀坯壳，以保证出结晶器后的铸坯不变形，不被拉裂。,。 结晶器本体： 四块冷却壁由铜板和钢板水

41、箱组成。 冷却水从一 端进入，从另一端流出。,结晶器振动台,作用：结晶器振动装置位于结晶器下方，振动装置工作时，可使结晶器在浇注时不间断地上下移动，防止拉坯时坯壳与结晶器粘结而发生漏钢事故。,2020/9/2/01:53:21,扇形段（二冷段）,作用：铸坯被拉出结晶器后，坯壳还很薄，内部仍为液态钢水，为了较快地凝固合顺利拉坯，在快速更换台后设置了二冷导向装置，即扇形段。其作用为喷水迅速冷却铸坯，并支持和导向铸坯，使其能顺利出坯。 连铸机二冷方式有喷水冷却和气水喷雾冷却两种。,2020/9/2/01:53:21,扇形段（二冷段）,2020/9/2/01:53:21,拉矫机,在二冷段夹棍辊道末端设

42、置拉坯矫直机。 作用：控制拉速，将铸坯拉出结晶器；对铸坯进行表面平整矫直。,切割装置,切割小车：用来夹持主割枪和副割枪，一台切割机设有一台切割小车，由装有两支切割枪的底板、传动装置和切割枪夹持器组成 切割枪：由枪体和割嘴组成，预热氧和燃气在单孔道喷出割嘴后在空气中混合燃烧。,引锭杆,作用：浇注开始时堵住结晶器的下口，钢水凝固后，坯头与引锭头凝结在一起，通过拉矫机将铸坯从结晶器中引出。 结构：由引锭杆本体和引锭头两部分组成。,2020/9/2/01:53:21,4连铸工艺,4.1 连铸工艺流程 4.1.1 上引锭杆 4.1.2 开浇与脱锭 4.1.3 多炉连浇 4.1.4 停机 4.2 连铸工艺

43、参数 4.2.1 浇注温度 4.2.2 拉坯速度 4.3.3 结晶器和二冷区冷却制度,4.1.1 上引锭杆,4.1.2 开浇与脱锭,4.1.3 多炉连浇,4.1.4 停机,4.2.1 浇注温度,连铸时，浇注温度通常是指中间包的钢液温度。温度过高，铸坯容易产生表面裂纹，柱状晶发达，易导致内裂，并且中心疏松和中心偏析加剧；温度过低，不利于夹杂物上浮，还易堵塞水口使浇注无法进行。 必须根据浇注钢种、铸坯断面、浇注条件等因素确定合适的钢水过热度（T浇注温度液相线温度），实际生产中T约为535。 “低温快注”为宜。,2020/9/2/01:53:21,4.2.2 拉坯速度,拉坯速度：每分钟从结晶器拉出的

44、铸坯长度（m/min）。 拉坯速度根据铸坯断面（厚度）、钢种和浇注温度来确定。 确定拉速的主要依据是要保证结晶器出口处铸坯有适当的坯壳厚度，能承受拉坯力和钢水静压力，使坯壳不会被拉裂和不出现明显的“鼓肚”变形。,2020/9/2/01:53:21,4.2.3 结晶器和二冷区冷却制度,结晶器冷却强度应保证钢液在短时间内形成坚固的外壳。冷却强度过低，影响拉速提高，并影响结晶器寿命；反之，铸坯过早收缩，形成气隙，减少传热，影响拉速提高。 二冷区冷却强度随钢种、断面尺寸及拉速等因素而改变。为提高铸坯凝固速度，应尽可能提高二冷强度。但强度过大，铸坯会产生裂纹。随着铸坯热送和直接轧制技术的出现，二冷普遍倾

45、向于弱冷，以提高铸坯热送温度。,2020/9/2/01:53:21,5 连铸坯的结构及主要缺陷,5.1连铸坯结构 5.2表面缺陷 5.3内部缺陷 5.4形状缺陷,2020/9/2/01:53:21,5.1 连铸坯结构,1-中心等轴晶： 2-柱状晶带； 3-细小等轴晶带,2020/9/2/01:53:21,5.2表面质量,2020/9/2/01:53:21,5.3内部缺陷,2020/9/2/01:53:21,5.4 形状缺陷,鼓肚（板坯）,菱变（方坯）,2020/9/2/01:53:21,连铸坯热送热装和直接轧制概念及发展层次,高,低,2020/9/2/01:53:21,小结,重点掌握内容： 钢

46、的连铸； 连铸机的类型； 连铸机台数、机数、流数； 连铸机的结构：主要设备；中间包的作用；结晶器的作用；二冷作用及方式；引锭杆的作用和结构； 连铸工艺：浇注温度、钢水过热度、选择浇注温度原则；拉坯速度及其确定依据；结晶器冷却强度确定依据；二冷发展趋势。 连铸坯质量：连铸坯结构；主要缺陷。,6、轧钢生产,钢铁工业,钢铁制造流程：主要包括炼铁、炼钢、连铸、轧钢等环节。,钢铁工业,工作机座,轧 钢,轧钢：连铸坯、钢锭或钢坯被两个互逆转动的轧辊拉入变形区在轧辊的辗压下产生塑性变形以得到我们所需要的各种形状和尺寸的钢材的过程。,万能轧机,轧 钢,轧制的任务： 一方面是通过成形，改变轧件形状和尺寸；以得到

47、需要的形状如钢板、带钢、钢管、线材以及各种型钢等钢材产品；（高精度的轧制成形，生产高精度钢材，以部分和完全替代机加工） 另一方面同时还要改善金属的组织结构和内部质量，并使之获得一定的机械和物理和化学性能。（实施控轧控冷，进行组织结构的优化，提高钢材的性能，减少后续的热处理，以节能降耗）,轧 钢,轧制加工的特点： 成形效率高，适于规模化生产 节约金属，材料的利用率高 压力作用下的塑性成形，能获得更致密的 内部组织结构来确保其获得更高的性能 可获得较高的加工精度和工件强度,轧钢产品,板材,轧钢产品,带卷,轧钢产品,重轨,轧钢产品,棒材,轧钢产品,拉丝材,轧钢产品,管材,轧钢产品,型材,金属制品,钢

48、管,钢卷,轧机结构与传动,现代轧钢机由： 工作机座（压下装置，弯辊和窜辊装置 ） 传动装置 主电机及控制系统组成,轧机结构与传动,工作机座的组成,轧钢设备,实现轧制过程的设备 泛指完成轧材生产全过程的各种装备，包括有： 主要设备：指主要担负轧制变形任务的各种轧机 辅助设备：热工设备 剪切设备 矫直设备 收集整理设备 运输设备 冷却设备 各种配套的电气控制设备,轧机结构和传动,轧机：是以实现金属成形为目的，在旋转的轧辊间 以压力使金属产生塑性变形的主成形设备。 轧机的机械结构特点：都有一对旋转的轧辊 轧机的分类： 按辊系结构（辊数、轧辊空间布置和辊型）构成了满 足不同轧制产品变形需要的各种形式的

49、轧机。,主设备：轧钢机：力能参数 轧辊 轧辊轴承 轧辊调整机构 平衡装置 机架 机架刚度与当量刚度控制 主传动装置 辅设备：剪切机 飞剪机 锯切机 矫正机 卷取机 开卷机 辊道等,一、轧机的标称,钢坯、型钢轧机是以轧辊的名义直径标称。（例如：1300初轧机） 钢板轧机是以轧辊长度来标称的。（例如：2030冷轧机组、1580热轧机组） 无缝钢管轧机是以钢管外径来标称的。（例如：140钢管轧机）,二、轧机的布置形式,单机架 双机架 横列式 连续式 半连续式 串列往复式 布棋式,三、轧机的品种（以辊数分类）,1、无辊轧机,三、轧机的品种,2、单辊轧机,三、轧机的品种,3、二辊轧机,xuyong,19

50、8,三、轧机的品种,3、二辊轧机,三、轧机的品种,4、三辊轧机（劳特）,三、轧机的品种,5、四辊轧机(1840),三、轧机的品种,6、五辊轧机（泰勒）,三、轧机的品种,7、六辊轧机,泰勒,三、轧机的品种,7、六辊轧机,三、轧机的品种,8、（偏）八辊轧机,偏八,偏十,双偏八,三、轧机的品种,9、十二辊轧机,三、轧机的品种,10、二十辊轧机(1930),三、轧机的品种,11、三十二辊轧机,三、轧机的品种,12、三十六辊轧机（成品厚度：0.00070.0008mm ）,四、机架,1.机架的形式及参数 机架的作用 用来安装轧辊辊系、调整装置、导卫装置等工作机座中的全部零部件，并承受轧制力 性能要求 非

51、常高的强度、刚度，利于换辊 形式：如图所示,图,1.机架的形式及参数 闭式机架：a图 上、下横梁与立柱铸成一个封闭式的整体框架（机架牌坊） 特点 强度、刚度最高，换辊不便，需要专用换辊装置 应用 轧制力较大原轧机，如中厚板轧机等 轧制精度较高的轧机，如板带轧机，部分小型钢、线材轧机等,图,四、机架,1.机架的形式及参数 开式机架：b图 概念 下横梁与立柱铸成一个整体式的U架（机架本体） 机架上盖（上横梁）与U架间通过联接件联接 特点 换辊方便，强度、刚度较低（与联接方式有关） 应用 经常换辊的轧机，如型钢轧机等,图,四、机架,1.机架的形式及参数 开式机架： 类型：螺栓联接 ,a图、立销和斜楔

52、联接,b图、套环和斜楔联接,c图、横销和斜楔联接,d图、斜楔联接：半闭式机架,e图,图,四、机架,1.机架的形式及参数 机架主要参数 窗口尺寸：图3-88 窗口高度H：H = H1 + H2 + H3 + S1 + S2 ，图3-22 窗口宽度B: 闭式机架：B稍大于轧辊最大直径，以便换辊 开式机架：决定于轧辊轴承座的宽度 一般四辊轧机：B = (1.15-1.30) D2 ，换辊侧窗口B更大5-10mm,图,图,四、机架,2、机架的形式及参数 机架主要参数 立柱尺寸： 形状：图3-88 截面尺寸:示表,图,示表,四、机架,5、轧辊调整装置,轧辊调整装置的作用是： 调整轧辊水平位置（调整辊缝）

53、，以保证轧件按给定的压下量轧出所要求的断面尺寸; 调整轧辊与辊道水平面间的相互位置，在连轧机上，还要调整各机座间轧辊的相互位置，以保证轧线高度一致（调整下辊高度）；,4.1. 调整装置的用途及类型用途： 用途： 主要用来调整轧辊在机架中的相对位置，以保证所要求的压下量、精确的轧件尺寸和正确的轧制条件。,5、轧辊调整装置,种类： 轴向调整装置：图对正轧槽，以保证正确的孔型； 径向调整装置：图调整两工作辊轴线之间的距离，以保证正确的辊缝； 调整两工作辊间的平行度； 调整轧制线的高度，以保证轧制线一致。 辊型调整装置：图轧机 调整两工作辊间的辊缝形状，以保证良好的板型。,4.轧辊调整装置,4.2.轧

54、辊径向调整装置 4.2.1. 上辊压下装置 类型： 按驱动方式分 手动压下, 图片1 电动压下, 图片2 液压压下 按调整速度分 快速压下 慢速压下,图片1,图片2,2020/9/2,材料成型设备,轧机结构与传动,轧机结构与传动,轧机的主要控制系统：轧机的控制系统基本都是通过对轧辊的控制来实现对轧制状态的控制确保轧制精度和质量。 如： 主电机调速系统：控制轧辊转速控制轧制速度 压下系统：电动和液压和电-液双压下装置 轧辊辊型控制系统：弯辊和窜辊、轧辊的冷却控制等 快速换辊装置：,轧机结构与传动,轧机结构与传动,轧钢工艺与控制,型、棒、线轧制工艺与控制,（1）断面特征和轧制方法 断面多变,轧钢工艺与控制,型、棒、线轧制工艺与控制,（1）断面特征和轧制方法