生铁冶炼
材料工程基础-第1章金属材料的制备--冶金
II、作业温度比其他火法冶金过程低； III、分离效率高，综合利用好。在高品位矿石资源逐 渐枯竭的情况下，对储量很大的低品位、成分复杂难 选的贫矿来说，氯化冶金将发挥它的作用。
1.1 冶金工艺
㈡、火法冶金的主要方法 ②氯化冶金 尚有三个问题待解决： I、氯化剂的利用效率和氯化剂的再生返回利用是关 键性问题； II、继续解决氯化冶金设备的防腐蚀； III、环境保护
A 形状控制：电磁铸造、金属薄膜的电磁成行，电磁 塑性成型，悬浮熔炼等
B 驱动金属液体：电磁搅拌，电磁泵 C 抑制流动：磁力制动，抑制波动 D 悬浮：非金属夹杂物的电磁分离 E 热量生成：感应熔炼，电磁加热、电弧熔炼、等离
子熔炼等 F 组织控制：晶粒细（粗）化，非晶金属制备
1.1 冶金工艺
三、电冶金 ㈠电热熔炼 ②电磁熔炼
的化合物析出或造
渣。
◆ 物理法 基于在两相平衡时杂质和主金属在两相
间分
配比的不同。
◇ 利用粗金属凝固或熔化过程中，粗金属中的杂质和主金
属在液–固两相间分配比的不同——熔析精炼、区域精
炼（区域熔炼）。
◇ 利用杂质和主金属蒸气压的不同，因而粗金属蒸发过程
中，其易蒸发的组份将主要进入气相，与难蒸发组分分
离——蒸馏精炼、升华精炼。
1.1 冶金工艺
㈠、火法冶金的基本过程 ②冶炼
氧势图（Ellingham）的形成原理
为了直观地分析和考虑各种元素与氧的亲和能力，了解不同 元素之间的氧化和还原关系，比较各种氧化物的稳定顺序， 埃林汉曾将氧化物的标准生成吉布斯自由能数值折合成元素 与1mol氧气反应的标准吉布斯自由能变化即，将反应：
钢铁冶金学（炼铁部分）
钢铁冶⾦学（炼铁部分）钢铁冶⾦学(炼铁部分)第⼀章概论1、试述3种钢铁⽣产⼯艺的特点。
答：钢铁冶⾦的任务：把铁矿⽯炼成合格的钢。
⼯艺流程：①还原熔化过程（炼铁）：铁矿⽯→去脉⽯、杂质和氧→铁；②氧化精炼过程（炼钢）：铁→精炼（脱C、Si、P等）→钢。
⾼炉炼铁⼯艺流程：对原料要求⾼，⾯临能源和环保等挑战，但产量⾼，⽬前来说仍占有优势，在钢铁联合企业中发挥这重⼤作⽤。
直接还原和熔融还原炼铁⼯艺流程：适应性⼤，但⽣产规模⼩、产量低，⽽且很多技术问题还有待解决和完善。
2、简述⾼炉冶炼过程的特点及三⼤主要过程。
答：特点：①在逆流（炉料下降及煤⽓上升）过程中，完成复杂的物理化学反应；②在投⼊（装料）及产出（铁、渣、煤⽓）之外，⽆法直接观察炉内反应过程，只能凭借仪器仪表简介观察；③维持⾼炉顺⾏（保证煤⽓流合理分布及炉料均匀下降）是冶炼过程的关键。
三⼤过程：①还原过程：实现矿⽯中⾦属元素（主要是铁）和氧元素的化学分离；②造渣过程：实现已还原的⾦属与脉⽯的熔融态机械分离；③传热及渣铁反应过程：实现成分与温度均合格的液态铁⽔。
3、画出⾼炉本体图，并在其图上标明四⼤系统。
答：煤⽓系统、上料系统、渣铁系统、送风系统。
4、归纳⾼炉炼铁对铁矿⽯的质量要求。
答：①⾼的含铁品位。
矿⽯品位基本上决定了矿⽯的价格，即冶炼的经济性。
②矿⽯中脉⽯的成分和分布合适。
脉⽯中SiO2和Al2O3要少，CaO多，MgO 含量合适。
③有害元素的含量要少。
S、P、As、Cu对钢铁产品性能有害，K、Na、Zn、Pb、F对炉衬和⾼炉顺⾏有害。
④有益元素要适当。
Mn、Cr、Ni、V、Ti等和稀⼟元素对提⾼钢产品性能有利。
上述元素多时，⾼炉冶炼会出现⼀定的问题，要考虑冶炼的特殊性。
⑤矿⽯的还原性要好。
矿⽯在炉内被煤⽓还原的难易程度称为还原性。
褐铁矿⼤于⾚铁矿⼤于磁铁矿，⼈造富矿⼤于天然铁矿，疏松结构、微⽓孔多的矿⽯还原性好。
⑥冶⾦性能优良。
冷态、热态强度好，软化熔融温度⾼、区间窄。
中国钢铁冶炼简史
中国钢铁冶炼简史春秋战国钢铁的冶炼春秋时代是我国由奴隶社会向封建社会转变的阶段。
促成这一社会变革的物质因素，是社会生产力的发展。
劳动工具是社会生产力发展的重要标志。
铁制工具的广泛使用，促进了我国由奴隶制向封建制的过渡。
商代用陨铁制作了铁刃铜钺，说明对铁的性质和锻打嵌铸的技术已经有了一定的认识和掌握，但当时尚不知人工炼铁。
春秋时期，铁器已经在农业、手工业生产中使用。
农业生产中使用铁锄、铁斧等。
铁器坚硬、锋利，胜过木石和青铜工具。
晋国用铁铸刑鼎，铸鼎的铁是作为军赋向民间征收的，可见晋国民间铁已不少。
在江苏六合县程桥、湖南长沙龙洞坡等地出土了春秋时的铁器。
战国初或稍早已发明铸铁技术，这是我国劳动人民对冶金技术的重大贡献，比外国早一千八百年左右。
河北兴隆县寿王坟出土了大量战国时的铁范，其中有较复杂的复合范和双型腔，还采用了难度较大的金属型芯，反映了当时的铸造工艺已有较高水平。
战国时发明的用柔化退火制造可锻铸件的技术和多管鼓风技术是冶金技术的重要成就，比欧洲早二千年左右。
战国时还掌握了块炼铁固态渗碳制钢的方法和淬火技术。
块炼铁的方法也就是“固体还原法”。
由于块炼铁是铁矿石在较低温度下从固体状态被木炭还原的产物，所以质地疏松，还夹杂有许多来自矿石的氧化物，例如氧化亚铁和硅酸盐。
这种块炼铁在一定温度下若经过反复锻打，便可将夹杂的氧化物挤出去，机械性能就改善了。
从江苏六合县程桥东周墓出土的铁条，就是块炼铁的产品。
春秋末期和战国初期的一些锻造铁器也是以块炼铁为材料。
在反复锻打块炼铁的实践中，人们又总结出块炼铁渗碳成钢的经验。
从河北易县武阳台村的燕下都遗址44号墓中曾出土79件铁器，经分析鉴定，它们的大部分都是由块炼钢锻成的，这证明至迟在战国后期块炼渗碳钢的技术已在应用，块炼铁质柔不坚，块炼钢虽经渗碳处理，变得较坚硬，但在生产上仍嫌不足。
人们在生产实践中又摸索出块炼钢的淬火工艺，这就进一步提高了块炼钢的机械性能。
上述燕下都出土的锻钢件，大部份是经过淬火处理的，这又表明在当时，人们对淬火工艺也较熟悉了。
炼铁技术
串讲概述一、炼铁生产的方法:1.高炉法炼铁.2.非高炉法炼铁:直接还原法,熔融还原法.二、钢和铁的区分：以含碳量区分:熟铁:C<0.02% 钢:C=0.02%～1.7% 生铁:C>1.7%三、炼铁生产工艺流程：1.高炉炼铁生产工艺流程: 简图2.高炉本体：内型：炉喉、炉身、炉腰、炉腹、炉缸。
外壳为金属结构，内衬耐火材料，中间是冷却设备。
3.除本体外，高炉还有以下几大系统：(1)上料系统：职责：储存、混匀、筛分、称量原、燃料，并运到炉顶受料漏斗。
(2)装料系统：职责：按要求将炉料装入炉内和煤气密封。
(3)送风系统：职责：提供和加热空气，并送入炉内，保证足够的风量和风温。
(4)喷吹系统：职责：将煤粉或重油送入炉内。
(5)煤气清洗系统：职责：收集和清洗煤气。
(6)渣铁处理系统：职责：定期排放炉内渣铁并运走，保证高炉连续生产。
(7)动力系统：职责:为高炉的正常生产提供"风、水、电、气"等能源.是高炉正常生产的保障.四、高炉炼铁主要经济技术指标：1.高炉利用系数：指每昼夜每立方米高炉有效容积生产的合格炼钢生铁量。
2.冶炼强度：指每昼夜、每立方米高炉有效容积消耗的干焦量。
干焦耗用量冶炼强度＝—————————————（t/(m3.d)）有效容积×实际工作日3.综合冶炼强度：除干焦外，还考虑有喷吹的其他类型的辅助燃料。
综合干焦耗用量综合冶炼强度＝————————————（t/(m3.d)）有效容积×实际工作日4.焦比：冶炼一吨铁消耗的干焦量。
干焦耗用量（kg）入炉焦比＝————————合格生铁产量（t）5．综合焦比：生产每吨生铁所消耗的干焦数量以及各种辅助燃料折算为干焦之总和。
干焦数量＋Σ喷吹燃料×折算系数综合焦比= —————————————————（kg/t）合格生铁产量综合干焦耗用量= ——————————（kg/t）合格生铁产量6.休风率：高炉休风停产时间占规定日历作业时间的百分数。
铁矿石的冶炼技术
铁矿石的冶炼技术
铁矿石的冶炼技术可以分为两步：炼铁和钢铁冶炼。
炼铁是将铁
矿石还原为铁的过程，钢铁冶炼是通过炼铁后的铁水进行精炼得到钢
的过程。
炼铁分为高炉法和直接还原法两种。
高炉法是最主要的炼铁方法，主要原料为铁矿石、焦炭和石灰石。
先将焦炭燃烧产生高温，将铁矿石、焦炭和石灰石投入高炉内，在高温和还原气体的作用下还原出铁，并与石灰石反应生成炉渣，炉渣和铁水分离后即为生铁。
直接还原法是不经过高炉，直接将铁矿石还原为铁的方法，主要
原料为天然气和冶金级煤。
将铁矿石和还原剂送入直接还原炉中，在
高温下进行还原，得到还原性的热态金属铁。
钢铁冶炼中的精炼技术包括基本工艺和特殊冶炼工艺。
基本工艺
包括碳素控制、氧化物还原、脱硫、脱氧、同步钢化等。
特殊冶炼工
艺包括冶炼合金钢、不锈钢、特殊钢等。
精炼工艺的主要目的是通过
控制合金成分和杂质含量，使钢达到所需的化学成分和性能要求。
生铁、粗钢及铁合金的制造工艺流程
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铁的冶炼与炼铁流程
富氧燃烧技术可以提高燃烧效率，减少燃煤消耗 和排放，同时降低温室气体和有害气体的排放。
3
能源管理
通过能源管理系统对炼铁过程中的能源消耗进行 实时监测和调控，提高能源利用效率和管理水平 。
可持续发展在炼铁行业的应用
绿色生产
炼铁行业应积极推广绿色生产技 术，减少对环境的污染和破坏， 同时加强环保监管和标准制定， 提高行业的可持续发展水平。
铁的冶炼历史
早期炼铁技术
古代炼铁技术主要采用高温还原法，即 将铁矿石与木炭混合后置于炼炉中加热 ，通过碳与氧气的反应将铁从矿石中还 原出来。这一过程需要极高的温度，且 效率低下。
VS
进步与发展
随着技术的进步，人们开始采用更有效的 炼铁方法，如用鼓风炉提高炉温，使铁的 产量和质量得到提升。同时，人们也开始 探索不同的铁矿和炼铁原料，进一步提高 了炼铁效率和铁的质量。
炼钢
在炼铁过程中得到的生铁还需要 经过进一步的氧化和还原处理， 以去除杂质并调整成分，得到合 格的钢水。
连铸和轧制
钢水经过连铸和轧制等工序，加 工成各种形状和规格的钢材。
高炉的结构与工作原理
炉缸是高炉中燃烧和熔化铁矿石的区域，炉身 用于容纳和传递热量，炉顶则用于装料和控制
炉内压力。
高炉炼铁的原理是利用焦炭燃烧产生的高温，将铁矿 石还原成金属铁，同时产生大量的煤气和炉渣。
日常维护包括检查设备的运行状况、清理和维护设备表 面、紧固松动的螺丝和更换磨损的零件等。
炼铁设备的维护与保养可以延长设备的使用寿命，提高 设备的运行效率，降低生产成本和事故风险。
01
环境保护与可持续 发展
炼铁过程中的环境保护
废气处理
炼铁过程中会产生大量废气，包括二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫等，需要进行处理以减少对环境的污染。常见的废 气处理方法包括燃烧法、吸收法、吸附法等。
生铁炼钢的化学方程式
生铁炼钢的化学方程式炼铁的化学方程式1.Fe2O3+3CO=高温=2Fe+3CO2↑。
2.2Fe2O3+3C=高温=4Fe+3CO2↑。
3.Fe2O3+3H2=高温=4Fe+3H2O。
炼钢的主要化学方程式250度时，3fe2o3+co=2fe3o4+co2600度时，fe3o4+co=3feo+co21000度时，feo+co=fe+co2将炼钢用生铁放入炼钢炉中，按照一定的工艺熔化，得到钢。
炼钢主要以下五个过程：融化过程。
铁水及废钢中含有C、Mn、Si、P、S等杂质，在低温融化过程中，C、Si、P、S被氧化，即使单质态的杂质变为化合态的杂质，以利于后期进一步去除杂质。
氧来源于炉料中的铁锈(成分为Fe2O3·2H2O)、氧化铁皮、加入的铁矿石以及空气中的氧和吹氧。
各种杂质的氧化过程是在炉渣与钢液的界面之间进行的。
氧化过程。
氧化过程是在高温下脱碳、脱磷、脱气、除杂的反应。
脱氧、脱硫与出钢。
氧化末期，钢中含有大量过剩的氧，通过向钢液中加入块状或粉状铁合金或多元素合金来去除钢液中过剩的氧，产生的有害气体CO随炉气排出，产生的炉渣可进一步脱硫，即在最后的出钢过程中，渣、钢强烈混合冲洗，增加脱硫反应。
炉外精炼。
炼钢炉熔炼的钢水含有少量气体和杂质。
一般将钢水注入精炼钢包，然后进行吹氩、脱气、钢包精炼等工艺，得到相对纯净的钢。
选角。
从炼钢炉或精炼炉出来的纯净钢水，只要温度合适，化学成分调整得当，是可以出钢的。
钢水通过钢包落入锭模或连铸机中，得到钢锭或连铸坯。
炼钢的基本原理是在高温下用纯氧通过氧化还原反应除去生铁中多余的碳和其他杂质。
因此，所涉及的反应是硅和锰的氧化反应、脱硫反应和脱磷反应。
高炉和电炉炼钢的区别有以下三点区别：1、原料不同电炉炼钢全部用废钢都行，但高炉炼钢铁水要占到90%。
2、能耗不同电炉消耗电能和氧气，高炉消耗氧气。
3、出钢钢液成分不同电炉钢液成分相对稳定，而高炉钢液成分差异较大。
扩展资料电炉钢多用于生产优质碳素结构钢、工具钢和合金钢。
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生铁冶炼
TFe63%的铁精矿配加2%的澎润土进行造球，经烧结制成酸性球团矿（要求铁精矿粒度要细，一般为-200目占70%以上，否则球团的
抗压强度等指标很难达到要求）或碱性烧结矿（要求铁精矿粒度稍粗，加石灰粉或白灰，增加烧结矿强度，制成高碱度烧结矿，碱度（CaO+MgO）/（SiO2+Al2O3）为1.7～1.8），一般要求：粒度8～20mm，转鼓指数大于80%，抗压强度大于1300N/球。
铁精矿做球团矿或烧结矿，重量没有大的增减，只是含铁品位略有下降，大概降低一个百分点。
入炉时，球团矿或烧结矿配加焦碳，一般为500～600Kg/t生铁。
采用喷煤技术后，可降低焦比，酒钢目前焦比为500Kg/t生铁左右，喷煤120Kg/t生铁。
一般采用富氧炼铁，除喷煤外，还要吹氧助燃。
冶炼过程中，要求炉温1200～1300℃左右，炉料含SiO2高，要求炉温高。
同时，炉温高，可以多脱掉一部分硫S，生铁冶炼只脱硫S 而不脱磷P。
因此，炉料（矿石、焦碳等）含硫S高，必然造成焦比升高。
炉料含磷P高，则直接影响生铁质量。
要求碱度在1.2左右，有利于脱渣，渣的碱度一般在1.1～1.2，CaO高或SiO2高都不能使渣、铁很好分离，造成铁水含渣高。
通过添
加剂调节酸碱度，增加流动性。
一般SiO2高时，添加石灰石（CaO）；Al2O3高时，最好添加白云石（MgO）。
为了快速调节酸碱度，可以添加萤石（要求CaF2大于70%），但对炉壁有较大的侵蚀作用。
入炉品位为63%时，一般矿铁比为1.6。
生铁含铁一般大于95%，其余5%为炭C、硅Si。
生铁分为炼钢生铁和铸造生铁，炼钢生铁要求炭C小于3.5%、硅Si小于1.25%。
高炉利用系数=日产生铁量/（7.8×高炉容积），如1000m3高炉，日产生铁19000t，则高炉利用系数为2.44。
一般40分钟出一次铁水。
入炉品位高，有利于降低焦比，提高高炉利用系数，增加产量。