冶金工艺课件

直接还原或熔融还原—电炉—连铸机—轧机
短流程
钢铁生产的两个典型流程
钢材加工工艺流程
钢铁生产的典型工艺（长流程）
1.3 钢铁产品及副产品
产品 生铁 钢 副产品 炉渣 煤气
生铁 它是铁和碳及少量硅。 锰、硫、磷等元素组成的合 金，主要由高炉生产，按其 用途可分 为炼钢生铁和铸 造生铁。
中国铁矿石特点：储量低于世界人均拥有量，多为贫矿、难
选，四大铁矿：鞍山、攀西、冀东、晋北，可开采40-50年。
高炉冶炼用原料
磁铁矿（Fe3O4） 赤铁矿（Fe2O3）
nH2O） 褐铁矿（mFe2O3·
菱铁矿（FeCO3）
高炉冶炼用原料
铁矿石按矿物成份可分为五种类型 ①磁铁矿矿石②赤铁矿矿石 ③褐铁矿矿石④钛磁铁矿矿石⑤菱铁矿 按铁的含量可分为富铁矿石和贫铁矿石，我 国一般按以下分类 富铁矿石－含Fe45％以上磁铁矿石、赤铁矿石， 含铁30-35％菱铁矿矿石 贫铁矿石－含铁25-45％的磁铁矿石、赤铁矿石， 含铁20-30％的菱铁矿石
煤气主要成分：CO、H2、CO2、N2、CH4
1.4 钢铁工业能源及能耗
钢铁生产用能源 钢铁工业能耗 节能途径 节能途径
钢铁生产用能源
钢铁工业是能源消耗的大户，约占全国总能源消 耗量的10～11％。
钢铁生产所用能源主要有煤炭、燃料油(重油)、 天然气、电力等。
煤占钢铁生产中燃料消耗的70%，钢铁工业用煤 量已超过煤炭总产量的15％。 煤在钢铁企业主要用来炼焦和自备电厂发 电、蒸 汽机车烧煤、烧工业锅炉及部分窑 炉，少部分制 成粉煤用于高炉喷吹及烧结生产。
钢铁生产中产生的污染物
钢铁生产中产生的污染物
1.7 小结
重点掌握内容： 火法冶金及其主要工序； 钢铁冶炼的任务； 钢铁生产长流程生产工艺； 耐火材料及其要求； 钢铁工业能源及能耗特点。
谢
谢
第二章
高炉炼铁
主要内容
2.1 概述
2.2 高炉冶炼原理 2.3 高炉本体及附属系统
高炉冶炼用原料
凡在当前技术条件下，可以经济地提取出金属
铁的岩石称为铁矿石。
铁矿石中除有含Fe的有用矿物外，还含有其他化 合物，统称为脉石。常见的脉石有：SiO2、Al2O3、 CaO及MgO等。 据统计，世界铁矿石总储量达3431×108t（亿）， 其中工业储量约1497×108t。
高炉冶炼用原料
矿石品位
TFe％ 36.9 50-67 22-60 40-68.5
123.5
印度
美国 中国
220
174 462(保有储 量）
6.3
5.0
85
55 183（已利用 矿区储量）
5.5
3.6
30-60
20.8 30-35
高炉冶炼用原料
自然界中已知含铁矿物有300多种，主要矿物有： 磁铁矿（Fe3O4），含铁72.4％ 赤铁矿（Fe2O3），含铁70％ 褐铁矿（Fe2O3· nH2O），含铁48-62.9％ 针铁矿（Fe2O3· H2O），含铁48-63％ 菱铁矿（FeCO3），含铁48.3％
炉渣
炉渣是炉料在冶炼过程中不能进到生铁和钢 中的氧化物、硫化物等形成的熔融体。 其主要成分是CaO、MgO、SiO2、Al2O3、 MnO、FeO、P2O5、CaS等。 根据冶炼方法的不同，钢铁生产产生的炉渣
分为高炉渣和炼钢渣，按炉渣中含有不同的
化学成分又可分为碱性渣和酸性渣。
煤气
钢铁生产中还能获得大量的可燃气体，高 炉炼铁可产生高炉煤气，转炉炼钢可获得 转炉煤气，炼焦时可得焦炉煤气等
我国对冶金发展的贡献
其他金属及其合金 中国古代除了使用铜、锡、铅、金、银
外，还发明了铜镍合金（白铜）的冶炼技术，锌的冶炼和水 法炼铜的技术，发明了砷白铜和补牙用银汞齐等技术。 特别是锌的冶炼中国在冶金上的另一贡献是金属锌的生 产。中国明代以后称锌为倭铅。中国在16～18世纪已经向欧
洲出口含锌99％的锌锭。20世纪70年代，云南和贵州尚有古
下、在特定气氛中进行的冶金过程。
煅烧：在空气中以去CO2和水为目的的冶金过程。
烧结与球团：以获得特定矿物组成、结构及性能的造块。
熔炼：还原氧化物，提取粗金属。
精炼：氧化杂质，获得纯金属。
铸造：液态金属凝固成固态。
1.2 钢铁工业
钢铁材料
钢与生铁的区别 钢铁冶炼技术发展简史
我国钢铁工业的发展
我国对冶金发展的贡献
错金与鎏金 春秋中叶以后，开始在青铜器表面嵌镶不同 色泽金属如铜片，后来发展为凿有细纹和艺术化的文字 （鸟篆），纹内嵌入金（银）丝的错金（银）技术。 战国初期（公元前5世纪）,中国发明了金（银）汞齐 鎏金（银）的技术（见彩图）。在欧洲，这一技术见于公 元前半世纪的记载。
我国对冶金发展的贡献
生源。
煤尘：通过燃烧后发生。烧结炉、各加热炉为 其
发生源。
粉尘：从燃料原料的输送、处理过程，及储藏场
中产生。炼铁、炼钢工程为其主要发生源。
污水
钢铁工业用水主要是冷却水，其次是煤气洗涤水，
以及冲洗设备、地面及除尘用水等。 污水中含有下列污染物：
固体悬浮物（SS）：从排气集尘、高温物质的直 接冷却等 过程中产生。
代流传下来的与《天工开物》所记载相似的炼锌方法——坩 埚炼锌法。这个方法的基本原理在世界各国一直应用到电解 制锌法的出现。
冶金的分类
按所冶炼金属类型分：


有色冶金 黑色冶金（钢铁冶金）
按冶金工艺过程不同分：

火法冶金
湿法冶金
电冶金
火法冶金主要过程简介
干燥：去水，温度为400~600℃。 焙烧：以改变原料组成为目的的、在低于矿石熔点温度
油：由各种机械等所使用的油所发生的漏泄及冷轧工程使 用轧制机的机油等原因而产生。
化学需氧量（COD）：从煤炭干馏时的氨水，及 冷轧、电 镀废水中产生。 酸、碱：从冷轧工程的酸洗工程、电镀工程等的脱 脂工程 中产生。
固体废弃物
炉渣：从高炉、铁水预处理、转炉、电炉 、二次精炼设备等的冶炼工程中产 生。 污泥：在各种水处理过程中产生。 灰尘：从各种干式集尘机中产生。
表面着色和氧化 中国至迟在战国初期，发明了将青铜器表 面氧化成墨黑色的技术，或用以防锈，或作为花饰。湖北江 陵出土的越王勾践剑，许多地方出土的吴王剑和吴国剑都有 黑色花纹。秦汉时期有些箭镞、剑格也使用了这种技术。后 来在铜器表面刻槽作画，槽中用鎏金（银）办法“走金”或 “走银”；有的将表面着色；以及制出著名的云南乌铜器。
铁矿储量排在前5位的国家有：前苏联、澳大 利亚、加拿大、巴西、印度，如下表：
国家
前苏联（含俄罗 斯、乌克兰等） 澳大利亚 加拿大 巴西
总储量
108t（亿t) 1111 350 397 800 ％ 31.7 10 11.3 22.9 673 236 187
工业储量
108t（亿t) ％ 43.7 15.5 12.1 8.0
中国钢铁工业发展目标
“加强自主创新，建设创新 型国家”目标下，通过结构 调整 和产业升级，努力使 我国从钢 铁大国转变为钢 铁强国。
钢铁冶炼
磁
铁
矿
线 材
赤
铁 矿
钢铁冶炼的任务是把铁矿石冶炼成合格的钢。
板 材
钢铁生产的两个典型流程
高炉炼铁 烧结/球团 — 高炉—转炉—连铸机—轧机
非高炉炼铁
长流程
2.4 高炉操作
高炉冶炼用原料
高炉炼铁生产用原燃料
含铁原料：铁矿石（烧结、球团）
溶剂：石灰石、白云石 燃料：焦炭、煤粉
高炉冶炼用原料
高炉冶炼用的原料主要有铁矿石（天然富矿和人 造富矿）、燃料（焦炭和喷吹燃料）、熔剂（石 灰石与白云石等）。 冶炼1t生铁大约需要1.6~2.0t矿石，0.4~0.6t焦炭， 0.2~0.4t熔剂。 高炉冶炼是连续生产过程，必须尽可能为其提 供 数量充足、品味高、强度好、粒度均匀粉末 少、 有害杂质少及性能稳定的原料。
叠铸
我国对冶金发展的贡献
精密铸件 陶范的使用和高度的铸造技术水平，铸成了音
调准确的双音编钟,面积大而厚度很薄的铜鼓(见彩图),细 达0.1毫米的越国青铜剑剑首底部的环纹(见彩图)。战国初 期还用失蜡法铸造出曾侯乙墓尊盘这样的精美制品。
我国对冶金发展的贡献
大型铸件 竖炉冶炼的强化，提高了液态金属的铸造温度；焙烧 工艺的采用，提高了泥范的强度，为大型铸件的生产创造了条件。 中国早在商代就铸造出许多重量在百公斤以上的各种铜器。唐代 以后又发展为铸造大型铁件。如铁镬(江苏扬州)、当阳铁塔（湖 北当阳，分段铸造）、沧州铁狮(河北沧州)、铁人（河南登封、 山西太原）等。到了明代出现了重达46.5吨的北京永乐大钟，和 分段铸成整体重达76吨的河北正定铜佛。
钢铁生产对耐火材料的要求是：耐火度高；能 抵抗
温度骤变；抗熔渣、金属液等侵蚀能力 强；高温性
能和化学稳定性好。
1.6 环境保护
钢铁厂产生的各种污染物有： 大气污染物质、污水 固体废弃物
大气污染物质
SOX：是通过原料、燃料中硫磺成分的燃烧而产
生的。烧结工厂等为其主要发生源。
NOX：通过燃烧后发生。烧结工厂等为其主要发
减少生产工序。
回收利用散失热量。 加强企业能源管理，加强能源利
用技术的研
究工作，提高操作技术水平，充分发挥现有设备能力，
以节能为目标合理组织生产。
1.5 耐火材料
凡是耐火度高于1580℃，能在一定程度上抵抗温度
骤变、炉渣侵蚀和承受高温荷重作用韵 无饥非金属
材料，称为耐火材料。 耐火材料由耐火砂岩进入到现代科技产品，已 成为 独立的生产行业，其产品的60～80％消 耗于冶金工 业。