第一章-材料的熔炼-1-1-钢铁冶金.讲述PPT课件
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《钢铁的冶炼工艺》课件
钢铁的冶炼工艺
钢铁是现代工业的基础。在本课件中，我们将介绍常见的钢铁冶炼工艺及其 原理。
产业概述
产业链条
原料（铁矿石）-炼铁-炼钢-加工制品
中国钢铁产能占比
近50%
全球钢铁产量
42.3亿吨（2020年）
高炉冶炼工艺
1
反应过程
2
焦炭燃烧产生热能、还原剂和一氧化碳，
将矿石还原成铁，同时产生大量 CO2。
如无缝钢管、卫星零部件等。
恒温恒湿加热工艺
通过精确的温度控制，对材料 进行加热处理。
适用于焊接、退火、淬火、热 处理等工艺。
结语
未来发展方向 人才培养 环境保护
智能化、环保化、产业升级
加强钢铁冶炼和加工的专业培训，增强技术创新 能力
煤气脱硫、煤气脱硝、COD和氨氮的处理等工艺， 减少废气、废水的排放。
3
Hale Waihona Puke 炉料处理铁矿石、焦炭和石灰石的预处理
出铁和排渣
将熔融的铁和炉渣分离后取出。
转炉冶炼工艺
氧气顶吹工艺
炉渣处理
氧气注入炉内刺激产生化学反应， 降低冶炼温度、加快冶炼速度。
通过调节配比、添加炉渣成分等 多种手段，使炉渣达到理想的脱 硫、脱磷、脱硅等目标。
炉口操作
控制出钢口和炉渣口的开启和关 闭，协调出钢和排渣的操作，使 钢的质量达到标准。
电炉冶炼工艺
1 炉料处理
废钢材和生铁的预处理
2 电流控制
借助电极放电的能量，使炉料迅速熔化脱氧。
3 炉渣处理
通过配比炉渣成分，去除炉渣中的杂质，提高钢质。
其他冶炼工艺
湿法冶金工艺
采用水（液体）溶解或浸出的 方法，将金属提纯。
适用于难以通过热法冶炼的金 属，如铜、锌、镍、钨等。
钢铁是现代工业的基础。在本课件中，我们将介绍常见的钢铁冶炼工艺及其 原理。
产业概述
产业链条
原料（铁矿石）-炼铁-炼钢-加工制品
中国钢铁产能占比
近50%
全球钢铁产量
42.3亿吨（2020年）
高炉冶炼工艺
1
反应过程
2
焦炭燃烧产生热能、还原剂和一氧化碳，
将矿石还原成铁，同时产生大量 CO2。
如无缝钢管、卫星零部件等。
恒温恒湿加热工艺
通过精确的温度控制，对材料 进行加热处理。
适用于焊接、退火、淬火、热 处理等工艺。
结语
未来发展方向 人才培养 环境保护
智能化、环保化、产业升级
加强钢铁冶炼和加工的专业培训，增强技术创新 能力
煤气脱硫、煤气脱硝、COD和氨氮的处理等工艺， 减少废气、废水的排放。
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Hale Waihona Puke 炉料处理铁矿石、焦炭和石灰石的预处理
出铁和排渣
将熔融的铁和炉渣分离后取出。
转炉冶炼工艺
氧气顶吹工艺
炉渣处理
氧气注入炉内刺激产生化学反应， 降低冶炼温度、加快冶炼速度。
通过调节配比、添加炉渣成分等 多种手段，使炉渣达到理想的脱 硫、脱磷、脱硅等目标。
炉口操作
控制出钢口和炉渣口的开启和关 闭，协调出钢和排渣的操作，使 钢的质量达到标准。
电炉冶炼工艺
1 炉料处理
废钢材和生铁的预处理
2 电流控制
借助电极放电的能量，使炉料迅速熔化脱氧。
3 炉渣处理
通过配比炉渣成分，去除炉渣中的杂质，提高钢质。
其他冶炼工艺
湿法冶金工艺
采用水（液体）溶解或浸出的 方法，将金属提纯。
适用于难以通过热法冶炼的金 属，如铜、锌、镍、钨等。
第一章 总论 合金钢冶炼课件
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11 11
1.2.1 我国合金钢产业现状
冶金工业的一项重要方针就是大力发展合金钢 和低合金钢。
我国合金钢生产分别由特钢企业、普钢企业、 地方及其它企业等三种类型企业承担，全国优 质钢（包括特殊钢）产量约占全国钢产量的30 ％左右，其中合金钢产量约占5-6％左右。
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第一章 总论
兴澄 特钢 夜景
2
3
1.1.1 合金钢
为了改善钢的某些性能加入一定数量的某 种或几种合金元素得到的这种钢统称为合 金钢。 （含有一种或多种适量的合金元素而且具 有较好性能的钢的总称）。
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44
某些性能
强度（高温强度、硬度、且持久， >800℃）；
韧性（低温韧性，－40℃以下）； 抗氧化性（耐腐蚀性）； 磁性或无磁性； 工艺性能。
/18:42:43
77
1.1.2 地位
1）现代工业和科学技术的重要支柱。
2）产品的数量、质量、品种及规格反映国家 工业水平和科学技术的发达程度。 超纯净钢：C＋P＋S＋N＋H＋O≤50～ 100ppm，0.005~0.01%
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88
1.1.3 世界合金钢产业发展特点
合金钢的开发现状：高性能化和多品种化。
12 12
2001年我国特殊钢企业钢材年产量
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13 13
1980-2001年我国钢结构变化情况图
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14 14
我国特钢企业主要特钢品种生产变化
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15 15
2001年我国特钢企业钢材品种比重
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16 16
钢铁冶炼与冶金工艺培训ppt
ABCD
定期对员工进行安全与环 保法律法规培训，提高员 工的安全意识和环保意识 。
与当地政府和相关部门保 持良好沟通，及时了解政 策动态，为企业的发展提 供保障。
05
钢铁冶炼与冶金工艺 培训实践
培训目标与内容
培训目标
培养学员掌握钢铁冶炼与冶金工艺的基本原理、操作技能和安全生产知识，提 高学员在实际生产中的问题解决能力。
THANK YOU
炼钢工艺流程
炼钢工艺包括转炉炼钢和平 炉炼钢两种方法，其中转炉 炼钢是目前应用最广泛的方 法。转炉炼钢是将生铁装入 转炉中，通过吹氧和加入矿 石等手段去除其中的杂质和 调整成分，得到钢水。
炼钢工艺的设备
炼钢工艺需要的主要设备包 括转炉、平炉、电弧炉和精 炼炉等。
炼钢工艺的环境 影响
炼钢工艺会产生大量的废气 、废水和固废，如果处理不 当会对环境造成严重污染。
钢铁冶炼的基本原理
还原反应
钢铁冶炼过程中，焦炭与铁矿石 中的氧发生还原反应，将铁元素
从铁氧化物中还原出来。
造渣
石灰石在高温下分解成氧化钙和二 氧化碳，氧化钙与矿石中的杂质反 应形成炉渣，通过排渣口排出。
熔融与凝固
在高温下，铁水熔融并与碳、硅、 锰等元素发生反应，形成不同成分 的生铁。生铁经过凝固和冷却，形 成固态钢锭或钢坯。
烧结工艺需要的主要设备包括配料设备、混合设备、制粒设备、烧结 机和冷却设备等。
烧结工艺的环境影响
烧结工艺会产生大量的粉尘和废气，如果处理不当会对环境造成严重 污染。
炼铁工艺
炼铁工艺简介
炼铁是将铁矿石还原成生铁的过程，是钢铁冶炼的重要环 节之一。
炼铁工艺的设备
炼铁工艺需要的主要设备包括高炉、鼓风机、热风炉和铁 水包等。
钢铁冶炼与冶金工艺培训ppt
04
工作环境改善
优化工作环境，降低噪声和振动 的影响，为员工创造一个良好的
工作条件。
06
实践操作与案例分析
钢铁冶炼实践操作
钢铁原料准备
了解和掌握各种钢铁原料的 性质、用途和加工方法，以 及合理配比和优化原料的实 践操作。
高炉炼铁工艺
通过实践操作掌握高炉炼铁 的工艺流程、技术参数和操 作要点，包括原料加工、烧 结、高炉炼铁等环节。
无缝钢管轧制技术
无缝钢管轧制技术是生产无缝钢管的主要方法，通过精确 控制轧制温度、压力和变形量得到高质量的无缝钢管。
04
钢铁冶炼环境保护与节能 减排
钢铁冶炼的环境影响
01
02
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空气污染
钢铁冶炼过程中会产生大 量的烟尘和有害气体，如 硫化物、氮氧化物等，对 空气质量造成严重影响。
水污染
钢铁冶炼过程中产生的废 水含有多种有害物质，如 重金属离子、酸碱物质等 ，对水体造成严重污染。
电炉炼钢技术
电炉炼钢技术是一种节能环保的炼钢方法，通过电能将废钢或生铁熔 化，再加入合金元素来得到不同品质的钢。
炉外精炼技术
炉外精炼技术是在传统的炼钢工艺基础上发展起来的一种新型技术， 通过在钢包中加入各种精炼剂来进一步优化钢的成分和性能。
连铸技术的发展
传统连铸技术
传统的连铸技术是将液态钢倒 入固定模子中，形成钢坯后进 行切割和轧制。
影响。
安全管理与操作规程
建立健全安全管理制度
制定并执行安全生产责任制、安全检查 制度等，确保各项安全工作有序开展。
安全设施配备
配备齐全的安全设施，如防护罩、防 护栏、报警装置等，确保员工在工作
过程中得到有效保护。
操作规程培训
第一章 材料的熔炼-1-2 铝冶金
碱石灰烧结法生产氧化铝
基本原理：将铝土矿与一定量的纯碱、石灰（或石灰石） 配成炉料在高温下进行烧结，使氧化硅与石灰化合成不 溶于水的原硅酸钙2CaO· SiO2,氧化铝与纯碱化合成可溶 于水的固体铝酸钠Na2O· Al2O3、而氧化铁与纯碱化合成 可以水解的铁酸钠Na2O· Fe2O3，将烧结产物（熟料）用 稀碱溶液溶出时Na2O· Al2O3便进入溶液，Na2O· Fe2O3水 解放出碱，氧化铁以水合物与原硅酸钙一道进入赤泥。 再用二氧化碳分解铝酸钠溶液便可以析出氢氧化铝。经 过焙烧后产出氧化铝。分离氢氧化铝后的母液成为碳分 母液（主要成分为Na2CO3），经蒸发后返回配料。
分解
• 氧化铝厂车间：原料堆及配料车间、球磨机 车间、高压溶出（浸出）车间、沉降分离车 间、分解车间、分级车间、蒸发车间、煅烧 车间等； • 关键工序：浸出、晶种分解、分解母液蒸发 与苛化、氢氧化铝煅烧
（1）铝土矿 选矿与原矿 浆制备 初步提高A/S 比，除去部 分杂质，达 到一铝土矿，其溶出条件有很 大差异。从而导致氧化铝生产的能耗和成本 与铝土矿的类型有很大关系。
• 三水铝石型铝土矿在105℃的条件下就可以 较好地溶出，一水软铝石型铝土矿在200℃ 的溶出温度下就可以有较快的溶出速度，而 一水硬铝石型铝土矿必须在高于240℃的温 度下进行溶出，其典型的工业溶出温度为 260℃。溶出时间不低于60分钟。
• 氧化铝的焙烧设备：回转窑、循环焙烧 炉
主要反应： 225℃ • Al2O3•3H2O→ Al2O3•H2O+2H2O • Al2O3•H2O →γ-Al2O3+H2O • γ-Al2O3 →α-Al2O3
900℃以上 500-550℃
注意： • 适合电解铝生产的是砂状氧化铝！！
东北大学钢铁冶金学炼钢学PPT课件
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LD- Q- BOP
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炼 钢 方 法（9）
• 我 国 首 先 在 1972-1973 年 在 沈阳第一炼钢厂成功开发了全 氧侧吹转炉炼钢工艺。并在唐 钢等企业推广应用。
第17页/共394页
总之，炼钢技术经过200 多年的发展，技术水平、自动 化程度得到了很大的提高，21 世纪炼钢技术会面临更大的挑 战，相信会有不断的新技术涌 现。
• 如果钢中的氧含量较高，FeS与FeO形成的共 晶体熔点更低（940℃），更加剧了钢的“热 脆”现象的发生。
第27页/共394页
• 锰可在钢凝固范围内生成MnS和少量的FeS，纯MnS的熔点为1610℃，共晶 体FeS-MnS（占93.5%）的熔点为1164℃，它们能有效的防止钢热加工过 程的“热脆”。
第38页/共394页
• 钢中加入适量的铝，可生成稳定的AlN，能 够压抑Fe4N生成和析出，不仅改善钢的时效 性，还可以阻止奥氏体晶粒的长大。氮可以 作为合金元素起到细化晶粒的作用.在冶炼铬 钢，镍铬系钢或铬锰系等高合金钢时，加入 适量的氮，能够改善塑性和高温加工性能。
第39页/共394页
钢中的夹杂
总之，钢材仍将是21世纪用途最广 的结构材料和最主要功能材料。
第5页/共394页
炼 钢 方 法（1）
• 最早出现的炼钢方法是1740年出现的坩埚法，它是将生铁和废铁装入由石 墨和粘土制成的坩埚内，用火焰加热熔化炉料，之后将熔化的炉料浇成钢锭。 此法几乎无杂质元素的氧化反应。
第6页/共394页
炼 钢 方 法（2）
第37页/共394页
• 钢中的氮是以氮化物的形式存在，它对钢质量的影 响体现出双重性。氮含量高的钢种长时间放置，将 会变脆，这一现象称为“老化”或“时效”。原因 是钢中氮化物的析出速度很慢，逐渐改变着钢的性 能。低碳钢产生的脆性比磷还严重。
LD- Q- BOP
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炼 钢 方 法（9）
• 我 国 首 先 在 1972-1973 年 在 沈阳第一炼钢厂成功开发了全 氧侧吹转炉炼钢工艺。并在唐 钢等企业推广应用。
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总之，炼钢技术经过200 多年的发展，技术水平、自动 化程度得到了很大的提高，21 世纪炼钢技术会面临更大的挑 战，相信会有不断的新技术涌 现。
• 如果钢中的氧含量较高，FeS与FeO形成的共 晶体熔点更低（940℃），更加剧了钢的“热 脆”现象的发生。
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• 锰可在钢凝固范围内生成MnS和少量的FeS，纯MnS的熔点为1610℃，共晶 体FeS-MnS（占93.5%）的熔点为1164℃，它们能有效的防止钢热加工过 程的“热脆”。
第38页/共394页
• 钢中加入适量的铝，可生成稳定的AlN，能 够压抑Fe4N生成和析出，不仅改善钢的时效 性，还可以阻止奥氏体晶粒的长大。氮可以 作为合金元素起到细化晶粒的作用.在冶炼铬 钢，镍铬系钢或铬锰系等高合金钢时，加入 适量的氮，能够改善塑性和高温加工性能。
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钢中的夹杂
总之，钢材仍将是21世纪用途最广 的结构材料和最主要功能材料。
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炼 钢 方 法（1）
• 最早出现的炼钢方法是1740年出现的坩埚法，它是将生铁和废铁装入由石 墨和粘土制成的坩埚内，用火焰加热熔化炉料，之后将熔化的炉料浇成钢锭。 此法几乎无杂质元素的氧化反应。
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炼 钢 方 法（2）
第37页/共394页
• 钢中的氮是以氮化物的形式存在，它对钢质量的影 响体现出双重性。氮含量高的钢种长时间放置，将 会变脆，这一现象称为“老化”或“时效”。原因 是钢中氮化物的析出速度很慢，逐渐改变着钢的性 能。低碳钢产生的脆性比磷还严重。
常用铸造合金及其熔炼ppt课件
a
b
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c
d 15
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麻口铸铁：
组织中既存在石墨、又有莱氏体，是白口和灰口之间的过渡组 织，因断口处有黑白相间的麻点，故而得名。
➢根据铸铁的化学成分，铸铁分为：
普通铸铁 合金铸铁——含Si>4%、Mn>2%，或Ti，V，
Mo， Cr, Cu等
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17
➢铸铁中的石墨化过程
石墨组织的形成，称为铸铁的石墨化过程。
工艺
(1) 冷却速度：
快速冷却——按 Fe-Fe3C相图转变 缓慢冷却——按 Fe－G 相图转变，石墨化充分 (2) 温度：高温长时间保温有利于石墨化
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27
➢影响石墨化程度的主要因素
碳以石墨形式析出的现象称为石墨化。
(1)、化学成分
1）碳和硅 碳是形成石墨的元素，也是促进石墨化的元素。
含碳愈高，析出的石墨愈多、石墨片愈粗大。
在实际生产中，一般是根据铸件的壁厚（主要部位的壁厚）， 选择适当的化学成分（主要指碳、硅），以获得所需要的组 织。
精选课件
31
1. 灰铸铁
（1） 石墨对灰铸铁性能的影响
石墨的结晶特点
在简单六方晶体中,碳 原子是分层排列
同一层上的原子间距小 (0.142nm),结合力强
层间原子间距大 (0.340nm)结合力弱
③减震性——减震能力为钢的5～10倍 → 机床床身、机座 ④耐磨性——石墨润滑作用，比钢好→导轨、衬套，活塞环等
铁矿石、焦炭、石灰石→生铁→钢水→钢锭
一、炼铁
在高炉中进行:
铁矿石+焦碳+石灰石 炉料 →高炉
预热900～1200℃ → 焦碳燃烧，产生CO → 加热炉料，
第1章材料的分类与钢铁生产精品PPT课件
4. 复合材料
是把两种或两种以上不同性质或不同结构的材料 以微观或宏观的形式组合在一起而形成的材料。
按基体材料可分为 金属基复合材料 陶瓷基复合材料 高分子复合材料
玻璃纤维增强高分子复合材料
特点
抗疲劳性能良好 结构件减震性好 比强度和比刚度高 耐烧和耐高温性能好 具有良好的减摩、耐
举例3 两根锯条，同时加热（800℃），然后一根水冷，
一根空冷，用手折时，发现前者很脆，后者很韧 （因加工工艺不同导致组织不同，见下图）
主线：强化
纯金属做为结构材料其性能特点是强度、硬度低； 塑性、韧性好，做机械零件强度、硬度不足；塑性、 韧性有余。因此，强化是本课程的主线，全书都是围 绕如何强化纯金属来编写的，如固溶强化、细晶强化、 形变强化、合金化、马氏体强化、时效强化等。每一 种强化方法都是为了改善材料内部的组织结构，从而 改善材料的性能。
鸟巢
4.2万吨Q460钢材
金属材料制品
2. 无机非金属材料
混凝土、水泥、耐火材 料、陶瓷等
特点：（以陶瓷为例） 以共价键和离子键
为主 熔点高、硬度高、
耐高温抗氧化、耐 腐蚀、耐磨、脆性 大
传统陶瓷，是以天然材料(如黏土、石英、长石等)为原料的陶 瓷，主要用作建筑材料使用。 特种陶瓷，人工化合物（氧化物、氮化物、碳化物、硼化 物），常用作工程上的耐热、耐蚀、耐磨零件。
龙芯
磁悬浮列车
波音客机
二、材料的分类
按应用领域分类
1. 机械工程材料
2. 建筑工程材料 3. 电子工程材料 4. 航空材料等
按性能结构特点分类 1. 结构材料（承受外加载荷而保持其形状和结构稳定的材料） 2. 功能材料（具有一种或几种特定功能，用于非承载目的材料）