材料工程第一章金屬材料的制備

1、第一節(jié)第一節(jié) 冶金工藝冶金工藝 第二節(jié)第二節(jié) 鋼鐵冶煉鋼鐵冶煉第三節(jié)第三節(jié) 有色金屬冶煉有色金屬冶煉第一章第一章 金屬材料的制備冶金金屬材料的制備冶金 因此，要獲得各種金屬及其合金材料必須首先通過因此，要獲得各種金屬及其合金材料必須首先通過各種方法將金屬元素從礦物中各種方法將金屬元素從礦物中出來，接著對(duì)粗煉金屬出來，接著對(duì)粗煉金屬產(chǎn)品進(jìn)行產(chǎn)品進(jìn)行和和，然后，然后，才能得到所需成分、組織和規(guī)格的金屬材料。，才能得到所需成分、組織和規(guī)格的金屬材料。 第一節(jié)第一節(jié) 冶金工藝冶金工藝 絕大多數(shù)金屬元素（除絕大多數(shù)金屬元素（除AuAu、AgAg、PtPt外）都以外）都以氧化物、氧化物、碳化物等化合物的形

2、式存在碳化物等化合物的形式存在地殼之中。地殼之中。 金屬的冶金工藝可以分為金屬的冶金工藝可以分為火法冶金、濕法冶金、電冶火法冶金、濕法冶金、電冶金金等。等。 冶金是基于礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用和金屬材料生產(chǎn)加冶金是基于礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用和金屬材料生產(chǎn)加工過程的工程技術(shù)。工過程的工程技術(shù)。一、火法冶金一、火法冶金 ：火法冶金是指利用高溫從礦石中提取金屬或其化火法冶金是指利用高溫從礦石中提取金屬或其化合物的方法。（干法冶金）合物的方法。（干法冶金） ：選礦、干燥選礦、干燥、焙燒、球、焙燒、球化或燒結(jié)化或燒結(jié)氧化還原提氧化還原提取金屬取金屬除去雜質(zhì)除去雜質(zhì)提純金屬提純金屬第一節(jié)第一節(jié) 冶金工藝概述冶金工藝

3、概述q 火法冶金火法冶金 ：選礦選礦：去除礦石中大量無用的脈石或有害礦物，以獲得：去除礦石中大量無用的脈石或有害礦物，以獲得含有較多金屬元素的精礦。含有較多金屬元素的精礦。干燥干燥：去除礦石中的水分，干燥溫度一般在：去除礦石中的水分，干燥溫度一般在400400600600。焙燒焙燒：在一定的氣氛下，將礦石加熱到一定溫度（低于：在一定的氣氛下，將礦石加熱到一定溫度（低于熔點(diǎn)），使之發(fā)生物理化學(xué)變化以適應(yīng)下一步冶金過程的熔點(diǎn)），使之發(fā)生物理化學(xué)變化以適應(yīng)下一步冶金過程的要求。要求。燒結(jié)和球團(tuán)燒結(jié)和球團(tuán)：選礦得到的細(xì)精礦不宜直接使用，需先加：選礦得到的細(xì)精礦不宜直接使用，需先加入溶劑再高溫?zé)Y(jié)成塊，

4、或添加粘結(jié)劑壓制成型或滾成小入溶劑再高溫?zé)Y(jié)成塊，或添加粘結(jié)劑壓制成型或滾成小球再燒結(jié)成球團(tuán)。球再燒結(jié)成球團(tuán)。第一節(jié)第一節(jié) 冶金工藝概述冶金工藝概述q 火法冶金火法冶金 ：將處理好的礦石，在高溫下通過氧化還原生成粗：將處理好的礦石，在高溫下通過氧化還原生成粗金屬和爐渣的過程。金屬和爐渣的過程。還原冶煉還原冶煉：使金屬氧化物在高溫熔煉爐還原性氣氛下被還使金屬氧化物在高溫熔煉爐還原性氣氛下被還原成熔體金屬的冶煉方法。原成熔體金屬的冶煉方法。加入的爐料：富礦、燒結(jié)礦、加入的爐料：富礦、燒結(jié)礦、球團(tuán)礦；造渣用的石灰石、石英石的溶劑；還加入焦炭、球團(tuán)礦；造渣用的石灰石、石英石的溶劑；還加入焦炭、煤，既作

5、為發(fā)熱劑，產(chǎn)生高溫，也作還原劑，使金屬化還煤，既作為發(fā)熱劑，產(chǎn)生高溫，也作還原劑，使金屬化還原。原。第一節(jié)第一節(jié) 冶金工藝概述冶金工藝概述q 火法冶金火法冶金造锍冶煉造锍冶煉：屬氧化冶煉。主要用于處理硫化銅礦或硫化鎳：屬氧化冶煉。主要用于處理硫化銅礦或硫化鎳礦。生產(chǎn)上利用銅、鎳、鈷對(duì)硫的親和力大于鐵，而對(duì)氧礦。生產(chǎn)上利用銅、鎳、鈷對(duì)硫的親和力大于鐵，而對(duì)氧的親和力遠(yuǎn)小于鐵的性質(zhì)在熔煉過程中，使鐵的硫化物不的親和力遠(yuǎn)小于鐵的性質(zhì)在熔煉過程中，使鐵的硫化物不斷氧化成氧化物隨后與脈石造渣而除去。斷氧化成氧化物隨后與脈石造渣而除去。氧化吹煉氧化吹煉：在氧化性氣氛下進(jìn)行冶煉，吹入氧氣使生鐵液：在氧化性氣

6、氛下進(jìn)行冶煉，吹入氧氣使生鐵液中的硅、錳、碳、磷、硫等雜質(zhì)被氧化煉成合格的鋼水。中的硅、錳、碳、磷、硫等雜質(zhì)被氧化煉成合格的鋼水。第一節(jié)第一節(jié) 冶金工藝概述冶金工藝概述q 火法冶金火法冶金 ：對(duì)冶煉的金屬進(jìn)行去除雜質(zhì)提高純度的過程。：對(duì)冶煉的金屬進(jìn)行去除雜質(zhì)提高純度的過程。物理精煉法物理精煉法u熔析精煉熔析精煉：利用某些雜質(zhì)金屬或其化合物在主金屬中的：利用某些雜質(zhì)金屬或其化合物在主金屬中的溶溶解度隨溫度的降低而顯著減少的性質(zhì)解度隨溫度的降低而顯著減少的性質(zhì)，改變溫度，使原來，改變溫度，使原來成分均勻的粗金屬分相，形成多相體系，而將雜質(zhì)分離到成分均勻的粗金屬分相，形成多相體系，而將雜質(zhì)分離到一種

7、固體或液體中，與主金屬分開，達(dá)到提純金屬的目的。一種固體或液體中，與主金屬分開，達(dá)到提純金屬的目的。多用于提純?nèi)埸c(diǎn)較低的金屬（多用于提純?nèi)埸c(diǎn)較低的金屬（SnSn、PbPb、ZnZn、SbSb等），以去等），以去除熔點(diǎn)較高并與主金屬形成二元共晶的雜質(zhì)。除熔點(diǎn)較高并與主金屬形成二元共晶的雜質(zhì)。第一節(jié)第一節(jié) 冶金工藝概述冶金工藝概述q 火法冶金火法冶金物理精煉法物理精煉法u精餾精煉精餾精煉：利用物質(zhì)沸點(diǎn)不同，交替進(jìn)行多次蒸發(fā)和冷凝：利用物質(zhì)沸點(diǎn)不同，交替進(jìn)行多次蒸發(fā)和冷凝去除雜質(zhì)。適用于相互溶解或部分溶解的金屬熔體。去除雜質(zhì)。適用于相互溶解或部分溶解的金屬熔體。u區(qū)域精煉區(qū)域精煉：又稱為區(qū)域熔煉或區(qū)

8、域提純，指根據(jù)金屬液體：又稱為區(qū)域熔煉或區(qū)域提純，指根據(jù)金屬液體混合物在冷凝結(jié)晶過程中偏析（即雜質(zhì)在固液相中分配比混合物在冷凝結(jié)晶過程中偏析（即雜質(zhì)在固液相中分配比例不同，將雜質(zhì)富集到液相或固相中從而與主金屬分離）例不同，將雜質(zhì)富集到液相或固相中從而與主金屬分離）的原理，通過多次熔融和凝固，達(dá)到精煉的目的。的原理，通過多次熔融和凝固，達(dá)到精煉的目的。第一節(jié)第一節(jié) 冶金工藝概述冶金工藝概述q 火法冶金火法冶金化學(xué)精煉法化學(xué)精煉法u氧化精煉氧化精煉：利用氧化劑將粗金屬中的雜質(zhì)氧化造渣或氧化：利用氧化劑將粗金屬中的雜質(zhì)氧化造渣或氧化揮發(fā)除去的精煉方法。揮發(fā)除去的精煉方法。u硫化精煉硫化精煉：用加入硫

9、或硫化物的方法，除去粗金屬中雜質(zhì)：用加入硫或硫化物的方法，除去粗金屬中雜質(zhì)的精煉方法。的精煉方法。u氯化精煉氯化精煉：通入氯氣或氯化物使雜質(zhì)形成氯化物而與主金：通入氯氣或氯化物使雜質(zhì)形成氯化物而與主金屬和分離的精煉方法。屬和分離的精煉方法。u堿法精煉：堿法精煉：向粗金屬加入堿，使雜質(zhì)氧化并與堿結(jié)合成渣向粗金屬加入堿，使雜質(zhì)氧化并與堿結(jié)合成渣而被除去的精煉方法。而被除去的精煉方法。第一節(jié)第一節(jié) 冶金工藝概述冶金工藝概述二、濕法冶金二、濕法冶金 ：濕法冶金是在常溫或低于濕法冶金是在常溫或低于100100以下，用溶劑處以下，用溶劑處理礦石或精礦，使所要提取的金屬溶解于溶液中，而其他理礦石或精礦，使所

10、要提取的金屬溶解于溶液中，而其他雜質(zhì)不溶解，然后再?gòu)娜芤褐袑⒔饘俜蛛x和提取出來的過雜質(zhì)不溶解，然后再?gòu)娜芤褐袑⒔饘俜蛛x和提取出來的過程。大部分溶劑為水溶液，也稱為水法冶金。程。大部分溶劑為水溶液，也稱為水法冶金。 ：第一節(jié)第一節(jié) 冶金工藝概述冶金工藝概述q 濕法冶金濕法冶金浸出：浸出：也稱為浸取，是對(duì)礦石進(jìn)行選擇性溶解的過程。即也稱為浸取，是對(duì)礦石進(jìn)行選擇性溶解的過程。即借助于浸出劑從礦石、精礦等固體物料中提取所需金屬可借助于浸出劑從礦石、精礦等固體物料中提取所需金屬可溶性成分，從而與其他不溶物質(zhì)分離的過程。溶性成分，從而與其他不溶物質(zhì)分離的過程。u浸取劑不同浸取劑不同：酸浸出、堿浸出、鹽浸出

11、：酸浸出、堿浸出、鹽浸出u化學(xué)過程不同：化學(xué)過程不同：氧化浸出、還原浸出。氧化浸出、還原浸出。u浸出過程壓力的不同浸出過程壓力的不同：常壓浸出、加壓浸出。：常壓浸出、加壓浸出。u浸出方式：浸出方式：就地浸出、滲濾浸出、攪拌浸出、熱球磨浸出、就地浸出、滲濾浸出、攪拌浸出、熱球磨浸出、流態(tài)化浸出流態(tài)化浸出第一節(jié)第一節(jié) 冶金工藝概述冶金工藝概述q 濕法冶金濕法冶金固固- -液分離：液分離：是將浸出液與殘?jiān)蛛x成液相和固相，同時(shí)是將浸出液與殘?jiān)蛛x成液相和固相，同時(shí)將夾帶于殘?jiān)械囊苯鹑軇┖徒饘匐x子洗滌回收的過程。將夾帶于殘?jiān)械囊苯鹑軇┖徒饘匐x子洗滌回收的過程。u沉降分離法沉降分離法：借助于重力的作

12、用使固相沉積將液相與固相：借助于重力的作用使固相沉積將液相與固相分離的方法分離的方法u過濾分離法：過濾分離法：在壓力的作用下，利用多孔介質(zhì)攔截浸出液在壓力的作用下，利用多孔介質(zhì)攔截浸出液相中的固體離子，使液相與固相分離的方法。相中的固體離子，使液相與固相分離的方法。第一節(jié)第一節(jié) 冶金工藝概述冶金工藝概述q 濕法冶金濕法冶金第一節(jié)第一節(jié) 冶金工藝概述冶金工藝概述富集：富集：對(duì)分離的溶液進(jìn)行凈化。一般浸出溶液中除欲提取的對(duì)分離的溶液進(jìn)行凈化。一般浸出溶液中除欲提取的金屬外，還有其他金屬和非金屬雜質(zhì)，必須將他們分離出來才金屬外，還有其他金屬和非金屬雜質(zhì)，必須將他們分離出來才能最終提取所需的金屬。能最

13、終提取所需的金屬。方法：方法：結(jié)晶、蒸餾、沉淀置換、溶液萃取、離子交換、膜分結(jié)晶、蒸餾、沉淀置換、溶液萃取、離子交換、膜分離等離等提取：提?。和ㄟ^電解、化學(xué)、置換、還原等方法從凈化的溶液中通過電解、化學(xué)、置換、還原等方法從凈化的溶液中獲得金屬或化合物方法獲得金屬或化合物方法三、電冶金三、電冶金 ：利用電能從礦石或其它原料中提取、回收、精利用電能從礦石或其它原料中提取、回收、精煉金屬的冶金過程。煉金屬的冶金過程。 ： 第一節(jié)第一節(jié) 冶金工藝概述冶金工藝概述 Fe在地殼中的含量為在地殼中的含量為5左右，在金屬中僅次于鋁左右，在金屬中僅次于鋁， 除除隕石外，純鐵在地殼中還未見到，鐵容易與其它元素化合

14、，隕石外，純鐵在地殼中還未見到，鐵容易與其它元素化合，特別是與氧化合，因此特別是與氧化合，因此鐵礦石多以氧化物形式存在鐵礦石多以氧化物形式存在。 鐵礦石中除鐵的氧化物外，還有其它元素的氧化物鐵礦石中除鐵的氧化物外，還有其它元素的氧化物(SiO2、Al2O3、MnO2 等等)，這些，這些統(tǒng)稱為脈石統(tǒng)稱為脈石。 煉鐵的目的煉鐵的目的就是使鐵從鐵的氧化物中還原，并使還原出就是使鐵從鐵的氧化物中還原，并使還原出的鐵與脈石分離。的鐵與脈石分離。 第二節(jié)第二節(jié) 鋼鐵冶煉鋼鐵冶煉生產(chǎn)基本過程：生產(chǎn)基本過程： （高爐的還原過程）（氧化過程）（高爐的還原過程）（氧化過程）鐵礦石鐵礦石 煉鐵煉鐵 煉鋼煉鋼 鑄錠（

15、連鑄）鑄錠（連鑄） 軋制軋制 鋼材鋼材 鑄造生鐵鑄造生鐵 鑄造鑄造 第二節(jié)第二節(jié) 鋼鐵冶煉鋼鐵冶煉1 1、煉鐵的原料、煉鐵的原料：鐵礦石、熔劑和及燃料。鐵礦石、熔劑和及燃料。一、生鐵冶煉一、生鐵冶煉（1）鐵礦石）鐵礦石含鐵礦物和脈石組成。含鐵礦物和脈石組成。脈石：脈石：SiO2、Al2O3、CaO、MgO等等第二節(jié)第二節(jié) 鋼鐵冶煉鋼鐵冶煉一、生鐵冶煉一、生鐵冶煉褐褐鐵鐵礦礦菱菱鐵鐵礦礦赤鐵礦赤鐵礦磁鐵礦磁鐵礦一、生鐵冶煉一、生鐵冶煉1、煉鐵的原料、煉鐵的原料（2 2）熔劑）熔劑一、生鐵冶煉一、生鐵冶煉1、煉鐵的原料、煉鐵的原料（3 3）燃料）燃料一、生鐵冶煉一、生鐵冶煉1、煉鐵的原料、煉鐵的原

16、料2、高爐設(shè)備及工藝過程、高爐設(shè)備及工藝過程一、生鐵冶煉一、生鐵冶煉5-4 高爐內(nèi)型示意圖 一、生鐵冶煉一、生鐵冶煉2、高爐設(shè)備及工藝過程、高爐設(shè)備及工藝過程煉煉 鐵鐵 高高 爐爐 的的 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu) 煉煉 鐵鐵 工工 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 備備 圖圖煉煉 鐵鐵 工工 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 備備 圖圖一、生鐵冶煉一、生鐵冶煉2、高爐設(shè)備及工藝過程、高爐設(shè)備及工藝過程（1）燃料的燃燒）燃料的燃燒 C+O2CO2 CO2+C 2CO 3 3、煉鐵的物理化學(xué)過程、煉鐵的物理化學(xué)過程 （2）爐料的蒸發(fā)、揮發(fā)、及分解）爐料的蒸發(fā)、揮發(fā)、及分解水分的蒸發(fā)和結(jié)晶水的分解水分的蒸發(fā)和結(jié)晶水的分解 105以上，吸附水（游離水）可蒸發(fā)

17、，對(duì)高爐無害。以上，吸附水（游離水）可蒸發(fā)，對(duì)高爐無害。 200開始，褐鐵礦（開始，褐鐵礦（2Fe2O3.3H2O）分解，）分解，400500分解分解速度最大。速度最大。 約約400高嶺土（高嶺土（Al2O3.2SiO2.2H2O）開始分解，在）開始分解，在500600才迅速進(jìn)行。才迅速進(jìn)行。燃料揮發(fā)分的揮發(fā)燃料揮發(fā)分的揮發(fā) 焦碳中含揮發(fā)分焦碳中含揮發(fā)分0.71.3%，在風(fēng)口被加熱到，在風(fēng)口被加熱到14001600，這些揮發(fā)分進(jìn)入煤氣。由于量少，對(duì)煤氣成分和冶煉過程影響，這些揮發(fā)分進(jìn)入煤氣。由于量少，對(duì)煤氣成分和冶煉過程影響很小。很小。碳酸鹽的分解碳酸鹽的分解 主要指主要指CaCO3、MgCO

18、3、FeCO3、MnCO3的分解反應(yīng)，前的分解反應(yīng)，前兩者為主，其反應(yīng)式為：兩者為主，其反應(yīng)式為： CaCO3=CaO+ CO2 -42520Kcal MgCO3=MgO+CO2 -26470Kcal一、生鐵冶煉一、生鐵冶煉3、煉鐵的物理化學(xué)過程、煉鐵的物理化學(xué)過程CO作還原劑（間接還原）作還原劑（間接還原） T 570 ：3 Fe2O3 CO 2Fe3O4 CO2 2 Fe3O4 2CO 6FeO 2 CO2 6FeO 6CO 6Fe 6CO2 T 570 ：3 Fe2O3 CO 2Fe3O4 CO2 2 Fe3O4 2CO 3Fe 4CO2 基本為放熱反應(yīng)，主要在高爐上部基本為放熱反應(yīng)，主

19、要在高爐上部800以下的低以下的低溫區(qū)進(jìn)行溫區(qū)進(jìn)行 。（3）鐵的還原）鐵的還原當(dāng)當(dāng)T570時(shí)：時(shí)： 當(dāng)當(dāng)T570時(shí)：時(shí)： 一、生鐵冶煉一、生鐵冶煉3、煉鐵的物理化學(xué)過程、煉鐵的物理化學(xué)過程固體碳作還原劑（直接還原固體碳作還原劑（直接還原 ） 高爐內(nèi)固體碳的還原作用化學(xué)反應(yīng)： FeO+CO=Fe+CO2 +3250 KJ CO2+C=2CO 39600KJ 綜合以上反應(yīng)結(jié)果相當(dāng)于碳對(duì)氧化物的直接還原： FeO+C=Fe+CO 36350KJ 吸熱反應(yīng)，反應(yīng)主要在高爐下部吸熱反應(yīng)，反應(yīng)主要在高爐下部1000以上進(jìn)行以上進(jìn)行一、生鐵冶煉一、生鐵冶煉3、煉鐵的物理化學(xué)過程、煉鐵的物理化學(xué)過程 氫作為還

20、原劑（間接還原氫作為還原劑（間接還原 ） 當(dāng)當(dāng)T570： 3Fe2O3+H2=2Fe3O4+H2O Fe3O4+H2=3FeO+H2O FeO+H2=Fe+H2O 當(dāng)當(dāng)T2.11 0.5 0.52.0 0.10.4 0.07 鋼鋼 2.11 0.4 0.30.8 0.05 0.05 生鐵按用途分為三種：生鐵按用途分為三種： 煉鋼生鐵煉鋼生鐵：占生鐵總量的：占生鐵總量的80%90%, w(si)=0.6%1.6%, w(s)0.07%。 鑄造生鐵鑄造生鐵，又稱翻砂生鐵，用于鑄造生產(chǎn)。主要特點(diǎn)是，又稱翻砂生鐵，用于鑄造生產(chǎn)。主要特點(diǎn)是含含si 較高，較高，w(si)=2.753.25%，占產(chǎn)量的，

21、占產(chǎn)量的10%20%。 特殊生鐵特殊生鐵：如鉻鐵、硅鐵、錳鐵：如鉻鐵、硅鐵、錳鐵w(Mn)=1025%等，為等，為高爐冶煉的鐵合金。用于煉鋼的脫氧劑和合金元素的添加劑。高爐冶煉的鐵合金。用于煉鋼的脫氧劑和合金元素的添加劑。一、生鐵冶煉一、生鐵冶煉4、煉鐵的主要產(chǎn)品、煉鐵的主要產(chǎn)品 （2） 爐渣爐渣 按冶煉礦石的品位不同，冶煉按冶煉礦石的品位不同，冶煉1t生鐵產(chǎn)生渣生鐵產(chǎn)生渣量量0.30.6t之間?？捎脕碇圃焖?、造磚、礦渣之間?？捎脕碇圃焖?、造磚、礦渣棉等。棉等。 （3） 高爐煤氣高爐煤氣 冶煉冶煉1t生鐵可產(chǎn)生生鐵可產(chǎn)生20003000m3的高爐煤的高爐煤氣，其中含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)約氣，其中含有

22、質(zhì)量分?jǐn)?shù)約25%的的CO，1%4%的的H2，少量甲烷等可燃燒氣體，其發(fā)熱值為，少量甲烷等可燃燒氣體，其發(fā)熱值為30004000KJ/m3。可作為工業(yè)上的燃料可作為工業(yè)上的燃料。使用使用前應(yīng)除塵。前應(yīng)除塵。一般高爐煤氣總量的一般高爐煤氣總量的1/3左右用于自左右用于自身熱風(fēng)爐的加熱，其余可供動(dòng)力、煉焦、煉鋼、身熱風(fēng)爐的加熱，其余可供動(dòng)力、煉焦、煉鋼、燒結(jié)、軋鋼等部門使用。燒結(jié)、軋鋼等部門使用。 （4） 爐塵爐塵 爐氣上升時(shí)從爐內(nèi)帶出的細(xì)顆粒固體爐料。冶煉爐氣上升時(shí)從爐內(nèi)帶出的細(xì)顆粒固體爐料。冶煉1t生鐵產(chǎn)生爐塵生鐵產(chǎn)生爐塵50100Kg?？勺鰺Y(jié)配料?？勺鰺Y(jié)配料。5 5、高爐技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、高爐

23、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) (1)有效容積利用系數(shù)有效容積利用系數(shù) （高爐利用系數(shù)高爐利用系數(shù)）n n=P / Vu P生鐵日產(chǎn)量（t/d） Vu高爐有效容積（m3） 每立方米高爐有效容積一晝夜（每立方米高爐有效容積一晝夜（d）生產(chǎn)合格生鐵的質(zhì)量（）生產(chǎn)合格生鐵的質(zhì)量（t） 單位為：?jiǎn)挝粸椋簍/m3d n越大，生鐵產(chǎn)量越高，高爐生產(chǎn)率也越高。 目前世界主要產(chǎn)鐵國(guó)年平均高爐有效利用系數(shù)在2.02.5t/ m3 d之間，先進(jìn)的達(dá)2.83.2 t / m3 d。 一、生鐵冶煉一、生鐵冶煉(2)鐵焦比鐵焦比K K=Q / P Q每日消耗焦炭量（每日消耗焦炭量（t /d） 鐵焦比就是生產(chǎn)鐵焦比就是生產(chǎn)1t生鐵所消耗的

24、焦炭重量生鐵所消耗的焦炭重量（Kg）。）。 在工廠習(xí)慣常用在工廠習(xí)慣常用kg/ t表示，顯然鐵焦比越低越好。表示，顯然鐵焦比越低越好。 在噴吹燃料條件下，不能只用鐵焦比來表達(dá)，須用在噴吹燃料條件下，不能只用鐵焦比來表達(dá)，須用燃燃料比料比（K燃），即每噸生鐵耗用各種入爐燃料之總和。燃），即每噸生鐵耗用各種入爐燃料之總和。K燃燃 =（焦炭（焦炭+煤粉煤粉+重油重油+）kg/ t 。 國(guó)外鐵焦比日本最低，近年一般在國(guó)外鐵焦比日本最低，近年一般在400kg/ t 左右，燃左右，燃料比一般在料比一般在450kg/ t左右。我國(guó)重型企業(yè)年平均鐵焦左右。我國(guó)重型企業(yè)年平均鐵焦比為比為500kg/ t ，居世

25、界中等水平。，居世界中等水平。 一、生鐵冶煉一、生鐵冶煉4、高爐技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、高爐技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)(3)冶煉強(qiáng)度冶煉強(qiáng)度 I I=Q / Vu 1立方米高爐有效容積每天消耗焦炭的重量立方米高爐有效容積每天消耗焦炭的重量（t）。 目前國(guó)內(nèi)外一般約為 1.0 t /m3d左右。 利用系數(shù)、鐵焦比和冶煉強(qiáng)度三者之間的關(guān)系： n =I / K 可見，利用系數(shù)n與冶煉強(qiáng)度成正比，與鐵焦比成反比，要提高n ，強(qiáng)化高爐生產(chǎn)，應(yīng)從降低K和升高I 兩方面考慮，在目前能源緊缺的情況下，首先應(yīng)考慮降低K 。 (4)生鐵合格率生鐵合格率 根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，在在一定期間（日、月、旬等）內(nèi)，合格一定期間（日、月、旬

26、等）內(nèi)，合格生鐵生鐵占生鐵占生鐵總產(chǎn)量的總產(chǎn)量的百分?jǐn)?shù)為百分?jǐn)?shù)為生鐵合格率生鐵合格率。 優(yōu)質(zhì)率，即優(yōu)質(zhì)生鐵占生鐵總產(chǎn)量的百分?jǐn)?shù)。優(yōu)質(zhì)率，即優(yōu)質(zhì)生鐵占生鐵總產(chǎn)量的百分?jǐn)?shù)。 對(duì)生鐵質(zhì)量的考查主要看其化學(xué)成分（如S和Si ）是否符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，一般合格率應(yīng)在99 % 以上。一、生鐵冶煉一、生鐵冶煉5、高爐技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、高爐技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)(5)生鐵成本生鐵成本 生產(chǎn)生產(chǎn)1 t 生鐵所需的費(fèi)用生鐵所需的費(fèi)用，它是衡量高爐生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益的重要指標(biāo)，成本越低，經(jīng)濟(jì)效益越高，說明高爐的生產(chǎn)效果越好。 (6)高爐一代壽命（爐齡高爐一代壽命（爐齡） 從高爐點(diǎn)火到?；鸫笮拗g的時(shí)間，或高爐相鄰兩從高爐點(diǎn)火到?；鸫笮拗g的

27、時(shí)間，或高爐相鄰兩次大修之間的冶煉時(shí)間叫做高爐一代壽命次大修之間的冶煉時(shí)間叫做高爐一代壽命，壽命越長(zhǎng)，則一代爐齡產(chǎn)量越高，各項(xiàng)消耗相對(duì)減少，經(jīng)濟(jì)效益越好。 一般大高爐一代壽命10年左右，有的達(dá)到18年。 一、生鐵冶煉一、生鐵冶煉5、高爐技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、高爐技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)6 6、非高爐煉鐵法、非高爐煉鐵法高爐煉鐵的高爐煉鐵的缺點(diǎn)缺點(diǎn)：投資大、流程長(zhǎng)，能耗高，：投資大、流程長(zhǎng)，能耗高，污染大。污染大。 改進(jìn)：不用焦碳，不用高爐，用煙煤改進(jìn)：不用焦碳，不用高爐，用煙煤或天然氣作還原劑，采用直接還原或熔融還原或天然氣作還原劑，采用直接還原或熔融還原生產(chǎn)鐵，以供電爐煉鋼，經(jīng)二次精煉，連鑄連生產(chǎn)鐵，以供電爐煉

28、鋼，經(jīng)二次精煉，連鑄連軋，形成最佳短流程。軋，形成最佳短流程。 直接還原直接還原：用煤或天然氣等還原劑直接將固態(tài)：用煤或天然氣等還原劑直接將固態(tài)鐵礦石還鐵礦石還 原成固態(tài)海綿鐵?？捎妹夯剞D(zhuǎn)窯、原成固態(tài)海綿鐵。可用煤基回轉(zhuǎn)窯、氣基豎爐等設(shè)備直接還原。氣基豎爐等設(shè)備直接還原。 煤基回轉(zhuǎn)窯煤基回轉(zhuǎn)窯中：中：Fe2O3+3CO2Fe+3CO2 氣基豎爐氣基豎爐中：中：CH4+H2OCO+3H2 （天然氣裂化反應(yīng)）（天然氣裂化反應(yīng)） Fe2O3+3H22Fe+3H2O Fe2O3+3CO2Fe+3CO2 一、生鐵冶煉一、生鐵冶煉6 6、非高爐煉鐵法、非高爐煉鐵法一、生鐵冶煉一、生鐵冶煉6 6、非高爐煉

29、鐵法、非高爐煉鐵法一、生鐵冶煉一、生鐵冶煉6 6、非高爐煉鐵法、非高爐煉鐵法(2)熔融還原：用鐵礦石和普通煙煤作原料，在汽熔融還原：用鐵礦石和普通煙煤作原料，在汽化爐的流化床中，將直接還原得到的海綿鐵進(jìn)一化爐的流化床中，將直接還原得到的海綿鐵進(jìn)一步加熱熔化，在熔融步加熱熔化，在熔融汽化爐汽化爐的爐底形成鐵水與爐的爐底形成鐵水與爐渣的熔池。渣的熔池。一、生鐵冶煉一、生鐵冶煉二、鋼的冶煉二、鋼的冶煉 煉鋼的目的煉鋼的目的：除去生鐵中多余的碳和大量雜質(zhì)元素，除去生鐵中多余的碳和大量雜質(zhì)元素，使其化學(xué)成分達(dá)到鋼的要求。使其化學(xué)成分達(dá)到鋼的要求。 存在兩種不同的鋼鐵生產(chǎn)工藝流程：存在兩種不同的鋼鐵生產(chǎn)工

30、藝流程：礦石礦石生鐵生鐵鋼，即以高爐鋼，即以高爐轉(zhuǎn)爐為主的流程；轉(zhuǎn)爐為主的流程；礦石礦石海綿鐵海綿鐵鋼，即以直接還原為主的流程。鋼，即以直接還原為主的流程。傳統(tǒng)的第一種，工藝成熟，可大規(guī)模生產(chǎn)，是現(xiàn)代鋼鐵生傳統(tǒng)的第一種，工藝成熟，可大規(guī)模生產(chǎn)，是現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)的主要形式。直接還原流程，規(guī)模小，目前，正在發(fā)展產(chǎn)的主要形式。直接還原流程，規(guī)模小，目前，正在發(fā)展，是鋼鐵生產(chǎn)的重要補(bǔ)充。，是鋼鐵生產(chǎn)的重要補(bǔ)充。第二節(jié)第二節(jié) 鋼鐵冶煉鋼鐵冶煉二、鋼的冶煉二、鋼的冶煉1、煉鋼用原料、煉鋼用原料 兩類兩類：金屬料金屬料和和非金屬料非金屬料。金屬料主要指鐵液（生鐵）、廢鋼和鐵合。金屬料主要指鐵液（生鐵）、廢鋼和

31、鐵合金；非金屬料主要指造渣材料、氧化劑、冷卻劑、還原劑和增碳劑等金；非金屬料主要指造渣材料、氧化劑、冷卻劑、還原劑和增碳劑等 。（1）鐵液）鐵液 轉(zhuǎn)爐煉鋼的基本原料（占轉(zhuǎn)爐金屬裝入量的轉(zhuǎn)爐煉鋼的基本原料（占轉(zhuǎn)爐金屬裝入量的70100%）。u對(duì)鐵水總的技術(shù)要求對(duì)鐵水總的技術(shù)要求:“硅、錳合適，磷、硫低，成分穩(wěn)定，溫度高硅、錳合適，磷、硫低，成分穩(wěn)定，溫度高”。 Si ： 0.50.8 % 為宜為宜。易與氧結(jié)合，生成。易與氧結(jié)合，生成SiO2 ，同時(shí)放出大量的熱，同時(shí)放出大量的熱，容易成渣。鐵水含，容易成渣。鐵水含Si 量高，則轉(zhuǎn)爐可多加廢鋼，多加礦石，提高鋼水收量高，則轉(zhuǎn)爐可多加廢鋼，多加礦石，

32、提高鋼水收得率。但鐵水含得率。但鐵水含Si量過高，會(huì)導(dǎo)致石灰耗量增大而增大渣量，易產(chǎn)生噴濺量過高，會(huì)導(dǎo)致石灰耗量增大而增大渣量，易產(chǎn)生噴濺，而且對(duì)爐襯壽命不利。，而且對(duì)爐襯壽命不利。 Mn ： 0.20.4 % 為宜。為宜。對(duì)化渣、脫對(duì)化渣、脫S以及提高爐齡有益。為節(jié)約錳資以及提高爐齡有益。為節(jié)約錳資源，現(xiàn)生產(chǎn)上對(duì)源，現(xiàn)生產(chǎn)上對(duì)Mn不作特殊要求，只希望鐵水含不作特殊要求，只希望鐵水含Mn量相對(duì)穩(wěn)定，以便吹量相對(duì)穩(wěn)定，以便吹煉終點(diǎn)的含煉終點(diǎn)的含Mn量相對(duì)穩(wěn)定，便于合金化。量相對(duì)穩(wěn)定，便于合金化。 P ： 煉鐵過程中礦石中煉鐵過程中礦石中P部分還原入生鐵，其含量無法控制（只能通部分還原入生鐵，其含

33、量無法控制（只能通過配料調(diào)節(jié)），煉鋼過配料調(diào)節(jié)），煉鋼希望含希望含P量低些量低些。 S ： 有害雜質(zhì)。通常有害雜質(zhì)。通常要求鐵水含要求鐵水含S量量0.07 %以減輕煉鋼脫以減輕煉鋼脫S的負(fù)擔(dān)的負(fù)擔(dān)。 T ： 希望盡可能減少波動(dòng)，避免過低，希望盡可能減少波動(dòng)，避免過低，一般要求（一般要求（12001300） 第二節(jié)第二節(jié) 鋼鐵冶煉鋼鐵冶煉1、煉鋼用原料、煉鋼用原料（2）廢鋼）廢鋼 電爐煉鋼的基本原料。廢鋼用量約占鋼鐵料質(zhì)量的電爐煉鋼的基本原料。廢鋼用量約占鋼鐵料質(zhì)量的70%90%，氧氣轉(zhuǎn)爐用鐵水煉鋼時(shí)，由于熱量富裕，可氧氣轉(zhuǎn)爐用鐵水煉鋼時(shí)，由于熱量富裕，可多加入多達(dá)多加入多達(dá)30%的廢鋼作為調(diào)整

34、吹煉溫度的的廢鋼作為調(diào)整吹煉溫度的冷卻劑冷卻劑，采用采用廢鋼冷卻可減低鋼鐵料、造渣材料和氧氣的消耗，而且比廢鋼冷卻可減低鋼鐵料、造渣材料和氧氣的消耗，而且比用鐵礦石冷卻效果好噴濺少用鐵礦石冷卻效果好噴濺少。廢鋼來源復(fù)雜，因此廢鋼的。廢鋼來源復(fù)雜，因此廢鋼的管理和加工非常重要。管理和加工非常重要。（3）鐵合金）鐵合金 作為作為合金元素合金元素和和脫氧劑脫氧劑 。 脫氧劑有：脫氧劑有：錳鐵、硅鐵、鋁鐵錳鐵、硅鐵、鋁鐵第二節(jié)第二節(jié) 鋼鐵冶煉鋼鐵冶煉1、煉鋼用原料、煉鋼用原料（4）造渣材料）造渣材料 石灰：石灰：堿性煉鋼方法堿性煉鋼方法基本的造渣材料基本的造渣材料，由石灰石煅燒，由石灰石煅燒而成，來源

35、廣泛，價(jià)廉，有相當(dāng)?shù)拿摿?，脫磷能力而成，來源廣泛，價(jià)廉，有相當(dāng)?shù)拿摿?，脫磷能力，不危害爐襯。，不危害爐襯。對(duì)石灰要求：對(duì)石灰要求：uCaO含量高，含量高，SiO和和S的含量盡量低的含量盡量低。u塊度要求在塊度要求在540mm范圍范圍，塊度太大熔化困難，塊，塊度太大熔化困難，塊度太小則容易從空氣中吸收水分，帶入爐內(nèi)，使鋼度太小則容易從空氣中吸收水分，帶入爐內(nèi)，使鋼被其中的氫腐蝕，被其中的氫腐蝕，u應(yīng)保持石灰干燥、新鮮，在料倉儲(chǔ)存時(shí)間不得超過應(yīng)保持石灰干燥、新鮮，在料倉儲(chǔ)存時(shí)間不得超過3天天。第二節(jié)第二節(jié) 鋼鐵冶煉鋼鐵冶煉1、煉鋼用原料、煉鋼用原料（4）造渣材料）造渣材料氟石（螢石）：氟石（螢石）

36、：普通應(yīng)用的熔劑，主要的成分是普通應(yīng)用的熔劑，主要的成分是CaF2，熔點(diǎn)低，（約，熔點(diǎn)低，（約930），還能使），還能使CaO和阻和阻礙石灰溶解的硅酸鈣熔點(diǎn)降低，而且作用迅速礙石灰溶解的硅酸鈣熔點(diǎn)降低，而且作用迅速，因而能，因而能加速石灰的溶解，迅速改善爐渣的流加速石灰的溶解，迅速改善爐渣的流動(dòng)性動(dòng)性。要求要求：u CaF285%,SiO25%,S0.2%,u 塊度塊度540mm，且干燥，潔凈，且干燥，潔凈。 通常為石灰石用量的通常為石灰石用量的015%。第二節(jié)第二節(jié) 鋼鐵冶煉鋼鐵冶煉1、煉鋼用原料、煉鋼用原料（4）造渣材料）造渣材料白云石：白云石：碳酸鹽礦物，屬鎂質(zhì)造渣劑的一種，碳酸鹽礦物，

37、屬鎂質(zhì)造渣劑的一種， CaMg(CO3)2 。理論成分理論成分:CaO 30.4%、 MgO 21.9%、 CO2 47.7%。常含有硅、鋁、鐵、鈦等。常含有硅、鋁、鐵、鈦等雜質(zhì)。熔點(diǎn)比石灰低，加入白云石代替部分石雜質(zhì)。熔點(diǎn)比石灰低，加入白云石代替部分石灰?；?。u 增加渣中增加渣中MgO含量，降少爐襯中含量，降少爐襯中MgO向爐渣中向爐渣中轉(zhuǎn)移，減輕爐渣對(duì)爐襯侵蝕，延長(zhǎng)爐襯壽命，轉(zhuǎn)移，減輕爐渣對(duì)爐襯侵蝕，延長(zhǎng)爐襯壽命，而且還能促進(jìn)前期造渣。而且還能促進(jìn)前期造渣。第二節(jié)第二節(jié) 鋼鐵冶煉鋼鐵冶煉1、煉鋼用原料、煉鋼用原料（5）氧化劑）氧化劑 氧氣氧氣：一般要求氧氣的純度一般要求氧氣的純度98%，冶

38、煉含氮低的，冶煉含氮低的鋼種時(shí)，氧氣的純度鋼種時(shí)，氧氣的純度99.5%。煉鋼用的氧氣一。煉鋼用的氧氣一般由廠內(nèi)的制氧車間供應(yīng)，用管道輸送。般由廠內(nèi)的制氧車間供應(yīng)，用管道輸送。 鐵礦石、氧化鐵皮鐵礦石、氧化鐵皮：目的為改善脫磷條件，：目的為改善脫磷條件，u 要求鐵含量高，要求鐵含量高，SiO2、P和水分盡量少，使用前和水分盡量少，使用前應(yīng)加熱應(yīng)加熱。有時(shí)也利用軋鋼和鍛造車間的氧化鐵。有時(shí)也利用軋鋼和鍛造車間的氧化鐵皮代替部分鐵礦石，但氧化皮潮濕，油污較多皮代替部分鐵礦石，但氧化皮潮濕，油污較多，使用前應(yīng)烘烤。，使用前應(yīng)烘烤。第二節(jié)第二節(jié) 鋼鐵冶煉鋼鐵冶煉1、煉鋼用原料、煉鋼用原料（6）冷卻劑）冷

39、卻劑 除除廢鋼廢鋼外，轉(zhuǎn)爐煉鋼外，轉(zhuǎn)爐煉鋼常用的冷卻劑常用的冷卻劑有：有：富鐵礦、球團(tuán)礦、燒富鐵礦、球團(tuán)礦、燒結(jié)礦、氧化鐵皮、石灰石結(jié)礦、氧化鐵皮、石灰石等。等。 用富鐵礦等煉鐵原料或氧化鐵皮作為冷卻劑，主要利用它們用富鐵礦等煉鐵原料或氧化鐵皮作為冷卻劑，主要利用它們氧化金屬中的雜質(zhì)時(shí)要吸收大量的熱。氧化金屬中的雜質(zhì)時(shí)要吸收大量的熱。（7）增碳劑）增碳劑 電弧爐煉鋼使用的增碳劑有電弧爐煉鋼使用的增碳劑有石墨、碳粉石墨、碳粉等。它們粒度應(yīng)小于等。它們粒度應(yīng)小于0.5mm，使用前應(yīng)烘烤。，使用前應(yīng)烘烤。第二節(jié)第二節(jié) 鋼鐵冶煉鋼鐵冶煉2、煉鋼的基本過程、煉鋼的基本過程：（1）元素的氧化順序）元素的氧

40、化順序u 氧化順序與各元素與氧的親合力有關(guān)氧化順序與各元素與氧的親合力有關(guān) A、T1400 元素的氧化順序：元素的氧化順序：Si、Mn、C、P、FeB、1400T1530 氧化順序：氧化順序：C、Si、Mn、P、Feu 氧化的順序還受元素在鋼液中濃度的影響氧化的順序還受元素在鋼液中濃度的影響；當(dāng)；當(dāng)供氧量不足時(shí)，它們被氧化的可能性與氧親和供氧量不足時(shí)，它們被氧化的可能性與氧親和力的影響很大；如果供氧很足，與氧化劑接觸力的影響很大；如果供氧很足，與氧化劑接觸的元素都有機(jī)會(huì)被氧化，因此，那種元素含量的元素都有機(jī)會(huì)被氧化，因此，那種元素含量多，則被氧化的機(jī)會(huì)就多。多，則被氧化的機(jī)會(huì)就多。第二節(jié)第二節(jié)

41、 鋼鐵冶煉鋼鐵冶煉2、煉鋼的基本過程、煉鋼的基本過程：u 在氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼中在氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼中，供氧很充分，所以元，供氧很充分，所以元素含量對(duì)元素氧化順序的影響就十分明顯。素含量對(duì)元素氧化順序的影響就十分明顯。u 從吹煉過程中的金屬成分可知，從吹煉過程中的金屬成分可知，吹煉一開始吹煉一開始Fe,Si,Mn即大量氧化，而碳的氧化少量發(fā)生，碳即大量氧化，而碳的氧化少量發(fā)生，碳的大量氧化是在的大量氧化是在Si,Mn基本氧化完了，熔池的溫基本氧化完了，熔池的溫度上升之后度上升之后。u 從分解壓力來看，從分解壓力來看，P、C不能同時(shí)氧化，但在氧不能同時(shí)氧化，但在氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐操作中氣頂吹轉(zhuǎn)爐操作中P往

42、往與往往與C同時(shí)氧化，并且，同時(shí)氧化，并且，吹煉前期吹煉前期P就被大量氧化去除。就被大量氧化去除。這是因?yàn)榍捌跍剡@是因?yàn)榍捌跍囟炔惶撸嫉难趸艿揭种?，這時(shí)，渣中度不太高，碳的氧化受到抑制，這時(shí)，渣中(FeO)高，并有一定的堿度，且爐渣的流動(dòng)性好高，并有一定的堿度，且爐渣的流動(dòng)性好，這有利于，這有利于P的去除。的去除。第二節(jié)第二節(jié) 鋼鐵冶煉鋼鐵冶煉2、煉鋼的基本過程、煉鋼的基本過程：（2）脫碳反應(yīng)）脫碳反應(yīng) 貫穿于煉鋼全過程中的一個(gè)重要反應(yīng)。貫穿于煉鋼全過程中的一個(gè)重要反應(yīng)。 C+O=CO+Q1 2C+O2=2CO +Q2C+(FeO)=Fe+CO -Q3作用：作用：降低碳含量，使之符合鋼的

43、成分要求；降低碳含量，使之符合鋼的成分要求；生成的生成的CO氣體排出時(shí)能夠攪動(dòng)熔池，促進(jìn)化渣和傳熱氣體排出時(shí)能夠攪動(dòng)熔池，促進(jìn)化渣和傳熱，均勻溫度和成分；，均勻溫度和成分；加速金屬和爐渣之間的物化反應(yīng)，并能帶走鋼中的有害加速金屬和爐渣之間的物化反應(yīng)，并能帶走鋼中的有害氣體和非金屬夾雜物，如氮、氫。氣體和非金屬夾雜物，如氮、氫。條件：條件：提高溫度。能促進(jìn)碳與提高溫度。能促進(jìn)碳與(FeO)的反應(yīng)，主要發(fā)生在熔煉的反應(yīng)，主要發(fā)生在熔煉的中期，此時(shí)，熔池溫度顯著升高；的中期，此時(shí)，熔池溫度顯著升高；加入大量的鐵礦石、含氧化鐵較多的氧化鐵皮或吹入氧加入大量的鐵礦石、含氧化鐵較多的氧化鐵皮或吹入氧氣等；

44、氣等；改善爐渣的流動(dòng)性。改善爐渣的流動(dòng)性。第二節(jié)第二節(jié) 鋼鐵冶煉鋼鐵冶煉2、煉鋼的基本過程、煉鋼的基本過程：（3） 硅的氧化和還原硅的氧化和還原 在在煉鋼過程中，初期原料中的硅將迅速氧化，放出大量的熱煉鋼過程中，初期原料中的硅將迅速氧化，放出大量的熱，其反應(yīng)，其反應(yīng)為：為：Si+2O=(SiO2) +QSi+O氣氣(SiO2) +QSi+2(FeO)=(SiO2)+2Fe +Q 堿性煉鋼法堿性煉鋼法，加入石灰造渣，其反應(yīng)為：，加入石灰造渣，其反應(yīng)為：2(CaO)+(SiO2)=(Ca2SiO4) 此時(shí)，隨渣（此時(shí)，隨渣（CaO）和（）和（FeO）含量的增加，硅被迅速氧化至微量。）含量的增加，硅

45、被迅速氧化至微量。 酸性煉鋼法及高溫條件下酸性煉鋼法及高溫條件下，硅可從爐渣或爐襯中被還原而進(jìn)入金屬液體，硅可從爐渣或爐襯中被還原而進(jìn)入金屬液體中。酸性煉鋼的爐渣主要是（中。酸性煉鋼的爐渣主要是（FeO）（MnO）（SiO2）,如果提供的如果提供的氧化劑不充分，則氧化劑不充分，則(FeO)的含量低，而（的含量低，而（i2）的含量高，則發(fā)生硅的）的含量高，則發(fā)生硅的還原反應(yīng)：還原反應(yīng)：(SiO2)+2C=Si+2CO氣氣 (SiO2)+2Mn=Si+2（MnO） 鋼液中的含硅量；鋼液中的含硅量；取決于兩個(gè)相反過程的速度差：取決于兩個(gè)相反過程的速度差： 金屬液中硅被氧化速度；金屬液中硅被氧化速度；

46、 硅從爐渣或爐襯被還原進(jìn)入金屬液體中速度。硅從爐渣或爐襯被還原進(jìn)入金屬液體中速度。第二節(jié)第二節(jié) 鋼鐵冶煉鋼鐵冶煉2、煉鋼的基本過程、煉鋼的基本過程：（4）錳的氧化和還原）錳的氧化和還原 和硅一樣，與氧有強(qiáng)的親和力，很易被氧化。和硅一樣，與氧有強(qiáng)的親和力，很易被氧化。MnO=(MnO)+QMn+1/22氣（氣（MnO）+QMn+(FeO)=(MnO)+Fe+Q 在酸性渣煉鋼時(shí)，金屬液的氧化較為完全，不會(huì)被還原在酸性渣煉鋼時(shí)，金屬液的氧化較為完全，不會(huì)被還原，這是因?yàn)?，這是因?yàn)椋∕nO）屬于堿性氧化物，大部分（）屬于堿性氧化物，大部分（MnO）將與渣中的酸性氧化）將與渣中的酸性氧化物物(SiO2)

47、反應(yīng)生成硅酸鹽（反應(yīng)生成硅酸鹽（2MnSiO3）,使（使（MnO）的活度降低，）的活度降低， 在堿性爐渣中大部分（在堿性爐渣中大部分（MnO）大都的自然狀態(tài)存在，所以，錳易被）大都的自然狀態(tài)存在，所以，錳易被還原。還原。 溫度愈高，錳還原愈明顯，溫度愈高，錳還原愈明顯，煉鋼末期鋼液中的殘錳較高，煉鋼末期鋼液中的殘錳較高，所以，所以，煉鋼末期，往往用錳的還原情況來判斷熔池的溫度高低。煉鋼末期，往往用錳的還原情況來判斷熔池的溫度高低。 第二節(jié)第二節(jié) 鋼鐵冶煉鋼鐵冶煉2、煉鋼的基本過程、煉鋼的基本過程：(5)脫磷反應(yīng)脫磷反應(yīng) 磷是有害元素，普通鋼磷是有害元素，普通鋼0.045%,優(yōu)質(zhì)鋼優(yōu)質(zhì)鋼0.04

48、0%,高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼0.035%, 反應(yīng)：反應(yīng)：2P+5(FeO)=P2O5+5Fe+Q P2O5+4(CaO)=(4CaOP2O5) 或或P2O5+3(CaO)=(3CaOP2O5) 總式：總式：2P+5(FeO)+4(CaO)=(4CaOP2O5)+5Fe 或或2P+5(FeO)+3(CaO)=(3CaOP2O5)+5Fe實(shí)際上煉鋼工藝中，影響這些熱力學(xué)條件的有關(guān)工藝如下：實(shí)際上煉鋼工藝中，影響這些熱力學(xué)條件的有關(guān)工藝如下：第二節(jié)第二節(jié) 鋼鐵冶煉鋼鐵冶煉 a)溫度溫度：由此反應(yīng)為放熱反應(yīng)，減低反應(yīng)溫度將使：由此反應(yīng)為放熱反應(yīng)，減低反應(yīng)溫度將使Kp增大，所以增大，所以較低較低的溫度有利

49、于脫硫反應(yīng)的進(jìn)行的溫度有利于脫硫反應(yīng)的進(jìn)行，但過低的反應(yīng)溫度，如溫度低于，但過低的反應(yīng)溫度，如溫度低于1400 ，則使石灰不易融化，堿性渣不易形成，反而對(duì)脫硫不利。，則使石灰不易融化，堿性渣不易形成，反而對(duì)脫硫不利。 b)爐渣堿度爐渣堿度：因：因(CaO)是使是使P2O5的活度降低的主要因素，的活度降低的主要因素，增加渣中增加渣中(CaO)或石灰用量，會(huì)使鋼中或石灰用量，會(huì)使鋼中P降低降低，但過高的，但過高的(CaO)將使?fàn)t渣變粘，將使?fàn)t渣變粘，反而不利于脫磷。反而不利于脫磷。2、煉鋼的基本過程、煉鋼的基本過程： c）（）（FeO)的影響的影響：在一定的限度內(nèi)，（在一定的限度內(nèi)，（FeO）含量

50、的增加會(huì)使）含量的增加會(huì)使P減少減少。 其次，（其次，（FeO)可直接與可直接與P2O5 結(jié)合，生成化合物結(jié)合，生成化合物FeOP2O5： 3(FeO)+ (P2O5)= (3FeOP2O5) 但若但若(FeO)太高，將使太高，將使(CaO)濃度降低而影響脫磷效果，因而濃度降低而影響脫磷效果，因而(FeO)與爐渣堿度對(duì)脫磷的綜合影響是：與爐渣堿度對(duì)脫磷的綜合影響是： 在在R2.5時(shí)增強(qiáng)時(shí)增強(qiáng)R對(duì)脫磷的影響最大；對(duì)脫磷的影響最大；R在在2.54之間時(shí)，增加之間時(shí)，增加(FeO)對(duì)脫磷有利。對(duì)脫磷有利。 d）金屬成分的影響）金屬成分的影響：含碳、硅、錳量較高時(shí)，脫磷過程將受到抑制，：含碳、硅、錳量

51、較高時(shí)，脫磷過程將受到抑制，原因是它們與氧化鐵作用，消耗渣中的氧，另外，含硅量高，其產(chǎn)物二原因是它們與氧化鐵作用，消耗渣中的氧，另外，含硅量高，其產(chǎn)物二氧化硅將影響爐渣堿度而不利于脫磷。氧化硅將影響爐渣堿度而不利于脫磷。 e)渣量渣量：增加渣量即稀釋了渣中的：增加渣量即稀釋了渣中的(P2O5)，而，而(4CaOP2O5)量也相應(yīng)的降量也相應(yīng)的降低了，所以增加渣量可降低低了，所以增加渣量可降低P。 從熱力學(xué)觀點(diǎn)上，使脫磷反應(yīng)順利所采用的工藝方法是：從熱力學(xué)觀點(diǎn)上，使脫磷反應(yīng)順利所采用的工藝方法是：較低的爐溫；較低的爐溫；較高的爐渣堿度（較高的爐渣堿度（34）；）；形成較高氧化鐵濃度形成較高氧化鐵

52、濃度（15%30%）的氧化性爐渣和造成氧化性爐內(nèi)氣的氧化性爐渣和造成氧化性爐內(nèi)氣氛，氛，增大渣量或多次換渣操作。增大渣量或多次換渣操作。第二節(jié)第二節(jié) 鋼鐵冶煉鋼鐵冶煉2、煉鋼的基本過程、煉鋼的基本過程：回磷現(xiàn)象回磷現(xiàn)象 煉鋼過程中某一時(shí)期（特列是爐內(nèi)預(yù)脫氧到出鋼期間，甚煉鋼過程中某一時(shí)期（特列是爐內(nèi)預(yù)脫氧到出鋼期間，甚至在盛鋼桶中），當(dāng)脫磷的基本條件得不到滿足時(shí)，被脫除的至在盛鋼桶中），當(dāng)脫磷的基本條件得不到滿足時(shí)，被脫除的磷重新返回到鋼液中的現(xiàn)象磷重新返回到鋼液中的現(xiàn)象。 原因是原因是： a)在煉鋼后期在煉鋼后期，當(dāng)金屬液溫度太高時(shí)，加入硅鐵、錳鐵進(jìn)，當(dāng)金屬液溫度太高時(shí)，加入硅鐵、錳鐵進(jìn)行脫

53、氧時(shí)，爐渣中行脫氧時(shí)，爐渣中(FeO)與脫氧劑作用，不僅降低了爐渣的氧與脫氧劑作用，不僅降低了爐渣的氧化鐵的活度，而且爐渣中的化鐵的活度，而且爐渣中的SiO2增加，爐渣堿度降低，為回磷增加，爐渣堿度降低，為回磷提供了有利條件。提供了有利條件。 b）爐渣中）爐渣中(3CaOP2O5)和和(P2O5)與脫氧劑與脫氧劑Mn、Si、Al作用，使磷還原，返回鋼液。作用，使磷還原，返回鋼液。 c)爐渣中爐渣中(3CaOP2O5)與含有與含有SiO2的酸性爐襯作用，使渣中的酸性爐襯作用，使渣中的游離的游離(P2O5)量增加，產(chǎn)生回磷。量增加，產(chǎn)生回磷。2(3CaOP2O5)+ 3（SiO2）=3（2CaO

54、SiO2）+ 2(P2O5) 防止回磷的方法防止回磷的方法 ：在煉鋼后期控制鋼液溫度不過高；減在煉鋼后期控制鋼液溫度不過高；減少鋼液在鋼包中的停留時(shí)間；提高鋼包中的渣層堿度；用堿性少鋼液在鋼包中的停留時(shí)間；提高鋼包中的渣層堿度；用堿性爐襯鋼包。爐襯鋼包。第二節(jié)第二節(jié) 鋼鐵冶煉鋼鐵冶煉2、煉鋼的基本過程、煉鋼的基本過程：(6)脫硫反應(yīng)脫硫反應(yīng) 一般鋼：一般鋼：S 0.04%，優(yōu)質(zhì)鋼：，優(yōu)質(zhì)鋼：S0.03%，高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼：，高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼：S0.02%，某些特殊的鋼要求的低硫鋼含硫量在，某些特殊的鋼要求的低硫鋼含硫量在0.015%以下。以下。 爐渣脫硫爐渣脫硫 利用渣中足夠的利用渣中足夠的CaO，把鋼液

55、中，把鋼液中FeS去除。去除。 FeS+(CaO)(FeO)+(CaS)-Q生成的生成的CaS渣不熔于鋼液，且比其輕，溶于爐渣中。渣不熔于鋼液，且比其輕，溶于爐渣中。 脫硫的條件脫硫的條件:高的爐溫；高的爐渣堿度高的爐溫；高的爐渣堿度;還原渣還原渣生產(chǎn)中：生產(chǎn)中：可通過加石灰或石灰石；扒掉含硫高的初期渣，造無硫可通過加石灰或石灰石；扒掉含硫高的初期渣，造無硫的新渣；加入的新渣；加入CaF、MnO等降低爐渣粘度的造渣材料，以提高爐等降低爐渣粘度的造渣材料，以提高爐渣的流動(dòng)性；攪拌鋼液，以增大鋼液與爐渣的接觸面積。渣的流動(dòng)性；攪拌鋼液，以增大鋼液與爐渣的接觸面積。氣化脫硫氣化脫硫S+2O SO2氣

56、氣S+O2 SO2氣氣S+2(FeO) SO2氣氣+2Fe一般，氣化脫硫效果低于爐渣脫硫，但轉(zhuǎn)爐煉鋼中，氣化脫硫高一般，氣化脫硫效果低于爐渣脫硫，但轉(zhuǎn)爐煉鋼中，氣化脫硫高于爐渣脫硫于爐渣脫硫第二節(jié)第二節(jié) 鋼鐵冶煉鋼鐵冶煉2、煉鋼的基本過程、煉鋼的基本過程：(7)脫氧反應(yīng)脫氧反應(yīng) 利用脫氧劑除去鋼液中殘留的氧化亞鐵中氧，并還原出鐵來。生利用脫氧劑除去鋼液中殘留的氧化亞鐵中氧，并還原出鐵來。生成物可聚集上浮到鋼液表面，常用的脫氧劑有錳鐵、硅鐵、鋁等：成物可聚集上浮到鋼液表面，常用的脫氧劑有錳鐵、硅鐵、鋁等： Me+FeOMeO+Fe 具體方法有兩種：具體方法有兩種： 沉淀脫氧沉淀脫氧：脫氧劑直接加

57、入鋼液中，并與：脫氧劑直接加入鋼液中，并與FeO反應(yīng)脫氧。反應(yīng)脫氧。速度快，速度快，效率高；但脫氧產(chǎn)物效率高；但脫氧產(chǎn)物MnO、SiO2、Al2O3可留在鋼液中?？闪粼阡撘褐?。 擴(kuò)散脫氧擴(kuò)散脫氧：利用加在爐渣中的脫氧劑與：利用加在爐渣中的脫氧劑與FeO反應(yīng)，減少渣中反應(yīng)，減少渣中FeO含含量，破壞了量，破壞了FeO在爐渣及鋼液中的濃度平衡，使鋼中在爐渣及鋼液中的濃度平衡，使鋼中FeO向渣中擴(kuò)散向渣中擴(kuò)散，間接脫氧，間接脫氧，該法速度慢，時(shí)間長(zhǎng)，設(shè)備生產(chǎn)率低；但脫氧產(chǎn)物在熔該法速度慢，時(shí)間長(zhǎng)，設(shè)備生產(chǎn)率低；但脫氧產(chǎn)物在熔渣中，不會(huì)污染鋼液，鋼液較為純凈。渣中，不會(huì)污染鋼液，鋼液較為純凈。 最佳方

58、法是：兩者結(jié)合，用錳鐵沉淀脫氧，再用碳粉和硅鐵擴(kuò)散最佳方法是：兩者結(jié)合，用錳鐵沉淀脫氧，再用碳粉和硅鐵擴(kuò)散脫氧，最后用鋁沉淀脫氧。脫氧，最后用鋁沉淀脫氧。 第二節(jié)第二節(jié) 鋼鐵冶煉鋼鐵冶煉 按脫氧程度，鋼分為：按脫氧程度，鋼分為：鎮(zhèn)靜鋼鎮(zhèn)靜鋼（脫氧充分），（脫氧充分），沸騰鋼沸騰鋼（脫（脫氧程度低），氧程度低），半鎮(zhèn)靜鋼半鎮(zhèn)靜鋼（介于兩者之間）（介于兩者之間）基本反應(yīng)基本反應(yīng)a 碳脫氧：碳脫氧： FeO+CFe+CO 主要在渣中進(jìn)行，不產(chǎn)生非金屬氧化物，利于優(yōu)質(zhì)鋼產(chǎn)生，缺點(diǎn)是：主要在渣中進(jìn)行，不產(chǎn)生非金屬氧化物，利于優(yōu)質(zhì)鋼產(chǎn)生，缺點(diǎn)是：1600時(shí)與時(shí)與0.3c相平衡的氧含量相平衡的氧含量0.00

59、7，在鋼錠冷卻過程，可再次發(fā)生，在鋼錠冷卻過程，可再次發(fā)生碳氧反應(yīng)。產(chǎn)生鋼錠中氣孔、疏松等缺陷。在碳脫氧的緩慢過程中，容易碳氧反應(yīng)。產(chǎn)生鋼錠中氣孔、疏松等缺陷。在碳脫氧的緩慢過程中，容易引起增碳，引起增碳，對(duì)于碳規(guī)定范圍很窄或含碳量很低的鋼種就有困難對(duì)于碳規(guī)定范圍很窄或含碳量很低的鋼種就有困難。b 錳脫氧：弱脫氧劑錳脫氧：弱脫氧劑： Mn+2FeOMnO+Fe 生成物生成物MnO不溶于鋼液，還與不溶于鋼液，還與SiO2、Al2O3結(jié)合生成低熔點(diǎn)液態(tài)爐渣，結(jié)合生成低熔點(diǎn)液態(tài)爐渣，有利于上浮去除。有利于上浮去除。Mn還能降低鋼中還能降低鋼中S的有害作用。的有害作用。c 硅脫氧：強(qiáng)脫氧劑硅脫氧：強(qiáng)脫

60、氧劑， Si+FeO=SiO2+2Fe 堿性法中硅的脫氧能力高于酸性法，脫氧產(chǎn)物堿性法中硅的脫氧能力高于酸性法，脫氧產(chǎn)物SiO2可與堿性氧化物化可與堿性氧化物化合，生成復(fù)合氧化物，減少自由合，生成復(fù)合氧化物，減少自由SiO2含量。若先用錳進(jìn)行預(yù)脫氧，生成的含量。若先用錳進(jìn)行預(yù)脫氧，生成的MnO2也能與也能與SiO2結(jié)合，減少自由結(jié)合，減少自由SiO2含量，使反應(yīng)不斷進(jìn)行，增強(qiáng)了含量，使反應(yīng)不斷進(jìn)行，增強(qiáng)了Si的的脫氧能力。脫氧能力。 d 鋁脫氧：強(qiáng)氧化劑鋁脫氧：強(qiáng)氧化劑。 2Al+FeOAl2O3+3Fe 生成的生成的Al2O3熔點(diǎn)高、顆粒細(xì)，彌散在鋼液難以上浮去除。故用此法前熔點(diǎn)高、顆粒細(xì)，