冶金概論專業(yè)培訓(xùn)課程

1、冶金概論專業(yè)培訓(xùn)課程課程教學(xué)目的 通過鋼鐵冶煉過程的基本原理、主要設(shè)備、生產(chǎn)工藝等的學(xué)習(xí)，使從事與冶金行業(yè)有關(guān)的非冶金專業(yè)學(xué)生對鋼鐵工業(yè)及鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的生產(chǎn)過程有一個全面而概括的了解，并初步掌握冶金的基本知識。 /17:03:112第一章 緒論主要內(nèi)容1.1 冶金基本概念1.2 鋼鐵工業(yè)1.3 鋼鐵冶煉1.4 鋼鐵產(chǎn)品及副產(chǎn)品1.5 鋼鐵工業(yè)能耗及能源1.6 耐火材料1.7 環(huán)境保護/17:03:1141.1 冶金基本概念1.1.1 冶金學(xué)1.1.2 火法冶金(Pyrometallurgy)主要過程簡介/17:03:1151.1.1 冶金學(xué)冶金學(xué)是一門研究如何經(jīng)濟地從礦石或其它原料中提取金屬或

2、金屬化合物，并用一定加工方法制成具有一定性能的金屬材料的科學(xué)。由于礦石性能不同，提取金屬的原理、工藝過程和設(shè)備不同，從而形成專門的冶金學(xué)科冶金學(xué)(Metallurgy)。冶金學(xué)研究所涉及的內(nèi)容：金屬的制取，金屬的加工，金屬性能的改進對金屬成分、組織結(jié)構(gòu)、性能和相關(guān)理論的研究。/17:03:116冶金學(xué)的分類冶金學(xué)按研究的領(lǐng)域分：提取冶金學(xué)（化學(xué)冶金學(xué)）和物理冶金學(xué)(physical metallurgy)（材料的加工成型，通過控制其組成、結(jié)構(gòu)使已提取的金屬具有某種性能）。提取冶金（extractive metallurgy）：從礦石中提取金屬及金屬化合物的過程，因其中進行很多化學(xué)反應(yīng)，又稱化學(xué)

3、冶金（chemical metallurgy）。/17:03:117按所冶煉金屬類型分： (Nonferrous metallurgy) (Ferrous metallurgy) 按冶金工藝過程不同分：提取冶金的分類/17:03:1181.1.2 火法冶金主要過程簡介干燥：去水，溫度為400600。焙燒：以改變原料組成為目的的、在低于礦石熔點溫度下、在特定氣氛中進行的冶金過程。煅燒：在空氣中以去CO2和水為目的的冶金過程。燒結(jié)與球團：以獲得特定礦物組成、結(jié)構(gòu)及性能的造塊。熔煉：還原氧化物，提取粗金屬。精煉：氧化雜質(zhì)，獲得純金屬。鑄造：液態(tài)金屬凝固成固態(tài)。 /17:03:1191.2 鋼鐵工業(yè)1

4、.2.1 鋼鐵材料1.2.2 鋼(Steel)與生鐵(Pig iron)的區(qū)別 1.2.3 鋼鐵冶煉技術(shù)發(fā)展簡史1.2.4 我國鋼鐵工業(yè)的發(fā)展/17:03:11101.2.1 鋼鐵材料鋼鐵是使用最多的金屬材料 原因：儲量大；冶煉加工容易；綜合性能好預(yù)計未來幾年鋼鐵產(chǎn)品在各行業(yè)中占的比例/17:03:1111/17:03:11121.2.2 鋼與生鐵的區(qū)別/17:03:11131.2.3 鋼鐵冶煉技術(shù)發(fā)展簡史遠古至13世紀末：半熔融狀態(tài)的鐵塊海綿鐵(sponge iron)；13世紀末至19世紀中葉：熔融狀態(tài)的生鐵粗鋼，形成兩步法煉鋼；19世紀中期至今 ：1856年英國人發(fā)明了空氣底吹酸性轉(zhuǎn)爐煉

5、鋼法； 1864年法國人發(fā)明了平爐煉鋼法(OH)；1874年發(fā)明了空氣底吹堿性轉(zhuǎn)爐煉鋼法；20世紀初發(fā)明了電弧爐煉鋼(EAF)；20世紀中葉氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐（LD法）。/17:03:11141.2.3 我國鋼鐵工業(yè)的發(fā)展1996年，突破1億噸；1999年，產(chǎn)量世界第一；2003年，突破2億噸，世界唯一年產(chǎn)鋼超過2億噸的國家；2004年，產(chǎn)量2.8億噸；2005年，產(chǎn)量3.5億噸；2006年，產(chǎn)量4.2億噸。/17:03:1115/17:03:1116全球部分鋼廠產(chǎn)量排名 排名公司國家2006年(百萬噸)2005年(百萬噸)同比增長2006200511米塔爾荷蘭63.6649.8927.622安賽樂

6、盧森堡54.3246.6516.433新日鐵日本33.7032.9012.444JFE日本32.0229.578.355浦項韓國31.2031.42-0.766寶鋼中國22.5322.73-0.9926唐鋼中國19.0616.0818.51618鞍鋼中國15.0011.9026.11722沙鋼中國14.6312.0221.71816武鋼中國13.7613.055.52424濟鋼中國11.2410.437.82527馬鋼中國10.919.6513.12625萊鋼中國10.7910.344.42723首鋼中國10.5510.441.02831華菱中國9.918.4517.2/17:03:1117中

7、國年粗鋼產(chǎn)量增長情況/17:03:11181.3 鋼鐵冶煉赤鐵礦磁鐵礦線材 板材/17:03:1119燒結(jié)/球團 高爐轉(zhuǎn)爐連鑄機軋機直接還原或熔融還原電爐連鑄機軋機 非高爐煉鐵鋼鐵生產(chǎn)的兩個典型流程高爐煉鐵長流程短流程鋼鐵冶煉的任務(wù)是把鐵礦石冶煉成合格的鋼。 /17:03:1120現(xiàn)代鋼鐵冶煉的兩種基本流程/17:03:1121鋼材加工工藝流程/17:03:1122鋼鐵生產(chǎn)的典型工藝（長流程）/17:03:1123鋼鐵工業(yè)的特點生產(chǎn)規(guī)模大，物流吞吐大，每噸鋼涉及的物流將是5-6噸。資源密集、能耗密集。在鋼鐵聯(lián)合企業(yè)內(nèi)，每噸鋼降消耗0.7-0.8噸左右的標準煤、1.5-1.65噸左右鐵礦石、3-

8、8噸左右新水；制造流程工序多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜制造流程中伴隨大量物質(zhì)/能量排放，形成復(fù)雜的環(huán)境界面/17:03:11241.4 鋼鐵產(chǎn)品及副產(chǎn)品產(chǎn)品生鐵鋼鐵合金(Ferroalloy) 副產(chǎn)品爐渣(Slag)煤氣(Gas)/17:03:1125生鐵它是鐵和碳及少量硅。錳、硫、磷等元素組成的合金，主要由高爐生產(chǎn)，按其用途可分為煉鋼生鐵和鑄造生鐵。 /17:03:1126鐵合金鐵合金是指鐵與一種或幾種元素組成的中間合金，主要用于煉鋼脫氧或作為合金添加劑，當采用金屬熱還原法生產(chǎn)其它鐵合金和有色金屬時作還原劑(詳見第七章)。如：硅鐵、錳鐵。/17:03:1127爐渣爐渣是爐料在冶煉過程中不能進到生鐵和鋼中的氧

9、化物、硫化物等形成的熔融體。其主要成分是CaO、MgO、SiO2、Al2O3等。根據(jù)冶煉方法的不同，鋼鐵生產(chǎn)產(chǎn)生的爐渣分為高爐渣和煉鋼渣，按爐渣中含有不同的化學(xué)成分又可分為堿性渣和酸性渣。 /17:03:1128堿度(R)：爐渣中CaO與SiO2的質(zhì)量百分數(shù)之比。這是二元堿度，還有三元堿度等 /17:03:1129煤氣鋼鐵生產(chǎn)中還能獲得大量的可燃氣體，高爐煉鐵可產(chǎn)生高爐煤氣，轉(zhuǎn)爐煉鋼可獲得轉(zhuǎn)爐煤氣，煉焦時可得焦爐煤氣等。煤氣主要成分：CO、H2、CO2、N2、CH4 /17:03:11301.5 鋼鐵工業(yè)能源及能耗1.5.1 鋼鐵生產(chǎn)用能源1.5.2 鋼鐵工業(yè)能耗1.5.3 節(jié)能途徑/17:0

10、3:1131鋼鐵工業(yè)是能源消耗的大戶，約占全國總能源消耗量的1011。鋼鐵生產(chǎn)所用能源主要有煤炭、燃料油(重油)、天然氣、電力等。 煤占鋼鐵生產(chǎn)中燃料消耗的70%，鋼鐵工業(yè)用煤量已超過煤炭總產(chǎn)量的15。煤在鋼鐵企業(yè)主要用來煉焦和自備電廠發(fā)電、蒸汽機車燒煤、燒工業(yè)鍋爐及部分窯爐，少部分制成粉煤用于高爐噴吹及燒結(jié)生產(chǎn)。 1.5.1 鋼鐵生產(chǎn)用能源/17:03:11321.5.2 鋼鐵工業(yè)能耗我國鋼鐵工業(yè)的能源消耗中，鋼鐵冶煉是耗能最高的工序，占鋼鐵工業(yè)能耗的6070。其主要耗于煉鐵系統(tǒng)，焦化、燒結(jié)、球團、煉鐵等工序。 /17:03:11332004年重點鋼鐵企業(yè)工序能耗比較(千克標準煤/t) 指標

11、燒結(jié)焦化煉鐵轉(zhuǎn)爐電爐平均值66.38142.21466.2026.57209.891999年國際先進水平58.89128.1437.93-8.88198.6差值7.4914.1128.2735.4511.29指標燒結(jié)球團焦化煉鐵轉(zhuǎn)爐電爐軋鋼噸鋼綜合能耗平均值66.3842.00142.21466.2026.57209.8992.91761先進值52.0619.2288.13395.41-3.77146.3153.68565落后值108.6083.30229.15591.8175.23325.44286.891103差值56.5464.08141.02196.4079.00179.23233.2

12、1538/17:03:11341.5.3 節(jié)能途徑改進生產(chǎn)工藝及操作，更新和改造耗能高的設(shè)備。降低能源損失（“廢料”、煤氣、熱能、壓力能），減少生產(chǎn)工序。 回收利用散失熱量。 加強企業(yè)能源管理，加強能源利用技術(shù)的研究工作，提高操作技術(shù)水平，充分發(fā)揮現(xiàn)有設(shè)備能力，以節(jié)能為目標合理組織生產(chǎn)。/17:03:11351.6 冶金用耐火材料鋼鐵冶金的技術(shù)進步和過程溫度的提高分不開，耐火材料的發(fā)展與鋼鐵冶金的技術(shù)進步緊密相關(guān)。耐火材料產(chǎn)品絕大部分（6080%）用于冶金行業(yè)。耐火材料在冶金中的應(yīng)用有：高溫爐管坩堝、容器熱電偶絕緣管熱電偶保護管爐膛耐火材料爐膛保溫材料/17:03:1136 1.6.1耐火材料

13、定義耐火材料是耐火度不低于1580的無機非金屬材料。 ISO定義：耐火材料是耐火度至少為1500 的非金屬材料或制品（但不排除含有一定比例的金屬）。在高溫爐（高爐、熱風(fēng)爐、轉(zhuǎn)爐、各種加熱爐）中，爐膛是用耐火材料砌成的。對耐火材料的要求是：有足夠高的耐火度，合理的形狀，質(zhì)地致密，高溫下有一定強度，無明顯揮發(fā)現(xiàn)象以及不與爐內(nèi)工作氣氛發(fā)生反應(yīng)等。/17:03:11371.6.2 耐火材料分類按化學(xué)成分：氧化物、非氧化物、復(fù)合系按形態(tài)：定形、不定形按耐火度分：普通15801770 ; 高級17702000 ; 特級2000 以上按制作工藝分：泥漿澆注；可塑成型/17:03:1138/17:03:113

14、91.7 環(huán)境保護鋼鐵廠產(chǎn)生的各種污染物有：大氣污染物質(zhì)污水固體廢棄物/17:03:1140大氣污染物質(zhì)SOX：是通過原料、燃料中硫磺成分的燃燒而產(chǎn)生的。燒結(jié)工廠等為其主要發(fā)生源。 NOX：通過燃燒后發(fā)生。燒結(jié)工廠等為其主要發(fā)生源。煤塵：通過燃燒后發(fā)生。燒結(jié)爐、各加熱爐為其發(fā)生源。粉塵：從燃料原料的輸送、處理過程，及儲藏場中產(chǎn)生。煉鐵、煉鋼工程為其主要發(fā)生源。 /17:03:1141鋼鐵工業(yè)用水主要是冷卻水，其次是煤氣洗滌水，以及沖洗設(shè)備、地面及除塵用水等。 污水中含有下列污染物：固體懸浮物（SS Solid suspension）：從排氣集塵、高溫物質(zhì)的直接冷卻等過程中產(chǎn)生。油：由各種機械等所使用的油所發(fā)生的漏泄及冷軋工程使用軋制機的機油等原因而產(chǎn)生?；瘜W(xué)需氧量（COD Chemical oxygen demand）：從煤炭干餾時的氨水，及冷軋、電鍍廢水中產(chǎn)生。酸、堿：從冷軋工程的酸洗工程、電鍍工程