鋼鐵冶金概論課件

1、鋼鐵冶金概論郭偉達(dá)鋼鐵冶金概論目 錄 一、冶金的概念 二、鋼鐵冶金工藝簡(jiǎn)介 三、鋼鐵工業(yè)可持續(xù)發(fā)展目 錄一、冶金的概念一、冶金的概念冶金的概念冶金就是指如何經(jīng)濟(jì)地從礦石或其他原料中提取金屬或金屬化合物，并用各種加工方法制成具有一定性能的金屬材料的過程。冶金的概念冶金就是指如何經(jīng)濟(jì)地從礦石或其他原料中提取金屬或金冶金又分為黑色冶金 黑色金屬礦產(chǎn)：Fe, Mn, Cr, V 有色冶金 有色重金屬：Cu,Zn,Pb,Sn,Bi(鉍),Sb(銻), Hg(汞),Ni,Co, Cd(鎘) 有色輕金屬：Al, Mg冶金又分為冶金學(xué)用于提取各種金屬的礦石具有不同的特性，故提取金屬要根據(jù)不同的原理，同樣冶煉不

2、同的金屬和軋制不同性能或品種的鋼材需要不同的生產(chǎn)工藝過程和設(shè)備，從而形成了冶金的專門學(xué)科冶金學(xué)。冶金學(xué)用于提取各種金屬的礦石具有不同的特性，故提取金屬要根據(jù)冶金學(xué)以研究金屬的制取、加工和改進(jìn)金屬性能的各種技術(shù)為重要內(nèi)容，發(fā)展到對(duì)金屬成分、組織結(jié)構(gòu)、性能和有關(guān)理論的研究。冶金學(xué)以研究金屬的制取、加工和改進(jìn)金屬性能的各種技術(shù)為重要內(nèi)鋼鐵冶金的基本方法火法冶金生鐵生產(chǎn)：鐵礦石還原鋼的生產(chǎn)：鐵水中C、Si、P 等元素的氧化鐵合金生產(chǎn)：各種合金元素的氧化物的還原基本原理是在高溫下通過氧化物還原或元素的氧化反應(yīng)，達(dá)到金屬與脈石分離，去除雜質(zhì)，提取金屬的目的。 鋼鐵冶金的基本方法火法冶金二、鋼鐵冶金工藝簡(jiǎn)介

3、二、鋼鐵冶金工藝簡(jiǎn)介傳統(tǒng)流程傳統(tǒng)流程現(xiàn)代流程現(xiàn)代流程鋼鐵冶金概論課件原燃料（鐵礦石、溶劑、焦炭、煤粉、氣體燃料）煉鐵（鐵水、鐵塊、高爐煤氣）煉鋼（鋼坯、轉(zhuǎn)爐煤氣、爐渣）軋鋼（鋼材）原燃料（鐵礦石、溶劑、焦炭、煤粉、氣體燃料）（一）高爐煉鐵生產(chǎn)用原燃料 含鐵原料：鐵礦石（燒結(jié)、球團(tuán)） 溶劑：石灰石、白云石 燃料：焦炭、煤粉（一）高爐煉鐵生產(chǎn)用原燃料含鐵原料：鐵礦石 凡在當(dāng)前技術(shù)條件下，可以經(jīng)濟(jì)地提取出金屬鐵的巖石稱為鐵礦石。 鐵礦石中除有含F(xiàn)e的有用礦物外，還含有其他化合物，統(tǒng)稱為脈石。常見的脈石有：SiO2、Al2O3、CaO及MgO等。含鐵原料：鐵礦石據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界鐵礦石總儲(chǔ)量達(dá)3431108

4、t（億），其中工業(yè)儲(chǔ)量約1497108t。鐵礦儲(chǔ)量排在前5位的國(guó)家有：前蘇聯(lián)、澳大利亞、加拿大、巴西、印度，如下表：據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界鐵礦石總儲(chǔ)量達(dá)3431108t（億），其中工業(yè)國(guó)家 總儲(chǔ)量 工業(yè)儲(chǔ)量礦石品位108t（億t)108t（億t)TFe前蘇聯(lián)（含俄羅斯、烏克蘭等）澳大利亞加拿大巴西印度美國(guó) 1111350397800220174 31.71011.322.96.35.0 673236187123.58555 43.715.512.18.05.53.636.950-6722-6040-68.530-6020.8中國(guó) 462(保有儲(chǔ)量） 183（已利用礦區(qū)儲(chǔ)量） 30-35 中國(guó)鐵礦石特點(diǎn)：

5、儲(chǔ)量低于世界人均擁有量，多為貧礦、難選，四大鐵礦：鞍山、攀西、冀東、晉北，可開采40-50年。國(guó)家 總儲(chǔ)量 工業(yè)儲(chǔ)量礦石品位108t（億t)108t（億鐵的工業(yè)礦物和礦石類型自然界中已知含鐵礦物有300多種，主要礦物有：磁鐵礦（Fe3O4），含鐵72.4赤鐵礦（Fe2O3），含鐵70褐鐵礦（Fe2O3nH2O），含鐵48-62.9針鐵礦（Fe2O3H2O），含鐵48-63菱鐵礦（FeCO3），含鐵48.3鐵的工業(yè)礦物和礦石類型自然界中已知含鐵礦物有300多種，主要 鐵礦石按礦物成份可分為五種類型磁鐵礦礦石赤鐵礦礦石褐鐵礦礦石鈦磁鐵礦礦石菱鐵礦 按鐵的含量可分為富鐵礦石和貧鐵礦石，我國(guó)一般按以下

6、分類富鐵礦石含F(xiàn)e45以上磁鐵礦石、赤鐵礦石，含鐵30-35菱鐵礦礦石貧鐵礦石含鐵25-45的磁鐵礦石、赤鐵礦石，含鐵20-30的菱鐵礦石 鐵礦石按礦物成份可分為五種類型工業(yè)上對(duì)鐵礦石的要求鐵礦石的邊界品位一般為TFe 20-25%,經(jīng)選礦后才可使用。一般入高爐的富礦品位要求大于50%(Fe), S、P、Pb、Zn、Sn為有害組分。當(dāng)?shù)V石中CaO+MgO/SiO2+Al2O3 在0.8-1.2 之間稱為自熔性礦石。工業(yè)上對(duì)鐵礦石的要求鐵礦粉造塊 鐵礦粉造塊的目的： 1.將粉狀料制成具有高溫強(qiáng)度的塊狀料以適應(yīng)高爐冶煉、直接還原等在流體力學(xué)方面的要求； 2.改善鐵礦石的冶金性能，使高爐冶煉指標(biāo)得到

7、改善； 3、去除某些有害雜質(zhì)，回收有益元素達(dá)到綜合利用資源和擴(kuò)大煉鐵礦石原料資源。 鐵礦粉造塊主要工藝：燒結(jié)過程和球團(tuán)過程鐵礦粉造塊 鐵礦粉造塊的目的：燒結(jié)工藝過程（抽風(fēng)燒結(jié)）： 混合料（鐵礦粉、熔劑、燃料、附加物、及返礦。） 混合及造球 帶式燒結(jié)機(jī)臺(tái)車上 點(diǎn)火 整個(gè)燒結(jié)過程是在10-16kPa負(fù)壓抽風(fēng)下，自上而下進(jìn)行的。燒結(jié)工藝過程（抽風(fēng)燒結(jié)）：燒結(jié)工藝過程生球成型（細(xì)粉料氧化礦物表面能大、易吸附水） 生球干燥（脫水、預(yù)防焙燒破裂） 焙燒固結(jié) （足夠的機(jī)械強(qiáng)度、冶金性能）燒結(jié)工藝過程溶劑 由于高爐造渣的需要，入爐料中常需配加一定數(shù)量的助溶劑，簡(jiǎn)稱溶劑。 常用的是堿性溶劑，即石灰石（CaCO3

8、）、白云石 Ca（Mg）CO3等。 溶劑質(zhì)量要求：有效成分含量高； S、P等有害雜質(zhì)含量低。 如對(duì)石灰石和白云石來說，要求其有效堿度高。 （ CaO+ MgO）有效=（ CaO%+ MgO%）-SiO2%R 當(dāng)冶煉含堿性氧化物脈石為主的礦石時(shí)，則溶劑應(yīng)為酸性物，如常用的硅石（SiO2）等 。溶劑燃料焦炭、煤粉焦炭在高爐內(nèi)的作用 1）在風(fēng)口前燃燒，提供冶煉所需熱量； 2）固體C及其氧化產(chǎn)物CO，是氧化物的還原劑； 3）在高溫區(qū)，礦石軟化熔融后，焦炭是爐內(nèi)唯一以固態(tài)存在的物料，是支撐高達(dá)數(shù)十米料柱的骨架，同時(shí)又是風(fēng)口前產(chǎn)生的煤氣得以自下而上暢通流動(dòng)的高透氣性通路。煤粉 1964年，我國(guó)首先在首鋼成

9、功地向高爐噴吹無煙煤粉，作為輔助燃料置換一部分昂貴的焦炭，以降低成本。 目前，我國(guó)大部分高爐都采用噴吹煤粉工藝。 燃料焦炭、煤粉（二）高爐煉鐵工藝簡(jiǎn)介 原料：鐵礦石 造塊：燒結(jié)和球團(tuán)。球團(tuán)主要用于細(xì)磨鐵精礦粉。 燃料：焦炭、噴吹10-30%的無煙煤。 輔助原料： 溶劑（石灰石）：促進(jìn)渣鐵分離；改善生鐵質(zhì)量，獲得合格生鐵。 錳礦石：提高爐渣脫硫能力，調(diào)節(jié)含錳量。 其他輔助原料：金屬附加物和洗爐劑（螢石和均熱爐渣）（二）高爐煉鐵工藝簡(jiǎn)介 原料：鐵礦石高爐設(shè)備高爐本體： 1.高爐內(nèi)型：爐缸 爐腹 爐腰 爐身 爐喉 高爐有效高度： 從出鐵口中心線到大鐘全開時(shí)的下沿（或旋轉(zhuǎn)溜槽處于垂直位置時(shí)的下緣）位置

10、之間的高度。 高爐有效容積： 有效高度之間的爐內(nèi)容積為有效容積。高爐大小是以有效容積表示的。 2.高爐基礎(chǔ)及鋼結(jié)構(gòu) 3.高爐爐殼 4.高爐爐襯及冷卻設(shè)備高爐設(shè)備高爐本體： 高爐附屬設(shè)備： 上料設(shè)備：料車、皮帶上料 爐頂裝料設(shè)備： 有料鐘：受料漏斗、布料器、小鐘、料倉、大鐘等 無料鐘：受料漏斗、料倉、漏斗、旋轉(zhuǎn)溜槽等 送風(fēng)設(shè)備：熱風(fēng)爐、鼓風(fēng)機(jī)等 煤氣除塵設(shè)備：干法除塵、濕法除塵 渣鐵處理設(shè)備：渣鐵口、水沖渣設(shè)備 噴吹設(shè)備高爐設(shè)備 高爐附屬設(shè)備：高爐設(shè)備鋼鐵冶金概論課件高爐內(nèi)的爐料分布 塊狀帶：礦石層與焦炭層 軟熔帶：礦石開始軟化到完全熔化的區(qū)間 滴落帶： 風(fēng)口帶：焦炭回旋區(qū) 渣鐵帶：高爐內(nèi)的爐料

11、分布鋼鐵冶金概論課件生鐵的形成過程： FeO+C Fe+CO FeO+COFe+CO2 FeO+H2 Fe+H2O生鐵的形成過程：高爐煉鐵工藝過程： 爐料配比上料設(shè)備爐頂裝料設(shè)備爐內(nèi)。 熱風(fēng)（熱風(fēng)爐1000-1300度）熱風(fēng)管道風(fēng)口高爐。 熱風(fēng)+焦碳=高溫煤氣 高溫煤氣（從下往上）+爐料（從上往下）=液態(tài)鐵 （加熱、還原、溶化、造渣等一系列的物理化學(xué)反應(yīng)） 液態(tài)鐵聚于爐缸，周期性地從渣鐵口排出，爐渣經(jīng)水沖渣設(shè)備變成水渣運(yùn)走。高爐煉鐵工藝過程：氧化去除碳（脫碳）；氧化造渣去除磷；造渣去除硫；脫氧；去除N、H等；去除鋼中非金屬夾雜物；升溫；合金化廢鋼、爐渣返回利用；回收煤氣、蒸汽等。煉鋼的基本任務(wù)

12、（三）轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝簡(jiǎn)介氧化去除碳（脫碳）；煉鋼的基本任務(wù)（三）轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝簡(jiǎn)介鋼鐵冶金概論課件鋼鐵冶金概論課件鋼鐵冶金概論課件鋼鐵冶金概論課件鋼鐵冶金概論課件煉鋼工序功能的演變 基本任務(wù)鐵水預(yù)處理1) 脫碳；2) 升溫；3) 脫磷；4) 脫硫；4) 脫氧、氮、氫等；5) 合金化。煉 鋼爐外精煉煉鋼工序功能的演變 基本任務(wù)鐵水預(yù)處理1) 脫碳；煉 鋼鐵冶金概論課件（四）軋鋼工藝簡(jiǎn)介 軋制產(chǎn)品一般可分為： 1.型鋼：圓鋼、方鋼、扁鋼、螺紋鋼、角鋼、工字鋼、槽鋼、H型鋼、鋼軌。 2.板帶鋼：特厚板（60mm）、厚板（20-60mm）、中板（4.0-20mm）、薄板（0.2-4.0mm）和極薄板（0.2mm） 。 3.鋼管：熱軋無縫鋼管、焊接鋼管和冷加工鋼管。 4.特殊外形軋制產(chǎn)品。常見有車輪、輪箍和鋼球等。（四）軋鋼工藝簡(jiǎn)介軋鋼一般工藝過程： 按變形時(shí)金屬本身溫度的高低分為 熱軋和冷軋。 冷軋：金屬的變形溫度低于再結(jié)晶溫度 熱軋：金屬的變形溫度高于再結(jié)晶溫度 加熱軋制（粗軋、精軋）精整軋鋼一般工藝過程： 加熱的目的 1.提高鋼的朔性 2.降低變形抗力 3.改善金屬的結(jié)晶組織和消除金屬內(nèi)部的內(nèi)應(yīng)力 加熱的目的 1.提高鋼的朔性