第一篇：冶金概論1

第一章緒論

1.1.1 冶金學

冶金學是一門研究如何經濟地從礦石或其它原料中提取金屬或金屬化合物，并用一定加工方法制成具有一定性能的金屬材料的科學。由于礦石性能不同，提取金屬的原理、工藝過程和設備不同，從而形成專門的冶金學科—冶金學。

冶金學研究所涉及的內容：金屬的制取，金屬的加工，金屬性能的改進→對金屬成分、組織結構、性能和相關理論的研究。

冶金學按研究的領域分：提取冶金學（化學冶金學）和物理冶金學（材料的加工成型，通過控制其組成、結構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反應，又稱化學冶金（chemical metallurgy）。

提取冶金的分類按所冶煉金屬類型分：有色冶金鋼鐵冶金（黑色冶金）

按冶金工藝過程不同分：火法冶金濕法冶金電冶金

1.1.2 火法冶金主要過程簡介

干燥：去水，溫度為400~600℃。

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。

燒結與球團：以獲得特定礦物組成、結構及性能的造塊。

熔煉：還原氧化物，提取粗金屬。

精煉：氧化雜質，獲得純金屬。

鑄造：液態(tài)金屬凝固成固態(tài)。

1.2.1 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；易改質處理 預計未來幾年鋼鐵產品在各行業(yè)中占的比例

1.2.3 鋼鐵冶煉技術發(fā)展簡史

遠古至13世紀末：半熔融狀態(tài)的鐵塊—海綿鐵；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爐煉鋼法；1864年法國人發(fā)明了平爐煉鋼法；1874年發(fā)明了空氣底吹堿性轉爐煉鋼法；20世紀初發(fā)明了電弧爐煉鋼；20世紀中葉氧氣頂吹轉爐（LD法）。

1.2.3 我國鋼鐵工業(yè)的發(fā)展

1996年，突破1億噸； 1999年，產量世界第一；2003年，突破2億噸，世界惟一年產鋼超過2億噸的國家；2004年，產量2.8億噸；2005年，產量3.5億噸；2006年，產量

4.2億噸；2008年，產量5.0億噸；2009年，產量5.6億噸。

中國鋼鐵工業(yè)發(fā)展目標 “加強自主創(chuàng)新，建設創(chuàng)新型國家”目標下，通過結構調整和產業(yè)升級，努力使我國從鋼鐵大國轉變?yōu)殇撹F強國。

鋼鐵冶煉的任務是把鐵礦石冶煉成合格的鋼。

1.4 鋼鐵產品及副產品

產品：生鐵、鋼副產品：爐渣、煤氣

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，按其用途可分為煉鋼生鐵和鑄造生鐵。

爐渣：爐渣是爐料在冶煉過程中不能進到生鐵和鋼中的氧化物、硫化物等形成的熔融體。其主要成分是CaO、MgO、SiO2、Al2O3、MnO、FeO、P2O5、CaS等。根據冶煉方法的不同，鋼鐵生產產生的爐渣分為高爐渣和煉鋼渣，按爐渣中含有不同的化學成分又可分為堿性渣和酸性渣。

煤氣：鋼鐵生產中還能獲得大量的可燃氣體，高爐煉鐵可產生高爐煤氣，轉爐煉鋼可獲得轉爐煤氣，煉焦時可得焦爐煤氣等。煤氣主要成分：CO、H2、CO2、N2、CH

41.5.1 鋼鐵生產用能源

鋼鐵工業(yè)是能源消耗的大戶，約占全國總能源消耗量的10～11％。鋼鐵生產所用能源主要有煤炭、燃料油(重油)、天然氣、電力等。煤占鋼鐵生產中燃料消耗的70%，鋼鐵工業(yè)用煤量已超過煤炭總產量的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生產。

1.5.2 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60～70％。其主要耗于煉鐵系統，焦化、燒結、球團、煉鐵等工序，占鋼鐵生產能耗的一半以上。

1.5.3 節(jié)能途徑

改進生產工藝及操作，更新和改造耗能高的設備。降低能源損失（“廢料”、煤氣、熱能、壓力能），減少生產工序?；厥绽蒙⑹崃俊＜訌娖髽I(yè)能源管理，加強能源利用技術的研究工作，提高操作技術水平，充分發(fā)揮現有設備能力，以節(jié)能為目標合理組織生產。

1.6 耐火材料

凡是耐火度高于1580℃，能在一定程度上抵抗溫度驟變、爐渣侵蝕和承受高溫荷重作用韻無饑非金屬材料，稱為耐火材料。耐火材料由耐火砂巖進入到現代科技產品，已成為獨立的生產行業(yè)，其產品的60～80％消耗于冶金工業(yè)。

鋼鐵生產對耐火材料的要求是：耐火度高；能抵抗溫度驟變；抗熔渣、金屬液等侵蝕能力強；高溫性能和化學穩(wěn)定性好。

1.7 環(huán)境保護

鋼鐵廠產生的各種污染物有：大氣污染物質污水固體廢棄物

大氣污染物質

SOX：是通過原料、燃料中硫磺成分的燃燒而產生的。燒結工廠等為其主要發(fā)生源。NOX：通過燃燒后發(fā)生。燒結工廠等為其主要發(fā)生源。

煤塵：通過燃燒后發(fā)生。燒結爐、各加熱爐為其發(fā)生源。

粉塵：從燃料原料的輸送、處理過程，及儲藏場中產生。煉鐵、煉鋼工程為其主要發(fā)生源。

污水：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）：從排氣集塵、高溫物質的直接冷卻等過程中產生。

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生。

化學需氧量（COD）：從煤炭干餾時的氨水，及冷軋、電鍍廢水中產生。

酸、堿：從冷軋工程的酸洗工程、電鍍工程等的脫脂工程中產生。

固體廢棄物

爐渣：從高爐、鐵水預處理、轉爐、電爐、二次精煉設備等的冶煉工程中產生。污泥：在各種水處理過程中產生。

灰塵：從各種干式集塵機中產生。

第一章小結

重點掌握內容：火法冶金及其主要工序；鋼鐵冶煉的任務；鋼鐵生產長流程生產工藝；鋼鐵工業(yè)能源及能耗特點；耐火材料及其要求。

第二篇：冶金工程概論

一 選擇題

1．高爐生產的產品有：

A）生鐵B）爐渣C）高爐煤氣D）爐塵

2．高爐干式除塵的方法有：

A）文氏管B）布袋除塵C）電除塵D）洗滌塔

3．高爐內對煤氣阻力最大的區(qū)域為：

A）塊狀帶B）滴落帶C）軟熔帶D）風口回旋區(qū)

4．煉鋼過程的主要反應是：

A）碳的氧化B）硅的氧化C）錳的氧化D）磷的氧化

5．常用的氧槍噴頭類型為：

A）直孔型B）拉瓦爾型C）螺旋型D）扇型

6．煉鋼終點控制主要控制：

A）鋼水成分B）鋼水溫度C）冶煉時間D）終渣量

7．堿性電弧爐煉鋼按工藝方法可分為：

A）雙渣留渣法B）返回吹氧法C）氧化法D）不氧化法

8．氧槍的常用冷卻保護介質為：

A）水B）氣態(tài)碳氫化合物C）燃料油D）植物油

9．采用頂吹氧底復合吹煉時，底部吹入的可能是：

A）N2B）ArC）O2D）H

210．高爐中配加焦炭的作用是：

A）作還原劑 B）燃燒后產生熱量C）作料柱骨架，起支撐料柱作用 D）氧化劑

11．高爐生產的主要設備為高爐本體，其輔助系統包括：

A）渣鐵處理系統B）原料系統C）煤氣處理系統D）送風系統 E）裝料系統

12．高爐濕式除塵的方法有：

A）文氏管B）布袋除塵C）電除塵D）洗滌塔

13．高爐內發(fā)生間接還原反應的區(qū)域主要在：

A）塊狀帶B）滴落帶C）軟熔帶D）風口回旋區(qū)

14．煉鋼過程前期的主要反應是：

A）碳的氧化B）硅的氧化C）錳的氧化D）磷的氧化

15．頂底復吹煉鋼法中，可以用作底吹氣體的有：

A）O2B）H2C）ArD）N2

16．在鋼水成分達到要求后，煉鋼終點控制主要控制：

A）鋼水成分B）鋼水溫度C）冶煉時間D）終渣量

17．頂底復吹煉鋼法中，常用作底吹氣體供氣的元件類型有：

A）噴嘴型B）磚型C）細金屬管多孔塞式D）環(huán)型供氣元件

18．Q-BOP法氧槍的冷卻保護介質為：

A）水B）氣態(tài)碳氫化合物C）燃料油D）植物油

19．采用頂吹氧底吹非氧化性氣體復合吹煉時，關鍵是控制：

A）頂吹和底吹的流量比B）頂槍槍位C）底氣量D）供氧強度

20．連鑄鋼坯激冷層的結構特點：

A）窄B）厚C）晶粒粗大D）晶粒細小

二、判斷題

1我國鋼鐵工業(yè)的能源構成以煤為主，能源主要消耗在煉鋼系統。

2鐵礦石中w(T.Fe)>60％稱為高爐富礦，可直接入爐。

3用固體碳還原鐵氧化物，生成CO的還原反應叫直接還原。

4轉爐終點控制主要控制鋼水碳含量和鋼水溫度。

5連鑄坯凝固組織結構由外到里分別為粗大等軸晶、柱狀晶、細小等軸晶。

6我國鋼鐵工業(yè)的主要污染物質包括空氣污染物、污水和爐塵。

7耐火材料在冶金中可用作高溫爐管，爐膛，容器，熱電偶保護管和絕緣管等。用CO還原鐵氧化物，生成CO2的還原反應屬鐵氧化化物的間接還原。鐵氧化物的還原是由高價氧化物逐級還原為低價氧化物的。

9生球的焙燒過程要經歷干燥、預熱、焙燒、均熱和冷卻五個階段。

10連鑄坯的質量缺陷主要有表面質量缺陷、內部質量缺陷和脫方。

三 名詞解釋

1）冶金學2）熱 脆3）硫負荷4）燒結礦5）爐外精煉6）料線零位7）直接還原度8）球團礦9）高爐煤氣凈化系統 10）礦物、礦石、礦石的品位11）

低溫燒結12）高爐有效容積13）槍位14）濺渣護爐 15）爐外精煉16）拉坯速度

17）熔煉 18）硬吹 19）連鑄結晶器20）連鑄機臺數、機數、流數

四 填空

1鋼鐵工業(yè)的主要污染包括、和。

2渣中和濃度之比值稱為爐渣堿度。

3氧從氣相進入金屬液有和兩種途徑。

4在燒結過程中，燒結料沿料層高度方向由上到下依次分

為，。

5高爐冶煉過程中送往高爐的熱風是由提供的。

6鋼液澆鑄的任務是，常用的方法是。

7常用脫氧元素有、和，脫氧劑的加入次序是先后。8冶金方法按冶煉工藝過程分、和，其中鋼鐵冶金屬于，采用ZnSO4 的水溶液電解制取Zn屬于。

9非高爐煉鐵主要包括和兩種方法。

10爐渣的氧化性通過來體現。爐渣吸收有害元素的能力用性質來衡量。

11水當量即。

12電弧爐的裝料原則：下，上，中間，四周，爐門口無大料，使得穿井快，不搭橋。

13轉爐爐膛內氧氣射流的特點是：。142R4.56—450表示一臺機，拉輥輥身長度為，外弧半徑為的弧形 連鑄機。

15高爐煉鐵中加入焦炭的作用是、、。煉鋼中，常用脫氧元素脫氧后的產物分別為、和。

16高爐爐型為圓斷面五段式即：、、和，五部分。

17按冶煉工藝過程分，鋼鐵冶金屬于；鋅精礦經浸出再電解得到Zn屬于、。

18爐外精煉即。

19提取冶金過程按冶金工藝過程不同分為____、_____、______三種。

20燒結料層有明顯的分層，依次出現燒結礦層、______、______、______、_____，然后又相繼消失，最后剩下燒結礦層。

21高爐煉鐵中，焦炭的作用：______、______及______。

22某大型高爐有效容積4350m3，年產370萬噸煉鋼生鐵，消耗100萬噸焦炭，每噸生鐵噴吹煤粉205kg，此高爐有效容積利用系數為_____，焦比為_____，燃料比為_____。23 根據高爐冶煉中爐料的狀態(tài)，高爐內可分為____、____、____、____和____5個區(qū)域。24 煉鋼的任務的四脫為______、_____、_____、_____，二去為_____、_____。25 頂底復吹轉爐吹煉中，前中期底吹氣體為_____，后期底吹氣體為_____。RH最主要的精煉手段是____，最主要的精煉功能是____。連鑄中，鋼水過熱度定義為_____與____之差。冶金學按研究的領域分為提取冶金學（化學冶金學）和_____；提取冶金過程按冶煉的金屬不同分為_____和____兩類。生產燒結礦時先經過______、______、______、_____等工序，然后對燒結礦進行破碎、篩分、冷卻及整粒處理。高爐煉鐵中，可以通過噴煤代替_____的部分作用。

某大型高爐有效容積4000m3，年（365天）產370萬噸煉鋼生鐵，消耗105萬噸焦炭，每噸生鐵噴吹煤粉200kg，此高爐有效容積利用系數為__，燃料比為_____。32 高爐煉鐵時熱風是由熱風爐產生的，目前用得最多的熱風爐是____。

頂底復吹轉爐煉鋼工藝包括 ______、_____、_____、_____、_____、_____等內容。34 傳統電爐煉鋼過程中，主要的金屬料為____，造渣劑主要有_____、螢石及火磚塊等。35 LF基本的精煉手段是_、、___，其精煉功能有____、____、__ __和__。36爐外精煉方法中的RH法的具體含義是_____。

連鑄機的主要設備有鋼包及回轉臺、____、結晶器、_____、____、切割裝置和引錠桿。

五 問答題為什么要選礦？選礦生產工藝過程分為幾個階段？各起什么作用？選礦方法有哪些？如何選用？衡量選礦效果有哪些技術經濟指標？粉礦造塊的意義和方法有哪些？燒結法的流程和機理是什么？燒結過程涉及到哪些化學反應？

3請用圖示法說明鋼鐵工業(yè)的兩種生產流程。以圖示出鋼鐵冶金生產長流程主要工序，并標出各工序主要原料及產品。煉鋼脫氧的方法有哪幾種，它們有什么特點？風口前燃料燃燒有何重要的意義？高爐內燃燒反應的特點是什么？寫出風口前焦炭燃燒的化學反應式。什么是回旋區(qū)和燃燒帶？高爐冶煉過程為什么P被全部還原進入生鐵中？以高爐為中心，圖示出高爐煉鐵生產中的原料及其來源和各產品的去向。高爐造渣的作用是什么？寫出有爐渣脫硫反應的化學方程式（分子式或離子式），并討論影響脫硫的因素。氧對鋼材質量有什么影響？請說出常用的脫氧方法有哪些？

10轉爐煉鋼過程對造渣有什么要求？目前用到的造渣方法根據什么確定？轉爐煉鋼時的造渣方法有哪些，各有何特點？

11轉爐煉鋼的基本任務是什么？其中影響鋼液脫碳的因素有哪些？寫出有石灰參與的氧化性脫磷反應的分子式或離子式，并討論影響脫磷的因素。13 為什么要進行爐外脫硫？采用哪些脫硫劑？主要有哪些方法？

14何謂傳統電弧爐煉鋼法？該法有哪些優(yōu)點？電弧爐煉鋼的裝料經驗是什么？鋼和生鐵有哪些區(qū)別？傳統的氧化法電爐煉鋼冶煉工藝操作過程包括哪幾個階段，其中哪三個階段為老三期，老三期每個期的任務是什么？電弧爐煉鋼的操作方法有哪兩類？爐外精煉的基本手段有哪些，其作用是什么？電弧爐有哪些主要機械設備？電弧爐的電氣設備主要由哪幾部分組成？各自的任務是什么？敘述真空提升脫氣法、循環(huán)脫氣法、鋼包爐精煉法的工作原理。敘述連鑄的工藝流程。連鑄與模鑄相比的優(yōu)越性表現在哪些方面？

21常用的弧形連鑄機的主要設備有哪些，并簡要說明各設備的作用。

22冶金的方法及其特點是什么？

23一個現代化的鋼鐵聯合企業(yè)有哪些主要工序和輔助工序，用框圖畫出鋼鐵聯合企業(yè)的生產工藝流程。

24鐵礦石入爐前需要進行哪些準備工作？燒結礦是如何形成的？

25高爐冶煉過程分為幾個區(qū)域？高爐內燃燒反應有什么特點？什么是回旋區(qū)和燃燒帶？

第三篇：冶金概論

? 冶金學是一門研究如何經濟地從礦石或其它原料中提取金屬或金屬化合物，并用一

定加工方法制成具有一定性能的金屬材料的科學。由于礦石性能不同，提取金屬的原理、工藝過程和設備不同，從而形成專門的冶金學科—冶金學。

? 冶金學研究所涉及的內容：金屬的制取，金屬的加工，金屬性能的改進→對金屬成分、組織結構、性能和相關理論的研究。

? 冶金學按研究的領域分：提取冶金學（化學冶金學）和物理冶金學（材料的加工成型，通過控制其組成、結構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

中進行很多化學反應，又稱化學冶金（chemical metallurgy）。

? 冶金學按研究的領域分：提取冶金學（化學冶金學）和物理冶金學（材料的加工成型，通過控制其組成、結構使已提取的金屬具有某種性能）。

按所冶煉金屬類型分： ?有色冶金生鐵、鋼和鐵合金? ?鋼鐵冶金（黑色冶金）

按冶金工藝過程不同分：火法冶金，濕法冶金，電冶金

火法冶金：干燥：去水，溫度為400~600℃。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。燒結與球團：以獲得特定礦物組成、結構及性能的造塊。熔煉：還原氧化物，提取粗金屬。精煉：氧化雜質，獲得純金屬。鑄造：液態(tài)金屬凝固成固態(tài)。

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；易改質處理

冶金發(fā)展史：遠古至13世紀末：半熔融狀態(tài)的鐵塊—海綿鐵；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爐煉鋼法；（酸性爐襯，高鋁磚，不能脫磷1864年法國人發(fā)明了平爐煉鋼法； 1874年發(fā)明了空氣底吹堿性轉爐煉鋼法；（堿性爐襯，鎂碳磚）20世紀初發(fā)明了電弧爐煉鋼；20世紀中葉氧氣頂吹轉爐（LD法）。

鋼鐵生產的兩個典型流程

長流程：燒結/球團— 高爐—轉爐—連鑄機—軋機（高爐煉鐵）

短流程：直接還—電爐—連鑄機—軋機原或熔融還原

鋼鐵生產的典型工藝（長流程）

鋼鐵產品：生鐵，鋼。副產品：爐渣，煤氣生鐵：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，按其用途可分為煉鋼生鐵和鑄造生鐵。爐渣：是爐料在冶煉過程中不能進到生鐵和鋼中的氧化物、硫化物等形成的熔融體。

其主要成分是CaO、MgO、SiO2、Al2O3、MnO、FeO、P2O5、CaS等。根據冶煉方法的不同，鋼鐵生產產生的爐渣分為高爐渣和煉鋼渣，按爐渣中含有不同的化學成分又可分為堿性渣和酸性渣。煤氣：鋼鐵生產中還能獲得大量的可燃氣體，高爐煉鐵可產生高爐煤氣，轉爐煉鋼可獲得轉爐煤氣，煉焦時可得焦爐煤氣等。煤氣主要成分：CO、H2、CO2、N2、CH

4鋼鐵生產用能源：鋼鐵工業(yè)是能源消耗的大戶，約占全國總能源消耗量的10～11％。鋼鐵生產所用能源主要有煤炭、燃料油(重油)、天然氣、電力等。

煤占鋼鐵生產中燃料消耗的70%，鋼鐵工業(yè)用煤量已超過煤炭總產量的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生產。

鋼鐵工業(yè)消耗：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60～70％。其主要耗于煉鐵系統，焦化、燒結、球團、煉鐵等工序，占鋼鐵生產能耗的一半以上。

節(jié)能途徑：改進生產工藝及操作，更新和改造耗能高的設備。降低能源損失（“廢料”、煤氣、熱能、壓力能），減少生產工序?；厥绽蒙⑹崃?。加強企業(yè)能源管理，加強能源利用技術的研究工作，提高操作技術水平，充分發(fā)揮現有設備能力，以節(jié)能為目標合理組織生產。

耐火材料：凡是耐火度高于1580℃，能在一定程度上抵抗溫度驟變、爐渣侵蝕和承受高溫荷重作用的無機非金屬材料，稱為耐火材料。耐火材料由耐火砂巖進入到現代科技產品，已成為獨立的生產行業(yè)，其產品的60～80％消耗于冶金工業(yè)。鋼鐵生產對耐火材料的要求是：耐火度高；能抵抗溫度驟變；抗熔渣、金屬液等侵蝕能力強；高溫性能和化學穩(wěn)定性好。

鋼鐵廠產生的各種污染物有：大氣污染物質、污水、固體廢棄物

大氣污染物：SOX：是通過原料、燃料中硫磺成分的燃燒而產生的。燒結工廠等為其主要發(fā)生源。NOX：通過燃燒后發(fā)生。燒結工廠等為其主要發(fā)生源。煤塵：通過燃燒后發(fā)生。燒結爐、各加熱爐為其發(fā)生源。粉塵：從燃料原料的輸送、處理過程，及儲藏場中產生。煉鐵、煉鋼工程為其主要發(fā)生源。

污水：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）：從排氣集塵、高溫物質的直接冷卻等過

程中產生。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

因而產生?；瘜W需氧量（COD）：從煤炭干餾時的氨水，及冷軋、電鍍廢水中產生。酸、堿：從冷軋工程的酸洗工程、電鍍工程等的脫脂工程中產生。

固體廢棄物爐渣：從高爐、鐵水預處理、轉爐、電爐、二次精煉設備等的冶煉工程中產生。污泥：在各種水處理過程中產生?；覊m：從各種干式集塵機中產生。

主要原料：高爐冶煉用的原料主要有鐵礦石（天然富礦和人造富礦）、燃料（焦炭和噴吹燃料）、熔劑（石灰石與白云石等）。冶煉1t生鐵大約需要1.6~2.0t礦石，0.4~0.6t焦炭，0.2~0.4t熔劑。高爐冶煉是連續(xù)生產過程，必須盡可能為其提供數量充足、品味高、強度好、粒度均勻粉末少、有害雜質少及性能穩(wěn)定的原料。

鐵礦石工藝流程：礦石→破碎→篩分→富礦→混勻→天然塊礦→高爐；

礦石→破碎→篩分→貧礦 →磨礦→篩分→選礦→ 造塊→人造富礦→高爐

燃料：焦炭的作用：發(fā)熱劑、還原劑及料柱骨架。粒度：大型高爐 40~60mm；中型高爐 25~40mm； 小型高爐 15~25mm；噴吹燃料：固體（無煙煤與煙煤粉）液體（重油、煤焦油）氣體（天然氣或焦爐煤氣）

? 溶劑：熔劑主要使用石灰石和白云石；

? 熔劑的要求：

? 有效成分含量高（CaO+MgO）；

? 有害雜質S、P低；

? 粒度均勻，強度好，粉末少。

? 熔劑的作用：

? 助熔，改善流動性，使渣鐵容易分離；

? 脫硫（焦炭和礦石中S）。

燒結：將各種粉狀鐵，配入適宜的燃料和熔劑，均勻混合，然后放在燒結機點火燒結。在燃料燃燒產生高溫和一系列物理化學變化作用下，部分混合料顆粒表面發(fā)生軟化熔融，產生一定數量的液相，并潤濕其它未融化的礦石顆粒。冷卻后，液相將礦粉顆粒粘結成塊。這一過程叫是燒結，所的到的塊礦叫燒結礦

? 然結過程：燒結料層有明顯的分層，依次出現燒結礦層、燃燒層、預熱和干燥層、過濕層，然后又

相繼消失，最后剩下

燒結礦層。

抽風燒結工藝流程

? 燒結過程主要反應；燃燒反應：C+O2，燒結廢氣中以CO2為主，存在少量CO，還有一些自由氧和氮。

2C+O2=2CO； C+O2=CO

2? 分解反應：

結晶水的分解：褐鐵礦（mFe2O3·nH2O）

高嶺土（Al2O3· 2SiO2·2H2O)

熔劑分解：CaCO3=CaO+CO2(750℃以上)

MgCO3=MgO+CO2(720℃)

? 還原與再氧化反應：Fe、Mn等

靠近燃料顆粒處：3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2;

Fe3O4+CO=3FeO+CO2;

遠離燃料顆粒處：2Fe3O4+1/2O2=3Fe2O3;

3FeO+1/2O2=Fe3O4.? 氣化反應：脫硫85％～95％。

FeS2+11/2O2=Fe2O3+4SO

22FeS+7/2O2=Fe2O3+2SO2

? 燒結礦：燒結礦是一種由多種礦物組成的復合體。由含鐵礦物和脈石礦物組成的液

相粘結在一起組成。

? 含鐵礦物有磁鐵礦、方鐵礦（或浮氏體）、赤鐵礦

? 粘結相主要有鐵橄欖石、鈣鐵橄欖石、硅灰石、硅酸二鈣、硅酸三鈣、鐵酸鈣、鈣

鐵灰石及少量反應不全的游離石英和石灰。

球團：將準備好的原料(細磨精礦或其他細磨粉狀物料、添加劑等)，按一定比例經過配料、混勻制成一定尺寸的小球，然后采用干燥焙燒或其他方法使其發(fā)生一系列的物理化學變化而硬化固結．這一過程即為球團生產過程．其產品即為球團礦。

? 球團礦生產的工藝流程一般包括原料準備、配料、混合、造球、干燥和焙燒、冷卻、成品和返礦處理等工序。

高爐冶煉過程及特點：現代高爐生產過程是一個龐大的生產體系，除高爐本體外，還有供料、送風、煤氣凈化除塵、噴吹燃料和渣鐵處理等系統。

? 高爐煉鐵的本質

傳質過程：礦石中的O2-O2-

進入煤氣中，實現鐵與氧的分離

傳熱過程：煤氣攜帶的熱量傳給爐料，使爐料熔化成渣鐵，實現渣鐵分離

第四篇：冶金概論論文

選課課號：(2011-2012-2)-BG11191-320001-1課程類別：公選課

《冶金工程概論》課程考核

題目：

（課程論文）鋼鐵冶金聯合企業(yè)生產環(huán)及過程及特點—冶金與計算機科學的聯系

作者：學號：

授課教師：杜長坤

班級： 計算機科學與技術1102級

重慶科技學院冶金與材料工程學院

2012年5月 8日中國重慶

鋼鐵冶金聯合企業(yè)生產環(huán)及過程及特點—冶金與計算機科學的聯系

作者：***

重慶科技學院電氣信息工程學院計算機科學與技術班

摘要：鋼鐵工業(yè)是國家的基礎工業(yè)之一，鋼鐵產量往往是衡量一個國家工業(yè)水平和生產能力的主要標志，首先要提高鋼鐵生產就必須明確知道起生產環(huán)節(jié)及特點等，這樣才可以知道該怎么改進設備以提高鋼鐵生產，節(jié)約成本。而隨著計算機科學的不斷提高，計算機專業(yè)在鋼鐵生產中占著不可或缺的重要地位！關鍵詞：冶金環(huán)節(jié)鋼鐵生產計算機科學

1.冶金煉鐵的生產過程

現代化的鋼鐵聯合生產企業(yè)，其生產環(huán)節(jié)是一個復雜而龐大的生產體系，每個生產環(huán)節(jié)都有其主要生產過程、主要設備、生產方法以及特點。主要包括原料處理、煉鐵、煉鋼、軋鋼、能源供應、交通運輸等。

1.1選原材料

煉鐵原料： 1，鐵礦石：一種或幾種含鐵礦物和脈石組成2，燃料：焦炭，并作為還原劑 3，熔劑：有酸、堿之分，多選用堿性石灰石，選礦經歷了從處理粗粒物料到細粒物料、從處理簡單礦石到復雜礦石、從單純使用物理方法向使用物理化學方法和化學方法的發(fā)展過程。包括精礦、中間產品、尾礦的脫水，尾礦堆置和廢水處理。選礦主要在水中進行，選后產品需要脫水干燥。方法有重力泄水、濃縮、過濾和干燥。尾礦水可回收再用。不合排放標準的廢水須經凈化處理。舊尾礦場地要進行植被、復田。

1.2煉鐵

煉鐵是把鐵礦石還原成生鐵的連續(xù)生產過程，其中，高爐冶煉在鋼鐵工業(yè)中占有重要地位。具體的煉鐵過程為：

(1)爐頂裝入鐵礦石、焦炭、造渣用熔劑(石灰石)

燃料的燃燒：焦碳自爐頂下落至風口時與空氣相遇，燃燒，進行放熱反應。

C+O2→CO2+1600～1750℃

CO2上升，遇赤熱焦碳，被還原成CO

CO2+C→2CO-Δ

CO熱氣繼續(xù)上升，遇熱礦石，發(fā)生還原反應，將Fe還原出來

(2)從位于爐子下部沿爐周的風口吹入經預熱的空氣

(3)在高溫下焦炭（也噴吹煤粉、重油、天然氣等輔助燃料）中的碳同鼓入空氣中的氧燃燒生成的一氧化碳和氫氣，在爐內上升過程中除去鐵礦石中的氧，從而還原得到鐵。鐵的還原：直接或間接還原兩種.1）直接還原：950℃以上，固體碳呈煙狀進入礦石孔隙內完成反應。FeO+C→Fe+CO

2CO→CO2+C

2）間接還原：開始于爐口（250℃－350℃）終止于950℃。順序地利用CO，將高價的鐵氧化物還原成低價的鐵氧化物。

3Fe2O3+CO→2Fe3O4+CO

22Fe3O4+2CO→6FeO+2CO2

6FeO+6CO→6Fe+6CO2

(4)煉出的鐵水從鐵口放出

(5)鐵礦石中不還原的雜質和石灰石等熔劑結合生成爐渣，從渣口排出。爐渣具有重要作用：

1）熔化其余各種氧化物，控制生鐵合格成分。

2）浮在熔融液表面，能保護金屬，防止其過分氧化、熱量散失或不致過熱。因添加劑不同，有酸性、堿性、中性渣。

造渣是礦石中廢料，燃料中灰分與熔劑熔合過程的產物。與熔融金屬液不互熔，又比其輕，能浮在熔體表面，便于排出。

主要成分；SiO2、Al2O3、CaO,及少量MnO、FeO、CaS等。

產生的煤氣從爐頂導出，經除塵后，作為熱風爐、加熱爐、焦爐、鍋爐等的燃料。特點：

高爐煉鐵的缺點：投資大、流程長，能耗高，污染大。

改進：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生產鐵，以供電爐煉鋼二次精煉，連鑄連軋。

直接還原：用煤或天然氣等還原劑直接將固態(tài)鐵礦石還原成固態(tài)海綿鐵。可用煤基回轉窯、氣基豎爐等設備直接還原。

煤基回轉窯中：Fe2O3+3CO→2Fe+3CO

2氣基豎爐中：CH4+H2O→CO+3H2+天然氣裂化反應

Fe2O3+3H2→2Fe+3H2O

Fe2O3+3CO→2Fe+3CO2

1.3煉鋼

煉鋼，就是通過冶煉來降低生鐵中的碳和去除有害雜質，再根據對鋼性能的要求加入適量的合金元素，使其成為具有高的強度、韌性或其它特殊性能的鋼。主要方法有三種：

（1）氧氣轉爐煉

氧氣頂吹轉爐煉鋼設備工藝，如圖4所示。按

照配料要求，先把廢鋼等裝入爐內，然后倒入鐵水，并加入適量的造渣材料（如生石灰等）。加料后，把氧氣噴槍從爐頂插入爐內，吹入氧氣（純度大于

99％的高壓氧氣流），使它直接跟高溫的鐵水發(fā)生

氧化反應，除去雜質。用純氧代替空氣可以克服由

于空氣里的氮氣的影響而使鋼質變脆，以及氮氣排

出時帶走熱量的缺點。在除去大部分硫、磷后，當

鋼水的成分和溫度都達到要求時，即停止吹煉，提升噴槍，準備出鋼。出鋼時使爐體傾斜，鋼水從出鋼口注入鋼水包里，同時加入脫氧劑進行脫氧和調節(jié)成分。鋼水合格后，可以澆成鋼的鑄件或鋼錠，鋼錠可以再軋制成各種鋼材。氧氣頂吹轉爐在煉鋼過程中會產生大量棕色煙氣，它的主要成分是氧化鐵塵粒和高濃度的一氧化碳氣體等。因此，必須加以凈化回收，綜合利用，以防止污染環(huán)境。從回收設備得到的氧化鐵塵?？梢杂脕頍掍?；一氧化碳可以作化工原料或燃料；煙氣帶出的熱量可以副產水蒸氣。此外，煉鋼時，生成的爐渣也可以用來做鋼渣水泥，含磷量較高的爐渣，可加工成磷肥，等等。

氧氣頂吹轉爐煉鋼法具有冶煉速度快、煉出的鋼種較多、質量較好，以及建廠速度快、投資少等許多優(yōu)點。但在冶煉過程中都是氧化性氣氛，去硫效率差，昂貴的合金元素也易被氧化而損耗，因而所煉鋼種和質量就受到一定的限制。特點：熱平衡條件更為有利，所以原料中可以加入較多廢鋼（可達30％左右），所產的鋼含氮量低，質量更好。它不耗燃料，而且生產率高得多，利用廢鋼的能

力雖差一些，但在廢鋼來源不多的多數地區(qū)也已夠用。

（2）電弧爐冶煉

電爐熔煉工藝包括：

1）、裝料

2）、熔化期：占一半以上冶煉時間，耗電達三分之二，包括起弧、穿井、電極回升、熔清、吹氧助熔。

3）、氧化期：脫碳、脫磷、升溫

4）、還原期：造還原渣，以碳硅為主要還原劑，脫出鋼中氧、硫，調整成分和溫度。

5）、出鋼：當鋼水成份溫度合格，脫氧良好，爐渣變白，流動性好，即可向爐內加入終脫氧劑，然后出鋼。出鋼溫度比液相線高出70—120℃。

特點：電弧爐以電為熱源，可以迅速熔化廢鋼和合金，而且可以基本密閉，排除大氣的作用。另一方面，電弧爐一般容量較小（同轉爐和平爐比），操作成本較高。由于這些特點，電弧爐煉鋼法曾主要用來生產特殊鋼或合金鋼。但近年來，隨著電弧爐本身大型化和加大功率的成功，降低了電弧爐鋼的生產成本，加上用廢鋼作原料價格低廉，在工業(yè)發(fā)達國家中出現了許多專門煉普通鋼的電弧爐鋼廠。

（3）平爐煉鋼

相隔10年之后，法國人馬丁利用蓄熱池原理發(fā)明了平爐煉鋼法,1888年出現了堿性平爐。由于平爐煉鋼法適應于各種原材料條件（鐵水和廢鋼可用任何比例），對原料的要求不那么嚴格，容量大，生產的品種多，所以不到20年它就成為世界上主要的煉鋼方法，直到20世紀50年代，在世界鋼產量中，約85%是平爐煉出來的平爐煉鋼法長期占居煉鋼工藝主導地位。

特點：就是在廢鋼與生鐵配比方面和生鐵磷含量方面有寬廣的適應能力，因而在發(fā)明后為全世界廣泛采用。

2.冶金與計算機科學的聯系

隨著科學技術的高速發(fā)展，隨著計算機技術的多層次應用，冶金技術的提高必須依靠計算機科學與技術的協調發(fā)展才可以得到跨越性的提高，在鋼鐵生產中高爐煉鐵較其他部門需要更復雜的數學模型，目前計算機控制主要用于各種數據的收集、分析、記錄，爐料的稱量、校正、裝卸、運輸，控制熱平衡，穩(wěn)定爐況等。高爐計算機控制，現在傾向于采用以下兩種形式:

①分支控制，即上料系統和熱風爐各用一臺小型計算機控制，高爐本體另用一臺主計算機控制。也有數座高爐共用一臺主機集中控制，而每座高爐的熱風及上料系統，各由一臺小型計算機控制。②將高爐分成若干區(qū)域，進行局部控制。計算機接受高爐各部分發(fā)來的信號，然后發(fā)出指令，直接傳送給調節(jié)器或提供給操作人員。

計算機除作數據記錄、稱量控制和配料計算等工作外，還用于高爐模型的控制。其主要項目是：①熱狀態(tài)和透氣性；②預報生鐵含硅量；③應該采取的即時措施（如礦焦比、風量、風溫、濕度等）及為防止漏水所必需的指令

總的說來，計算機在煉鐵過程中的應用現在仍然處于發(fā)展階段。但隨著對高爐大型化、連續(xù)化、高速化和高效率化等的要求日益迫切，實現高爐總體的自動化，無疑是必由之路。

第五篇：冶金概論論文

淺述低溫燒結技術的發(fā)展

引言：低溫燒結是當今世界上先進的燒結技術,該技術既能提高燒結礦質量、增加產量又能降低能耗。這種生產工藝在解決了燒結礦的還原性和強度之間存在的矛盾同時又減少了固體燃耗,因此了解低溫燒結是必要的。所謂低溫燒結就是用低溫燒結法生產出的燒結礦,其液相粘結是以針狀鐵酸鈣為主的粘結相。這種燒結礦具有FcO含量低、還原性能好、冷熱態(tài)強度高、固體燃料消耗低的特點,是進一步降低煉鐵能耗的一項十分有效的技術措施。

一、低溫燒結

低溫燒結(low temperature sintering)是一種鐵礦石燒結工藝。它以較低的燒結溫度，產生一種強度高、還原性好的較理想的黏結相礦物——針狀鐵酸鈣，并以此去粘結那些部分起反應或未起反應的殘余礦石。

二、工藝原理

工藝礦物學的研究表明：燒結礦質量的優(yōu)劣與其中黏結相礦物有密切關系。在眾多的黏結相礦物中以針狀鐵酸鈣礦物的還原性及機械強咬最好。因之，提高燒結礦質量的重要途徑是發(fā)展以針狀鐵酸鈣為主的燒結礦牯結相礦物。針狀鐵酸鈣是一種鈣、鋁、硅復合鐵酸鹽，簡寫為SFCA。道森(P．R．Dawson)試驗表明，SFCA是一種部分Fe2O3被SiO2和Al2O3。所取代的鐵酸半鈣。此外還表明Al2O3。對鐵酸鹽的形成是必不可少的，而鐵酸鹽生成的形態(tài)與SiO2的含量有關。當SiO2在燒結礦中含量x(SiO2)>8%，鐵酸鹽呈細纖維狀或針狀，而SiO2含量低時(x(SiO2)<4%)形成致密的鐵酸鹽。此外鐵酸鹽的形態(tài)還受溫度的影響。

三、工藝特點

低溫燒結與高溫熔融型燒結工藝相比，有以下特點：(1)燒結溫度低，高溫保持時間長。低溫燒結工藝的最佳燒結溫度為1230～1270℃，最高不超過1300℃。1100℃以上的高溫保持時間在3～5min以上，比高溫熔融型燒結工藝要長1～3min。

(2)燒結礦的膠結相以針狀鐵酸鈣為主，其數量超過30%～40%，而高溫熔融型燒結礦，由于燒結溫度超過1300℃，針狀鐵酸鈣變?yōu)橹鶢罨蚍纸?，其數量將急劇減少。

(3)燒結礦的顯微結構為交織熔蝕結構。理想的燒結礦結構，是由兩種礦相組成的非均質結構。一種屬于多元體系的針狀膠結相，另一種是被上述膠結相所膠結的殘留礦石顆粒。其中未熔礦石約占30%～40%。以赤鐵礦為主的燒結料，其殘余結構礦石為赤鐵礦；以磁鐵礦為主的燒結料，其殘余結構礦石為磁鐵礦。

四、工藝條件

生產中要實現低溫燒結工藝應具有以下條件：(1)良好的原料準備。對原料、燃料、熔劑和返礦等燒結原料應進行嚴格整粒，充分混勻。并應有一定比例的粒度粗、強度高、還原性好，多孔的礦石作為成球核心。以化學反應好，易于形成鐵酸鈣的細礦粉作為外面的粘附顆粒，借以獲得理想的準顆粒結構。嚴格控制制粒的水分，加強混合料的制粒，最大限度的提高料層透氣性。

(2)生產高堿度燒結礦。一般鐵礦粉或鐵精礦絕大多數都是酸性礦，為獲得針狀鐵酸鈣，必須添加較多的石灰石或生石灰。據研究，燒結礦堿度(CaO/SiO2)1.5以上時，即有一定量鐵酸鈣出現，但以堿度1.7～1.8為最好。

(3)燒結礦中要有適宜的鋁硅比Al2O3/SiO2。以0.1～0.2為宜，只有這樣才可在較低的燒結溫度下(1230～1270℃)促成針狀鐵酸鹽的生成。

(4)合理的燒結制度。由Fe2O3和CaO組成的熔體大約在1200℃產生。當溫度超過1300℃時，鐵酸鈣熔解或熔化變?yōu)榇紊噼F礦或磁鐵礦及渣相。另外，為使針狀鐵酸鈣和“粒狀赤鐵礦”穩(wěn)定形成，溫度又要嚴格控制在高于1250℃，而且1100℃以上的高溫保持時間應長一些，以保證有足夠的反應時間。因此，低溫燒結的工藝操作．要求低碳、高料層、高氧位，并按原料的特性，采用合理的點火、燒結制度。

低溫燒結礦由于強度好、亞鐵低、還原度高，因此在燒結節(jié)能、高爐增產節(jié)焦等方面都十分顯著。

三、低溫燒結技術的發(fā)展

四、低溫燒結技術的未來

五、參考資料

1、冶金工藝介紹——低溫燒結 ．中國冶金行業(yè)網 [引用日期2012-11-7] ．

2、本鋼技術，月刊，1998年第04期