第一篇：冶金概論

? 冶金學(xué)是一門研究如何經(jīng)濟(jì)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(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)。

? 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(jìn)→對(duì)金屬成分、組織結(jié)構(gòu)、性能和相關(guān)理論的研究。

? 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)（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(jìn)行很多化學(xué)反應(yīng)，又稱化學(xué)冶金（chemical metallurgy）。

? 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)（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）。

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?cè)辖M成為目的的、在低于礦石熔點(diǎn)溫度下、在特定氣氛中進(jìn)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(tuán)：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)。

鋼鐵是使用最多的金屬材料 原因：儲(chǔ)量大；冶煉加工容易；綜合性能好；易改質(zhì)處理

冶金發(fā)展史：遠(yuǎn)古至13世紀(jì)末：半熔融狀態(tài)的鐵塊—海綿鐵；13世紀(jì)末至19世紀(jì)中葉：熔融狀態(tài)的生鐵→粗鋼，形成兩步法煉鋼；19世紀(jì)中期至今 ：1856年英國(guó)人發(fā)明了空氣底吹酸性轉(zhuǎn)爐煉鋼法；（酸性爐襯，高鋁磚，不能脫磷1864年法國(guó)人發(fā)明了平爐煉鋼法； 1874年發(fā)明了空氣底吹堿性轉(zhuǎn)爐煉鋼法；（堿性爐襯，鎂碳磚）20世紀(jì)初發(fā)明了電弧爐煉鋼；20世紀(jì)中葉氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐（LD法）。

鋼鐵生產(chǎn)的兩個(gè)典型流程

長(zhǎng)流程：燒結(jié)/球團(tuán)— 高爐—轉(zhuǎn)爐—連鑄機(jī)—軋機(jī)（高爐煉鐵）

短流程：直接還—電爐—連鑄機(jī)—軋機(jī)原或熔融還原

鋼鐵生產(chǎn)的典型工藝（長(zhǎng)流程）

鋼鐵產(chǎn)品：生鐵，鋼。副產(chǎn)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(chǎn)，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(jìn)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(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。煤氣：鋼鐵生產(chǎn)中還能獲得大量的可燃?xì)怏w，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(shí)可得焦?fàn)t煤氣等。煤氣主要成分：CO、H2、CO2、N2、CH

4鋼鐵生產(chǎn)用能源：鋼鐵工業(yè)是能源消耗的大戶，約占全國(guó)總能源消耗量的10～11％。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(jī)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)。

鋼鐵工業(yè)消耗：我國(guó)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(tǒng)，焦化、燒結(jié)、球團(tuán)、煉鐵等工序，占鋼鐵生產(chǎn)能耗的一半以上。

節(jié)能途徑：改進(jìn)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?；厥绽蒙⑹崃俊＜訌?qiáng)企業(yè)能源管理，加強(qiáng)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(biāo)合理組織生產(chǎn)。

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(jī)非金屬材料，稱為耐火材料。耐火材料由耐火砂巖進(jìn)入到現(xiàn)代科技產(chǎn)品，已成為獨(dú)立的生產(chǎn)行業(yè)，其產(chǎn)品的60～80％消耗于冶金工業(yè)。鋼鐵生產(chǎn)對(duì)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(qiáng)；高溫性能和化學(xué)穩(wěn)定性好。

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

大氣污染物：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(chǔ)藏場(chǎng)中產(chǎn)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(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）：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(jī)械等所使用的油所發(fā)生的漏泄及冷軋工程使用軋制機(jī)的機(jī)油等原

因而產(chǎn)生。化學(xué)需氧量（COD）：從煤炭干餾時(shí)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、電鍍工程等的脫脂工程中產(chǎn)生。

固體廢棄物爐渣：從高爐、鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐、電爐、二次精煉設(shè)備等的冶煉工程中產(chǎn)生。污泥：在各種水處理過程中產(chǎn)生?；覊m：從各種干式集塵機(jī)中產(chǎn)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(chǎn)過程，必須盡可能為其提供數(shù)量充足、品味高、強(qiáng)度好、粒度均勻粉末少、有害雜質(zhì)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?fàn)t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(zhì)S、P低；

? 粒度均勻，強(qiáng)度好，粉末少。

? 熔劑的作用：

? 助熔，改善流動(dòng)性，使渣鐵容易分離；

? 脫硫（焦炭和礦石中S）。

燒結(jié)：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(jié)機(jī)點(diǎn)火燒結(jié)。在燃料燃燒產(chǎn)生高溫和一系列物理化學(xué)變化作用下，部分混合料顆粒表面發(fā)生軟化熔融，產(chǎn)生一定數(shù)量的液相，并潤(rùn)濕其它未融化的礦石顆粒。冷卻后，液相將礦粉顆粒粘結(jié)成塊。這一過程叫是燒結(jié)，所的到的塊礦叫燒結(jié)礦

? 然結(jié)過程：燒結(jié)料層有明顯的分層，依次出現(xiàn)燒結(jié)礦層、燃燒層、預(yù)熱和干燥層、過濕層，然后又

相繼消失，最后剩下

燒結(jié)礦層。

抽風(fēng)燒結(jié)工藝流程

? 燒結(jié)過程主要反應(yīng)；燃燒反應(yīng)：C+O2，燒結(jié)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(yīng)：

結(jié)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(yīng)：Fe、Mn等

靠近燃料顆粒處：3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2;

Fe3O4+CO=3FeO+CO2;

遠(yuǎn)離燃料顆粒處：2Fe3O4+1/2O2=3Fe2O3;

3FeO+1/2O2=Fe3O4.? 氣化反應(yīng)：脫硫85％～95％。

FeS2+11/2O2=Fe2O3+4SO

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

? 燒結(jié)礦：燒結(jié)礦是一種由多種礦物組成的復(fù)合體。由含鐵礦物和脈石礦物組成的液

相粘結(jié)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(jié)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(yīng)不全的游離石英和石灰。

球團(tuán)：將準(zhǔn)備好的原料(細(xì)磨精礦或其他細(xì)磨粉狀物料、添加劑等)，按一定比例經(jīng)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(xué)變化而硬化固結(jié)．這一過程即為球團(tuán)生產(chǎn)過程．其產(chǎn)品即為球團(tuán)礦。

? 球團(tuán)礦生產(chǎn)的工藝流程一般包括原料準(zhǔn)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(diǎn)：現(xiàn)代高爐生產(chǎn)過程是一個(gè)龐大的生產(chǎn)體系，除高爐本體外，還有供料、送風(fēng)、煤氣凈化除塵、噴吹燃料和渣鐵處理等系統(tǒng)。

? 高爐煉鐵的本質(zhì)

傳質(zhì)過程：礦石中的O2-O2-

進(jìn)入煤氣中，實(shí)現(xiàn)鐵與氧的分離

傳熱過程：煤氣攜帶的熱量傳給爐料，使?fàn)t料熔化成渣鐵，實(shí)現(xiàn)渣鐵分離

第二篇：冶金工程概論

一 選擇題

1．高爐生產(chǎn)的產(chǎn)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(nèi)對(duì)煤氣阻力最大的區(qū)域?yàn)椋?/p>

A）塊狀帶B）滴落帶C）軟熔帶D）風(fēng)口回旋區(qū)

4．煉鋼過程的主要反應(yīng)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(diǎn)控制主要控制：

A）鋼水成分B）鋼水溫度C）冶煉時(shí)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(hù)介質(zhì)為：

A）水B）氣態(tài)碳?xì)浠衔顲）燃料油D）植物油

9．采用頂吹氧底復(fù)合吹煉時(shí)，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(chǎn)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(chǎn)的主要設(shè)備為高爐本體，其輔助系統(tǒng)包括：

A）渣鐵處理系統(tǒng)B）原料系統(tǒng)C）煤氣處理系統(tǒng)D）送風(fēng)系統(tǒng) E）裝料系統(tǒng)

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(nèi)發(fā)生間接還原反應(yīng)的區(qū)域主要在：

A）塊狀帶B）滴落帶C）軟熔帶D）風(fēng)口回旋區(qū)

14．煉鋼過程前期的主要反應(yīng)是：

A）碳的氧化B）硅的氧化C）錳的氧化D）磷的氧化

15．頂?shù)讖?fù)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(dá)到要求后，煉鋼終點(diǎn)控制主要控制：

A）鋼水成分B）鋼水溫度C）冶煉時(shí)間D）終渣量

17．頂?shù)讖?fù)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(xì)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(hù)介質(zhì)為：

A）水B）氣態(tài)碳?xì)浠衔顲）燃料油D）植物油

19．采用頂吹氧底吹非氧化性氣體復(fù)合吹煉時(shí)，關(guān)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(qiáng)度

20．連鑄鋼坯激冷層的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

A）窄B）厚C）晶粒粗大D）晶粒細(xì)小

二、判斷題

1我國(guó)鋼鐵工業(yè)的能源構(gòu)成以煤為主，能源主要消耗在煉鋼系統(tǒng)。

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(yīng)叫直接還原。

4轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)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(jié)構(gòu)由外到里分別為粗大等軸晶、柱狀晶、細(xì)小等軸晶。

6我國(guó)鋼鐵工業(yè)的主要污染物質(zhì)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(hù)管和絕緣管等。用CO還原鐵氧化物，生成CO2的還原反應(yīng)屬鐵氧化化物的間接還原。鐵氧化物的還原是由高價(jià)氧化物逐級(jí)還原為低價(jià)氧化物的。

9生球的焙燒過程要經(jīng)歷干燥、預(yù)熱、焙燒、均熱和冷卻五個(gè)階段。

10連鑄坯的質(zhì)量缺陷主要有表面質(zhì)量缺陷、內(nèi)部質(zhì)量缺陷和脫方。

三 名詞解釋

1）冶金學(xué)2）熱 脆3）硫負(fù)荷4）燒結(jié)礦5）爐外精煉6）料線零位7）直接還原度8）球團(tuán)礦9）高爐煤氣凈化系統(tǒng) 10）礦物、礦石、礦石的品位11）

低溫?zé)Y(jié)12）高爐有效容積13）槍位14）濺渣護(hù)爐 15）爐外精煉16）拉坯速度

17）熔煉 18）硬吹 19）連鑄結(jié)晶器20）連鑄機(jī)臺(tái)數(shù)、機(jī)數(shù)、流數(shù)

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(jìn)入金屬液有和兩種途徑。

4在燒結(jié)過程中，燒結(jié)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(fēng)是由提供的。

6鋼液澆鑄的任務(wù)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(xiàn)。爐渣吸收有害元素的能力用性質(zhì)來衡量。

11水當(dāng)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(zhuǎn)爐爐膛內(nèi)氧氣射流的特點(diǎn)是：。142R4.56—450表示一臺(tái)機(jī)，拉輥輥身長(zhǎng)度為，外弧半徑為的弧形 連鑄機(jī)。

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(chǎn)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(jīng)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(jié)料層有明顯的分層，依次出現(xiàn)燒結(jié)礦層、______、______、______、_____，然后又相繼消失，最后剩下燒結(jié)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(chǎn)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(shù)為_____，焦比為_____，燃料比為_____。23 根據(jù)高爐冶煉中爐料的狀態(tài)，高爐內(nèi)可分為____、____、____、____和____5個(gè)區(qū)域。24 煉鋼的任務(wù)的四脫為______、_____、_____、_____，二去為_____、_____。25 頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)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(xué)按研究的領(lǐng)域分為提取冶金學(xué)（化學(xué)冶金學(xué)）和_____；提取冶金過程按冶煉的金屬不同分為_____和____兩類。生產(chǎn)燒結(jié)礦時(shí)先經(jīng)過______、______、______、_____等工序，然后對(duì)燒結(jié)礦進(jìn)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(chǎn)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(shù)為__，燃料比為_____。32 高爐煉鐵時(shí)熱風(fēng)是由熱風(fēng)爐產(chǎn)生的，目前用得最多的熱風(fēng)爐是____。

頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝包括 ______、_____、_____、_____、_____、_____等內(nèi)容。34 傳統(tǒng)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(jī)的主要設(shè)備有鋼包及回轉(zhuǎn)臺(tái)、____、結(jié)晶器、_____、____、切割裝置和引錠桿。

五 問答題為什么要選礦？選礦生產(chǎn)工藝過程分為幾個(gè)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(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)？粉礦造塊的意義和方法有哪些？燒結(jié)法的流程和機(jī)理是什么？燒結(jié)過程涉及到哪些化學(xué)反應(yīng)？

3請(qǐng)用圖示法說明鋼鐵工業(yè)的兩種生產(chǎn)流程。以圖示出鋼鐵冶金生產(chǎn)長(zhǎng)流程主要工序，并標(biāo)出各工序主要原料及產(chǎn)品。煉鋼脫氧的方法有哪幾種，它們有什么特點(diǎn)？風(fēng)口前燃料燃燒有何重要的意義？高爐內(nèi)燃燒反應(yīng)的特點(diǎn)是什么？寫出風(fēng)口前焦炭燃燒的化學(xué)反應(yīng)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(jìn)入生鐵中？以高爐為中心，圖示出高爐煉鐵生產(chǎn)中的原料及其來源和各產(chǎn)品的去向。高爐造渣的作用是什么？寫出有爐渣脫硫反應(yīng)的化學(xué)方程式（分子式或離子式），并討論影響脫硫的因素。氧對(duì)鋼材質(zhì)量有什么影響？請(qǐng)說出常用的脫氧方法有哪些？

10轉(zhuǎn)爐煉鋼過程對(duì)造渣有什么要求？目前用到的造渣方法根據(jù)什么確定？轉(zhuǎn)爐煉鋼時(shí)的造渣方法有哪些，各有何特點(diǎn)？

11轉(zhuǎn)爐煉鋼的基本任務(wù)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(yīng)的分子式或離子式，并討論影響脫磷的因素。13 為什么要進(jìn)行爐外脫硫？采用哪些脫硫劑？主要有哪些方法？

14何謂傳統(tǒng)電弧爐煉鋼法？該法有哪些優(yōu)點(diǎn)？電弧爐煉鋼的裝料經(jīng)驗(yàn)是什么？鋼和生鐵有哪些區(qū)別？傳統(tǒng)的氧化法電爐煉鋼冶煉工藝操作過程包括哪幾個(gè)階段，其中哪三個(gè)階段為老三期，老三期每個(gè)期的任務(wù)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(jī)械設(shè)備？電弧爐的電氣設(shè)備主要由哪幾部分組成？各自的任務(wù)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(xiàn)在哪些方面？

21常用的弧形連鑄機(jī)的主要設(shè)備有哪些，并簡(jiǎn)要說明各設(shè)備的作用。

22冶金的方法及其特點(diǎn)是什么？

23一個(gè)現(xiàn)代化的鋼鐵聯(lián)合企業(yè)有哪些主要工序和輔助工序，用框圖畫出鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的生產(chǎn)工藝流程。

24鐵礦石入爐前需要進(jìn)行哪些準(zhǔn)備工作？燒結(jié)礦是如何形成的？

25高爐冶煉過程分為幾個(gè)區(qū)域？高爐內(nèi)燃燒反應(yīng)有什么特點(diǎn)？什么是回旋區(qū)和燃燒帶？

第三篇：冶金工程概論

冶金工程概論緒論

1． 1金屬及其分類

元素周期表中109個(gè)元素，其中93個(gè)為金屬元素。

歐美分類：鐵金屬；Fe,Cr,Mn.非鐵金屬

前蘇聯(lián)：黑色金屬；有色金屬――我國(guó)采用此類分類方法

有色金屬按密度大小，原料富集程度，發(fā)現(xiàn)早晚以及用途和價(jià)格又分為；重，輕，稀，貴金屬四大類。

重金屬；密度大于6g/cm3,如Sb（6.2）,Zn(7.14),Cu(8.95),Pb(11.34),Hg(14.2)。其產(chǎn)量大，用途廣，價(jià)格低，又稱常用有色金屬或賤金屬?；鸱訚穹ㄌ崛　?/p>

輕金屬；密度小于4.5g/cm3,Al（2.7）,Mg(1.74).比重金屬化學(xué)性質(zhì)活潑，提取較困難，采用熔鹽電解或金屬熱還原。

貴金屬；價(jià)格比常用金屬貴而得名，如Au,Ag,Pt族等。與其它金屬區(qū)別在于其化學(xué)活性很低，不與氧起反應(yīng)，故又稱惰性金屬。小部分從礦石中提出，大部分從Cu,Ni,Pb,Zn冶煉過程的付產(chǎn)品（陽極泥）中回收。

稀有金屬；已知的93種金屬元素中約占60種。這類金屬中有的地殼豐度小，天然資源少；有的地殼豐度大，但賦存狀態(tài)分散，不易經(jīng)濟(jì)的提取，有的物化性質(zhì)上近似不易分離成單一金屬。故制取和使用得很少，得名為稀有金屬。其提取方法多種多樣。

稀有金屬根據(jù)其物化性質(zhì)，賦存狀態(tài)，生產(chǎn)工藝等特征，又分為稀有輕金屬，稀有高熔點(diǎn)金屬，稀有分散性金屬，稀土金屬和稀有放射性金屬等五類。

稀有輕金屬；特點(diǎn)是密度小，如鋰密度為0.53g/cm3。

稀有高熔點(diǎn)金屬；特點(diǎn)是熔點(diǎn)高，如Ti的熔點(diǎn)為1660℃，W的熔點(diǎn)為3400℃。

稀散金屬；特點(diǎn)是在地殼中平均分布，沒有單獨(dú)的礦物，更沒有單一的礦床，常以微量雜質(zhì)形態(tài)存在于其它礦物的晶格中。

稀土金屬；包括鑭系元素和化學(xué)性質(zhì)近似的鈧和釔共17個(gè)元素。稀土并不似土，也不稀少，地殼中含量比Pb,Zn,Sn等多幾十倍，但物化性質(zhì)非常近似，總是相互伴生；所有提取單獨(dú)的純金屬或其化合物都相當(dāng)困難。

稀有放射性金屬；習(xí)慣上不視為普通提取冶金的對(duì)象。

1．2 金屬產(chǎn)量和價(jià)格

p3 圖1－2

1．3 冶金和冶金方法

冶金是一門研究如何經(jīng)濟(jì)地從礦石或精礦或其它原料中提取金屬或化合物，并用各種加工方法制成具有一定性能的金屬材料的科學(xué)。

廣義的冶金包括采礦，選礦，冶煉和金屬加工。由于科技進(jìn)步和工業(yè)發(fā)展，采礦，選礦和金屬加工已形成各自獨(dú)立的科學(xué)。狹義的冶金是指礦石或精礦的冶煉，即提取冶金。

冶金又分為物理冶金（性能――結(jié)構(gòu)）和化學(xué)冶金（性能――成分）；即提取冶金。它研究火法冶煉，濕法提取或電化學(xué)沉積等各過程的原理，流程，工藝及設(shè)備，故又稱過程冶金學(xué)。

冶金方法；

（1）火法冶金；在高溫下礦石或精礦經(jīng)熔煉與精煉反應(yīng)及熔化作業(yè)，使其中金屬與脈石

和雜質(zhì)分開，獲得純金屬的過程。包括備料，熔煉，精練三個(gè)工序。

（2）濕法冶金；在常溫（低于100℃）常壓或高溫（100－300℃）高壓下，用溶劑處理

礦石或精礦，使所要提取的金屬溶解于溶液中，而其它雜質(zhì)不溶解，然后再從溶液中將金屬提取和分離出來的過程。它包括浸出，分離，富集和提取等工序。

（3）電冶金；利用電能提取和精練金屬的方法。按電能利用形式可分為兩類； 電熱冶金；利用電能轉(zhuǎn)變成熱能，在高溫下提煉金屬，本質(zhì)與火法冶金相同。

電化學(xué)冶金；用電化學(xué)反應(yīng)使金屬從含金屬的鹽類的水溶液或熔體中析出。

水溶液電解；如銅的電解精煉和鋅的電解沉積，屬濕法冶金。

熔鹽電解；如鋁電解，屬火法冶金。

冶金方法的采用：

（1）節(jié)能

（2）環(huán)保

（3）處理低品位礦

（4）綜合利用

1．4冶金工藝流程和冶金過程

黑色金屬礦石的冶煉：一般情況下，礦石成分單一，常采用火法處理，即使礦石成分較為復(fù)雜，通過火法處理后，也能促使其伴生的有價(jià)進(jìn)入渣中，再處理渣提取有價(jià)金屬。如高爐冶煉釩鈦磁鐵礦。

有色金屬礦石的冶煉：由于其礦石的成分極為復(fù)雜，含有多種金屬礦物，不僅要提取或提純某種金屬，還要考慮綜合回收各種有價(jià)金屬，以充分利用資源和降低生產(chǎn)成本?？紤]冶金方法時(shí)，要用多種方法才能完成。

工藝流程圖：各工序間的聯(lián)系及其所獲得的產(chǎn)品（包括中間產(chǎn)物）間流動(dòng)線路圖。設(shè)備連接圖；表示主要設(shè)備間的聯(lián)系。

原則流程圖；表示各階段作業(yè)間的聯(lián)系。

數(shù)質(zhì)量連接圖；表示各階段所獲產(chǎn)物的數(shù)量和質(zhì)量的情況。

冶金工藝過程；由單元冶金過程組成。

（1）焙燒；在適當(dāng)氣氛下，加熱至低于熔點(diǎn)溫度，發(fā)生氧化，還原或其它化學(xué)變化的過

程。其目的改變?cè)现刑崛?duì)象的化學(xué)組成，滿足熔煉或埐出的要求。按氣氛不同分為氧化焙燒，還原焙燒，硫酸化焙燒，氯化焙燒等.（2）煅燒；將碳酸鹽或氫氧化物的礦物原料在空氣中加熱分解，除去二氧化碳或水分變

成氧化物的過程，又稱焙解。如石灰石煅燒成石灰；氫氧化鋁。

（3）燒結(jié)和球團(tuán)；將粉礦或精礦經(jīng)加熱焙燒，固結(jié)成多孔狀或球狀的物料，以適應(yīng)下一

工序的要求。如鐵礦粉的燒結(jié)，鉛精礦的燒結(jié)。

（4）熔煉；在高溫下（熔點(diǎn)以上）通過氧化還原反應(yīng)，使礦物原料中金屬組分與脈石和

雜質(zhì)分離兩個(gè)液相層即金屬（或金屬锍）熔體和熔渣的過程，也叫冶煉。按作業(yè)條件可分為還原熔煉，造锍熔煉和氧化吹煉等。

（5）火法精煉；在高溫下處理含少量雜質(zhì)的粗金屬，以提高其純度。如生鐵經(jīng)氧化精煉

成鋼。火法煉鋅得到的粗鋅，再經(jīng)蒸餾精煉得純鋅。其種類有氧化精煉，硫化精煉，氯化精煉，熔析精煉，堿性精煉，區(qū)域精煉，真空冶金，蒸餾等。

（6）浸出：用適當(dāng)?shù)慕鰟┻x擇性地與原料中金屬組分發(fā)生化學(xué)作用，使其溶解而與其

它不溶組分初步分離的過程。浸出又稱浸取（重金屬冶金）,溶出（輕金屬冶金），濕法分解（稀有金屬冶金）。

（7）液固分離：將殘?jiān)c浸出液組成的懸浮液分離成液相和固相的濕法冶金單元過程。

主要用物理方法和機(jī)械方法，如重力沉降，離心分離，過濾等。

（8）溶液凈化；將浸出液中雜質(zhì)除去的濕法冶金單元過程。其方法多種多樣，主要有結(jié)

晶，蒸餾，沉淀，置換，溶劑萃取，離子交換，電滲析和膜分離。

（9）水溶液電解；利用電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能使溶液中的金屬離子還原成金屬而析出，或使

粗金屬陽極經(jīng)由溶液精煉沉積于陰極。前者為電積，也稱不溶陽極電解。后者為電解精煉或可溶陽極電解。

（10）熔鹽電解；利用電熱維持熔鹽所要求的溫度，又利用直流電轉(zhuǎn)化的化學(xué)能自熔鹽中

還原金屬。

1．5冶金工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位和作用

冶金工業(yè)與能源工業(yè)和交通運(yùn)輸業(yè)一樣是構(gòu)成國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。能源技術(shù)，信息技術(shù)和材料技術(shù)是人類現(xiàn)代文明的三大支柱。材料是人類社會(huì)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)和先導(dǎo)，沒有金屬材料便沒有人類的物質(zhì)文明。

鋼鐵是用途最廣泛的金屬材料，占使用金屬的90％以上。目前我國(guó)是世界上第一鋼鐵大國(guó)，但還不是鋼鐵強(qiáng)國(guó)，我國(guó)的鋼鐵工業(yè)將以提高質(zhì)量，擴(kuò)大品種，降低成本和節(jié)約原材料和能源為中心，進(jìn)一步發(fā)展現(xiàn)代化鋼鐵冶煉技術(shù)。

世界有色金屬產(chǎn)量?jī)H占鋼產(chǎn)量的7％左右，我國(guó)目前只占4.8%，但有色金屬具有許多特殊的優(yōu)良性能，如導(dǎo)電，導(dǎo)熱性好，密度小，化學(xué)性能穩(wěn)定，耐熱，耐酸堿和耐腐蝕，工藝性能好等特點(diǎn)是許多工業(yè)部門不可缺少和不可替代的材料。我國(guó)有色金屬工業(yè)具有潛在的資源優(yōu)勢(shì)，礦產(chǎn)資源潛在總值僅次于前蘇聯(lián)和美國(guó)而居世界第三位，是資源總量豐富，儲(chǔ)量可觀，品種齊全，資源配套程度較高的少數(shù)國(guó)家之一。我國(guó)有色金屬工業(yè)的發(fā)展目標(biāo)是充分利用有色金屬資源，依靠科技進(jìn)步，高效率，低成本，節(jié)能降耗，減少污染，提高綜合利用水平，生產(chǎn)品種齊，純度高，質(zhì)量?jī)?yōu)的更多有色金屬及材料。

第四篇：冶金概論1

第一章緒論

1.1.1 冶金學(xué)

冶金學(xué)是一門研究如何經(jīng)濟(jì)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(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)。

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(jìn)→對(duì)金屬成分、組織結(jié)構(gòu)、性能和相關(guān)理論的研究。

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)（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(jìn)行很多化學(xué)反應(yīng)，又稱化學(xué)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(jiǎn)介

干燥：去水，溫度為400~600℃。

焙燒：以改變?cè)辖M成為目的的、在低于礦石熔點(diǎn)溫度下、在特定氣氛中進(jìn)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(tuán)：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)。

1.2.1 鋼鐵材料

鋼鐵是使用最多的金屬材料 原因：儲(chǔ)量大；冶煉加工容易；綜合性能好；易改質(zhì)處理 預(yù)計(jì)未來幾年鋼鐵產(chǎn)品在各行業(yè)中占的比例

1.2.3 鋼鐵冶煉技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)史

遠(yuǎn)古至13世紀(jì)末：半熔融狀態(tài)的鐵塊—海綿鐵；13世紀(jì)末至19世紀(jì)中葉：熔融狀態(tài)的生鐵→粗鋼，形成兩步法煉鋼；19世紀(jì)中期至今 ：1856年英國(guó)人發(fā)明了空氣底吹酸性轉(zhuǎn)爐煉鋼法；1864年法國(guó)人發(fā)明了平爐煉鋼法；1874年發(fā)明了空氣底吹堿性轉(zhuǎn)爐煉鋼法；20世紀(jì)初發(fā)明了電弧爐煉鋼；20世紀(jì)中葉氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐（LD法）。

1.2.3 我國(guó)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，世界惟一年產(chǎn)鋼超過2億噸的國(guó)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；2008年，產(chǎn)量5.0億噸；2009年，產(chǎn)量5.6億噸。

中國(guó)鋼鐵工業(yè)發(fā)展目標(biāo) “加強(qiáng)自主創(chuàng)新，建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家”目標(biāo)下，通過結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)業(yè)升級(jí)，努力使我國(guó)從鋼鐵大國(guó)轉(zhuǎn)變?yōu)殇撹F強(qiáng)國(guó)。

鋼鐵冶煉的任務(wù)是把鐵礦石冶煉成合格的鋼。

1.4 鋼鐵產(chǎn)品及副產(chǎn)品

產(chǎn)品：生鐵、鋼副產(chǎn)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(chǎn)，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(jìn)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(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。

煤氣：鋼鐵生產(chǎn)中還能獲得大量的可燃?xì)怏w，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(shí)可得焦?fàn)t煤氣等。煤氣主要成分：CO、H2、CO2、N2、CH

41.5.1 鋼鐵生產(chǎn)用能源

鋼鐵工業(yè)是能源消耗的大戶，約占全國(guó)總能源消耗量的10～11％。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(jī)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)。

1.5.2 鋼鐵工業(yè)能耗

我國(guó)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(tǒng)，焦化、燒結(jié)、球團(tuán)、煉鐵等工序，占鋼鐵生產(chǎn)能耗的一半以上。

1.5.3 節(jié)能途徑

改進(jìn)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?；厥绽蒙⑹崃?。加強(qiáng)企業(yè)能源管理，加強(qiáng)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(biāo)合理組織生產(chǎn)。

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(jìn)入到現(xiàn)代科技產(chǎn)品，已成為獨(dú)立的生產(chǎn)行業(yè)，其產(chǎn)品的60～80％消耗于冶金工業(yè)。

鋼鐵生產(chǎn)對(duì)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(qiáng)；高溫性能和化學(xué)穩(wěn)定性好。

1.7 環(huán)境保護(hù)

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

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(chǔ)藏場(chǎng)中產(chǎn)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(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）：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(jī)械等所使用的油所發(fā)生的漏泄及冷軋工程使用軋制機(jī)的機(jī)油等原因而產(chǎn)生。

化學(xué)需氧量（COD）：從煤炭干餾時(shí)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、電鍍工程等的脫脂工程中產(chǎn)生。

固體廢棄物

爐渣：從高爐、鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐、電爐、二次精煉設(shè)備等的冶煉工程中產(chǎn)生。污泥：在各種水處理過程中產(chǎn)生。

灰塵：從各種干式集塵機(jī)中產(chǎn)生。

第一章小結(jié)

重點(diǎn)掌握內(nèi)容：火法冶金及其主要工序；鋼鐵冶煉的任務(wù)；鋼鐵生產(chǎn)長(zhǎng)流程生產(chǎn)工藝；鋼鐵工業(yè)能源及能耗特點(diǎn)；耐火材料及其要求。

第五篇：冶金概論論文

《冶金概論》課程論文

題目：轉(zhuǎn)爐煉鋼

作者：牟益良 學(xué)號(hào)：0976105430 班級(jí)：09成型4班

轉(zhuǎn)爐煉鋼

摘要：簡(jiǎn)述了我國(guó)轉(zhuǎn)爐煉鋼的發(fā)展歷程和技術(shù)進(jìn)步，介紹了世界轉(zhuǎn)爐工藝技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用情況，并對(duì)今后我國(guó)轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展提出了一些建議。

關(guān)鍵字：轉(zhuǎn)爐煉鋼 技術(shù) 發(fā)展 前 言

1964年，我國(guó)第一座30 t氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼車間在首鋼建成投產(chǎn)。其后,上鋼一廠三轉(zhuǎn)爐車間、上鋼三廠二轉(zhuǎn)爐車間等相繼將原側(cè)吹轉(zhuǎn)爐改為氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐。20世紀(jì)60年代中后期，我國(guó)又自行設(shè)計(jì)、建設(shè)了攀枝花120 t大型氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼廠，并于1971年建成投產(chǎn)。進(jìn)入20世紀(jì)80年代后,在改革開放方針政策的指引下，我國(guó)氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼進(jìn)入大發(fā)展時(shí)期，由于氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼和連鑄的迅速發(fā)展,至1996年我國(guó)鋼產(chǎn)量首次突破1億t，成為世界第一產(chǎn)鋼大國(guó)。

2003年中國(guó)鋼產(chǎn)量達(dá)到2.22億t，是世界上第一產(chǎn)鋼大國(guó)。而煉鋼是鋼鐵生產(chǎn)的主要工序，對(duì)降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量、擴(kuò)大品種范圍具有決定性影響。轉(zhuǎn)爐是目前國(guó)內(nèi)外最主要的煉鋼設(shè)備，世界上約有600座轉(zhuǎn)爐在運(yùn)行,約占全球粗鋼產(chǎn)量的60%。在我國(guó),粗鋼產(chǎn)量的80%以上由轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)。鞍鋼、武鋼等大型鋼廠多采用全轉(zhuǎn)爐冶煉生產(chǎn)。全世界現(xiàn)代轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r參見表1[1]轉(zhuǎn)爐的分類

按吹煉設(shè)施的布置,轉(zhuǎn)爐大體上分為頂吹轉(zhuǎn)爐、底吹轉(zhuǎn)爐和復(fù)吹轉(zhuǎn)爐三類。1952年奧地利的林茨和多納維茨鋼廠合作發(fā)明了第一座氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐,1960年世界氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐的鋼產(chǎn)量占全球粗鋼產(chǎn)量的比率不到5%。20世紀(jì)70年代該技術(shù)發(fā)展較快,占全球粗鋼產(chǎn)量的比率提高到40%,到20世紀(jì)80年代初提高到60%以上。

1968年德國(guó)馬克西姆利安鋼廠又成功開發(fā)了氧氣底吹轉(zhuǎn)爐。到20世紀(jì)70年代,底吹轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)能力達(dá)到3000萬t。1977年美國(guó)瓊斯—?jiǎng)诜蛄止局ゼ痈鐝S建成了2座225t氧氣底吹轉(zhuǎn)爐,接著日本川崎制鐵公司千葉廠也投產(chǎn)了230t底吹轉(zhuǎn)爐,稱為Q-BOP法。

20世紀(jì)70年代中期至80年代初期,法國(guó)鋼鐵研究院、盧森堡阿爾貝德公司等十幾個(gè)國(guó)家的煉鋼廠先后開展了頂?shù)讖?fù)合吹煉轉(zhuǎn)爐實(shí)驗(yàn)研究。1980年3月,日本住友金屬工業(yè)公司鹿島廠250t復(fù)合吹煉轉(zhuǎn)爐正式投入生產(chǎn)。頂?shù)讖?fù)合吹煉轉(zhuǎn)爐的種類繁多,以底部吹入氣體的種類劃分,可分為強(qiáng)攪拌型和弱攪拌型,如日本新日鐵大分廠采用的LD-OB法為強(qiáng)攪拌型,底吹氧氣強(qiáng)度為0.15～0.80m3/(t·min);而法國(guó)鋼研院和阿爾貝德公司開發(fā)的LBE法為弱攪拌型,該法采用多孔磚底吹N2、Ar,底吹供氣強(qiáng)度為0.07～0.15m3/(t·min)。(1)頂吹氧氣、底吹惰性氣體法。這種方法為強(qiáng)攪拌型復(fù)吹法,代表技術(shù)有LBE、LD-KG、LD-OBT和NK-(BLD-AB)等。此技術(shù)底部供氣元件易維護(hù)、壽命長(zhǎng)、操作工藝較簡(jiǎn)單、適應(yīng)鋼種范圍廣,在世界上廣為采用,中國(guó)的復(fù)吹轉(zhuǎn)爐絕大多數(shù)采用該法。(2)頂?shù)讖?fù)合吹氧法。這一方法屬于強(qiáng)化冶煉型,代表技術(shù)有:BSC-BAP、LD-HC、STB、STB-P和K-BOP等,歐洲和日本采用此法較多。(3)頂吹氧氣、底吹氧氣和燃料法。此法可顯著提高廢鋼比,代表技術(shù)有KMS和KS等,其中KS法在底吹氧的同時(shí)噴入煤粉,鋼鐵料可100%采用廢鋼,德國(guó)應(yīng)用了該技術(shù)。我國(guó)轉(zhuǎn)爐煉鋼發(fā)展現(xiàn)狀

3.1 轉(zhuǎn)爐鋼產(chǎn)量

作為轉(zhuǎn)爐煉鋼主要爐料的生鐵逐年增長(zhǎng),為轉(zhuǎn)爐煉鋼鋼產(chǎn)量的大幅度增長(zhǎng)提供了良好而充裕的原料條件,與世界各主要產(chǎn)鋼國(guó)家相比,我國(guó)鐵鋼比較高。

由于我國(guó)廢鋼資源短缺(僅2001年進(jìn)口廢鋼量已達(dá)9781693萬t),電力缺乏,電價(jià)偏高,致使電爐鋼產(chǎn)量的增長(zhǎng)受到一定程度的制約;平爐被淘汰,生鐵資源的充裕,給轉(zhuǎn)爐鋼產(chǎn)量的增長(zhǎng)提供了良好條件,因此轉(zhuǎn)爐鋼產(chǎn)量近年來獲得了快速增長(zhǎng)。2001年和2003年各種容量轉(zhuǎn)爐的座數(shù)變化如表2所示[2]。

3.2 大中型重點(diǎn)鋼鐵企業(yè)轉(zhuǎn)爐鋼位產(chǎn)量占主導(dǎo)地位

近年來,由于新建了一批大、中型轉(zhuǎn)爐以及原有小型轉(zhuǎn)爐的擴(kuò)容改造,使轉(zhuǎn)爐煉鋼廠生產(chǎn)規(guī)模均有所擴(kuò)大,因此大、中型轉(zhuǎn)爐鋼產(chǎn)量大幅度提高。我國(guó)重點(diǎn)大、中型鋼鐵企業(yè)轉(zhuǎn)爐鋼產(chǎn)量分布情況的統(tǒng)計(jì)[3]表明,全國(guó)年產(chǎn)量200萬t以上的大中型鋼鐵企業(yè)的產(chǎn)鋼量已占全國(guó)鋼總產(chǎn)量的82%。大型鋼鐵(集團(tuán))企業(yè)(>500萬t/a)數(shù)量增多,為發(fā)展轉(zhuǎn)爐煉鋼提供了有利條件。全國(guó)年產(chǎn)超過500萬t鋼鐵企業(yè)數(shù)[4]由2001年的4家增2003年的13家,鋼產(chǎn)量由2001年4 326萬t增至2003年9 789萬t。

3.3 轉(zhuǎn)爐冶煉新鋼種的開發(fā)與高附加值鋼種的增長(zhǎng)

3.3.1 高附加值鋼種產(chǎn)量

我國(guó)汽車、造船、集裝箱、石化、電工等行業(yè)對(duì)優(yōu)質(zhì)鋼需求旺盛,因此需要煉鋼供應(yīng)優(yōu)質(zhì)鋼水澆鑄成優(yōu)質(zhì)合格鑄坯以滿足軋材品種的需要[5]。近年來我國(guó)轉(zhuǎn)爐開發(fā)并成批量冶煉了IF鋼,高強(qiáng)度級(jí)別的管線鋼,有些超低磷鋼種要求船用鋼,壓力容器用鋼、集裝箱用鋼等高附加值鋼種,鋼的質(zhì)量亦不斷提高。一些主要高附加值產(chǎn)品在2002年產(chǎn)量增加的基礎(chǔ)上,2003年又有大幅度增長(zhǎng),如2003年低合金中厚板增幅62%,壓力容器板達(dá)65%[6]。

3.3.2 低合金、微合金化高強(qiáng)度鋼

以汽車板用鋼為代表的超深沖IF鋼,經(jīng)開發(fā)已在全國(guó)各大型鋼鐵企業(yè)批量生產(chǎn)。在超低碳鋼中加入適量Ti、Nb或Ti和Nb同時(shí)加入,以消除鋼中的間隙C、N原子,這類鋼稱為無間隙原子鋼即IF鋼[7]。目前我國(guó)生產(chǎn)的IF鋼有T-i IF鋼和(Ti+Nb)IF鋼。在T-i IF鋼中,Ti和S,N優(yōu)先結(jié)合Ti(N,S)化合物,然后再與C結(jié)合形成TiC,在(T-i Nb)IF鋼中,N和S由Ti固定,而C由Nb固定生成NbC。IF鋼經(jīng)合理熱軋、冷軋及退火等工藝加工后,對(duì)深沖性能有利的再結(jié)晶得到充分發(fā)展,因此IF鋼具有高的r值(塑性應(yīng)變比)。

3.3.3 耐候鋼

集裝箱用鋼90%為耐候鋼,我國(guó)寶鋼已于1999年生產(chǎn)集裝箱板85萬t,市場(chǎng)占有率達(dá)85%[8]。近年來我國(guó)一些大型鋼鐵企業(yè)耐候鋼的生產(chǎn)大幅度增長(zhǎng)。耐候鋼對(duì)耐腐蝕性能有嚴(yán)格要求,因此應(yīng)加入適量的合金元素,如寶鋼耐候鋼的基本成分(%)控制在0109C、013Si、014Mn、01008P、01005S、016Cr、013Cu、0125Ni的水平[9],近年來我國(guó)耐候鋼的產(chǎn)量已達(dá)200萬t左右。

3.3.4 雙相鋼

近年來我國(guó)寶鋼生產(chǎn)的B540FH和武鋼生產(chǎn)的RS55雙相鋼已批量提供一些汽車制造廠使用,具有高的強(qiáng)度和高的延伸率,RS55鋼的抗拉強(qiáng)度超過了600 MPa,B540EH鋼的抗拉強(qiáng)度在570MPa左右,并具有良好的冷成型性。雙相鋼冶煉要求高,化學(xué)成分控制嚴(yán)格(除主要成分外要適量添加Nb、Cr合金元素),為轉(zhuǎn)爐操作帶來一定的難度,如B540FH鋼和RS55鋼。

3.3.5特殊鋼

近年來我國(guó)特殊鋼產(chǎn)量占全國(guó)鋼總產(chǎn)量的8%~10%,2003年我國(guó)特殊鋼產(chǎn)量達(dá)2 000萬t,占全國(guó)鋼總產(chǎn)量的814%。而日本2003年特殊鋼總產(chǎn)量為2 255.58萬t,占全國(guó)鋼總產(chǎn)量的20%,特殊鋼增長(zhǎng)率為712%(與2002年比),近年來日本特殊鋼約有60%是轉(zhuǎn)爐鋼廠生產(chǎn)的[9]。與日本相比,我國(guó)特殊鋼產(chǎn)量尚有很大差距,我國(guó)特殊鋼生產(chǎn)今后除依靠30家特鋼企業(yè)外,轉(zhuǎn)爐適度增產(chǎn)特殊鋼也勢(shì)在必行。汽車、機(jī)械、電力行業(yè)是特殊鋼需求的大戶,強(qiáng)勁的市場(chǎng)需求也將是特殊鋼增產(chǎn)的重要因素。我國(guó)技術(shù)裝備水平較高的轉(zhuǎn)爐鋼廠已有生產(chǎn)特殊鋼的經(jīng)驗(yàn)。

3.4 轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)工藝進(jìn)一步優(yōu)化

為了提高鋼質(zhì)量和擴(kuò)大冶煉鋼種,原有大、中型轉(zhuǎn)爐煉鋼廠都相繼增建了鐵水脫硫裝置及二次精煉裝置。近年來新建的轉(zhuǎn)爐煉鋼廠普遍配置了全量鐵水脫硫裝置,并根據(jù)冶煉鋼種要求配置了爐外精煉裝置,一般多選用LF精煉,有些轉(zhuǎn)爐鋼廠還設(shè)置了VD或RH精煉裝置,從而為生產(chǎn)高附加值鋼種提供了有利條件。近年來轉(zhuǎn)爐二次精煉比已大幅度提高,如2000年我國(guó)轉(zhuǎn)爐煉鋼精煉比為26%,到2003年轉(zhuǎn)爐煉鋼精煉比進(jìn)一步提高。

3.5 轉(zhuǎn)爐自動(dòng)化水平不斷提高

大、中型轉(zhuǎn)爐煉鋼廠一般均采用了基礎(chǔ)自動(dòng)化和過程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),有些大中型轉(zhuǎn)爐鋼廠還設(shè)置了管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。另外在一些有條件的大型轉(zhuǎn)爐煉鋼廠增設(shè)了副槍裝置或爐氣自動(dòng)分析儀,藉副槍或爐氣分析儀為檢測(cè)手段,實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)模型控制,從而提高了轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)命中率,改善了轉(zhuǎn)爐作業(yè)指標(biāo)。我國(guó)轉(zhuǎn)爐煉鋼的未來發(fā)展

4.1 轉(zhuǎn)爐煉鋼未來發(fā)展的條件和機(jī)遇

4.1.1 市場(chǎng)的強(qiáng)勁需求

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展,對(duì)鋼材市場(chǎng)的需求必將保持強(qiáng)勁的勢(shì)頭。其理由為:我國(guó)固定資產(chǎn)投資盡管會(huì)有調(diào)整,但投資水平仍保持不斷適量增長(zhǎng),特別是一些國(guó)家重點(diǎn)工程項(xiàng)目的建設(shè),如南水北調(diào)、西氣東輸、青藏鐵路、三峽工程、奧運(yùn)工程、能源戰(zhàn)略,以及國(guó)家實(shí)施的西部大開發(fā)和振興東北老工業(yè)基地等都將進(jìn)一步促進(jìn)對(duì)鋼材的大量需求;隨著人民生活的不斷改善和提高,我國(guó)的城市化建設(shè)以及人們對(duì)住房、汽車、耐用消費(fèi)品等社會(huì)消費(fèi)的需求不斷增長(zhǎng)。轉(zhuǎn)爐煉鋼處于煉鐵、軋鋼的中間環(huán)節(jié),前工序受高爐鐵水供應(yīng)的制約;后工序要滿足軋鋼對(duì)品種質(zhì)量的要求。由于我國(guó)高爐生產(chǎn)能力的逐年增長(zhǎng),現(xiàn)有軋機(jī)生產(chǎn)能力已大于煉鋼生產(chǎn)能力,廢鋼資源的短缺,電力的緊缺和電價(jià)的昂貴,從而限制了電弧爐煉鋼的發(fā)展。綜上所述,今后轉(zhuǎn)爐煉鋼仍將呈發(fā)展態(tài)勢(shì),其鋼產(chǎn)量也將視市場(chǎng)需求與煉鐵、軋鋼同步適度增長(zhǎng)。

4.1.2 高附加值鋼種大幅度增長(zhǎng)

一些高附加值鋼種多為低合金高強(qiáng)度或微合金高強(qiáng)度鋼種,特別是V、Nb、Ti微合金化鋼種將受到關(guān)注。今后我國(guó)汽車、造船、集裝箱、機(jī)械制造、油、氣輸送管線、電工等用鋼仍將大幅度增長(zhǎng),大型轉(zhuǎn)爐煉鋼廠將依靠自身的裝備優(yōu)勢(shì)(配置熱連軋或?qū)捄癜遘垯C(jī)),結(jié)合日新月異的冶煉工藝技術(shù)進(jìn)步,努力增產(chǎn)這類高附加值鋼種,滿足市場(chǎng)需求。

4.2 轉(zhuǎn)爐取代平爐獲得長(zhǎng)足發(fā)展

2000年我國(guó)鋼產(chǎn)量達(dá)12 850萬t，其中重點(diǎn)企業(yè)轉(zhuǎn)爐鋼為10 577.9萬t，約占鋼總產(chǎn)量的87.11 %，平爐鋼產(chǎn)量降至92.71萬t，僅占鋼總產(chǎn)量的0.77 %。

4.3 轉(zhuǎn)爐容量趨向大型化 t以下轉(zhuǎn)爐大量關(guān)、?；蚋脑?至2000年,全國(guó)74個(gè)轉(zhuǎn)爐煉鋼廠共有轉(zhuǎn)爐207座, 大容量轉(zhuǎn)爐鋼產(chǎn)量躍居首位。

國(guó)外復(fù)合吹煉技術(shù)的最新進(jìn)展

5.1蒂森公司TBM法

早在20世紀(jì)70年代末期,蒂森公司通過一系列的研究試驗(yàn),確立了TBM法復(fù)合吹煉技術(shù)。該法是從轉(zhuǎn)爐底部向熔池吹入N2、Ar。多年來,蒂森公司的布魯克豪森廠2座380t轉(zhuǎn)爐、貝克爾韋特廠3座260t轉(zhuǎn)爐和盧森堡阿爾貝德馬里蒂姆廠2座300t轉(zhuǎn)爐均采用TBM法復(fù)合吹煉,并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益,生產(chǎn)成本亦有所降低。采用TBM法復(fù)合吹煉,鋼水收得率提高、造渣劑加入量減少、合金回收率高、氧槍及爐襯壽命延長(zhǎng),使鋼的生產(chǎn)成本降低約5馬克/t鋼。

5.2阿爾貝德薩爾鋼公司LBE法

伏林根廠3座150t轉(zhuǎn)爐采用LBE法復(fù)合吹煉。生產(chǎn)實(shí)踐證明,LBE法復(fù)吹技術(shù)透氣元件壽命長(zhǎng),可大幅度調(diào)節(jié)吹氣量;操作簡(jiǎn)便;流經(jīng)爐底布置的12個(gè)透氣磚的氣流可以保持恒定,透氣磚沿爐底呈圓周布置;攪拌氣體的輸入管線可從轉(zhuǎn)爐耳軸經(jīng)球型接頭引入轉(zhuǎn)爐爐底;利用聲波對(duì)爐內(nèi)成渣過程進(jìn)行連續(xù)監(jiān)控。采用LBE法復(fù)合吹煉取得了下列效果：

1、爐渣中FeO含量降低約2.5%;

2、金屬收得率提高約0.5%;

3、石灰耗量約減少5kg/t鋼;

4、不經(jīng)脫氣處理的鋼中碳含量可達(dá)0.02%;

5、轉(zhuǎn)爐出鋼成分、溫度均勻。

由于LBE法復(fù)吹具有諸多優(yōu)點(diǎn),被歐洲一些鋼廠及新日鐵室蘭廠廣泛采用。

5.3新日鐵公司LD-AB復(fù)吹技術(shù) 早在1979年末,新日鐵公司大分廠340t轉(zhuǎn)爐、八幡一煉鋼150t轉(zhuǎn)爐、八幡三煉鋼320t轉(zhuǎn)爐以及名古屋廠均相繼把原有頂吹轉(zhuǎn)爐改造成了LD-OB復(fù)吹轉(zhuǎn)爐。

此外,新日鐵還開發(fā)了LD-AB復(fù)吹技術(shù),從轉(zhuǎn)爐底部吹入惰性氣體,如君津二煉鋼300t轉(zhuǎn)爐、君津一煉鋼220t轉(zhuǎn)爐。1990年新日鐵向?qū)氫撦敵隽薒D-AB技術(shù)。

5.3日本鋼管公司NK-CB復(fù)吹技術(shù)

日本鋼管公司開發(fā)了NK-CB復(fù)吹技術(shù),并先后在福山一煉鋼廠180t轉(zhuǎn)爐和福山二煉鋼廠250t轉(zhuǎn)爐上采用。從轉(zhuǎn)爐底部噴吹CO2氣體,冶煉極低碳鋼時(shí)吹入N2和Ar,底部噴入氣體量≤0.1m3/(t·min),采用單管噴嘴,爐底設(shè)4支噴嘴。采用NK-CB復(fù)吹技術(shù)冶煉低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼時(shí),金屬收得率可提高0.6%,鐵合金消耗有所降低,其中鋁降低0.35kg/t鋼,Fe-Mn降低1.2kg/t鋼;石灰消耗降低3kg/t鋼,轉(zhuǎn)爐吹煉時(shí)間可縮短1min。轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)發(fā)展中應(yīng)注意的問題

我國(guó)中、小型轉(zhuǎn)爐煉鋼廠(車間)生產(chǎn)量達(dá)到6 000萬t以上,與前后工序配套的有小高爐、小連鑄、小軋機(jī);已形成一定的綜合生產(chǎn)能力[10]。中、小型轉(zhuǎn)爐鋼廠是在我國(guó)鋼鐵發(fā)展的歷史中形成的,今后在一段較長(zhǎng)的時(shí)間應(yīng)配合我國(guó)鋼鐵行業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整政策和優(yōu)化工藝及調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的發(fā)展戰(zhàn)略,搞好擴(kuò)容改造挖潛,相應(yīng)提高技術(shù)和裝備水平,比如適當(dāng)增設(shè)鐵水脫硫設(shè)施和根據(jù)鋼種要求增設(shè)爐外精煉裝置,以求在增產(chǎn)的同時(shí)進(jìn)一步提高鋼的質(zhì)量,擴(kuò)大冶煉鋼種范圍,降低消耗,改善環(huán)保條件,在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中繼續(xù)求得生存發(fā)展。今后應(yīng)抑制低水平中小型轉(zhuǎn)爐重復(fù)建設(shè)。

在沿海建設(shè)大型鋼鐵企業(yè),應(yīng)當(dāng)充分考慮我國(guó)的國(guó)情和利用優(yōu)越的海港天然條件,本著設(shè)備大型化、現(xiàn)代化原則,選取適合于大型鋼鐵企業(yè)的大型高爐、大型轉(zhuǎn)爐和大型熱連軋機(jī)、冷連軋機(jī)等國(guó)內(nèi)外成熟的工藝技術(shù)裝備,以滿足大規(guī)模生產(chǎn)的要求,對(duì)一些國(guó)外尚處于開發(fā)試用階段或通常適合于中、小型鋼鐵企業(yè)的工藝技術(shù)裝備一般不宜選用。

參考文獻(xiàn) 1 中國(guó)鋼鐵協(xié)會(huì)信息統(tǒng)計(jì)部.中國(guó)鋼鐵統(tǒng)計(jì)2000.2001 2 冶金工業(yè)部規(guī)劃發(fā)展司.中國(guó)鋼鐵統(tǒng)計(jì)1994.1998 3 冶金工業(yè)信息中心.冶金經(jīng)濟(jì)參考-2004No.5~6期.2004,3.15,3.25 4 吳建常.中國(guó)鋼鐵工業(yè)將對(duì)世界廢鋼市場(chǎng)起主要作用.廢鋼 鐵,2003(4):5 5 中國(guó)金屬學(xué)會(huì)冶金工業(yè)信息中心.2000年重點(diǎn)大中型鋼鐵企 業(yè)主要產(chǎn)品產(chǎn)量技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo),2001 6 冶金工業(yè)信息標(biāo)準(zhǔn)研究院.中國(guó)鋼鐵統(tǒng)計(jì)2002 7朱滿堂,于華財(cái),徐 明,等.IF鋼主要成分冶煉控制生產(chǎn)實(shí) 踐.煉鋼,2004,20(2):1 8阮曉明.寶鋼耐候鋼連鑄實(shí)踐.鋼鐵,2001,36(2):20 9 馬鳴圖.我國(guó)汽車鋼板研究與應(yīng)用進(jìn)展.鋼鐵,2001,36(8):64 10 中國(guó)鋼鐵協(xié)會(huì)信息統(tǒng)計(jì)部.世界鋼鐵統(tǒng)計(jì)2004.No.4