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武科大冶金概论-1


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1.2.2 钢与生铁的区别
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1.2.3 钢铁冶炼技术发展简史
远古至13世纪末:半熔融状态的铁块—海绵 铁(sponge iron);
13世纪末至19世纪中叶:熔融状态的生铁→ 粗钢,形成两步法炼钢;
19世纪中期至今 : 1856年英国人发明了空气底吹酸性转炉炼钢
法; 1864年法国人发明了平炉炼钢法(OH); 1874年发明了空气底吹碱性转炉炼钢法; 20世纪初发明了电弧炉炼钢(EAF); 20世纪中叶氧气顶吹转炉(LD法)。
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1.2.3 我国钢铁工业的发展
1996年,突破1亿吨; 1999年,产量世界第一; 2003年,突破2亿吨,世界唯一年产钢
198.6 11.29
指标 烧结 球团
焦化
炼铁
转炉
电炉
轧钢
吨钢综 合能耗
平均值
66.38 42.00 142.21
466.2 0
26.57
209.8 9
92.91
761
先进值 52.06 19.22
88.13
395.4 1
-3.77
146.3 1
53.68
565
落后值
108.6 0
83.30
229.15
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其主要成分是CaO、MgO、SiO2、 Al2O3等。
根据冶炼方法的不同,钢铁生产产生的炉 渣分为高炉渣和炼钢渣,按炉渣中含有不 同的化学成分又可分为碱性渣和酸性渣。
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碱度(R):炉渣中CaO与SiO2的质量百分数之比。 这是二元碱度,还有三元碱度等
R2
w(CaO) w(SiO2 )
20 20
现代钢铁冶炼的两种基本流程
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钢材加工工艺流程
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钢铁生产的典型工艺(长流程)
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钢铁工业的特点
生产规模大,物流吞吐大,每吨钢涉及的物 流将是5-6吨。
资源密集、能耗密集。在钢铁联合企业内, 每吨钢降消耗0.7-0.8吨左右的标准煤、 1.5-1.65吨左右铁矿石、3-8吨左右新水;
按形态:定形、不定形 按耐火度分:普通1580~1770 ℃;
高级1770~2000 ℃; 特级2000 ℃以上 按制作工艺分:泥浆浇注;可塑成 型…
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38 38
3600 3400 3200 3000 2800 2600 2400 2200 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200
1.5.1 钢铁生产用能源 1.5.2 钢铁工业能耗 1.5.3 节能途径
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1.5.1 钢铁生产用能源
钢铁工业是能源消耗的大户,约占全国总能 源消耗量的10~11%。
钢铁生产所用能源主要有煤炭、燃料油(重 油)、天然气、电力等。
煤占钢铁生产中燃料消耗的70%,钢铁工业 用煤量已超过煤炭总产量的15%。
0
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熔化温度C
ThO2 MgO ZrO2 BeO SiC MgO,90-95% FeOCr2O3 Cr2O3 Al2O3
38%Cr2O3
SiC,80-90%
Fe Ni Cu Al Zn Pb Sn
高耐 岭火 土土
熔铬纯 铁
融 矿
铝 矾

纯纯纯纯纯石 墨
39 39
1.7 环境保护
钢铁厂产生的各种污染物有: 大气污染物质 污水 固体废弃物
回收利用散失热量。 加强企业能源管理,加强能源利用技术的研
究工作,提高操作技术水平,充分发挥现有 设备能力,以节能为目标合理组织生产。
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1.6 冶金用耐火材料
钢铁冶金的技术进步和过程温度的提高分不 开,耐火材料的发展与钢铁冶金的技术进步 紧密相关。
耐火材料产品绝大部分(60~80%)用于 冶金行业。
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冶金学的分类
冶金学按研究的领域分:提取冶金学(化学 冶金学)和物理冶金学(physical metallurgy)(材料的加工成型,通过控 制其组成、结构使已提取的金属具有某种性 能)。
提取冶金(extractive metallurgy): 从矿石中提取金属及金属化合物的过程,因 其中进行很多化学反应,又称化学冶金 (chemical metallurgy)。
制造流程工序多、结构复杂 制造流程中伴随大量物质/能量排放,形成
复杂的环境界面
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1.4 钢铁产品及副产品
产品 ➢ 生铁 ➢钢 ➢ 铁合金(Ferroalloy)
副产品 ➢ 炉渣(Slag) ➢ 煤气(Gas)
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生铁
它是铁和碳及少量硅。锰、硫、磷等元素组 成的合金,主要由高炉生产,按其用途可分 为炼钢生铁和铸造生铁。
R3
w(CaO) w(MgO) w(SiO2 )
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煤气
钢铁生产中还能获得大量的可燃气体, 高炉炼铁可产生高炉煤气,转炉炼钢 可获得转炉煤气,炼焦时可得焦炉煤 气等。
煤气主要成分:CO、H2、CO2、N2、
CH4
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1.5 钢铁工业能源及能耗
591.8 1
75.23
325.4 4
286.8 9
1103
差值 56.54 64.08 141.02 196.40 79.00 179.23 233.21 538
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1.5.3 节能途径
改进生产工艺及操作,更新和改造耗能高的 设备。
降低能源损失(“废料”、煤气、热能、压 力能),减少生产工序。
冶金概论
An introduction to Metallurgy
武汉科技大学冶金工程系
课程教学目的
通过钢铁冶炼过程的基本原理、主要设备、 生产工艺及操作制度的学习,使从事与冶金 行业有关的非冶金专业学生对钢铁工业及钢 铁联合企业的生产过程有一个全面而概括的 了解,并初步掌握冶金的基本知识。
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铁合金
铁合金是指铁与一种或几种元素组成的中间 合金,主要用于炼钢脱氧或作为合金添加剂, 当采用金属热还原法生产其它铁合金和有色 金属时作还原剂(详见第七章)。如:硅铁、 锰铁。
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炉渣
炉渣是炉料在冶炼过程中不能进到生铁和 钢中的氧化物、硫化物等形成的熔融体。
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第一章 绪论
主要内容
1.1 冶金基本概念 1.2 钢铁工业 1.3 钢铁冶炼 1.4 钢铁产品及副产品 1.5 钢铁工业能耗及能源 1.6 耐火材料 1.7 环境保护
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1.1 冶金基本概念
1.1.1 冶金学 1.1.2 火法冶金(Pyrometallurgy)主要过程简介
煤在钢铁企业主要用来炼焦和自备电厂发电、 蒸汽机车烧煤、烧工业锅炉及部分窑炉,少 部分制成粉煤用于高炉喷吹及烧结生产。
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1.5.2 钢铁工业能耗
我国钢铁工业的能源消耗中,钢铁冶 炼是耗能最高的工序,占钢铁工业能 耗的60~70%。其主要耗于炼铁系统, 焦化、烧结、球团、炼铁等工序。
超过2亿吨的国家; 2004年,产量2.8亿吨; 2005年,产量3.5亿吨; 2006年,产量4.2亿吨。
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全球部分钢厂产量排名
排名 2006 2005
1
1
公司 米塔尔
国家 荷兰
2006年 (百万吨)
2005年 (百万吨)
同比增长
63.66 49.89 27.6
在高温炉(高炉、热风炉、转炉、各种加 热炉)中,炉膛是用耐火材料砌成的。
对耐火材料的要求是:有足够高的耐火度, 合理的形状,质地致密,高温下有一定强 度,无明显挥发现象以及不与炉内工作气 氛发生反应等。
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1.6.2 耐火材料分类
按化学成分:氧化物、非氧化物、复 合系
粗钢产量/Mt .a-1
500
36.4
36
450
中国粗钢占全球粗钢产量的比例
489.00 33ຫໍສະໝຸດ 79中国粗钢产量400
30.9
418.78 32
28
350
25.8
349.36
22.9
24
300
20.1
250
17.85
272.80
20
14.7715.66
16
200
12.2512.72 13.41
15.40
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1.1.1 冶金学
冶金学是一门研究如何经济地从矿石或其它 原料中提取金属或金属化合物,并用一定加 工方法制成具有一定性能的金属材料的科学。 由于矿石性能不同,提取金属的原理、工艺 过程和设备不同,从而形成专门的冶金学 科—冶金学(Metallurgy)。
冶金学研究所涉及的内容:金属的制取,金 属的加工,金属性能的改进→对金属成分、 组织结构、性能和相关理论的研究。
焙烧:以改变原料组成为目的的、在低于矿石 熔点温度下、在特定气氛中进行的冶金过程。
煅烧:在空气中以去CO2和水为目的的冶金过 程。
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