红色 黑色
炼
褐铁矿(2Fe2O3 ·3H2O)： 55.2~66.1% Fe 黄褐色
菱铁矿（FeCO3）： 42.8% Fe
淡黄色
脉石：SiO2、Al2O3、CaO、MgO等
赤铁矿
菱 铁 矿
磁铁矿
褐 铁 矿
对铁矿石的要求：
1.2
含铁量愈高愈好；30~70%，贫矿：Fe%＜45% 富矿：Fe%＞45%
通过各种方法将金属元素从矿物中提取出来，接着对 粗炼金属产品进行精练提纯和合金化处理，然后浇注成 锭，加工成形，才能得到所需成分、组织和规格的金属 材料。 定义：金属冶金是研究如何从矿山或其它原料中提取金 属或金属化合物,并制成具有一定性能的金属材料的的工 程技术。 金属的冶金工艺可以分为：火法冶金、湿法冶金、 电冶金三大类。
冶
105℃以上，吸附水（游离水）可蒸发，对高炉无害。
200℃开始，褐铁矿（2Fe2O3.3H2O）分解，400～
炼 500℃分解速度最大。
约400℃高岭土（Al2O3.2SiO2.2H2O）开始分解，在 500～600℃才迅速进行。
1.2 ②燃料挥发分的挥发
焦碳中含挥发分0.7～1.3%，在风口被加热到1400
上料机
喷吹 燃料 燃料罐
高炉
热风
冷风
空气
热风炉
鼓风机
冶 炼
炉渣
生铁煤气水渣铸炼特渣棉
造钢殊
除尘
净煤气
生生生
铁铁铁
建
绝
筑
热
炉 尘
材
材
料
料
其它用途
（2）炼铁时高炉中的物理化学过程
1.2
1）燃料的燃烧
钢
C+O2CO2 C+O22CO CO2+C 2CO
铁
2）炉料的蒸发、挥发、及分解
①水分的蒸发和结晶水的分解
常用的燃料：
焦炭 喷吹用燃料：10~30%，有的达40~50%，包括气体燃料（天然气 、焦炉煤气等）、液体燃料（重油、柴油、焦油）、固体燃料 （无烟煤粉）
1.2 钢 铁 冶 炼
（3）熔剂
作用：
降低脉石熔点，生成熔渣； 去硫
种类：
通常用碱性熔剂石灰石
要求：
碱性氧化物高（CaO+MgO）＞50%，酸性氧化物低 (SiO2+Al2O3）≤3.5%
钢
还原性好； 粒度适中；通常为10~25mm
铁
脉石成分中碱性氧化物含量高； 杂质含量少；S% ＜0.15%，P% ＜0.4%，As% ＜
0.1% 有一定强度
冶
冶炼前铁矿石的处理：
炼
主要通过选矿来提高矿石的品位: A:贫铁矿→ 破碎 →筛分→ 细磨→ 选矿→ 精矿粉→ 混匀→
造块（烧结矿成球团状）→筛分→储藏→ 过筛→ 称量→ 入
矿粘接在一起。形成坚固、疏松多孔的烧结矿。
炼
造块：将水润湿的精矿或精矿和溶剂的混合物，
在圆盘或圆筒内滚成直径为10~30mm的球体，再经
过干燥焙烧，形成球团矿。
（2）燃料
作用：
提供热量； 还原剂； 料柱骨架； 渗碳剂
要求：
含碳量高； 有害杂质硫、磷及水分、灰分、挥发分的含量低； 在常温及高温下要有足够的机械强度； 气孔率要大，粒度要均匀
1.1.1 火法冶金
1.1 ➢ 定义：火法冶金是指在高温下矿石经过熔炼、精炼反应
及熔化过程，使其中的金属与杂质分离，获取较纯金属的
冶 过程。（干法冶金）
➢ 工艺过程：
金
原料准备
工
冶炼
艺
选矿、干燥、 焙烧、球化或
烧结
氧化还原提 取金属
精炼
除去杂质 提纯金属
1.1.2 湿法冶金 1.1
➢ 定义：湿法冶金是在常温或低于100℃以下，用溶剂
冶 处理矿石或精矿，使所提取的金属溶解于溶液中，而其
它炸至不溶解，然后再从溶液中将金属分离和提取出来
金 的过程。
工 ➢ 工艺过程：
艺 浸出
固液 分离
溶液 净化
金属或化 合物提取
1.1.3 电冶金 1.1 ➢ 定义：利用电能从矿石或其它原料中提取、回收、
冶 精炼金属的冶金过程。
➢ 工艺分类：
金 电热冶金 ：直接用电加热生产金属的一种冶金方法。包
材料工程基础
主讲人:
手机:
教材
参考书
材料工程基础
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章
金属冶金 铸造 压力加工 金属材料热处理 金属的焊接
第一章 金属冶金
1.1 冶金工艺 1.2 钢铁冶炼 1.3 有色金属冶炼
1.1 冶金工艺
绝大多数金属元素（除Au、Ag、Pt外）都以氧化物、 硫化物、碳化物等化合物的形式存在地壳之中。
钢
～1600℃，这些挥发分进入煤气。由于量小，对煤气成
铁 份和冶炼过程影响很小。
③碳酸盐的分解
炉。
B:天然富矿→ 破碎→ 筛分→ 混匀→储藏→ 过筛→ 称量→
入炉
冶炼前铁矿石的处理：
1.2
破碎和筛分；
选矿：去掉大部分脉石和无用成分，Fe的品位达
钢 到60%或更高（水选、磁选）
铁
烧结：精矿、煤粉、石灰石及水混合，在烧结机
或烧结炉中烧结。煤粉燃烧，产生1000~1100℃的高
冶 温，部分脉石熔融，与石灰石结合成硅酸盐，将精
原出的铁与脉石分离。
生产基本过程：
1.2 （高炉的还原过程）（氧化过程）
铁矿石
→炼铁 → 炼钢→ 铸锭（连铸→ 轧制 → 钢材
钢
铸造生铁 铸造
铁
冶
炼
1.2.1 生铁冶炼 1.2
炼铁的原料：铁矿石、熔剂及燃料。
钢
（1）铁矿石
铁
含铁矿物和脉石组成。
冶
赤铁矿(Fe2O3) ： 磁铁矿(Fe3O4)：
70%Fe 72.4% Fe
括电弧熔炼、电阻熔炼、电阻-电弧熔炼、等离子熔炼、
工 感应熔炼和电子束熔炼。。
电化学冶金：利用电化学反应，使金属从含金属盐类的
艺 水溶液或熔体中析出的冶金方法。包括溶液电解和熔盐电
解。
溶液电解：应用水溶液电解精炼金属的一种冶金方法。
1.1 冶 金 工 艺
熔盐电解：直接利用高导电率、低熔点的熔盐作为电 解质在熔池中进行电解（铝、镁等活泼金属的提取）。
P、S低，强度高，粒度均匀，粒度最好与矿石粒度一致
2、高炉炼铁的冶炼过程
1.2 （1）高炉 钢 铁 冶 炼
1.2 钢 铁 冶 炼
图 5 -4 高 炉 内 型 示 意 图
1.2 炼
钢铁 高
铁 炉
冶的 结
炼构
1.2
炼铁工业设备图
钢
铁
冶
炼
1.2
炼铁工业设备图
钢
铁
冶
炼
1.2 钢 铁
铁熔焦 矿 石剂炭
1.2
1.2 钢铁冶炼
钢
Fe在地壳中的含量为5％左右，在金属中仅次于铝，
除陨石外，纯铁在地壳中还未见到，铁容易与其它元素
铁 化合，特别是与氧化合，因此铁矿石多以氧化物形式存
在。
冶
铁矿石中除铁的氧化物外，还有其它元素的氧化物
炼 (SiO2、MnO2 等)，这些统称为脉石。
炼铁的目的就是使铁从铁的氧化物中还原，并使还