54.32 33.70 32.02 31.20 22.53 19.06 15.00 14.63 13.76 11.24 10.91 10.79 10.55
46.65 32.90 29.57 31.42 22.73 16.08 11.90 12.02 13.05 10.43 9.65 10.34 10.44
R3
w(CaO) w(MgO) w(SiO2 )
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29 29
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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30 30
1.5 钢铁工业能源及能耗
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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35 35
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。
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
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
复杂的环境界面
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24 24
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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25 25
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。
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、 生产工艺等的学习，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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77
提取冶金的分类
按所冶炼金属类型分：
有色冶金
(Nonferrous metallurgy)
钢铁冶金（黑色冶金 ) (Ferrous metallurgy)
按冶金工艺过程不同分：
火法冶金 湿法冶金 电冶金
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88
1.1.2 火法冶金主要过程简介
干燥：去水，温度为400~600℃。
127.64 114.56
8 4
50 65.35 80.93
0
1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008
年代
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18 18
1.3 钢铁冶炼
磁 铁 矿
赤 铁 矿
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线 材
板 材
19 19
钢铁生产的两个典型流程
高炉炼铁
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
土
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
烧结/球团 — 高炉—转炉—连铸机—轧机
非高炉炼 铁
长流程
直接还原或熔融还原—电炉—连铸机—轧机
短流程
钢铁冶炼的任务是把铁矿石冶炼成合格的钢。
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20 20
现代钢铁冶炼的两种基本流程
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21 21
钢材加工工艺流程
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22 22
钢铁生产的典型工艺（长流程）
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。
烧结与球团：以获得特定矿物组成、结构及性 能的造块。
熔炼：还原氧化物，提取粗金属。
精炼：氧化杂质，获得纯金属。
铸造：液态金属凝固成固态。
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99
1.2 钢铁工业
1.2.1 钢铁材料 1.2.2 钢(Steel)与生铁(Pig iron)的区别 1.2.3 钢铁冶炼技术发展简史 1.2.4 我国钢铁工业的发展
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10 10
1.2.1 钢铁材料
钢铁是使用最多的金属材料 原因：储量大；冶炼加工容易；综合性能好
预计未来几年钢铁产品在各行业中占的比例
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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14 14
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 超过2亿吨的国家；
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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34 34
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。
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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37 37
1.6.2 耐火材料分类
按化学成分：氧化物、非氧化物、复 合系
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55
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。
22
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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44
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
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23 23
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；
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
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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28 28
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 )
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26 26
ห้องสมุดไป่ตู้ 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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27 27
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。
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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32 32
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。
2004年，产量2.8亿吨；
2005年，产量3.5亿吨；
2006年，产量4.2亿吨。
中国大陆2012年粗钢产量7.16亿吨，占全 球钢产量的46.3%。