冶金概论1

第一篇：冶金概论1

第一章绪论

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。

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。

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（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）。

提取冶金的分类按所冶炼金属类型分：有色冶金钢铁冶金（黑色冶金）

按冶金工艺过程不同分：火法冶金湿法冶金电冶金

1.1.2 火法冶金主要过程简介

干燥：去水，温度为400~600℃。

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。

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；易改质处理 预计未来几年钢铁产品在各行业中占的比例

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；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；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；20世纪中叶氧气顶吹转炉（LD法）。

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，世界惟一年产钢超过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；2008年，产量5.0亿吨；2009年，产量5.6亿吨。

中国钢铁工业发展目标 “加强自主创新，建设创新型国家”目标下，通过结构调整和产业升级，努力使我国从钢铁大国转变为钢铁强国。

钢铁冶炼的任务是把铁矿石冶炼成合格的钢。

1.4 钢铁产品及副产品

产品：生铁、钢副产品：炉渣、煤气

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。

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。其主要成分是CaO、MgO、SiO2、Al2O3、MnO、FeO、P2O5、CaS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。

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、CH

41.5.1 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％。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。

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，占钢铁生产能耗的一半以上。

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。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。

1.6 耐火材料

凡是耐火度高于1580℃，能在一定程度上抵抗温度骤变、炉渣侵蚀和承受高温荷重作用韵无饥非金属材料，称为耐火材料。耐火材料由耐火砂岩进入到现代科技产品，已成为独立的生产行业，其产品的60～80％消耗于冶金工业。

钢铁生产对耐火材料的要求是：耐火度高；能抵抗温度骤变；抗熔渣、金属液等侵蚀能力强；高温性能和化学稳定性好。

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

大气污染物质

SOX：是通过原料、燃料中硫磺成分的燃烧而产生的。烧结工厂等为其主要发生源。NOX：通过燃烧后发生。烧结工厂等为其主要发生源。

煤尘：通过燃烧后发生。烧结炉、各加热炉为其发生源。

粉尘：从燃料原料的输送、处理过程，及储藏场中产生。炼铁、炼钢工程为其主要发生源。

污水：钢铁工业用水主要是冷却水，其次是煤气洗涤水，以及冲洗设备、地面及除尘用水等。污水中含有下列污染物：

固体悬浮物（SS）：从排气集尘、高温物质的直接冷却等过程中产生。

油：由各种机械等所使用的油所发生的漏泄及冷轧工程使用轧制机的机油等原因而产生。

化学需氧量（COD）：从煤炭干馏时的氨水，及冷轧、电镀废水中产生。

酸、碱：从冷轧工程的酸洗工程、电镀工程等的脱脂工程中产生。

固体废弃物

炉渣：从高炉、铁水预处理、转炉、电炉、二次精炼设备等的冶炼工程中产生。污泥：在各种水处理过程中产生。

灰尘：从各种干式集尘机中产生。

第一章小结

重点掌握内容：火法冶金及其主要工序；钢铁冶炼的任务；钢铁生产长流程生产工艺；钢铁工业能源及能耗特点；耐火材料及其要求。

第二篇：冶金工程概论

一 选择题

1．高炉生产的产品有：

A）生铁B）炉渣C）高炉煤气D）炉尘

2．高炉干式除尘的方法有：

A）文氏管B）布袋除尘C）电除尘D）洗涤塔

3．高炉内对煤气阻力最大的区域为：

A）块状带B）滴落带C）软熔带D）风口回旋区

4．炼钢过程的主要反应是：

A）碳的氧化B）硅的氧化C）锰的氧化D）磷的氧化

5．常用的氧枪喷头类型为：

A）直孔型B）拉瓦尔型C）螺旋型D）扇型

6．炼钢终点控制主要控制：

A）钢水成分B）钢水温度C）冶炼时间D）终渣量

7．碱性电弧炉炼钢按工艺方法可分为：

A）双渣留渣法B）返回吹氧法C）氧化法D）不氧化法

8．氧枪的常用冷却保护介质为：

A）水B）气态碳氢化合物C）燃料油D）植物油

9．采用顶吹氧底复合吹炼时，底部吹入的可能是：

A）N2B）ArC）O2D）H

210．高炉中配加焦炭的作用是：

A）作还原剂 B）燃烧后产生热量C）作料柱骨架，起支撑料柱作用 D）氧化剂

11．高炉生产的主要设备为高炉本体，其辅助系统包括：

A）渣铁处理系统B）原料系统C）煤气处理系统D）送风系统 E）装料系统

12．高炉湿式除尘的方法有：

A）文氏管B）布袋除尘C）电除尘D）洗涤塔

13．高炉内发生间接还原反应的区域主要在：

A）块状带B）滴落带C）软熔带D）风口回旋区

14．炼钢过程前期的主要反应是：

A）碳的氧化B）硅的氧化C）锰的氧化D）磷的氧化

15．顶底复吹炼钢法中，可以用作底吹气体的有：

A）O2B）H2C）ArD）N2

16．在钢水成分达到要求后，炼钢终点控制主要控制：

A）钢水成分B）钢水温度C）冶炼时间D）终渣量

17．顶底复吹炼钢法中，常用作底吹气体供气的元件类型有：

A）喷嘴型B）砖型C）细金属管多孔塞式D）环型供气元件

18．Q-BOP法氧枪的冷却保护介质为：

A）水B）气态碳氢化合物C）燃料油D）植物油

19．采用顶吹氧底吹非氧化性气体复合吹炼时，关键是控制：

A）顶吹和底吹的流量比B）顶枪枪位C）底气量D）供氧强度

20．连铸钢坯激冷层的结构特点：

A）窄B）厚C）晶粒粗大D）晶粒细小

二、判断题

1我国钢铁工业的能源构成以煤为主，能源主要消耗在炼钢系统。

2铁矿石中w(T.Fe)>60％称为高炉富矿，可直接入炉。

3用固体碳还原铁氧化物，生成CO的还原反应叫直接还原。

4转炉终点控制主要控制钢水碳含量和钢水温度。

5连铸坯凝固组织结构由外到里分别为粗大等轴晶、柱状晶、细小等轴晶。

6我国钢铁工业的主要污染物质包括空气污染物、污水和炉尘。

7耐火材料在冶金中可用作高温炉管，炉膛，容器，热电偶保护管和绝缘管等。用CO还原铁氧化物，生成CO2的还原反应属铁氧化化物的间接还原。铁氧化物的还原是由高价氧化物逐级还原为低价氧化物的。

9生球的焙烧过程要经历干燥、预热、焙烧、均热和冷却五个阶段。

10连铸坯的质量缺陷主要有表面质量缺陷、内部质量缺陷和脱方。

三 名词解释

1）冶金学2）热 脆3）硫负荷4）烧结矿5）炉外精炼6）料线零位7）直接还原度8）球团矿9）高炉煤气净化系统 10）矿物、矿石、矿石的品位11）

低温烧结12）高炉有效容积13）枪位14）溅渣护炉 15）炉外精炼16）拉坯速度

17）熔炼 18）硬吹 19）连铸结晶器20）连铸机台数、机数、流数

四 填空

1钢铁工业的主要污染包括、和。

2渣中和浓度之比值称为炉渣碱度。

3氧从气相进入金属液有和两种途径。

4在烧结过程中，烧结料沿料层高度方向由上到下依次分

为，。

5高炉冶炼过程中送往高炉的热风是由提供的。

6钢液浇铸的任务是，常用的方法是。

7常用脱氧元素有、和，脱氧剂的加入次序是先后。8冶金方法按冶炼工艺过程分、和，其中钢铁冶金属于，采用ZnSO4 的水溶液电解制取Zn属于。

9非高炉炼铁主要包括和两种方法。

10炉渣的氧化性通过来体现。炉渣吸收有害元素的能力用性质来衡量。

11水当量即。

12电弧炉的装料原则：下，上，中间，四周，炉门口无大料，使得穿井快，不搭桥。

13转炉炉膛内氧气射流的特点是：。142R4.56—450表示一台机，拉辊辊身长度为，外弧半径为的弧形 连铸机。

15高炉炼铁中加入焦炭的作用是、、。炼钢中，常用脱氧元素脱氧后的产物分别为、和。

16高炉炉型为圆断面五段式即：、、和，五部分。

17按冶炼工艺过程分，钢铁冶金属于；锌精矿经浸出再电解得到Zn属于、。

18炉外精炼即。

19提取冶金过程按冶金工艺过程不同分为____、_____、______三种。

20烧结料层有明显的分层，依次出现烧结矿层、______、______、______、_____，然后又相继消失，最后剩下烧结矿层。

21高炉炼铁中，焦炭的作用：______、______及______。

22某大型高炉有效容积4350m3，年产370万吨炼钢生铁，消耗100万吨焦炭，每吨生铁喷吹煤粉205kg，此高炉有效容积利用系数为_____，焦比为_____，燃料比为_____。23 根据高炉冶炼中炉料的状态，高炉内可分为____、____、____、____和____5个区域。24 炼钢的任务的四脱为______、_____、_____、_____，二去为_____、_____。25 顶底复吹转炉吹炼中，前中期底吹气体为_____，后期底吹气体为_____。RH最主要的精炼手段是____，最主要的精炼功能是____。连铸中，钢水过热度定义为_____与____之差。冶金学按研究的领域分为提取冶金学（化学冶金学）和_____；提取冶金过程按冶炼的金属不同分为_____和____两类。生产烧结矿时先经过______、______、______、_____等工序，然后对烧结矿进行破碎、筛分、冷却及整粒处理。高炉炼铁中，可以通过喷煤代替_____的部分作用。

某大型高炉有效容积4000m3，年（365天）产370万吨炼钢生铁，消耗105万吨焦炭，每吨生铁喷吹煤粉200kg，此高炉有效容积利用系数为__，燃料比为_____。32 高炉炼铁时热风是由热风炉产生的，目前用得最多的热风炉是____。

顶底复吹转炉炼钢工艺包括 ______、_____、_____、_____、_____、_____等内容。34 传统电炉炼钢过程中，主要的金属料为____，造渣剂主要有_____、萤石及火砖块等。35 LF基本的精炼手段是_、、___，其精炼功能有____、____、__ __和__。36炉外精炼方法中的RH法的具体含义是_____。

连铸机的主要设备有钢包及回转台、____、结晶器、_____、____、切割装置和引锭杆。

五 问答题为什么要选矿？选矿生产工艺过程分为几个阶段？各起什么作用？选矿方法有哪些？如何选用？衡量选矿效果有哪些技术经济指标？粉矿造块的意义和方法有哪些？烧结法的流程和机理是什么？烧结过程涉及到哪些化学反应？

3请用图示法说明钢铁工业的两种生产流程。以图示出钢铁冶金生产长流程主要工序，并标出各工序主要原料及产品。炼钢脱氧的方法有哪几种，它们有什么特点？风口前燃料燃烧有何重要的意义？高炉内燃烧反应的特点是什么？写出风口前焦炭燃烧的化学反应式。什么是回旋区和燃烧带？高炉冶炼过程为什么P被全部还原进入生铁中？以高炉为中心，图示出高炉炼铁生产中的原料及其来源和各产品的去向。高炉造渣的作用是什么？写出有炉渣脱硫反应的化学方程式（分子式或离子式），并讨论影响脱硫的因素。氧对钢材质量有什么影响？请说出常用的脱氧方法有哪些？

10转炉炼钢过程对造渣有什么要求？目前用到的造渣方法根据什么确定？转炉炼钢时的造渣方法有哪些，各有何特点？

11转炉炼钢的基本任务是什么？其中影响钢液脱碳的因素有哪些？写出有石灰参与的氧化性脱磷反应的分子式或离子式，并讨论影响脱磷的因素。13 为什么要进行炉外脱硫？采用哪些脱硫剂？主要有哪些方法？

14何谓传统电弧炉炼钢法？该法有哪些优点？电弧炉炼钢的装料经验是什么？钢和生铁有哪些区别？传统的氧化法电炉炼钢冶炼工艺操作过程包括哪几个阶段，其中哪三个阶段为老三期，老三期每个期的任务是什么？电弧炉炼钢的操作方法有哪两类？炉外精炼的基本手段有哪些，其作用是什么？电弧炉有哪些主要机械设备？电弧炉的电气设备主要由哪几部分组成？各自的任务是什么？叙述真空提升脱气法、循环脱气法、钢包炉精炼法的工作原理。叙述连铸的工艺流程。连铸与模铸相比的优越性表现在哪些方面？

21常用的弧形连铸机的主要设备有哪些，并简要说明各设备的作用。

22冶金的方法及其特点是什么？

23一个现代化的钢铁联合企业有哪些主要工序和辅助工序，用框图画出钢铁联合企业的生产工艺流程。

24铁矿石入炉前需要进行哪些准备工作？烧结矿是如何形成的？

25高炉冶炼过程分为几个区域？高炉内燃烧反应有什么特点？什么是回旋区和燃烧带？

第三篇：冶金概论

 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。

 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。

 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（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）。

 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（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）。

按所冶炼金属类型分： 有色冶金生铁、钢和铁合金 钢铁冶金（黑色冶金）

按冶金工艺过程不同分：火法冶金，湿法冶金，电冶金

火法冶金：干燥：去水，温度为400~600℃。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。

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；易改质处理

冶金发展史：远古至13世纪末：半熔融状态的铁块—海绵铁；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；（酸性炉衬，高铝砖，不能脱磷1864年法国人发明了平炉炼钢法； 1874年发明了空气底吹碱性转炉炼钢法；（碱性炉衬，镁碳砖）20世纪初发明了电弧炉炼钢；20世纪中叶氧气顶吹转炉（LD法）。

钢铁生产的两个典型流程

长流程：烧结/球团— 高炉—转炉—连铸机—轧机（高炉炼铁）

短流程：直接还—电炉—连铸机—轧机原或熔融还原

钢铁生产的典型工艺（长流程）

钢铁产品：生铁，钢。副产品：炉渣，煤气生铁：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。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。

其主要成分是CaO、MgO、SiO2、Al2O3、MnO、FeO、P2O5、CaS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。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、CH

4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％。

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。

钢铁工业消耗：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，占钢铁生产能耗的一半以上。

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。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。

耐火材料：凡是耐火度高于1580℃，能在一定程度上抵抗温度骤变、炉渣侵蚀和承受高温荷重作用的无机非金属材料，称为耐火材料。耐火材料由耐火砂岩进入到现代科技产品，已成为独立的生产行业，其产品的60～80％消耗于冶金工业。钢铁生产对耐火材料的要求是：耐火度高；能抵抗温度骤变；抗熔渣、金属液等侵蚀能力强；高温性能和化学稳定性好。

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

大气污染物：SOX：是通过原料、燃料中硫磺成分的燃烧而产生的。烧结工厂等为其主要发生源。NOX：通过燃烧后发生。烧结工厂等为其主要发生源。煤尘：通过燃烧后发生。烧结炉、各加热炉为其发生源。粉尘：从燃料原料的输送、处理过程，及储藏场中产生。炼铁、炼钢工程为其主要发生源。

污水：钢铁工业用水主要是冷却水，其次是煤气洗涤水，以及冲洗设备、地面及除尘用水等。污水中含有下列污染物：固体悬浮物（SS）：从排气集尘、高温物质的直接冷却等过

程中产生。油：由各种机械等所使用的油所发生的漏泄及冷轧工程使用轧制机的机油等原

因而产生。化学需氧量（COD）：从煤炭干馏时的氨水，及冷轧、电镀废水中产生。酸、碱：从冷轧工程的酸洗工程、电镀工程等的脱脂工程中产生。

固体废弃物炉渣：从高炉、铁水预处理、转炉、电炉、二次精炼设备等的冶炼工程中产生。污泥：在各种水处理过程中产生。灰尘：从各种干式集尘机中产生。

主要原料：高炉冶炼用的原料主要有铁矿石（天然富矿和人造富矿）、燃料（焦炭和喷吹燃料）、熔剂（石灰石与白云石等）。冶炼1t生铁大约需要1.6~2.0t矿石，0.4~0.6t焦炭，0.2~0.4t熔剂。高炉冶炼是连续生产过程，必须尽可能为其提供数量充足、品味高、强度好、粒度均匀粉末少、有害杂质少及性能稳定的原料。

铁矿石工艺流程：矿石→破碎→筛分→富矿→混匀→天然块矿→高炉；

矿石→破碎→筛分→贫矿 →磨矿→筛分→选矿→ 造块→人造富矿→高炉

燃料：焦炭的作用：发热剂、还原剂及料柱骨架。粒度：大型高炉 40~60mm；中型高炉 25~40mm； 小型高炉 15~25mm；喷吹燃料：固体（无烟煤与烟煤粉）液体（重油、煤焦油）气体（天然气或焦炉煤气）

 溶剂：熔剂主要使用石灰石和白云石；

 熔剂的要求：

 有效成分含量高（CaO+MgO）；

 有害杂质S、P低；

 粒度均匀，强度好，粉末少。

 熔剂的作用：

 助熔，改善流动性，使渣铁容易分离；

 脱硫（焦炭和矿石中S）。

烧结：将各种粉状铁，配入适宜的燃料和熔剂，均匀混合，然后放在烧结机点火烧结。在燃料燃烧产生高温和一系列物理化学变化作用下，部分混合料颗粒表面发生软化熔融，产生一定数量的液相，并润湿其它未融化的矿石颗粒。冷却后，液相将矿粉颗粒粘结成块。这一过程叫是烧结，所的到的块矿叫烧结矿

 然结过程：烧结料层有明显的分层，依次出现烧结矿层、燃烧层、预热和干燥层、过湿层，然后又

相继消失，最后剩下

烧结矿层。

抽风烧结工艺流程

 烧结过程主要反应；燃烧反应：C+O2，烧结废气中以CO2为主，存在少量CO，还有一些自由氧和氮。

2C+O2=2CO； C+O2=CO

2 分解反应：

结晶水的分解：褐铁矿（mFe2O3·nH2O）

高岭土（Al2O3· 2SiO2·2H2O)

熔剂分解：CaCO3=CaO+CO2(750℃以上)

MgCO3=MgO+CO2(720℃)

 还原与再氧化反应：Fe、Mn等

靠近燃料颗粒处：3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2;

Fe3O4+CO=3FeO+CO2;

远离燃料颗粒处：2Fe3O4+1/2O2=3Fe2O3;

3FeO+1/2O2=Fe3O4. 气化反应：脱硫85％～95％。

FeS2+11/2O2=Fe2O3+4SO

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

 烧结矿：烧结矿是一种由多种矿物组成的复合体。由含铁矿物和脉石矿物组成的液

相粘结在一起组成。

 含铁矿物有磁铁矿、方铁矿（或浮氏体）、赤铁矿

 粘结相主要有铁橄榄石、钙铁橄榄石、硅灰石、硅酸二钙、硅酸三钙、铁酸钙、钙

铁灰石及少量反应不全的游离石英和石灰。

球团：将准备好的原料(细磨精矿或其他细磨粉状物料、添加剂等)，按一定比例经过配料、混匀制成一定尺寸的小球，然后采用干燥焙烧或其他方法使其发生一系列的物理化学变化而硬化固结．这一过程即为球团生产过程．其产品即为球团矿。

 球团矿生产的工艺流程一般包括原料准备、配料、混合、造球、干燥和焙烧、冷却、成品和返矿处理等工序。

高炉冶炼过程及特点：现代高炉生产过程是一个庞大的生产体系，除高炉本体外，还有供料、送风、煤气净化除尘、喷吹燃料和渣铁处理等系统。

 高炉炼铁的本质

传质过程：矿石中的O2-O2-

进入煤气中，实现铁与氧的分离

传热过程：煤气携带的热量传给炉料，使炉料熔化成渣铁，实现渣铁分离

第四篇：冶金概论论文

选课课号：(2011-2012-2)-BG11191-320001-1课程类别：公选课

《冶金工程概论》课程考核

题目：

（课程论文）钢铁冶金联合企业生产环及过程及特点—冶金与计算机科学的联系

作者：学号：

授课教师：杜长坤

班级： 计算机科学与技术1102级

重庆科技学院冶金与材料工程学院

2012年5月 8日中国重庆

钢铁冶金联合企业生产环及过程及特点—冶金与计算机科学的联系

作者：***

重庆科技学院电气信息工程学院计算机科学与技术班

摘要：钢铁工业是国家的基础工业之一，钢铁产量往往是衡量一个国家工业水平和生产能力的主要标志，首先要提高钢铁生产就必须明确知道起生产环节及特点等，这样才可以知道该怎么改进设备以提高钢铁生产，节约成本。而随着计算机科学的不断提高，计算机专业在钢铁生产中占着不可或缺的重要地位！关键词：冶金环节钢铁生产计算机科学

1.冶金炼铁的生产过程

现代化的钢铁联合生产企业，其生产环节是一个复杂而庞大的生产体系，每个生产环节都有其主要生产过程、主要设备、生产方法以及特点。主要包括原料处理、炼铁、炼钢、轧钢、能源供应、交通运输等。

1.1选原材料

炼铁原料： 1，铁矿石：一种或几种含铁矿物和脉石组成2，燃料：焦炭，并作为还原剂 3，熔剂：有酸、碱之分，多选用碱性石灰石，选矿经历了从处理粗粒物料到细粒物料、从处理简单矿石到复杂矿石、从单纯使用物理方法向使用物理化学方法和化学方法的发展过程。包括精矿、中间产品、尾矿的脱水，尾矿堆置和废水处理。选矿主要在水中进行，选后产品需要脱水干燥。方法有重力泄水、浓缩、过滤和干燥。尾矿水可回收再用。不合排放标准的废水须经净化处理。旧尾矿场地要进行植被、复田。

1.2炼铁

炼铁是把铁矿石还原成生铁的连续生产过程，其中，高炉冶炼在钢铁工业中占有重要地位。具体的炼铁过程为：

(1)炉顶装入铁矿石、焦炭、造渣用熔剂(石灰石)

燃料的燃烧：焦碳自炉顶下落至风口时与空气相遇，燃烧，进行放热反应。

C+O2→CO2+1600～1750℃

CO2上升，遇赤热焦碳，被还原成CO

CO2+C→2CO-Δ

CO热气继续上升，遇热矿石，发生还原反应，将Fe还原出来

(2)从位于炉子下部沿炉周的风口吹入经预热的空气

(3)在高温下焦炭（也喷吹煤粉、重油、天然气等辅助燃料）中的碳同鼓入空气中的氧燃烧生成的一氧化碳和氢气，在炉内上升过程中除去铁矿石中的氧，从而还原得到铁。铁的还原：直接或间接还原两种.1）直接还原：950℃以上，固体碳呈烟状进入矿石孔隙内完成反应。FeO+C→Fe+CO

2CO→CO2+C

2）间接还原：开始于炉口（250℃－350℃）终止于950℃。顺序地利用CO，将高价的铁氧化物还原成低价的铁氧化物。

3Fe2O3+CO→2Fe3O4+CO

22Fe3O4+2CO→6FeO+2CO2

6FeO+6CO→6Fe+6CO2

(4)炼出的铁水从铁口放出

(5)铁矿石中不还原的杂质和石灰石等熔剂结合生成炉渣，从渣口排出。炉渣具有重要作用：

1）熔化其余各种氧化物，控制生铁合格成分。

2）浮在熔融液表面，能保护金属，防止其过分氧化、热量散失或不致过热。因添加剂不同，有酸性、碱性、中性渣。

造渣是矿石中废料，燃料中灰分与熔剂熔合过程的产物。与熔融金属液不互熔，又比其轻，能浮在熔体表面，便于排出。

主要成分；SiO2、Al2O3、CaO,及少量MnO、FeO、CaS等。

产生的煤气从炉顶导出，经除尘后，作为热风炉、加热炉、焦炉、锅炉等的燃料。特点：

高炉炼铁的缺点：投资大、流程长，能耗高，污染大。

改进：不用焦碳，不用高炉，用烟煤或天然气作还原剂，采用直接还原或熔融还原生产铁，以供电炉炼钢二次精炼，连铸连轧。

直接还原：用煤或天然气等还原剂直接将固态铁矿石还原成固态海绵铁。可用煤基回转窑、气基竖炉等设备直接还原。

煤基回转窑中：Fe2O3+3CO→2Fe+3CO

2气基竖炉中：CH4+H2O→CO+3H2+天然气裂化反应

Fe2O3+3H2→2Fe+3H2O

Fe2O3+3CO→2Fe+3CO2

1.3炼钢

炼钢，就是通过冶炼来降低生铁中的碳和去除有害杂质，再根据对钢性能的要求加入适量的合金元素，使其成为具有高的强度、韧性或其它特殊性能的钢。主要方法有三种：

（1）氧气转炉炼

氧气顶吹转炉炼钢设备工艺，如图4所示。按

照配料要求，先把废钢等装入炉内，然后倒入铁水，并加入适量的造渣材料（如生石灰等）。加料后，把氧气喷枪从炉顶插入炉内，吹入氧气（纯度大于

99％的高压氧气流），使它直接跟高温的铁水发生

氧化反应，除去杂质。用纯氧代替空气可以克服由

于空气里的氮气的影响而使钢质变脆，以及氮气排

出时带走热量的缺点。在除去大部分硫、磷后，当

钢水的成分和温度都达到要求时，即停止吹炼，提升喷枪，准备出钢。出钢时使炉体倾斜，钢水从出钢口注入钢水包里，同时加入脱氧剂进行脱氧和调节成分。钢水合格后，可以浇成钢的铸件或钢锭，钢锭可以再轧制成各种钢材。氧气顶吹转炉在炼钢过程中会产生大量棕色烟气，它的主要成分是氧化铁尘粒和高浓度的一氧化碳气体等。因此，必须加以净化回收，综合利用，以防止污染环境。从回收设备得到的氧化铁尘粒可以用来炼钢；一氧化碳可以作化工原料或燃料；烟气带出的热量可以副产水蒸气。此外，炼钢时，生成的炉渣也可以用来做钢渣水泥，含磷量较高的炉渣，可加工成磷肥，等等。

氧气顶吹转炉炼钢法具有冶炼速度快、炼出的钢种较多、质量较好，以及建厂速度快、投资少等许多优点。但在冶炼过程中都是氧化性气氛，去硫效率差，昂贵的合金元素也易被氧化而损耗，因而所炼钢种和质量就受到一定的限制。特点：热平衡条件更为有利，所以原料中可以加入较多废钢（可达30％左右），所产的钢含氮量低，质量更好。它不耗燃料，而且生产率高得多，利用废钢的能

力虽差一些，但在废钢来源不多的多数地区也已够用。

（2）电弧炉冶炼

电炉熔炼工艺包括：

1）、装料

2）、熔化期：占一半以上冶炼时间，耗电达三分之二，包括起弧、穿井、电极回升、熔清、吹氧助熔。

3）、氧化期：脱碳、脱磷、升温

4）、还原期：造还原渣，以碳硅为主要还原剂，脱出钢中氧、硫，调整成分和温度。

5）、出钢：当钢水成份温度合格，脱氧良好，炉渣变白，流动性好，即可向炉内加入终脱氧剂，然后出钢。出钢温度比液相线高出70—120℃。

特点：电弧炉以电为热源，可以迅速熔化废钢和合金，而且可以基本密闭，排除大气的作用。另一方面，电弧炉一般容量较小（同转炉和平炉比），操作成本较高。由于这些特点，电弧炉炼钢法曾主要用来生产特殊钢或合金钢。但近年来，随着电弧炉本身大型化和加大功率的成功，降低了电弧炉钢的生产成本，加上用废钢作原料价格低廉，在工业发达国家中出现了许多专门炼普通钢的电弧炉钢厂。

（3）平炉炼钢

相隔10年之后，法国人马丁利用蓄热池原理发明了平炉炼钢法,1888年出现了碱性平炉。由于平炉炼钢法适应于各种原材料条件（铁水和废钢可用任何比例），对原料的要求不那么严格，容量大，生产的品种多，所以不到20年它就成为世界上主要的炼钢方法，直到20世纪50年代，在世界钢产量中，约85%是平炉炼出来的平炉炼钢法长期占居炼钢工艺主导地位。

特点：就是在废钢与生铁配比方面和生铁磷含量方面有宽广的适应能力，因而在发明后为全世界广泛采用。

2.冶金与计算机科学的联系

随着科学技术的高速发展，随着计算机技术的多层次应用，冶金技术的提高必须依靠计算机科学与技术的协调发展才可以得到跨越性的提高，在钢铁生产中高炉炼铁较其他部门需要更复杂的数学模型，目前计算机控制主要用于各种数据的收集、分析、记录，炉料的称量、校正、装卸、运输，控制热平衡，稳定炉况等。高炉计算机控制，现在倾向于采用以下两种形式:

①分支控制，即上料系统和热风炉各用一台小型计算机控制，高炉本体另用一台主计算机控制。也有数座高炉共用一台主机集中控制，而每座高炉的热风及上料系统，各由一台小型计算机控制。②将高炉分成若干区域，进行局部控制。计算机接受高炉各部分发来的信号，然后发出指令，直接传送给调节器或提供给操作人员。

计算机除作数据记录、称量控制和配料计算等工作外，还用于高炉模型的控制。其主要项目是：①热状态和透气性；②预报生铁含硅量；③应该采取的即时措施（如矿焦比、风量、风温、湿度等）及为防止漏水所必需的指令

总的说来，计算机在炼铁过程中的应用现在仍然处于发展阶段。但随着对高炉大型化、连续化、高速化和高效率化等的要求日益迫切，实现高炉总体的自动化，无疑是必由之路。

第五篇：冶金概论论文

浅述低温烧结技术的发展

引言：低温烧结是当今世界上先进的烧结技术,该技术既能提高烧结矿质量、增加产量又能降低能耗。这种生产工艺在解决了烧结矿的还原性和强度之间存在的矛盾同时又减少了固体燃耗,因此了解低温烧结是必要的。所谓低温烧结就是用低温烧结法生产出的烧结矿,其液相粘结是以针状铁酸钙为主的粘结相。这种烧结矿具有FcO含量低、还原性能好、冷热态强度高、固体燃料消耗低的特点,是进一步降低炼铁能耗的一项十分有效的技术措施。

一、低温烧结

低温烧结(low temperature sintering)是一种铁矿石烧结工艺。它以较低的烧结温度，产生一种强度高、还原性好的较理想的黏结相矿物——针状铁酸钙，并以此去粘结那些部分起反应或未起反应的残余矿石。

二、工艺原理

工艺矿物学的研究表明：烧结矿质量的优劣与其中黏结相矿物有密切关系。在众多的黏结相矿物中以针状铁酸钙矿物的还原性及机械强咬最好。因之，提高烧结矿质量的重要途径是发展以针状铁酸钙为主的烧结矿牯结相矿物。针状铁酸钙是一种钙、铝、硅复合铁酸盐，简写为SFCA。道森(P．R．Dawson)试验表明，SFCA是一种部分Fe2O3被SiO2和Al2O3。所取代的铁酸半钙。此外还表明Al2O3。对铁酸盐的形成是必不可少的，而铁酸盐生成的形态与SiO2的含量有关。当SiO2在烧结矿中含量x(SiO2)>8%，铁酸盐呈细纤维状或针状，而SiO2含量低时(x(SiO2)<4%)形成致密的铁酸盐。此外铁酸盐的形态还受温度的影响。

三、工艺特点

低温烧结与高温熔融型烧结工艺相比，有以下特点：(1)烧结温度低，高温保持时间长。低温烧结工艺的最佳烧结温度为1230～1270℃，最高不超过1300℃。1100℃以上的高温保持时间在3～5min以上，比高温熔融型烧结工艺要长1～3min。

(2)烧结矿的胶结相以针状铁酸钙为主，其数量超过30%～40%，而高温熔融型烧结矿，由于烧结温度超过1300℃，针状铁酸钙变为柱状或分解，其数量将急剧减少。

(3)烧结矿的显微结构为交织熔蚀结构。理想的烧结矿结构，是由两种矿相组成的非均质结构。一种属于多元体系的针状胶结相，另一种是被上述胶结相所胶结的残留矿石颗粒。其中未熔矿石约占30%～40%。以赤铁矿为主的烧结料，其残余结构矿石为赤铁矿；以磁铁矿为主的烧结料，其残余结构矿石为磁铁矿。

四、工艺条件

生产中要实现低温烧结工艺应具有以下条件：(1)良好的原料准备。对原料、燃料、熔剂和返矿等烧结原料应进行严格整粒，充分混匀。并应有一定比例的粒度粗、强度高、还原性好，多孔的矿石作为成球核心。以化学反应好，易于形成铁酸钙的细矿粉作为外面的粘附颗粒，借以获得理想的准颗粒结构。严格控制制粒的水分，加强混合料的制粒，最大限度的提高料层透气性。

(2)生产高碱度烧结矿。一般铁矿粉或铁精矿绝大多数都是酸性矿，为获得针状铁酸钙，必须添加较多的石灰石或生石灰。据研究，烧结矿碱度(CaO/SiO2)1.5以上时，即有一定量铁酸钙出现，但以碱度1.7～1.8为最好。

(3)烧结矿中要有适宜的铝硅比Al2O3/SiO2。以0.1～0.2为宜，只有这样才可在较低的烧结温度下(1230～1270℃)促成针状铁酸盐的生成。

(4)合理的烧结制度。由Fe2O3和CaO组成的熔体大约在1200℃产生。当温度超过1300℃时，铁酸钙熔解或熔化变为次生赤铁矿或磁铁矿及渣相。另外，为使针状铁酸钙和“粒状赤铁矿”稳定形成，温度又要严格控制在高于1250℃，而且1100℃以上的高温保持时间应长一些，以保证有足够的反应时间。因此，低温烧结的工艺操作．要求低碳、高料层、高氧位，并按原料的特性，采用合理的点火、烧结制度。

低温烧结矿由于强度好、亚铁低、还原度高，因此在烧结节能、高炉增产节焦等方面都十分显著。

三、低温烧结技术的发展

四、低温烧结技术的未来

五、参考资料

1、冶金工艺介绍——低温烧结 ．中国冶金行业网 [引用日期2012-11-7] ．

2、本钢技术，月刊，1998年第04期