冶金原理0-绪论
钢铁冶金原理课件
钢铁冶金行业的可持续发展需要技术 创新、政策引导和市场机制等多方面 的努力，推动行业向低碳化、智能化 和循环经济方向发展。
钢铁冶金行业是高能耗、高排放的行 业之一，对环境产生一定的影响，因 此需要采取措施降低能耗和减少排放 ，实现可持续发展。
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全球铁矿分布
主要集中在澳大利亚、中国、巴西等国家。
中国铁矿分布
鞍山、马鞍山、攀枝花等地区。
铁矿的采矿技术
露天开采：剥离表土 层，开采矿石。
采矿技术发展趋势： 智能化、绿色化。
地下开采：挖掘巷道 ，进行矿石开采。
铁矿的选矿原理
选矿目的
将铁矿石中的铁含量提高到60%以上。
选矿原理
根据铁矿石与脉石的物理性质差异进行分离。
。
直接还原技术
通过在低于熔点的温度下将铁矿石 还原成直接还原铁，再通过电弧炉 熔炼成钢，可减少能源消耗和环境 污染。
氢冶金技术
利用氢气作为还原剂，替代传统的 碳作为还原剂，减少温室气体排放 ，是未来钢铁工业的发展方向。
钢铁冶金的未来发展方向
1 2 3
低碳化
随着全球对环境保护的重视，钢铁冶金行业将向 低碳化方向发展，降低碳排放，提高能源利用效 率。
钢的连铸技术
总结词
连铸技术是将液态钢转变为固态钢的过程，涉及结晶、凝固和收缩等物理变化 。
详细描述
连铸过程中，液态钢流入结晶器，在冷却水的作用下逐渐结晶凝固。随着钢坯 的连续拉出，凝固过程继续进行，直至形成完整的钢坯。控制结晶速度、冷却 强度和拉坯速度是连铸技术的关键要素。
钢的轧制原理
总结词
轧制是通过一对旋转轧辊对金属施加压力，使其发生塑性变形的过程。
熔融与凝固
冶金工程概论
第1章绪论1.1金属及其分类人类最早使用的金属——黄金。
铜是人类最早发现和使用的金属之一，距今8000年以前，人类已经使用铜。
铅也是人类史前金属，炼铅术和炼铜术大致始于同一历史时期。
锡也是古老金属，最初是在熔炼自然铜和锡矿石或处理锡铜矿石的混合物偶然获得锡铜合金（锡青铜）－构成了人类古代文明的青铜器时代。
锌在古代是被人类制成黄铜作装饰品应用。
我国是最早掌握炼锌技术的国家，大概在北宋末年（12世纪初）已使用了金属锌。
镍是既古老又年轻的金属。
古代埃及、中国、巴比伦人都曾用含镍很高的陨铁制作器物。
古代云南生产的白铜中含镍很高，在欧洲曾经称这种白铜为“中国银”。
而到了1751年，瑞典矿物学家克朗斯塔特（A.F.Cronstedt）才分离出金属镍，而且镍用于工业上是近一百多年的事。
西方分为：铁和非铁金属。
苏联、中国：黑色金属和有色金属。
黑色金属通常指铁，锰、铬及它们的合金（主要指钢铁）。
锰和铬主要应用于制合金钢，而钢铁表面常覆盖着一层黑色的四氧化三铁，所以把铁、锰、铬及它们的合金叫做黑色金属。
这样分类，主要是从钢铁在国民经济中占有极重要的地位出发的。
有色金属通常是指除黑色金属以外的其他金属。
有色金属可分为四类：（1）重金属，如铜、锌、铅、镍等；（2）轻金属，如钠、钙、镁、铝等；（3）贵金属，如金、银、铂、铱等；（4）稀有金属，如锗、铍、镧、铀等。
轻金属密度在4.5 g·cm-3以下的金属叫轻金属。
例如钠、钾、镁、钙、铝等。
周期系中第ⅠA、ⅡA族均为轻金属。
重金属一般是指密度在4.5 g·cm-3以上的金属叫重金属。
例如铜、锌、钻、镍、钨、钼、锑、铋、铅、锡、镉、汞等，过渡元素大都属于重金属。
贵金属贵金属通常是指金、银和铂族元素。
这些金属在地壳中含量较少，不易开采，价格较贵，所以叫贵金属。
这些金属对氧和其他试剂较稳定，金、银常用来制造装饰品和硬币。
稀有金属稀有金属通常指在自然界中含量较少或分布稀散的金属。
冶金工程基本知识
P38
高炉内各部位主要反应
还原
渗碳
造渣 脱硫
第三章 炼 铁
渗碳过程 P33 渗碳反应
2Fe +2CO = Fe3C + CO2 3[Fe] + C = [Fe3C] 主要反应
渗碳作用
第三章 炼 铁
造渣过程 (1)具有适当的熔化温度，以保证炉缸温度适当 (2)具有良好的流动性，以利渣铁分离 (3)具有足够的脱硫能力，以降低生铁含硫量 (4)具有调整生铁成分，保证生铁质量的作用 (5)性能稳定，有利于保护炉衬
53
Kr
54
Rb Sr
Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In W Re Os Ir Pt Au Hg Tl
I
85
Xe
86
Cs Ba La Hf Ta Fr Ra Ac Ku
Po At
Rn
104 105 106
58-71
90-103
镧系
锕系
■稀有轻金属 ■稀有高熔点金属 ■稀土金属 ■稀有分散性金属 ■稀有放射性金属
第三章 炼 铁
高炉生产的主要技术经济指标 P39-40 高炉有效容积利用系数
平均水平 1.5-2.0 t/m3· d 先进水平 3.0 t/m3· d
焦比
ห้องสมุดไป่ตู้
生产1t生铁所消耗的焦炭量 一般水平 400-600 kg/tFe 先进水平 400 kg/tFe
第三章 炼 铁
冶炼强度
每昼夜高炉燃烧的焦炭量与高炉容积的比值
冶金工程基本知识
第一章 绪论
冶金 是一门研究如何经济地从矿石或精矿或其它原 料中提取金属或化合物，并用各种加工方法制成 具有一定性能的金属材料的科学 冶金学 研究金属的制取、加工和改进金属性能的各种 技术及金属成分、组织结构、性能和相关基础理 论 分为提取冶金和物理冶金两门学科
钢铁冶金学(炼钢学)
炼 钢 方 法（6）
• 瑞典人罗伯特·杜勒首先进行了氧气顶吹 转炉炼钢的试验，并获得了成功。1952 年奥地利的林茨城(Linz)和多纳维兹城 (Donawitz)先后建成了30吨的氧气顶吹 转炉车间并投入生产，所以此法也称为 LD法。美国称为BOF法（Basic Oxygen Furnace）或BOP法。
钢铁冶金学(炼钢学)
钢 O铁B冶M金学/ Q(炼-钢B学O) P
炼 钢 方 法（8）
• 在顶吹氧气转炉炼钢发展的同时，19781979年成功开发了转炉顶底复合吹炼工 艺，即从转炉上方供给氧气（顶吹氧）， 从转炉底部供给惰性气体或氧气，它不仅 提高钢的质量，降低了消耗和吨钢成本， 更适合供给连铸优质钢水。
钢铁冶金学(炼钢学)
钢铁冶金学(炼钢学)
钢铁冶金学(炼钢学)
LD/ BOF/ BOP
炼 钢 方 法（7）
• 1965年加拿大液化气公司研制成双层管氧 气喷嘴，1967年西德马克西米利安钢铁公 司引进此技术并成功开发了底吹氧转炉炼钢 法，即OBM法(Oxygen Bottom Maxhuette) 。1971年美国钢铁公司引进 OBM法，1972年建设了3座200吨底吹转 炉，命名为Q-BO钢铁P冶金(学Q(炼钢u学i)et BOP)。
钢L铁D冶金- 学Q(炼- 钢B学O) P
炼 钢 方 法（9）
•我国首先在 1972-1973 年 在沈阳第一炼钢 厂成功开发了全 氧侧吹转炉炼钢 工艺。并在唐钢 等企业推广应用。
钢铁冶金学(炼钢学)
总之，炼钢技术经过200多 年的发展，技术水平、自动化程 度得到了很大的提高，21世纪炼 钢技术会面临更大的挑战，相信 会有不断的新技术涌现。
1.1 炼钢的发展历程
《冶金概论》课程简介
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欢迎进入《冶金概论》 欢迎进入《冶金概论》 课程的学习！ 课程的学习！
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冶 金 概 论
课程基本情况
课程中文名称： 课程中文名称：冶金概论 课程英文名称： 课程英文名称： General Discussion of Metallurgy 课程类别： 课程类别：专业选修课 课程学分： 课程学分：1 课程学时： 课程学时：18 授课对象： 授课对象：非冶金专业本科学生 前导课程：物理化学、 前导课程：物理化学、金属学 考核方法：平时成绩20％＋闭卷考试80％ ％＋闭卷考试 考核方法：平时成绩 ％＋闭卷考试 ％
2012
薛正良主编， 冶金概论》 教 材：薛正良主编，《冶金概论》， 冶金工业出版社， 冶金工业出版社，2007年 年 参考书： 参考书：
王筱留编， 钢铁冶金学》 炼铁部分）， 王筱留编， 《钢铁冶金学》 （炼铁部分）， 冶金工业出版社， 2005年 冶金工业出版社， 年 王新华编， 钢铁冶金-炼钢学 炼钢学》 王新华编， 《钢铁冶金 炼钢学》， 冶金工业出版社， 冶金工业出版社，2007年 年 徐曾启编， 炉外精炼》 冶金工业出版社， 徐曾启编，《炉外精炼》，冶金工业出版社，2008年 年 贺道中编， 连续铸钢》 冶金工业出版社， 贺道中编，《连续铸钢》，冶金工业出版社，2008年 年
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课程教学目的
通过钢铁冶炼过程的基本原理、主要设备、 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， 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。 了解，并初步掌握冶金的基本知识。
冶金原理课后答案
冶金原理课后答案冶金原理是冶金工程专业的重要课程，它是学生们打好冶金基础知识的关键。
在学习过程中，课后习题是检验学生对知识掌握程度的重要方式。
下面是冶金原理课后习题的答案，希望对大家的学习有所帮助。
1. 什么是冶金原理？冶金原理是指通过对金属物理、化学性质和金属材料的制备、加工等方面的研究，来揭示金属材料的内在规律和特性的科学原理。
冶金原理是冶金工程专业的基础课程，它的学习对于后续的专业课程学习具有重要的指导作用。
2. 冶金原理的研究对象有哪些？冶金原理的研究对象主要包括金属的结构、性能、制备工艺、加工工艺等方面。
通过对金属的晶体结构、相变规律、热处理工艺等进行研究，可以揭示金属材料的内在规律和特性，为金属材料的应用提供理论基础。
3. 冶金原理课程的学习意义是什么？冶金原理课程的学习可以帮助学生建立对金属材料的基本认识，理解金属材料的物理、化学性质和加工工艺，为后续的专业课程学习奠定良好的基础。
同时，通过学习冶金原理，可以培养学生的分析和解决问题的能力，提高他们的科学素养和创新能力。
4. 冶金原理课后习题答案。
（1）问，什么是金属的晶体结构？它对金属材料的性能有什么影响？答，金属的晶体结构是指金属原子在空间中的排列方式，主要有面心立方、体心立方和密堆积等结构。
晶体结构对金属材料的性能有重要影响，它决定了金属的硬度、塑性、导电性、热导性等性能。
（2）问，金属的相变规律是什么？举例说明。
答，金属的相变规律是指金属在不同温度下发生晶体结构或组织形态的变化规律。
例如，铁在950°C以下为α铁，950°C以上为γ铁，这是铁的相变规律之一。
（3）问，金属材料的热处理工艺有哪些？它们的作用是什么？答，金属材料的热处理工艺包括退火、正火、淬火、回火等。
它们的作用是通过控制金属材料的加热、保温和冷却过程，改变金属的组织结构和性能，以达到提高金属材料的硬度、强度和韧性的目的。
5. 总结。
通过对冶金原理课后习题的答案解析，我们可以更好地理解冶金原理课程的重要性和学习意义，掌握金属材料的基本知识和相关原理。
有色冶金概论复习
复习重点（绪论和有色金属冶金部分）重点章节【第四章3、4、7】、【第五章2】、【第六章1、2、3、4、6、7】【第七章（1-5、1-6）小节、（2-2、2-3）、3、4】【第八章1-2、2-2】【第九章3、6】一、名词解释：1. 拜耳法答：拜耳法是直接利用含有大量游离苛性碱循环母液处理铝土矿，溶出其中氧化铝得到铝酸钠溶掖，井用加氢氧化铝种子(晶种)分解的方法，使铝酸钠溶液分解析出氢氧化铝结晶。
种分—母液经蒸发后返回用于溶出铝土矿。
2. 冰铜答：冰铜为金属硫化物的熔体，主要成分是Cu2S和Fe S，此外还有Pb S、Ni3S2、Zn S等以及少量的金属氧化物Fe3O4。
3. 重金属答：一般指密度在5t/m3以上的金属。
4. 矿石答：含有用矿物的矿物集合体，如其中金属的含量在现代技术经济条件下能够回收加以利用时，这个矿物集合体就叫做矿石。
5.有色金属：狭义的有色金属又称非铁金属，是铁、锰、铬以外的所有金属的统称。
广义的有色金属还包括有色合金。
6.铝硅比:指铝土矿中的氧化铝和二氧化硅的质量比，即A/S= Al2O3/ SiO2。
7.电解精炼；在直流电的作用下，阳极不断溶解，阴极不断析出，杂质被留在溶液中的电化学过程。
8.还原熔炼；在高温下，在还原气氛下所进行的熔炼。
9.造锍熔炼；在一台高温冶金设备中，含有硫的炉料及燃料和熔剂，在和氧的反应过程中，生成含二氧化硫的烟气、氧化物融合体的炉渣、以及金属硫化物的融合体的冰铜的过程。
10氧位、磷位、分解压、熔析精炼、萃取精炼、氧化精炼、硫化精炼、浸出、净化、沉积、简答题：1.什么是冶金，其目的是什么?冶金是研究如何经济地从矿石或其他原料中提取金属或金属化合物，并采用各种加工方法制成具有一定性能的金属材料的科学。
冶金的目的就是把所要提取的金属从成分复杂的矿物集合体中分离出来并加以提纯。
2.简述冶金（学科）的分类。
冶金学分类: 提取冶金学和物理冶金学提取冶金学：研究提取金属，存在化学反应。
钢铁冶金学(炼钢学)
02 炼钢原料及预处理
炼钢原料种类及性质
A
铁矿石
主要含铁矿物，分为磁铁矿、赤铁矿等，是炼 钢的主要原料之一。
废钢
来自报废的汽车、建筑、机器等，是炼钢 的重要原料之一，具有可回收性和环保性。
B
C
熔剂
如石灰石、白云石等，用于造渣和脱硫，保 证钢的质量。
合金元素
如铬、镍、钨等，用于提高钢的力学性能和 耐腐蚀性。
特点
钢铁冶金学是一门综合性很强的 技术科学，它涉及地质、采矿、 选矿、冶炼、金属加工和金属材 料性能等多方面的知识。
炼钢学发展历史及现状
发展历史
炼钢学的发展经历了漫长的岁月，从 古代的铁匠铺到现代的钢铁联合企业 ，炼钢技术不断得到改进和完善。
现状
目前，炼钢学已经成为一门高度自动 化的技术科学，采用了许多先进的工 艺和设备，如高炉炼铁、转炉炼钢、 电炉炼钢等。
钢铁冶金学(炼钢学)
目录
• 绪论 • 炼钢原料及预处理 • 炼钢工艺过程及设备 • 炉外精炼技术与应用 • 连铸技术与发展趋势 • 节能环保与资源综合利用 • 课程总结与展望
01
绪论
钢铁冶金学定义与特点
定义
钢铁冶金学是研究从矿石中提取 金属，并用各种加工方法制成具 有一定性能的金属材料的学科。
01
02
03
04
高炉
用于将铁矿石还原成生铁的主 要设备，具有高温、高压、高
还原性的特点。
转炉
用于将生铁和废钢转化为钢水 的重要设备，通过吹氧和加入 造渣剂去除杂质和调整成分。
电炉
利用电能加热原料进行熔炼的 设备，具有灵活性高、环保性
好的优点。
连铸机
将钢水连续浇铸成坯或板的设 备，提高了生产效率和产品质
冶金概论
1. 绪论1.1钢铁冶金基本概念冶金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，并用各种加工方法制成一定性能的金属材料的科学。
冶金方法：1)火法冶金：是指在高温下矿石经熔炼与精炼反应及熔化作业，使其中的金属和杂质分开，获得较纯金属的过程。
2)湿法冶金：是常温或低于100℃下，用溶剂处理矿石或精矿，使所要提取的金属溶解于溶液中，而其它杂质不溶解，然后再从溶液中将金属提取和分离出来的过程。
3)电冶金：是利用电能提取和精炼金属的方法。
1.2钢铁工业在国民经济中的地位评价一个国家的工业发达程度↓工业化水平国民生活水准↓↓工业生产所占比重↓工业机械化自动化程度交通工具市政设施工业化水平的标志民用住宅生活用品↓↓劳动生产率提高需要大量的基础材料↓↓需要大量的机械设备↓钢铁产品↓1) 价格低廉2) 有较高的强度和韧性3) 易于加工制造4) 所需原料资源丰富5) 冶炼工艺成熟、效率高1.3钢铁工业的发展1856年英国人H.Bessemer发明底吹酸性空气转炉炼钢法。
1864年法国人Martin发明酸性平炉法炼钢。
1878年英国人S.G.Thomas发明碱性底吹空气转炉炼钢法1899年法国人Heroult发明三相交流电弧炉。
1948年德国人Robert成功进行氧气顶吹转炉炼钢试验。
2007年11月24日世界最大的Corex熔融还原炉在我国宝钢投产。
国内最大转炉⑴底吹空气转炉的发明⑵平炉时代⑶电弧炉的发明⑷氧气转炉时代⑸直接还原和熔融还原二次世界大战后的四十多年中，钢铁工业获得重大发展新中国成立以后，特别是改革开放以来，我国钢铁工业有了重大发展中国既是钢铁大国，也是钢铁穷国1、从1996年中国大陆钢产量首次超过一亿吨大关，并跃居世界第一位以后，中国钢产量连年快速增长，并一直保持钢产量世界排名第一的位臵，中国钢产量已经连续13年居世界第一位。
2008年中国钢铁产量5.02亿吨，相当于日美俄印韩德乌巴等8国的总和。
钢铁冶金原理
钢铁冶金原理钢铁冶金是指利用矿石和其他原材料，通过高温熔炼和精炼的过程，将铁矿石中的铁元素提取出来，并添加其他合金元素，最终制成钢铁产品的工艺过程。
钢铁作为重要的金属材料，在现代工业生产和建设中起着不可替代的作用。
钢铁冶金原理是钢铁生产的基础理论，了解和掌握钢铁冶金原理对于提高钢铁生产的质量和效率具有重要意义。
首先，钢铁冶金原理涉及到的基本原理是金属矿石的熔炼和精炼。
金属矿石经过选矿和破碎后，首先要进行熔炼，将其加热至高温使其熔化，然后通过物理或化学方法将金属元素从矿石中提取出来。
在钢铁冶金中，主要是提取铁元素，因此熔炼的过程是非常关键的。
熔炼后，还需要进行精炼，通过去除杂质和控制合金成分的方法，使得最终的钢铁产品达到所需的化学成分和性能要求。
其次，钢铁冶金原理还涉及到金属合金的制备和调控。
钢铁产品通常是铁和其他合金元素的混合物，通过控制不同合金元素的含量和比例，可以获得不同性能和用途的钢铁产品。
例如，通过添加碳元素可以提高钢铁的硬度和强度，通过添加铬、镍等元素可以提高钢铁的耐腐蚀性能。
因此，了解不同合金元素对钢铁性能的影响，以及合金元素的添加和调控原理，对于钢铁冶金工艺的优化和改进至关重要。
最后，钢铁冶金原理还包括金属材料的相变和组织控制。
在钢铁冶金过程中，金属材料会经历固溶、析出、晶粒长大等相变过程，同时也会形成不同的金相和组织结构。
这些相变和组织结构对钢铁的性能和用途有着重要影响。
因此，掌握金属材料的相变规律和组织控制原理，可以指导钢铁生产过程中的热处理和工艺控制，从而获得理想的钢铁产品。
总之，钢铁冶金原理是钢铁生产过程中的基础理论，涉及到矿石熔炼、合金制备、相变组织控制等多个方面。
了解和掌握钢铁冶金原理，可以指导钢铁生产工艺的优化和改进，提高钢铁产品的质量和性能，满足不同领域的需求。
同时，钢铁冶金原理也是现代金属材料科学的重要组成部分，对于推动金属材料领域的研究和发展具有重要意义。
有色金属冶金概论(完整资料).doc
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一、课程的性质、目的与任务本课程是冶金工程专业本科生的专业课，为限选课；目的是使钢铁冶金专业方向的学生扩大专业面，以适应市场经济的需要。
本课程的讲授完成如下任务：了解常用有色金属的性质和用途；掌握常用有色金属冶金的主要原理、主要生产工艺。
二、课程的内容及学时分配：第一部分：绪论（建议学时数：2学时）本部分的学习目的和要求：本部分首先从课程的性质引入，讲解有色金属的分类及各种金属的所属类别，介绍有色金属提取过程的特点，对有色金属的提取方法进行归纳性总结。
通过本部分的学习，应了解各种有色金属所属的类型，熟悉有色金属的分类依据，掌握有色金属提取过程的特点。
本部分的教学内容：有色金属提取过程的特点；有色金属的提取方法。
本部分的重点和难点：有色金属提取过程的特点。
第二部分：铜冶金（建议学时数：10学时，其中包括讨论课2学时）本部分的学习目的和要求：通过对本部分的学习，学生应了解湿法炼铜的工艺；熟悉连续炼铜的工艺、基本原理；对比钢铁冶金流程，掌握火法炼铜的工艺流程及各主要单元过程的基本原理。
本部分的教学内容：本部分从铜及其主要化合物的性质、用途入手，讲授炼铜的原料，火法炼铜、湿法炼铜工艺流程、基本原理。
在火法炼铜部分，主要讲授硫化铜精矿的硫酸化焙烧和氧化焙烧的工艺、基本原理；讲授造锍熔炼的基本原理；讲授冰铜吹炼、粗铜的火法精炼、电解精炼的工艺、基本原理；讲授连续炼铜的工艺、基本原理。
简单介绍湿法炼铜部分。
本部分的重点和难点：硫化铜精矿的硫酸化焙烧和氧化焙烧的工艺、基本原理；造锍熔炼的基本原理；冰铜吹炼、粗铜的火法精炼、电解精炼的工艺、基本原理。
0传输原理-绪论
Drive Force of Momentum, Mass & heat transmission
Velocity gradient Concentration gradient Temperature gradient
三种传输过程的基本方程
动量传输——牛顿粘性定律 热量传输——傅里叶定律
传输原理
哈尔滨工业大学（威海）材料学院 张涛 taoozhang@
关于本课程
课程简介： 本课程36学时，考试课程 教材： 材料加工冶金传输原理，吴树森，机械工业出 版社，2005 参考书目： 流体力学，林建忠等，2005 冶金传输原理，沈巧珍等，2006
绪论
Q&A 1.什么是传输现象？ 2.Physical or Chemical process? ① Momentum ② Mass ③ Heat What about the Drive Force?
各向同性的材料，一维温度场，单位时间通过 单位面积的热量与垂直于该截面的温度梯度成 正比：
负号的向同性物质，两组分，单位时间内通过单位 面积的扩散扩散物质的量与垂直于截面方向的 浓度的浓度梯度成正比，
三种传输现象的规律
① ② ③
Momentum, Mass & heat （通量）=-（扩散系数）×（浓度梯度）。 扩散系数有相同的因次，m2/s。 传输方向与该量的浓度梯度方向相反。
质量传输——菲克定律
1.牛顿粘性定律
① ②
Q&A 理想气体和实际气体的区别？ 理想流体和实际流体的区别？
τ
-
粘度
μ= μ （P，t，c），与剪应力、速度无关 气体的粘度与液体的粘度随温度的变化规律？ 牛顿型流体与非牛顿型流体 牛顿型流体：大多数气体、相对分子量小的液 体
冶金原理课件yy0101
五、熔渣的其它作用
作为金属液滴或锍的液滴汇集、长大和沉降的介质 冶炼中生成的金属液滴或锍的液滴最初是分散在熔渣中的，这些分 散的微小液滴的汇集、长大和沉降都是在熔渣中进行的。 在竖炉（如鼓风炉）冶炼过程中，炉渣的化学组成直接决定了炉缸 的最高温度。 对于低熔点渣型，燃料消耗量的增加，只能加大炉料的熔化量而不 能进一步提高炉子的最高温度。 在许多金属硫化矿物的烧结焙烧过程中，熔渣是一种粘合剂。 烧结时，熔化温度较低的炉渣将细粒炉料粘结起来，冷却后形成了 具有一定强度的烧结块或烧结球团。 在金属和合金的精炼时，熔渣覆盖在金属熔体表面，可以防止金属 熔体被氧化性气体氧化，减小有害气体（如H2、N2）在金属熔体中 的溶解。是粗金属精炼过程的产物。 ✓ 主要作用——捕集粗金属中杂质元素的氧
化产物，使之与主金属分离。 ✓ 例如，在冶炼生铁或废钢时，原料中杂质
元素的氧化产物与加入的造渣熔剂融合成 CaO和FeO含量较高的炉渣，从而除去钢 液中的硫、磷等有害杂质，同时吸收钢液 中的非金属夹杂物。
10
精炼
▪ 熔盐电解法广泛应用于铝、镁、钠、锂等轻金属和稀土
金属的电解提取或精炼 ◇ 这些金属都属于负电性金属，不能从水溶液中电解沉
积出来 ◇ 例如，铝的熔盐电解是工业铝生产的唯一方法
▪ 其它的碱金属、碱土金属，钛、铌、钽等高熔点金属以
及某些重金属（如铅）的熔盐电解法生产
▪ 利用熔盐电解法制取合金或化合物
被熔融金属或熔渣侵蚀和冲刷下来的炉衬材料 如碱性炉渣炼钢时，MgO主要来自镁砂炉衬
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四、熔渣的主要作用与分类
—— 不同的熔渣所起的作用是不一样的 —— 根据熔渣在冶炼过程中的作用，可将其分成四类： 1、冶炼渣（熔炼渣） ✓ 是在以矿石或精矿为原料、以粗金属或熔锍为冶炼产物的熔炼过程中 生成的 ✓ 主要作用——汇集炉料（矿石或精矿、燃料、熔剂等）中的全部脉石 成分、灰分以及大部分杂质，从而使其与熔融的主要冶炼产物（金属 、熔锍等）分离。 ✓ 例如，高炉炼铁中，铁矿石中的大量脉石成分与燃料（焦炭）中的灰 份以及添加的熔剂（石灰石、白云石、硅石等）反应，形成炉渣，从 而与金属铁分离。 造锍熔炼中，铜、镍的硫化物与炉料中铁的的硫化物熔融在一起，形 成熔锍；铁的氧化物则与造渣熔剂SiO2及其他脉石成分形成熔渣。
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转炉
[C]氧势线斜率向下，存在氧化还原转化温度T转。
二、冶金原理的地位和作用
冶金原理在炼钢工艺中的应用
转炉煤气 废钢 熔剂 铁水 钢渣 钢水
出钢温度高，钢液w[O]高？ 碳氧浓度积
[C]+[O]=CO
pCO m = w[C ] ⋅ w[O ] = θ K 温度越高，Kθ越小，m越大，w[O]越高；
化合物 CaO MgO SiO2 FeO Fe2O3 MnO Al2O3 CaF2 CaO·SiO2 2CaO·SiO2 熔点/℃ 化合物 2600 2800 1713 1370 1457 1783 2050 1418 1550 2130 3CaO·SiO2 3CaO·2SiO2 CaO·FeO·SiO2 Fe2O3·SiO2 MgO·Al2O3 MgO·SiO2 2MgO·SiO2 CaO·MgO·SiO2 3CaO·MgO·2SiO2 2CaO·MgO·2SiO2 熔点/℃ 化合物 >2065 1485 1205 1217 2135 1557 1890 1390 1550 1450 熔点/℃ 2FeO·SiO2 1205 MnO·SiO2 1285 2MnO·SiO2 1345 CaO·MnO·SiO2 >1700 3CaO·P2O5 1800 CaO·Fe2O3 1220 2CaO·Fe2O3 1420 CaO·2Fe2O3 1240 CaO·2FeO·SiO2 1205 CaO·CaF2 1400
一、冶金原理的主要内容
冶 金 原
理
冶 金 过 程 热 力 学
冶 金 过 程 动 力 学
冶 金 熔 体
金属熔体 冶金熔渣
一、冶金原理的主要内容
冶金过程热力学
(Thermodynamics of Process Metallurgy)
利用化学热力学的原理研究冶金反应 过程的可能性（方向）及反应达到平衡的 条件，以及在该条件下反应物能达到的最 大产出率，确定控制反应过程的参数（温 度、压力、浓度及添加剂的选择）。
2 pCO Kθ = = f (T ) pCO2
热风
炉渣
高炉
铁水
CO2+C(s)=2CO
二、冶金原理的地位和作用
冶金原理在炼铁工艺中的应用
熔剂 烧结/球团矿 烧结 球团矿 焦炭
氧 铁水中含C、Si、Mn、P、 化 S，是否含有Al、Ca？ 物 的 1）P2O5、FeO、CuO等全部被还原； 稳 2）SiO2、TiO2等难还原，50%被还原； 高炉 定 3）Al2O3、MgO、CaO等不能被还原。 性 氧化物的氧势线越低，氧化物越稳定，越 不容易被还原。
一、冶金原理的主要内容
3、如何计算反应的产率？ Kθ （化学反应平衡常数）
∆ r Gm = ∆ r Gm + RT ln J
θ
∆rG＝0时反应达到平衡，此时的J即为反应的Kθ 不考虑活度影响，Kθ可近似理解为
产物浓度 反应物浓度
一、冶金原理的主要内容
冶金过程动力学
(Kinetic of Process Metallurgy) 利用化学动力学的原理及物质、能量、 动量传输的原理来研究冶金过程的速率和 机理，确定反应过程速率的限制环节，从 而得到控制或提高反应的速率，缩短冶炼 时间，增加生产率的途径。
冶 金 传 输 原 理
金 属 学
二、冶金原理的地位和作用
作 用
• 将物理化学的基本原理及实验方法应用到冶 金过程中，阐明冶金过程的物理化学规律； • 选择合适的冶炼条件（温度、气氛）。
二、冶金原理的地位和作用
钢铁冶金工艺过程
熔剂
烧结/球团矿 烧结 球团矿
高炉煤气 转炉煤气 废钢 熔剂
钢水
烧结/球团 烧结 球团
压力越大，pCO越大，m越大。
转炉
二、冶金原理的地位和作用
冶金原理在连铸工艺中的应用
钢水
冶炼高碳钢，铸坯出现气孔 的可能性大，为什么？
铸坯
碳氧浓度积
[C]+[O]=CO
连铸机
pCO m = w[C ] ⋅ w[O ] = θ K 随钢液和铸坯的冷却，温度降低，Kθ降低，m 降低，CO析出。
二、冶金原理的地位和作用
（Theory of Metallurgy） ）
冶金原理
Hebei Polytechnic University School of Metallurgy and Energy
Hebei Polytechnic University
内容大纲
一、冶金原理的主要内容 二、冶金原理的地位和作用 三、冶金原理的局限性
热风
炉渣
高炉
铁水
高温、低w(FeO)、 fS高(C、Si、P含量高)。
二、冶金原理的地位和作用
冶金原理在炼钢工艺中的应用
转炉煤气 废钢 熔剂 铁水 钢渣 钢水
炼钢前期，P、Si、Mn氧 化，C不被氧化，为什么？
选 择 1）低温，[P]、[Si]、[Mn]氧势线 低； 性 氧 2）高温，[C]氧势线低。 化
钢铁（火法） 钢铁（火法）冶金的特点
相 互 促 进 相 互 制 约
C(s)+FeO(s)=Fe+CO——反应速度慢 CO+FeO(s)=Fe+CO2 CO2+C(s)=2CO 两个气固反 应相互促进
多 相 反 应
高温利于脱碳，但不利于脱磷 “去碳保铬”需要高温、真空和加 镍
三、冶金原理的局限性 冶金原理 理 论
高炉煤气 热风 炉渣 铁水
二、冶金原理的地位和作用
冶金原理在炼铁工艺中的应用
熔剂 烧结/球团矿 烧结 球团矿 焦炭 高炉煤气
与转炉炼钢相比，高炉炼铁工 艺更适于脱硫，为什么？
适于 脱硫 的热 力学 条件 1）高温——脱硫吸热； 2）高碱度——渣中O2-含量高； 3）低w(FeO)——还原渣； 4）金属液中fS高——[S]活度高。
焦炉煤 气
热风 焦炭
铁水
铸坯
钢材
焦炉
热 风 炉
高炉
高炉渣
转炉
连铸机Βιβλιοθήκη 钢渣加热炉热轧机原 料
炼 铁
炼 钢
连 铸
轧 钢
二、冶金原理的地位和作用
冶金原理在烧结工艺中的应用 铁精粉进行烧结的目的
烧结机
提高烧结矿强度，需要提高粘结相含量 氧化物熔点高 矛盾 烧结温度低
液相如何生成？
二、冶金原理的地位和作用
冶金原理在烧结工艺中的应用 常见氧化物的熔点 促使低熔点复杂氧化物的生成！
二、冶金原理的地位和作用
冶金原理在炼铁工艺中的应用
熔剂 烧结/球团矿 烧结 球团矿 焦炭 高炉煤气
炉顶煤气成分
•N2<50％、 CO（20~25％）、CO2（22~17 ％），少量H2、CH4； H CH •CO+CO2（42~44％） •CO为还原剂，也是重要的热源，另一方 面CO属于有毒气体，希望能够在炉内 100%消耗。 •无法实现的原因：存在化学平衡。
指导 丰富
冶金生产 实 践
• 研究方法具有局限性：由于高温的特点，宏观 测定难度大，微观就更难，有时只能使用常温 数据外推，误差较大； • 学科尚在不断完善发展：灵活应用，依据冶物 化理论，创造有利反应进行条件，抑制不利反 应，提出合理工艺流程；
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钢铁（火法） 钢铁（火法）冶金的特点
“一高三多”
高 温
多 相 体 系
多 组 元
多 相 反 应
二、冶金原理的地位和作用
钢铁（火法） 钢铁（火法）冶金的特点
• 高炉炉缸：g-s-l（煤气－焦炭－铁液）
多 相 体 系
• 高炉块状带：g-s（煤气－矿石） • 转炉吹炼：g-l-l（炉气-渣液-钢液） • 精炼吹氩：g-l（氩气-钢液） • 浇铸：l-s（钢液-坯壳）
一、冶金原理的主要内容
冶 金 熔 体
(Metallurgical Melt ) 金 属 熔 体 铁液、钢液 • 冶金熔体都是混合物； 冶 金 熔 渣 还原渣、氧化渣、 富集渣、合成渣
• 冶金熔体参与冶金化学反应，同时是产品。
二、冶金原理的地位和作用
物 理 化 学
承上启下
专 业 课
三大专业基础课 冶 金 原 理
二、冶金原理的地位和作用
钢铁（火法） 钢铁（火法）冶金的特点
• 高炉煤气：CO、CO2、N2等
多 组 元
• 铁液：Fe、C、Si、Mn、P、S等 • 高炉渣：CaO、SiO2、Al2O3等 • 转炉渣： CaO、SiO2、FeO等 • 钢液：Fe，Mn、Ti、Nb等合金元素
二、冶金原理的地位和作用
一、冶金原理的主要内容
冶金反应动力学研究步骤
机 理 研 究 调 节 速 率 化学反应过程分析 基元反应速率 （基元反应） 物 理 过 程 化 学 过 程
反应限制性环节 调节参数
实现冶金目的
一、冶金原理的主要内容
气固反应动力学研究过程
典 反应物传质 型 气 固 反应物表面吸附 反 界面化学反应 应 基 产物表面脱附 元 过 产物传质 程 确 定 反 应 速 率 的 限 制 性 环 节 调 整 参 数 、 提 高 反 应 速 率
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一、冶金原理的主要内容
冶金物理化学 (Physical Chemistry of Metallurgy) 在冶金中，应用物理化学的原理和方法来 研究冶金过程原理的科学就称为冶金物理化学。 冶金物理化学又称冶金过程物理化学、冶金过 程理论、冶金过程热力学及动力学、冶金原理
一、冶金原理的主要内容
1、如何判断反应进行的方向？ 化学反应等温方程式 ∆G 的 计 算
∆ r Gm = ∆ r Gm + RT ln J