1绪论(武科大冶金概论)
冶金概论[1]
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结构钢 工具钢
特殊性能钢
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冶金概论[1]
（3）铁合金：
铁与一种或几种元素组成的中间合金，用于炼钢脱氧及合金化
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冶金概论[1]
2)钢铁副产品
(1)炉渣 炉料冶炼过程中不能进到金属中的S-化物,O-化物
等形成的熔融体,主要成分: CaO,MgO,SiO2, Al2O3,MnO,FeO, P2O5, CaS 等。
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冶金概论[1]
3）我国能源使用情况
据资料统计,我国的能源开采回收率 只有32%, 能源加工、转换和储存的 效率为70.3%, 终端能源利用率平均为 42%, 这表示所生产能源中得到利用 的只占29%。
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冶金概论[1]
4）我国单位产值能耗
据资料统计，我国每百万美元的单位 产 值 能 耗 为 1172 吨 油 当 量 ， 远 高 于 日 本（162）、德国（229）、英国（292） 和美国（384）等发达国家的数值，也 远高于世界平均水平（397）。
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冶金概论[1]
中国冶金的辉煌历史
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冶金概论[1]
1.4 现代冶金过程—冶炼过程
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冶金概论[1]
现代冶金过程—轧钢过程
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冶金概论[1]
1.5 钢铁产品及副产品
1)钢铁冶炼产品
（1）生铁：
炼钢生铁[Si]≤1.25%
铁与C、Si、Mn、P、S组成的合金，主要由高炉生产
• 矿产资源人均占有量只有世界平均水平的 58%，排世界第53位;
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冶金概论[1]
在13种主要金属原料的地区分布前五位排名上，我 国除锡（占14.8%）和钼（占6.0%）外，其余都榜上 无名。
武科大冶金概论-PPT课件
02 冶金原料与预处理
原料种类及特点
矿石
包括铁矿石、锰矿石、铬 矿石等，是冶金工业的主 要原料，具有不同的成分 和物理性质。
废钢
是钢铁冶金的重要原料之 一，具有来源广泛、成本 低廉、节能环保等优点。
合金料
如硅铁、锰铁、铬铁等， 用于调整钢液成分，提高 钢材性能。
原料预处理方法
选矿
通过物理或化学方法将矿石中有用矿 物与脉石矿物分离，提高原料品位。
中国环境保护政策发展
中国政府高度重视环境保护工作，制定了一系列法律法规和政策文 件，推动环境保护事业不断向前发展。
钢铁行业环保政策要求
钢铁行业作为高污染、高能耗行业之一，面临着更加严格的环保政 策要求，包括排放标准、能源消耗限额等方面的规定。
资源循环利用途径探讨
钢铁企业资源循环利用现状
钢铁企业在资源循环利用方面已经取得了一定的成果，但仍存在一些问题，如资源利用效 率不高、废弃物排放量大等。
包括铁矿石、焦炭、石灰石等原料的 选矿、破碎、配料和混合等预处理环 节。
高炉冶炼
在高炉内通过还原反应将铁矿石中的 铁元素还原出来，同时生成炉渣和煤 气。
炼钢
将生铁和废钢作为原料，通过氧化反 应去除杂质，调整钢的成分和温度， 最终得到符合要求的钢水。
连铸
将钢水连续注入水冷结晶器中，使钢 水凝固成坯，再经过切割、矫直等工 序得到成品钢材。
发展趋势和前景展望
冶炼技术不断创新
随着科技的发展，有色金属冶炼技术也在不断创新，如连 续冶炼、自动化控制等技术的应用，提高了冶炼效率和产 品质量。
资源综合利用水平提高
为了提高资源利用率和降低生产成本，有色金属冶炼过程 中越来越注重资源的综合利用，如从冶炼废渣中回收有用 金属等。
ch1绪论
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1.2.2 近代钢铁冶炼技术的发展
• 1978年，法国钢铁研究院（IRSID）在顶吹转炉上进行了 底吹惰性气体搅拌的实验并获得成功，并先后在卢森堡、 比利时、英国、美国和日本等国进行了实验和半工业性试 验。 • 由于转炉复合吹炼兼有底吹和顶吹转炉炼钢的优点，促进 了金属与渣、气体间的平衡，吹炼过程平稳，渣中氧化铁 的鉄含量少，减少了金属和铁合金的消耗，加之改造容易， 因此该炼钢方Introduction to Metallurgy
武汉科技大学冶金工程系 张保平
1
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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1.2.2 近代钢铁冶炼技术的发展
1.2.2 近代钢铁冶炼技术的发展 （1）底吹空气转炉的发明 • 1856年英国人贝塞麦(H.Bessemer)发明的底吹酸性空气 转炉炼钢法。由于采用酸性炉衬和酸性渣操作，吹炼过程 中不能去除硫、磷，同时为了保证有足够的热量来源要求 铁水有较高的含硅量。故只能用低磷高硅生铁做原料。 • 1878年，英国人托马斯(S.G.Thomas)发明了碱性底吹空 气转炉炼钢法（即托马斯法），用白云石加少量粘结剂制 成炉衬，在吹炼过程中加入石灰造碱性渣，解决了高磷铁 水的脱磷问题。
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1.3.2 铁前系统
• 在烧结混合料中，通过调整加入的熔剂（如消石灰、石灰 石、白云石、蛇纹石等）和燃料（焦粉、无烟煤粉）的数 量 ， 通 过 烧 结 可 以控 制 烧结矿 的 化学成 分 （如碱 度 、 MgO、FeO等）和冶金性能（如强度、还原性能和低温还 原粉化性能等）。 • 通过烧结还能去除烧结原料中80%以上的硫。
1-1-1钨冶金绪论
表1-1-1金属钨的部分物理性质及机械性质
原子序数 原子量 74 183.85 沸点, ℃ 5700±20 5.5×10-6
电阻率 (25℃), Ω ·cm 硬度 HB , kg/mm2 晶体结构 α -W:体心立方 a=3.165 烧结棒 β -W:立方晶格 a=5.046 锻造棒 密度, g/cm3 19.3 弹性模量 (丝材), kg/mm2) 熔点, ℃ 3410±20 抗拉强度极限 (未退火丝), kg/mm2
钨、钼冶金
主讲人：梁 勇
二O一一年四月
主要参考书目
《钨冶金原理及工艺》--莫似浩 《钨冶金学》---彭少方 《钨钼冶金》---张启修，赵秦生
稀有金属的分类（44种）： 1、稀有轻金属（4）：Li、Rb、Cs、Be 2、稀有高熔点金属（9）：W、Mo、Ta、Nb、 Ti 、V、Zr、Hf、Re铼 3、稀有分散金属（4）：Ga、In、Tl、Ge 4、稀土金属（16）：La-Lu、Y、Sc 5、放射性元素（11）：Ra、Po、Pm、Fr、Tc、 Ac、Ac系元素（5种）
发现: 1781年,K.W.Sheele (瑞典）
1783年制取钨粉 1893年生产钨铁 1900年 高速切削钨钢 1904年 钨丝灯泡 1909可塑性钨的生产方法问世 1927～1928年 炭化钨基烧结硬质合金
中国的钨工业
历史
1911年中国发现钨矿 1914年开始采矿 1918年钨矿产量居世界首位 1952年开始建立钨冶炼厂 1972年生产钨丝
2005年统计资料：
钨精矿产量： APT:48家 9.099万吨 生产能力:13.1万吨
钨粉:69家
生产能力:5.36万吨
硬质合金:197户生产能力:2.84万吨 钨丝:33家 生产能力:297亿米
冶金概论考试重点总结
冶⾦概论考试重点总结冶⾦概论考试重点总结第⼀章：绪论1、冶⾦学的分类？按研究的领域分：提取冶⾦学（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）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：有⾊冶⾦和钢铁冶⾦（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。
2、钢与⽣铁的区别？3、钢铁⽣产的典型⼯艺（长流程）？4、什么是耐⽕材料？钢铁⽣产对耐⽕材料的要求是什么？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。
其要求是：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。
5、什么是炉渣？炉渣的分类以及碱度？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。
第⼆章：⾼炉炼铁1、⾼炉冶炼⽤原料？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）。
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。
2、⾼炉结构及附属设备？⾼炉本体主要由钢结构（炉体⽀承框架、炉壳）、炉衬（耐⽕材料）、冷却设备（冷却壁、冷却板等）、送风装置（热风围管、⽀管、直吹管、风⼝）和检测仪器设备等组成。
附属设备：原料供应系统、送风系统、煤⽓净化系统、渣铁处理系统。
3、⾼炉⽣产主要技术经济指标？有效容积利⽤系数（?V）：⾼炉每⽴⽅⽶有效容积每天⽣产的合格铁⽔量（t/m3·d）⼊炉焦⽐（K）：冶炼⼀吨⽣铁消耗的焦炭量（kg/t）煤⽐（或油⽐）：冶炼⼀吨⽣铁消耗的煤粉量或重油（kg/t）燃料⽐＝焦⽐＋煤⽐（或油⽐）冶炼强度：⾼炉每⽴⽅⽶有效容积每天消耗的（⼲）焦炭量（焦⽐⼀定的情况下）⽣铁合格率：⽣铁化学成分符合国家标准的总量占⽣铁总量的指标。
冶金概论第一章
第一章、概述1.1. 金属及其分类1.1.1.金属：通常把元素周期表中具有光亮的金属光泽，很高的导热、导电性及良好的延展加工性的化学元素称为金属有色轻金属黑色金属稀有轻金属1.1.2.分类有色重金属稀有高熔点金属有色金属稀有金属稀有分散性金属贵金属稀土金属稀有放射性金属1.2. 冶金和冶金方法1.2.1. 冶金1、定义：冶金是一门研究如何经济地从矿石或精矿或其他原料中提取金属或金属化合物，并用各种加工方法制备成具有一定性能的金属材料科学2、广义的冶金：包括矿石的开采、选矿、冶炼、金属加工3、狭义的冶金：指矿石或精矿的冶炼，即提取冶金4、冶金：提取冶金、物理冶金（1）提取冶金：从矿石或精矿提取金属（包括金属化合物）的生产过程称为提取冶金，也称为化学冶金；（2）物理冶金：加工制备具有一定性能的金属或合金材料5、冶金学（过程冶金学）：它研究火法冶炼、湿法提取或电化学沉积等过程的原理、流程、工艺及设备1.2.2. 二、冶金方法1、火法冶金（1）定义：它是指在高温下矿石或精矿经熔炼与精炼反应及熔化作业，使其中金属与脉石和杂质分开，获得较纯金属的过程。
（2）过程：原料准备、熔炼、精炼2、湿法冶金（1）定义：它是在常温（或低于100℃）常压或高温（100℃~300℃）高压下，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。
也称为水法冶金。
（2）过程：浸出、分离、富集、提取等3、电冶金（1）定义：它是利用电能提取和精炼金属的方法（2）分类：①电热冶金：利用电能转化为热能，在高温下提炼金属，本质与火法冶金相同②电化学冶金：用电化学反应使金属从含金属的盐类的水溶液或熔体中析出（3）过程：水溶液电解、熔盐电解等1.3. 冶金工艺流程和冶金过程1.3.1. 工艺流程图1、设备连接图：表示冶炼厂主要设备之间的联系2、原则流程图：表示各个阶段作业间联系3、数质量流程图：表示各阶段作业获得产物的数量和质量情况1.3.2. 冶金过程1、焙烧：是指将矿石或精矿置于适当气氛下，加热至低于它们的熔点温度，发生氧化、还原或其他化学变化的过程。
1、绪论 冶金工业概论精要教学课件
从历史到未来
人类社会按其所用的基础材料命名已经从石器时 代、青铜器时代走到了铁器时代。
自工业革命以来 ,钢铁材料一直在经济建设和现 代文明中起着十分重要的作用 ,即使在各类新材 料层出不穷的今天 ,其它材料亦不可能全面而经 济地取代钢铁的地位。
Anhui U6niversity of Technology
Anhui University of Technology
过去的2010和现在的2011
2010年，中国钢铁产量再创历史记录， 首次突破6亿吨大关。中国钢铁工业协会统 计数据，2010年中国生产粗钢近6近甚至突破7亿吨 。
Anhui University of Technology
绪论
讲授教师：朱宝忠
Anhui University of Technology
Anhui University of Technology
2 冶金的基本概念
1) 冶金的概念： 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。
Anhui U4niversity of Technology
生铁与钢的比较
铁的合金
生铁
C%
2%－4.3%
其它杂质 机械性能
Si、Mn、S、P （较多）
质硬而脆、 无韧性
机械加工
可铸不可锻
钢
0.03%－2%
Si、Mn、S、P （较少）
坚硬、韧性大、 可塑性好。
可铸、可锻、 可压延
Anhui U5niversity of Technology
5、近代钢铁冶炼
低吹空气转炉的发明 平炉时代 电弧炉的发明 氧气转炉时代
冶金概论(1)
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1.6 钢铁资源与能耗
1）我国主要自然资源现状
• 我国的四类基本资源中，耕地、淡水人均 占有量只分别相当于世界平均水平的1/3 和1/4，森林和草地只分别相当于世界平 均水平的1/7和1/3；
• 能源资源中，煤炭、石油和天然气的人均 探明储量分别只有世界平均水平的1/2、 1/10和1/20。
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7）钢铁工业在降低能耗方面的成绩
近20年来钢铁工业在降低资源消耗 和环境负荷方面已作出很大努力并取 得显著的成绩，大幅降低了吨钢综合 能耗和大中型企业吨钢可比能耗。
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例如吨钢综合能耗从1980年的2040公斤标煤降 低到1999年的1083公斤标煤，大中型企业吨钢可 比能耗从1980年的1285公斤标煤降低到1999年的 833.0公斤标煤。
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3)中国钢铁工业实施循环经济的战略构想
金属材料的发现开创了人类物质文明的新 纪元，几千年来大规模的应用又加速了人类 社会发展的历史进程，金属材料和其它材料 一起构成了人类社会的四大支柱之一。但是 随着地球表壳资源的日益贫化，金属矿产资 源已迅速枯竭。据专家估计，地球上金属矿 产的开采只能维持100至300年，其中，铁 只能开采100——160年，而钛、铜、银的 开采将不足50年。
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3）我国能源使用情况
据资料统计,我国的能源开采回收率 只有32%, 能源加工、转换和储存的 效率为70.3%, 终端能源利用率平均为 42%, 这表示所生产能源中得到利用 的只占29%。
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4）我国单位产值能耗
据资料统计，我国每百万美元的单位 产 值 能 耗 为 1172 吨 油 当 量 ， 远 高 于 日 本（162）、德国（229）、英国（292） 和美国（384）等发达国家的数值，也 远高于世界平均水平（397）。
1冶金绪论和炼铁生产
小结：
1、炼铁的原理 2、主要原料及设备 3、主要反应 4、产物
结
束
•分类 化学冶金 物理冶金 黑色金属冶金 有色金属冶金 火法冶金 湿法冶金 电冶金
铁、铬、锰属 于黑色金属， 于黑色金属， 其余的属于有 利用高温从矿石中 在常温下或稍高于常 色金属。 色金属。 提取金属及其化
温下利用溶剂从矿 合物 石中提取和分离金 利用电能提取和精炼 属 金属。
绪论
课程内容： 课程内容：
焦炭在高炉冶炼中的作用： 焦炭在高炉冶炼中的作用：
焦炭在冶炼中主要作为发热剂，还原剂和料柱骨架。 焦炭在冶炼中主要作为发热剂，还原剂和料柱骨架。 发热剂
1.2 铁矿粉造块
铁矿粉造块是为满足高炉冶对精料的要求而发展起来 的，是一种人造富矿的过程。 是一种人造富矿的过程。 人造富矿的过程 铁矿粉造块的方法： 铁矿粉造块的方法： 球团是指把细磨铁矿粉或其他含铁粉料 球团是指把细磨铁矿粉或其他含铁粉料 烧结生产过程是在铁矿粉中配入 烧结生产过程是在铁矿粉中配入 烧结法 添加少量添加剂混合后， 添加少量添加剂混合后，在加水湿润的条件 一定比例的溶剂和燃料， 球团法 一定比例的溶剂和燃料，加入是凉的水 通过造球机滚动成球，在经过干燥焙烧， 下，通过造球机滚动成球，在经过干燥焙烧， 经过混合后， 经过混合后，在一定温度下烧结成高炉 固结成为具有一定强度的和冶金性能的球形 需要的原料（烧结矿）。 需要的原料（烧结矿）。 含铁原料的过程（球团矿）。 含铁原料的过程（球团矿）。
材料冶金质量分析
学 时：16 主讲教师：于洋洋
参考书： 参考书：
钢冶金及质量分析，刘祖林， 钢冶金及质量分析 武汉大学出版社，1989 铁合金分析，王海舟，科学 铁合金分析 出版社，2003 铁及合金分析，王海舟， 钢铁及合金分析 科学出版社，2004 冶金技术概论 技术概论，王庆义，冶 冶金技术概论 金工业出版社，2006
冶金概论考试重点总结
冶金概论考试重点总结第一章：绪论1、冶金学的分类？按研究的领域分：提取冶金学（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）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：有色冶金和钢铁冶金（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。
2、钢与生铁的区别？3、钢铁生产的典型工艺（长流程）？4、什么是耐火材料？钢铁生产对耐火材料的要求是什么？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。
其要求是：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。
5、什么是炉渣？炉渣的分类以及碱度？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。
第二章：高炉炼铁1、高炉冶炼用原料？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）。
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。
2、高炉结构及附属设备？高炉本体主要由钢结构（炉体支承框架、炉壳）、炉衬（耐火材料）、冷却设备（冷却壁、冷却板等）、送风装置（热风围管、支管、直吹管、风口）和检测仪器设备等组成。
附属设备：原料供应系统、送风系统、煤气净化系统、渣铁处理系统。
3、高炉生产主要技术经济指标？有效容积利用系数（ŋV）：高炉每立方米有效容积每天生产的合格铁水量（t/m3·d）入炉焦比（K）：冶炼一吨生铁消耗的焦炭量（kg/t）煤比（或油比）：冶炼一吨生铁消耗的煤粉量或重油（kg/t）燃料比＝焦比＋煤比（或油比）冶炼强度：高炉每立方米有效容积每天消耗的（干）焦炭量（焦比一定的情况下）生铁合格率：生铁化学成分符合国家标准的总量占生铁总量的指标。
冶金传输原理(武汉科技大学)第一章
a. 正负号的意义，
由于粘性应力的方向与流动方向平行，则τ yx与dvx /dy 的 方向无关（梯度是矢量）粘性应力是一对大小相等，方向相 反的力。 亦是一矢量，正负号表示力的方向。同时也可表为 粘性动量通量。
2014-9-12
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流体的粘性
b.粘性动量通量：
通过单位面积在单位时间内传递的动量。
Pa
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第一章 动量传输的基本概念
1、 1 流体及连续介质模型 在剪切应力的作用下会发生 连续的变形的物质。
1、流体的定义:
流体的密度
m lin v 0 V
பைடு நூலகம்ΔV 从宏观上看应足够小， 而从微观上看应足够大。
2014-9-12
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流体及连续介质模型 流体的密度
m v
2014-9-12
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1.3.4
牛顿流体与非牛顿流体
牛顿流体： 满足牛顿粘性定律的流体。 两个含义： 1 、当速度梯度为零时，粘性力为零。 2 、粘性力与速度梯度呈线性关系。 非牛顿流体： 凡不满足牛顿粘性定律的流体均称为非牛顿 流体。
2014-9-12
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二 单位换算： 力 : 1kgf=9.807 N 1N=0.102kgf 压力（强）:1atm=1.01325×105 Pa 1atm=760mmHg=10332mmH2O 1at=10000mmH2O=735.6mmHg=9.807×104 1mmH2O=1kgf/㎡=9.8Pa 能量: 1kJ=0.239kcal 1kcal=4.187kJ 1w=1J/s=0.86kcal/h 1kcal/h=1.163w
固定
y
v x（y）
H 稳定 开始 x
冶金工程概论总复习
炼钢的基本任务
炼钢的基本任务： 是从铁水中脱碳、脱硫、脱磷、脱氧，去处有害气体 和非金属夹杂物，提高温度、调整钢液成分。
归纳为： “四脱”（C、P、S、O） “二去”（去气、去夹杂） “一升温”（提高钢液温度，便于连铸）
“一合金化”（调整钢液成分使其合金化） 采用的主要技术手段：
供氧、造渣、升温，加脱氧剂和合金化操作。
Phase Diagram of Cu2S-FeS System
◆实际冰铜组成点位于Cu2S与FeS1.08连线及“舌形区”之间；
实际冰铜成分复杂，还含有Fe3O4 , ZnS, PbS, Ni3S2, CoS及少
量Au, Ag，As，Sb，Bi，炉渣等。
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熔炼炉渣贫化方法
1、炉渣热态贫化
需要进一步研究炉渣热态贫化工艺，达到弃渣含Cu＜0.3%
阳极反应：Cu – 2e = Cu2+（阳极溶解） φº=+0.34V 阴极反应： Cu2+ + 2e = Cu （阴极析出） φº=+ 0.34V
电解中[Cu2+]升高的原因： Cu2+ + Cu = 2Cu+ 电解中阳极杂质的行为： 杂质总量:0.3%~0.8%， 主要为O, S, Au, Ag, Pt, Se, Te, As, Sb, Bi, Ni, Fe, Zn, Pb, Co，分为4类
16
非铁氧化物的在高炉炼铁过程中的行为
V、Ti、Ni 和 Cr 的还原
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非铁氧化物的在高炉炼铁过程中的行为 -Pb、Zn 、As的还原-
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高炉炼铁的产物
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高炉炼铁的产物－高炉渣主要成分
23
第四章 炼 钢
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。
武汉科技大学冶金概论课件高炉炼铁
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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）
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熔剂
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2.2.3 还原反应
2.2.3.1 基本概念 2.2.3.2 高炉内铁氧化物的还原 2.2.3.3 高炉内非铁元素的还原
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2.2.3.1基本概念
还原反应 还原剂夺取金属氧化物中的氧，使之变为金 属或该金属低价氧化物的反应。 高炉炼铁常用的还原剂主要有CO、H2和固体 碳。 铁氧化物的还原顺序 遵循逐级还原的原则。 当温度小于570℃时，按 Fe2O3→Fe3O4→Fe的顺序还原。 当温度大于570℃时，按Fe2O3→Fe3O4 →FeO→Fe的顺序还原。
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回旋区及燃烧带
回旋区：风口前产生焦炭 和煤气流回旋运动的区域 称为回旋区。 回旋区和中间层组成焦炭 在炉缸内进行燃烧反应的 区域称为燃烧带。 实践中常以CO2降至1～2 ％的位置定为燃烧带界 限。大型高炉的燃烧带长 度在1000～1500mm左 右。 2010-3-28/07:29:18
2.2.3.3 高炉内非铁元素的还原
锰的还原 硅的还原 磷的还原 铅、锌、砷的还原
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锰的还原
高炉内锰氧化物的还原由高级向低级逐级还原直 到金属锰，顺序为： 从MnO2到MnO可通过间接还原进行还原反 应。MnO还原成Mn只能靠直接还原取得。 MnO的直接还原是吸热反应。高炉炉温是锰还 原的重要条件，其次适当提高炉渣碱度，增加 Mn0的活度，也有利于锰的直接还原。 还原出来的锰可溶于生铁或生成Mn3C溶于生 铁。
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开采方法：
为了经济而有效地开发地下资源，需根据矿床所处的 地理位置、埋藏条件以及国民经济发展的需要，进行 可行性的技术经济分析，选择合理的开采方法。
露天开采：如果矿床埋藏得比较浅时可采用露天开采， 以台阶的方式一层一层地向下开采，剥离岩石到达矿 体，然后再以台阶方式开采矿石。露天采矿的步骤主 要包括矿区的地面准备、矿山基本建设、剥离岩石和 每种类型的金属的性质、及其冶炼方法都有其特殊性。 黑色金属：冶炼方法均为火法。 重金属：可分为火法和湿法冶炼。
轻金属：密度小、活性大，多采用熔盐电解法和金属热还原 法生产。
贵金属：一部分可由矿石提取，大部分都是从铜、镍、铅、 锌冶炼厂的副产品（阳极泥）中回收的。
稀有金属：分散、没有富集的矿床，难于开采和冶炼。 有的熔点高，硬度大，耐腐蚀；有的没有形成单独
一、火法冶金
定义： 在高温条件下，使矿石或精矿中的有用矿物部分或全部 在高温条件下进行一系列的物理化学反应，达到提取、 提纯金属与脉石和其它杂质分离的目的。 高温的获得： 燃料、自身反应，电能 地位：火法冶金在金属冶炼中占主导地位。
二、湿法冶金
在低温下（一般低于100℃，现代湿法冶金的高温高 压过程，200℃～300℃）用溶剂来处理矿石和精 矿，并在低温溶液中进行一系列的物理化学反应， 达到提取、提纯金属与脉石和其它杂质分离的目 的。
的矿床，只能从化工厂和冶金厂的废料中提取；有的提取 异常困难；有的含有放射性。所以稀有金属的冶炼方法多 种多样。
定义
冶金：是一门研究如何经济地从矿石或精矿和其它材料中 提取金属，并使之经过加工处理，适用于人类的科学。 广义的冶金包括矿石的开采、选矿、冶炼和金属加工。由 于科学技术的进步和工业的发展，采矿、选矿和金属加工 已形成一门独立的学科。因而目前的冶金是指矿石或精矿 的冶炼。 又称： 化学冶金：主要采用的是化学的方法。 提取冶金：从矿石或精矿中提取金属。 冶金方法是多种多样的，根据冶炼方法的不同，大致可分为 三类：火法冶金、湿法冶金、电冶金。
武汉科技大学-《冶金概论》-试卷及答案
武汉科技大学-《冶金概论》-试卷及答案模拟试题一一选择题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）N2 B）Ar C）O2 D）H210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1：A、B、C、D 2：B、C 3：C 4：A 5：B 6：A、B 7：B、C 8：A 9：A、B、C 10：A、B、C二名词解释1）冶金学2）热脆3）硫负荷4）烧结矿5）炉外精炼1、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。
2、钢材在轧制和锻造时，由于温度升高，晶界上的富含硫化物的网状结构又变成液态，在力的作用下，就会引起这些富硫液相沿晶界滑动，造成钢材的破裂，产生了所谓的热脆现象3、冶炼一吨生铁由炉料带入高炉硫的总量称为“硫负荷”4、将各种粉状铁，配入适宜的燃料和熔剂，均匀混合，然后放在烧结机上点火烧结。
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，所得到的块矿叫烧结矿。
5、炉外精炼是对炼钢炉的钢水在钢包或专用容器中进行再次精炼，又称“二次精炼”。
冶金概论
2、炼 铁
铁氧化物的离解
T>570℃ T<570℃ Fe2O3→Fe3O4→FeO→Fe Fe2O3→Fe3O4→Fe
铁氧化物的还原
T>570℃ Fe2O3→Fe3O4→FeO→Fe T<570℃ Fe2O3→Fe3O4→Fe 间接还原：用CO还原 直接还原：用C还原
2、炼 铁
高炉内非铁氧化物的行为
第一章 绪论
第一章 绪论
Ⅰ A Ⅱ A Ⅲ B Ⅳ B Ⅴ B Ⅵ B Ⅶ B Ⅷ B Ⅰ B Ⅱ B Ⅲ A Ⅳ A Ⅴ A Ⅵ A Ⅶ A Ⅷ A
2
1 2 3 4 5 6 7
1
H
3 4 5 6 7 8 9
He
10
Li
11 19
Be
12 20 38 56 88 21 39 22 23 24 42 74 25 43 75 26 44 76 27 45 77 28 46 78 29 47 79 30 48 80
B
13
C
14
N
15
O
6
F
17
Ne
18
Na Mg K
37 55 87
Al
31 49 81
Si
32 50 82
P
33 51 83
S
34 52 84
Cl
35
Ar
36
Ca Sc Y
57 89
Ti
40 72
V
41 73
Cr Mn Fe
Co Ni
Cu Zn Ga Ge As Se Sn Sb Te Pb Bi
Br
第二章 炼铁
高炉炼铁技术的发展
(1)高炉大型化 (2)精料
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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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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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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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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。
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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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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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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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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%。