钢铁冶金概论
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据统计，世界铁矿石总储量达 3431×108t（亿），其中工业储量约 1497×108t。 铁矿储量排在前5位的国家有：前苏 联、澳大利亚、加拿大、巴西、印度 ，如下表：
莱钢炼钢厂新世纪大学
国家
前苏联（含俄罗 斯、乌克兰等） 澳大利亚 加拿大 巴西 印度
美国 源自文库国
总储量
108t（亿t) ％
1111
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冶金又分为
莱钢炼钢厂新世纪大学
黑色冶金 黑色金属矿产：Fe, Mn, Cr, V
有色冶金 有色重金属：Cu,Zn,Pb,Sn,Bi(
铋),Sb(锑), Hg(汞),Ni,Co, Cd(镉) 有色轻金属：Al, Mg
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冶金学
用于提取各种金属的矿石具有不同的特性 ，故提取金属要根据不同的原理，同样冶 炼不同的金属和轧制不同性能或品种的钢 材需要不同的生产工艺过程和设备，从而 形成了冶金的专门学科—冶金学。
炉料配比→上料设备→炉顶装料设备→炉内。 热风（热风炉1000-1300度）→热风管道→风口→高炉。
热风+焦碳=高温煤气 高温煤气（从下往上）+炉料（从上往下）=液态铁
（加热、还原、溶化、造渣等一系列的物理化学反应）
液态铁聚于炉缸，周期性地从渣铁口排出，炉渣经水 冲渣设备变成水渣运走。
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铁矿石按矿物成份可分为五种类型 ①磁铁矿矿石②赤铁矿矿石 ③褐铁矿矿石④钛磁铁矿矿石⑤菱铁矿
按铁的含量可分为富铁矿石和贫铁矿石，我国一般按以 下分类 富铁矿石－含Fe45％以上磁铁矿石、赤铁矿石，含铁3035％菱铁矿矿石 贫铁矿石－含铁25-45％的磁铁矿石、赤铁矿石，含铁 20-30％的菱铁矿石
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高炉设备
高炉附属设备：
上料设备：料车、皮带上料 炉顶装料设备：
有料钟：受料漏斗、布料器、小钟、料仓、大钟等 无料钟：受料漏斗、料仓、漏斗、旋转溜槽等
送风设备：热风炉、鼓风机等 煤气除尘设备：干法除尘、湿法除尘 渣铁处理设备：渣铁口、水冲渣设备 喷吹设备
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高炉内的炉料分布
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块状带：矿石层与焦炭层 软熔带：矿石开始软化到完全熔化的区间 滴落带： 风口带：焦炭回旋区 渣铁带：
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生铁的形成过程：
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FeO+C →Fe+CO FeO+CO→Fe+CO2 FeO+H2 →Fe+H2O
高炉炼铁工艺过程：
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当冶炼含碱性氧化物脉石为主的矿石时，则溶剂应为酸性物，如常用的硅 石（SiO2）等 。
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燃料——焦炭、煤粉
焦炭在高炉内的作用 1）在风口前燃烧，提供冶炼所需热量； 2）固体C及其氧化产物CO，是氧化物的还原剂； 3）在高温区，矿石软化熔融后，焦炭是炉内唯一以固态存在的物料，是
支撑高达数十米料柱的骨架，同时又是风口前产生的煤气得以自下而上畅 通流动的高透气性通路。 煤粉 1964年，我国首先在首钢成功地向高炉喷吹无烟煤粉，作为辅助燃料置 换一部分昂贵的焦炭，以降低成本。 目前，我国大部分高炉都采用喷吹煤粉工艺。
1.型钢：圆钢、方钢、扁钢、螺纹钢、角钢、工字钢、槽钢
、H型钢、钢轨。
2.板带钢：特厚板（＞60mm）、厚板（20-60mm）、中
板（4.0-20mm）、薄板（0.2-4.0mm）和极薄板（＜0.2mm ）。
3.钢管：热轧无缝钢管、焊接钢管和冷加工钢管。
4.特殊外形轧制产品。常见有车轮、轮箍和钢球等。
31.7
工业储量
108t（亿t) ％
673
43.7
矿石品位
TFe％ 36.9
350
10 236
15.5 50-67
397
11.3 187
12.1 22-60
800
22.9 123.5
8.0 40-68.5
220
6.3 85
5.5 30-60
174
5.0 55
3.6 20.8
462(保有储 量）
183（已利用 矿区储量）
铁矿粉造块
铁矿粉造块的目的：
1.将粉状料制成具有高温强度的块状料以适应高炉冶炼、直接还原等在 流体力学方面的要求； 2.改善铁矿石的冶金性能，使高炉冶炼指标得到改善； 3、去除某些有害杂质，回收有益元素达到综合利用资源和扩大炼铁矿石 原料资源。
铁矿粉造块主要工艺：
烧结过程和球团过程
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炼钢工序功能的演变
铁水预处理
基本任务
炼钢
} 1) 脱碳；
2) 升温；
3) 脱磷；
{ 4) 脱硫；
} 4) 脱氧、氮、氢等；
5) 合金化。
炉外精炼
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（四）轧钢工艺简介
轧制产品一般可分为：
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含铁原料：铁矿石（烧结、球团） 溶剂：石灰石、白云石 燃料：焦炭、煤粉
含铁原料：铁矿石
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凡在当前技术条件下，可以经济地提取 出金属铁的岩石称为铁矿石。
铁矿石中除有含Fe的有用矿物外，还含 有其他化合物，统称为脉石。常见的脉石 有：SiO2、Al2O3、CaO及MgO等。
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三、钢铁工业可持续发展
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（三）转炉炼钢工艺简介
炼钢的基本任务
1. 氧化去除碳（脱碳）； 2. 氧化＋造渣去除磷； 3. 造渣去除硫； 4. 脱氧； 5. 去除N、H等； 6. 去除钢中非金属夹杂物； 7. 升温； 8. 合金化 9. 废钢、炉渣返回利用； 10. 回收煤气、蒸汽等。
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（足够的机械强度、冶金性能）
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溶剂
由于高炉造渣的需要，入炉料中常需配加一定 数量的助溶剂，简称溶剂。
常用的是碱性溶剂，即石灰石（CaCO3）、白云石［ Ca（Mg ）CO3］等。
溶剂质量要求：有效成分含量高； S、P等有害杂质含量低。
如对石灰石和白云石来说，要求其有效碱度高。 （ CaO+ MgO）有效=（ CaO%+ MgO%）-SiO2%×R
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（二）高炉炼铁工艺简介
原料：铁矿石 造块：烧结和球团。球团主要用于细磨铁精矿粉。 燃料：焦炭、喷吹10-30%的无烟煤。 辅助原料：
溶剂（石灰石）：促进渣铁分离；改善生铁质量，获得合格生 铁。
锰矿石：提高炉渣脱硫能力，调节含锰量。 其他辅助原料：金属附加物和洗炉剂（萤石和均热炉渣）
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钢铁冶金概论
郭伟达
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目录
一、冶金的概念 二、钢铁冶金工艺简介 三、钢铁工业可持续发展
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一、冶金的概念
莱钢炼钢厂新世纪大学
冶金的概念
冶金就是指如何经济地从矿石或其他 原料中提取金属或金属化合物，并用 各种加工方法制成具有一定性能的金 属材料的过程。
烧结工艺过程（抽风烧结）：
混合料（铁矿粉、熔剂、燃料、附加物、及返矿。） →混合及造球 →带式烧结机台车上 →点火
整个烧结过程是在10-16kPa负压抽风下，自上而 下进行的。
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烧结工艺过程 生球成型（细粉料氧化矿物表面能大、易吸附水）
→生球干燥（脱水、预防焙烧破裂） →焙烧固结
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高炉设备
高炉本体：
1.高炉内型：炉缸 炉腹 炉腰 炉身 炉喉 高炉有效高度：
从出铁口中心线到大钟全开时的下沿（或旋转溜槽处于垂直位置时的下缘）位置 之间的高度。
高炉有效容积：
有效高度之间的炉内容积为有效容积。高炉大小是以有效容积表示的。
2.高炉基础及钢结构 3.高炉炉壳 4.高炉炉衬及冷却设备
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冶金学
以研究金属的制取、加工和改 进金属性能的各种技术为重要 内容，发展到对金属成分、组 织结构、性能和有关理论的研 究。
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钢铁冶金的基本方法——火法冶金
生铁生产：铁矿石还原 钢的生产：铁水中C、Si、P 等元素的氧化 铁合金生产：各种合金元素的氧化物的还原 基本原理是在高温下通过氧化物还原或元素 的氧化反应，达到金属与脉石分离，去除杂 质，提取金属的目的。
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轧钢一般工艺过程：
按变形时金属本身温度的高低分为 热轧和冷轧。
冷轧：金属的变形温度低于再结晶温度 热轧：金属的变形温度高于再结晶温度
加热——轧制（粗轧、精轧）——精整
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加热的目的
1.提高钢的朔性 2.降低变形抗力 3.改善金属的结晶组织和消除金属内部 的内应力
30-35
中国铁矿石特点：储量低于世界人均拥有量，多为贫矿、难选， 四大铁矿：鞍山、攀西、冀东、晋北，可开采40-50年。
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铁的工业矿物和矿石类型
自然界中已知含铁矿物有300多种，主要矿物有： 磁铁矿（Fe3O4），含铁72.4％ 赤铁矿（Fe2O3），含铁70％ 褐铁矿（Fe2O3·nH2O），含铁48-62.9％ 针铁矿（Fe2O3·H2O），含铁48-63％ 菱铁矿（FeCO3），含铁48.3％
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工业上对铁矿石的要求
铁矿石的边界品位一般为TFe 20-25%,经 选矿后才可使用。一般入高炉的富矿品位 要求大于50%(Fe), S、P、Pb、Zn、Sn 为有害组分。 当矿石中CaO+MgO/SiO2+Al2O3 在 0.8-1.2 之间称为自熔性矿石。
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二、钢铁冶金工艺简介
传统流程
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现代流程
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原燃料（铁矿石、溶剂、焦炭、煤粉、气体燃料）
↓
炼铁（铁水、铁块、高炉煤气…）
↓
炼钢（钢坯、转炉煤气、炉渣…）
↓
轧钢（钢材）
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（一）高炉炼铁生产用原燃料
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国家
前苏联（含俄罗 斯、乌克兰等） 澳大利亚 加拿大 巴西 印度
美国 源自文库国
总储量
108t（亿t) ％
1111
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冶金又分为
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黑色冶金 黑色金属矿产：Fe, Mn, Cr, V
有色冶金 有色重金属：Cu,Zn,Pb,Sn,Bi(
铋),Sb(锑), Hg(汞),Ni,Co, Cd(镉) 有色轻金属：Al, Mg
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冶金学
用于提取各种金属的矿石具有不同的特性 ，故提取金属要根据不同的原理，同样冶 炼不同的金属和轧制不同性能或品种的钢 材需要不同的生产工艺过程和设备，从而 形成了冶金的专门学科—冶金学。
炉料配比→上料设备→炉顶装料设备→炉内。 热风（热风炉1000-1300度）→热风管道→风口→高炉。
热风+焦碳=高温煤气 高温煤气（从下往上）+炉料（从上往下）=液态铁
（加热、还原、溶化、造渣等一系列的物理化学反应）
液态铁聚于炉缸，周期性地从渣铁口排出，炉渣经水 冲渣设备变成水渣运走。
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铁矿石按矿物成份可分为五种类型 ①磁铁矿矿石②赤铁矿矿石 ③褐铁矿矿石④钛磁铁矿矿石⑤菱铁矿
按铁的含量可分为富铁矿石和贫铁矿石，我国一般按以 下分类 富铁矿石－含Fe45％以上磁铁矿石、赤铁矿石，含铁3035％菱铁矿矿石 贫铁矿石－含铁25-45％的磁铁矿石、赤铁矿石，含铁 20-30％的菱铁矿石
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高炉设备
高炉附属设备：
上料设备：料车、皮带上料 炉顶装料设备：
有料钟：受料漏斗、布料器、小钟、料仓、大钟等 无料钟：受料漏斗、料仓、漏斗、旋转溜槽等
送风设备：热风炉、鼓风机等 煤气除尘设备：干法除尘、湿法除尘 渣铁处理设备：渣铁口、水冲渣设备 喷吹设备
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高炉内的炉料分布
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块状带：矿石层与焦炭层 软熔带：矿石开始软化到完全熔化的区间 滴落带： 风口带：焦炭回旋区 渣铁带：
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生铁的形成过程：
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FeO+C →Fe+CO FeO+CO→Fe+CO2 FeO+H2 →Fe+H2O
高炉炼铁工艺过程：
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当冶炼含碱性氧化物脉石为主的矿石时，则溶剂应为酸性物，如常用的硅 石（SiO2）等 。
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燃料——焦炭、煤粉
焦炭在高炉内的作用 1）在风口前燃烧，提供冶炼所需热量； 2）固体C及其氧化产物CO，是氧化物的还原剂； 3）在高温区，矿石软化熔融后，焦炭是炉内唯一以固态存在的物料，是
支撑高达数十米料柱的骨架，同时又是风口前产生的煤气得以自下而上畅 通流动的高透气性通路。 煤粉 1964年，我国首先在首钢成功地向高炉喷吹无烟煤粉，作为辅助燃料置 换一部分昂贵的焦炭，以降低成本。 目前，我国大部分高炉都采用喷吹煤粉工艺。
1.型钢：圆钢、方钢、扁钢、螺纹钢、角钢、工字钢、槽钢
、H型钢、钢轨。
2.板带钢：特厚板（＞60mm）、厚板（20-60mm）、中
板（4.0-20mm）、薄板（0.2-4.0mm）和极薄板（＜0.2mm ）。
3.钢管：热轧无缝钢管、焊接钢管和冷加工钢管。
4.特殊外形轧制产品。常见有车轮、轮箍和钢球等。
31.7
工业储量
108t（亿t) ％
673
43.7
矿石品位
TFe％ 36.9
350
10 236
15.5 50-67
397
11.3 187
12.1 22-60
800
22.9 123.5
8.0 40-68.5
220
6.3 85
5.5 30-60
174
5.0 55
3.6 20.8
462(保有储 量）
183（已利用 矿区储量）
铁矿粉造块
铁矿粉造块的目的：
1.将粉状料制成具有高温强度的块状料以适应高炉冶炼、直接还原等在 流体力学方面的要求； 2.改善铁矿石的冶金性能，使高炉冶炼指标得到改善； 3、去除某些有害杂质，回收有益元素达到综合利用资源和扩大炼铁矿石 原料资源。
铁矿粉造块主要工艺：
烧结过程和球团过程
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炼钢工序功能的演变
铁水预处理
基本任务
炼钢
} 1) 脱碳；
2) 升温；
3) 脱磷；
{ 4) 脱硫；
} 4) 脱氧、氮、氢等；
5) 合金化。
炉外精炼
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（四）轧钢工艺简介
轧制产品一般可分为：
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含铁原料：铁矿石（烧结、球团） 溶剂：石灰石、白云石 燃料：焦炭、煤粉
含铁原料：铁矿石
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凡在当前技术条件下，可以经济地提取 出金属铁的岩石称为铁矿石。
铁矿石中除有含Fe的有用矿物外，还含 有其他化合物，统称为脉石。常见的脉石 有：SiO2、Al2O3、CaO及MgO等。
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三、钢铁工业可持续发展
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（三）转炉炼钢工艺简介
炼钢的基本任务
1. 氧化去除碳（脱碳）； 2. 氧化＋造渣去除磷； 3. 造渣去除硫； 4. 脱氧； 5. 去除N、H等； 6. 去除钢中非金属夹杂物； 7. 升温； 8. 合金化 9. 废钢、炉渣返回利用； 10. 回收煤气、蒸汽等。
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（足够的机械强度、冶金性能）
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溶剂
由于高炉造渣的需要，入炉料中常需配加一定 数量的助溶剂，简称溶剂。
常用的是碱性溶剂，即石灰石（CaCO3）、白云石［ Ca（Mg ）CO3］等。
溶剂质量要求：有效成分含量高； S、P等有害杂质含量低。
如对石灰石和白云石来说，要求其有效碱度高。 （ CaO+ MgO）有效=（ CaO%+ MgO%）-SiO2%×R
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（二）高炉炼铁工艺简介
原料：铁矿石 造块：烧结和球团。球团主要用于细磨铁精矿粉。 燃料：焦炭、喷吹10-30%的无烟煤。 辅助原料：
溶剂（石灰石）：促进渣铁分离；改善生铁质量，获得合格生 铁。
锰矿石：提高炉渣脱硫能力，调节含锰量。 其他辅助原料：金属附加物和洗炉剂（萤石和均热炉渣）
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钢铁冶金概论
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目录
一、冶金的概念 二、钢铁冶金工艺简介 三、钢铁工业可持续发展
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一、冶金的概念
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冶金的概念
冶金就是指如何经济地从矿石或其他 原料中提取金属或金属化合物，并用 各种加工方法制成具有一定性能的金 属材料的过程。
烧结工艺过程（抽风烧结）：
混合料（铁矿粉、熔剂、燃料、附加物、及返矿。） →混合及造球 →带式烧结机台车上 →点火
整个烧结过程是在10-16kPa负压抽风下，自上而 下进行的。
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烧结工艺过程 生球成型（细粉料氧化矿物表面能大、易吸附水）
→生球干燥（脱水、预防焙烧破裂） →焙烧固结
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高炉设备
高炉本体：
1.高炉内型：炉缸 炉腹 炉腰 炉身 炉喉 高炉有效高度：
从出铁口中心线到大钟全开时的下沿（或旋转溜槽处于垂直位置时的下缘）位置 之间的高度。
高炉有效容积：
有效高度之间的炉内容积为有效容积。高炉大小是以有效容积表示的。
2.高炉基础及钢结构 3.高炉炉壳 4.高炉炉衬及冷却设备
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冶金学
以研究金属的制取、加工和改 进金属性能的各种技术为重要 内容，发展到对金属成分、组 织结构、性能和有关理论的研 究。
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钢铁冶金的基本方法——火法冶金
生铁生产：铁矿石还原 钢的生产：铁水中C、Si、P 等元素的氧化 铁合金生产：各种合金元素的氧化物的还原 基本原理是在高温下通过氧化物还原或元素 的氧化反应，达到金属与脉石分离，去除杂 质，提取金属的目的。
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轧钢一般工艺过程：
按变形时金属本身温度的高低分为 热轧和冷轧。
冷轧：金属的变形温度低于再结晶温度 热轧：金属的变形温度高于再结晶温度
加热——轧制（粗轧、精轧）——精整
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加热的目的
1.提高钢的朔性 2.降低变形抗力 3.改善金属的结晶组织和消除金属内部 的内应力
30-35
中国铁矿石特点：储量低于世界人均拥有量，多为贫矿、难选， 四大铁矿：鞍山、攀西、冀东、晋北，可开采40-50年。
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铁的工业矿物和矿石类型
自然界中已知含铁矿物有300多种，主要矿物有： 磁铁矿（Fe3O4），含铁72.4％ 赤铁矿（Fe2O3），含铁70％ 褐铁矿（Fe2O3·nH2O），含铁48-62.9％ 针铁矿（Fe2O3·H2O），含铁48-63％ 菱铁矿（FeCO3），含铁48.3％
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工业上对铁矿石的要求
铁矿石的边界品位一般为TFe 20-25%,经 选矿后才可使用。一般入高炉的富矿品位 要求大于50%(Fe), S、P、Pb、Zn、Sn 为有害组分。 当矿石中CaO+MgO/SiO2+Al2O3 在 0.8-1.2 之间称为自熔性矿石。
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二、钢铁冶金工艺简介
传统流程
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现代流程
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原燃料（铁矿石、溶剂、焦炭、煤粉、气体燃料）
↓
炼铁（铁水、铁块、高炉煤气…）
↓
炼钢（钢坯、转炉煤气、炉渣…）
↓
轧钢（钢材）
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（一）高炉炼铁生产用原燃料