冶金原理与工艺 (钢铁部分复习资料)

冶金原理与工艺（钢铁部分）

绪论

1.矿床：矿石集合体

矿石：矿物集合体。包括有用矿石和脉石

有用矿石：可提取矿物的矿石

脉石：含微量或不含矿物的矿石

矿物：有用元素或化合物

2.主要的冶金工序

干燥：除去水分，温度400~6000度

焙烧：适当气氛下，加热到熔点以下发生氧化、还原或其他化学变化的冶金过程，除去有害杂质，回收有用元素，提高气孔率和还原性

煅烧：将碳酸盐或氢氧化物的矿石原料在空气中加热分解，除去二氧化碳或水分变成氧化物的过程，也称焙解

烧结和球团：将不同的粉矿混匀或造球后加热焙烧，团结成多孔块状或球状的物料熔炼：将处理好的矿石或原料在高温下通过氧化还原反应，使矿石中的金属和杂质分离成两个液相层即金属液和熔渣，也叫冶炼

精炼：进一步除杂，以提高纯度

吹炼：实质是氧化熔炼，借鼓入的空气中的氧使铸铁中的磷，硫和其他杂质元素氧化而分离去除

净化：溶液除杂至达标的过程，方法有离子沉淀法、置换沉淀法、共沉淀法

3.冶金工业的发展趋势

钢铁工业：1）高效化、连续化、自动化；2）节约能源和资源，降低成本；3）发展高新技术所需的新材料；4）连铸技术；5）发展近终成型金属毛坯制备技术；6）人工智能控制

有色金属：1）供大于求；2）发展的国际化、集团化；3）低级产品向低成本地区转移；

4）适应高新技术发展的需求，新材料发展迅速

第一章高炉炼铁

1.高炉冶炼主要产品：生铁1）90%以上是炼钢铁（白口铁）；2）铸造生铁（灰口铁）；

3）少量的铁合金

副产品：炉渣、煤气和炉尘

2.高炉冶炼的主要技术经济指标

1）高炉有效容积利用系数【η】：1立方米有效容积平均每天生产的合格生铁的折合产量

2）焦比【K】：高炉冶炼1t生铁所消耗的干焦炭量

3）冶炼强度【I】：1立方米高炉有效容积每天所能燃烧的干焦炭量，反映了炉料下降及冶炼的速度η=I/K

4）生铁的合格率：化学成分符合国家规定的生铁量占总监测量的比例

5）焦炭负荷：一批料中矿石质量与焦炭质量之比

6）生铁原材料：铁矿石，碎杂铁等

7）富氧量：工业氧加入鼓风中后，鼓风中氧含量增加的百分数

8）生铁成本：原料、燃料、动力消耗费及车间经费等项组成

9）炉龄：高炉从开炉到大修之间的时间，为一代高炉的炉龄

3.提高利用系数的技术措施：提高矿石的品位、在顺行的基础上实行全风操作、高压操

作及富氧鼓风等。提高合格生铁产量是提高利用系数的根本途径

4.高炉炼铁常用的铁矿石

1）磁铁矿矿石：Fe3O4，理论含铁量72.4%，实际40~70%，s、p含量高，还原性差

2）赤铁矿矿石：Fe2O3，理论70%，实际55~60%，结构软易破碎，s、p含量低，还原性好

3）褐铁矿矿石：结晶水的Fe2O3，理论55.2~66.1%，实际37~55%，s、p、As 含量高，焙烧后还原性好

4）菱铁矿矿石：FeCO3，理论48.2%，实际30~40%，易破碎，还原性好，s、p含量低

5.高炉炼铁对铁矿石质量的要求：含铁量高，脉石少，有含杂质少，成分稳定，还原性

好，软化温度高，机械强度高，粒度均匀、合适

1）铁矿石品位。TFe%大于70%为富矿，小于70%为贫矿

2）脉石成分和数量。酸性脉石：SiO2，Al2O3

碱性脉石：CaO，MgO

3）有害杂质的含量

S：降低晶粒界面的熔点，热脆

P：磷化物是脆性物质，降低钢在低温下的冲击韧性，冷脆

4）碱金属：炉内积累导致高炉结瘤

5）铅，锌和砷

6）有益元素：锰，钴等

6．高炉炉体：炉基、炉壳、炉衬、冷却设备及金属结构

7．高炉炼铁原料：铁矿石、溶剂及燃料

8．贫矿入炉前准备处理：

破碎、筛选、磨细——选矿——精矿粉——混匀——造块——人造富矿——高炉

9．选矿方法：重力选矿法、磁力选矿法、浮游选矿法（正浮选和反浮选）

10．造块

方法：烧结法和球团法

作用：1）有效利用铁矿资源

2）可提高生铁质量

3）有利于高炉强化冶炼，提高产量，降低焦比

11．烧结法: 铁粉矿+燃料+溶剂+水在烧结设备上进行烧结的过程

12．带式抽风烧结过程料层变化

1）垫底料：水分凝结

2）过湿层：水分凝结

3）干燥层：去水

4）预热层

5）燃烧层：燃料燃烧和液相形成

6）烧结矿层：冷却，再氧化，再结晶

固相反应，氧化还原和分解发生在干燥层、预热层、燃烧层和烧结矿层

13. CaO的矿化作用：CaCO3分解产物CaO与其他矿物反应生成新的化合物

14．适宜的温度、大的反应表面、良好的扩散条件和充分的氧化气氛是保证顺利脱硫的主要条件

15. 球团工艺过程：

铁矿石——破碎、磨细——配料、混合——造球——筛分——焙烧——冷却，筛分——成品球团矿

16．矿粉成球过程：母球形成、母球长大、生球密实

17．球团矿与烧结矿的比较

1）烧结矿依靠液相团结，而球团矿依靠矿物的再结晶和结晶长大。球团矿生产适合于细磨精矿粉

2）球团矿粒度均匀，含铁高，还原性好，其冶金性能和冶炼效果比烧结矿好

3）球团生产率较烧结低，基建投资高

4）球团矿的热还原强度比烧结矿差

18. 高炉炼铁使用的含铁辅助料：

1）高炉炉尘

2）氧化转炉炉尘

3）其他铁屑料

4）轧钢皮

5）硫酸渣

6）钢渣

7）电石烟尘灰

19．溶剂：炼铁时加入的使脉石和灰分熔点降低的物质，也称助溶剂

作用

1）与脉石，焦炭灰分作用生成低熔点化合物，形成容易从炉缸中流出的炉渣，与铁水分离

2）造成一定数量和一定物理、化学性能的炉渣，去除有害杂质硫，改善生铁的质量分类

碱性：石灰石，白云石

酸性：二氧化硅

中性

20．高炉冶炼对碱性溶剂的要求

1）碱性氧化物含量要高

2）硫、磷含量要低

3）石灰石要有一定的强度和均匀的块度

21．焦炭的作用

1）作发热剂:提供70~80%的热量

2）作还原剂：产生CO、H2

3）作料柱骨架：不软化不熔化，多孔，改善透气性

4）作渗碳剂：碳降低铁熔点

22. 高炉冶炼度焦炭质量的要求

1）焦炭的化学成分

固定碳和灰分：灰分主要成分是SiO2和Al2O3，灰分高，固定碳数量减少使焦炭的耐磨强度降低，溶剂的消耗增加。因此，含碳量要高，灰分量要低

硫和磷：含硫量、磷量要低

挥发分：含量过高，焦炭成熟度不够，夹生焦多，强度低；过低，焦炭过烧，裂纹深，