钢铁冶金导论--冶金的分类(蓝天CAD)(PPT 51页)
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13世纪末到19世纪中叶：把铁矿石装入高炉中冶炼成液态 生铁。再将生铁冶炼成粗钢，形成了沿用至今的工业冶炼法
19世纪中期至20世纪：以生铁，海绵铁或废钢为原料，在平 炉、转炉、电炉中冶炼成钢或合金钢的时代
现代炼铁方法
现代炼铁法
高炉法
传统的以焦炭为能源，与转炉炼钢相配合， 组成高炉－转炉－轧机流程，被称为长流 程，是目前的主要流程。
冶金学的分类
电冶金：利用电能提取和精炼金属的方法 电热冶金：利用电能转变成热能，在高温下提炼
金属，本质与火法同。 电化学冶金：用电化学反应使金属从含金属盐类
的水溶液或熔体中析出。前者称为溶液电解，如 铜的电解精炼，可归入湿法冶金，后者称为熔盐 电解，如电解铝，可列入火法冶金。
钢铁冶金过程
炼铁：从矿石或精矿中提取粗金属，主要是用焦炭 作燃料及还原剂，在高炉内的还原条件下，矿石被 还原得到粗金属-生铁，其中溶解来自还原剂中的 碳(4％一5％)及矿石、脉石中的杂质，如硅、锰、 硫、磷等元素。
钢铁冶金过程
炼钢：将生铁中过多的元素(C、Si、Mn)及杂质(S、 P)通过氧化作用及熔渣参与的化学反应去除，达到 无害于钢种性能的限度，同时还要除去由氧化作用 引入钢液中的氧(脱氧)，并调整钢液的成分，最后 把成分合格的钢液浇铸成钢锭或钢坯，便于轧制成 材。
二次精炼：为了提高一般炼钢方法的生产率及钢液 的质量(进一步降低杂质和气体的含量)，而将炼钢 过程的某些精炼工序转移到炉外盛钢桶或特殊反应 炉中继续完成或深度完成。
铁水C、Si、S、P等元素含量高
现代炼铁方法
炼铁
直接还原—海绵铁
不需要焦炭 可采用粉矿 海绵铁C、Si、S、P等元素含量低
现代炼铁方法
炼铁
融熔还原—铁水 不需要焦炭 可采用粉矿 海绵铁C、Si、S、P等元素含量高
现代炼铁方法
炼钢
转炉：铁水为原料，用纯氧氧化过还原进入铁水中的C、Si Mn、P等元素的放热反应作为热源，多余的热量用矿石或 废钢冷却。转炉是目前的主要炼钢手段，其冶炼周期短(2060分钟一炉钢)，可大型化(500吨)
钢铁冶金导论
1概 论
金属的分类
铁金属和非铁金属：前者系指铁及其合金； 后者则指除了铁及其合金以外的金属元素。
黑色金属和有色金属：有色金属则是指除铁、 铬、锰3种金属以外的所有金属。
冶金的起源与发展
远古时代 青铜器时代 铁器时代
20世纪初及中叶
金、银、 铜及陨石铁
铜及其合金
铁
具有工业意义 的元素有75种
冶金学的概念
概念
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具 有一定性能的金属材料的学科
Baidu Nhomakorabea
冶金学的分类
按内容可分为提取冶金学和物理冶金学两门学科 提取冶金学：研究如何从矿石中提取金属或金
属化合物的生产过程，由于该过程伴随有化学 反应，又称化学冶金。 物理冶金学：通过成型加工制备有一定性能的 金属或合金材料，研究其组成，结构的内在联 系以及各种条件下的变化规律，为有效地使用 和发展特定性能地金属材料服务。包括金属学， 粉末冶金，金属铸造，金属压力加工等。
冶金学的分类
按提取金属方法分类
火法冶金：在高温下矿石经熔炼与精炼反应及熔化 作业，使其中地金属和杂质分开，获得较纯的金属 的过程。过程可分为原料准备，焙烧、熔炼、精炼、 蒸馏和离析等。所需能源，主要靠燃料燃烧，也有 靠化学反应热的。进行的化学反应则有热分解、还 原、氧化、硫化、卤化、蒸馏等。
火法冶金一般具有生产率高，流程短，设备简单及投 资省等优点，但却不利于处理成分结构复杂矿或贫矿
钢铁冶金过程的理论基础
冶金过程热力学：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）
冶金过程动力学：利用化学动力学的原理及物质、热能、动 量传输的原理来研究冶金反应过程的速率和机理，确定反应 过程速率的限制环节，从而得出控制反应的速率的途径
高炉
铁水 混铁炉
转炉
铁矿石 熔剂 还原剂 燃料或电热
直接还原炉
铸铁机 炼钢生铁块
商品铸铁
海绵铁 废钢
废钢
平炉
电炉
钢水
铸锭或连铸 轧、锻 钢材
矿石－生铁－钢：即高 炉－转炉，平炉淘汰
矿石－海绵铁－钢：直 接还原－电炉流程
现代钢铁生产流程
现代炼铁方法
炼铁
高炉—铁水 需要焦炭
炼焦：焦煤在隔绝空气的条件下，热解、碳化、胶结成 具有一定强度和粒度的焦炭。
冶金熔体：是火法冶金反应中参加的具体物质，包括金属互 溶的金属熔体、氧化物互溶的熔渣及硫化物互溶的熔锍。它 研究熔体的相平衡、结构及其物理和化学性质，而熔体的组 分是反应的直接参加者，熔体的结构及性质则直接控制着反 应的进行
钢铁冶金的发展简史
远古到13世纪末：利用自然地形将铁矿石与木炭一起放入用 砖砌筑的地炉内，加热冶炼，将矿石还原，生成海绵铁
炼焦工艺： 洗煤
配煤
炼焦原料：焦煤 炼焦设备：炼焦炉、推焦机
焦炉 熄焦
炼焦产品：焦炭、沥青、煤焦油及其分馏产品
现代炼铁方法
炼铁
对含铁原料有要求：粒度5~50mm， 化学成分要稳定，机械强度要高， 冶金性能要好
天然块矿：粒度5~50mm，化学成
分要稳定 0－10mm粉矿：烧结 细磨精选矿：球团
1一炉壳；2一挡渣板； 3一托圈，4一轴承及轴 承座；5一支撑系统； 6一耳轴；7一制动装置； 8一减速机，9一电机及 制动器
冶金学的分类
湿法冶金：一般在常温或低于100℃下，用溶剂处 理矿石或精矿，使所需提取的金属溶解于溶液中， 而其它杂质不溶解。然后再从溶液中提取金属，包 括浸出，分离，富集和提取等工序。由于绝大部分 溶剂为水溶液。故也称水法冶金
湿法冶金一般具有能耗低，过程易控制，能处理各类 矿石。但生产规模及生产率不如火法冶金
优点：生产规模大，效率高，成本低。
缺点：能耗高，污染大。
非高炉法
泛指高炉以外，不以焦炭为能源，通常分 为直接还原和熔融还原，一般与电炉配合， 组成直接还原或熔融还原－电炉－轧机流 程，被称为短流程，是目前的辅助流程。
优点：能耗低，污染小。
缺点：生产规模小，效率低，成本高。
炼钢过程 压加过程
炼铁过程
19世纪中期至20世纪：以生铁，海绵铁或废钢为原料，在平 炉、转炉、电炉中冶炼成钢或合金钢的时代
现代炼铁方法
现代炼铁法
高炉法
传统的以焦炭为能源，与转炉炼钢相配合， 组成高炉－转炉－轧机流程，被称为长流 程，是目前的主要流程。
冶金学的分类
电冶金：利用电能提取和精炼金属的方法 电热冶金：利用电能转变成热能，在高温下提炼
金属，本质与火法同。 电化学冶金：用电化学反应使金属从含金属盐类
的水溶液或熔体中析出。前者称为溶液电解，如 铜的电解精炼，可归入湿法冶金，后者称为熔盐 电解，如电解铝，可列入火法冶金。
钢铁冶金过程
炼铁：从矿石或精矿中提取粗金属，主要是用焦炭 作燃料及还原剂，在高炉内的还原条件下，矿石被 还原得到粗金属-生铁，其中溶解来自还原剂中的 碳(4％一5％)及矿石、脉石中的杂质，如硅、锰、 硫、磷等元素。
钢铁冶金过程
炼钢：将生铁中过多的元素(C、Si、Mn)及杂质(S、 P)通过氧化作用及熔渣参与的化学反应去除，达到 无害于钢种性能的限度，同时还要除去由氧化作用 引入钢液中的氧(脱氧)，并调整钢液的成分，最后 把成分合格的钢液浇铸成钢锭或钢坯，便于轧制成 材。
二次精炼：为了提高一般炼钢方法的生产率及钢液 的质量(进一步降低杂质和气体的含量)，而将炼钢 过程的某些精炼工序转移到炉外盛钢桶或特殊反应 炉中继续完成或深度完成。
铁水C、Si、S、P等元素含量高
现代炼铁方法
炼铁
直接还原—海绵铁
不需要焦炭 可采用粉矿 海绵铁C、Si、S、P等元素含量低
现代炼铁方法
炼铁
融熔还原—铁水 不需要焦炭 可采用粉矿 海绵铁C、Si、S、P等元素含量高
现代炼铁方法
炼钢
转炉：铁水为原料，用纯氧氧化过还原进入铁水中的C、Si Mn、P等元素的放热反应作为热源，多余的热量用矿石或 废钢冷却。转炉是目前的主要炼钢手段，其冶炼周期短(2060分钟一炉钢)，可大型化(500吨)
钢铁冶金导论
1概 论
金属的分类
铁金属和非铁金属：前者系指铁及其合金； 后者则指除了铁及其合金以外的金属元素。
黑色金属和有色金属：有色金属则是指除铁、 铬、锰3种金属以外的所有金属。
冶金的起源与发展
远古时代 青铜器时代 铁器时代
20世纪初及中叶
金、银、 铜及陨石铁
铜及其合金
铁
具有工业意义 的元素有75种
冶金学的概念
概念
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具 有一定性能的金属材料的学科
Baidu Nhomakorabea
冶金学的分类
按内容可分为提取冶金学和物理冶金学两门学科 提取冶金学：研究如何从矿石中提取金属或金
属化合物的生产过程，由于该过程伴随有化学 反应，又称化学冶金。 物理冶金学：通过成型加工制备有一定性能的 金属或合金材料，研究其组成，结构的内在联 系以及各种条件下的变化规律，为有效地使用 和发展特定性能地金属材料服务。包括金属学， 粉末冶金，金属铸造，金属压力加工等。
冶金学的分类
按提取金属方法分类
火法冶金：在高温下矿石经熔炼与精炼反应及熔化 作业，使其中地金属和杂质分开，获得较纯的金属 的过程。过程可分为原料准备，焙烧、熔炼、精炼、 蒸馏和离析等。所需能源，主要靠燃料燃烧，也有 靠化学反应热的。进行的化学反应则有热分解、还 原、氧化、硫化、卤化、蒸馏等。
火法冶金一般具有生产率高，流程短，设备简单及投 资省等优点，但却不利于处理成分结构复杂矿或贫矿
钢铁冶金过程的理论基础
冶金过程热力学：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）
冶金过程动力学：利用化学动力学的原理及物质、热能、动 量传输的原理来研究冶金反应过程的速率和机理，确定反应 过程速率的限制环节，从而得出控制反应的速率的途径
高炉
铁水 混铁炉
转炉
铁矿石 熔剂 还原剂 燃料或电热
直接还原炉
铸铁机 炼钢生铁块
商品铸铁
海绵铁 废钢
废钢
平炉
电炉
钢水
铸锭或连铸 轧、锻 钢材
矿石－生铁－钢：即高 炉－转炉，平炉淘汰
矿石－海绵铁－钢：直 接还原－电炉流程
现代钢铁生产流程
现代炼铁方法
炼铁
高炉—铁水 需要焦炭
炼焦：焦煤在隔绝空气的条件下，热解、碳化、胶结成 具有一定强度和粒度的焦炭。
冶金熔体：是火法冶金反应中参加的具体物质，包括金属互 溶的金属熔体、氧化物互溶的熔渣及硫化物互溶的熔锍。它 研究熔体的相平衡、结构及其物理和化学性质，而熔体的组 分是反应的直接参加者，熔体的结构及性质则直接控制着反 应的进行
钢铁冶金的发展简史
远古到13世纪末：利用自然地形将铁矿石与木炭一起放入用 砖砌筑的地炉内，加热冶炼，将矿石还原，生成海绵铁
炼焦工艺： 洗煤
配煤
炼焦原料：焦煤 炼焦设备：炼焦炉、推焦机
焦炉 熄焦
炼焦产品：焦炭、沥青、煤焦油及其分馏产品
现代炼铁方法
炼铁
对含铁原料有要求：粒度5~50mm， 化学成分要稳定，机械强度要高， 冶金性能要好
天然块矿：粒度5~50mm，化学成
分要稳定 0－10mm粉矿：烧结 细磨精选矿：球团
1一炉壳；2一挡渣板； 3一托圈，4一轴承及轴 承座；5一支撑系统； 6一耳轴；7一制动装置； 8一减速机，9一电机及 制动器
冶金学的分类
湿法冶金：一般在常温或低于100℃下，用溶剂处 理矿石或精矿，使所需提取的金属溶解于溶液中， 而其它杂质不溶解。然后再从溶液中提取金属，包 括浸出，分离，富集和提取等工序。由于绝大部分 溶剂为水溶液。故也称水法冶金
湿法冶金一般具有能耗低，过程易控制，能处理各类 矿石。但生产规模及生产率不如火法冶金
优点：生产规模大，效率高，成本低。
缺点：能耗高，污染大。
非高炉法
泛指高炉以外，不以焦炭为能源，通常分 为直接还原和熔融还原，一般与电炉配合， 组成直接还原或熔融还原－电炉－轧机流 程，被称为短流程，是目前的辅助流程。
优点：能耗低，污染小。
缺点：生产规模小，效率低，成本高。
炼钢过程 压加过程
炼铁过程