金属材料的制备与加工
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熔剂的作用：
– 助熔，改善流动性，使渣铁容易分离； – 脱硫（焦炭和矿石中S）。
3.3 烧结
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。这一过程叫烧结，所的到的 块矿叫烧结矿。
亨利·贝塞麦在1855年发明了酸性空气 底吹转炉炼钢法，第一次解决了用铁水直 接炼得液态钢的问题，使炼钢生产的质量、 产量提高了一大步。
wenku.baidu.com
1878年英国入托马斯(S.G.Thoma s)发明了碱 性炉衬的底吹转炉炼钢法，在工业炉中以 白云石加少量粘土作粘结剂制成炉衬，在 吹炼过程中加入石灰造碱性渣，解决了高 温铁水的脱磷问题。
精矿、粉矿 （0~10mm）
石灰石、白云石 （80~0mm）
碎焦、无烟煤 （25~0mm）
3.1基本概念
1 矿物(Minerals)：地壳中具有均一内部结构、化 学组成及一定物理、化学性质的天然化合物或自 然元素称为矿物。其中能够为人类利用的称为有 用矿物。
2 矿石(Ore)：在现代的技术经济条件下，能以工 业规模从中提取金属、金属化合物或其它产品的 矿物称为矿石。
3 矿石的品位(Ore grade)：矿石中有用成分的质 量百分含量，称为该矿石的品位。
3.发展趋势 节能减排-CDQ、TRT
绿色冶金-太阳能光伏炼钢
清洁生产-短缺资源替代、二次资源综合利用、从 源头控制
能源替代-氢冶金、生物冶金
工艺优化-SC-EAF-CC-CR(废钢-电弧炉-连铸-连 轧)、熔融还原
三.钢铁生产的流程 钢铁生产工艺
高炉生产工艺流程
四、高炉炼铁工艺概述
褐铁矿（mFe2O3·nH2O）-limonite 菱铁矿（FeCO3）-siderite
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）
金属材料的制备与加工
参考书目： 《钢铁冶金原理（炼铁部分）》
《钢铁冶金原理（炼铁部分）》 黄希祐 主编
《有色金属熔炼与铸锭》陈存中 主 编
《钢铁冶金学》王莜留 主编
第一部分 炼铁部分简介 一、钢铁工业在国民经济中的地位
国家钢铁工业的发展状况也反映其国民经 济发达程度。
1.原因：钢铁工业是基础材料工业，可用于 制造提高劳动生产率的各种机械设备。
2.现状
1949年，中国钢铁工业技术水平及装别极其落后， 钢的年产量只有25万吨。
1960年后，我国逐渐建立了现代化钢铁工业基础， 年产钢量1000万吨以上。
2011年，我国年钢产量近7亿吨，居世界首位，其 中某些企业技术装备已经接近甚至达到世界领先 水平。
注意：我国是世界上的钢铁大国，但不是钢铁强 国！
7、块矿(lump ore)和粉矿(fine ore)
破碎、筛分
富矿
粉矿（<5mm）供烧结厂生产烧结矿 大中型高炉<45mm
块矿(>5~10mm),上限 中小型高炉<20~25mm
3.2 主要原料
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(fuel)（焦炭和喷吹燃料）、熔剂(flux)（石灰 石与白云石等）。
冶炼1t生铁大约需要1.6~2.0t矿石，0.4~0.6t焦炭(coke)， 0.2~0.4t熔剂。
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。
铁矿石
磁铁矿（Fe3O4）-magnettie 赤铁矿（Fe2O3）-hematite
1.高炉炼铁目的
目的：将铁矿石高效而经济地得到温度与 成分合乎要求的液态生铁。
一方面实现矿石重金属元素Fe与O的分离， 即还原过程，另一方面还要实现被还原金 属与脉石的机械分离，即熔化与造渣过程。
2 .高炉结构及炉内区域分布 2.1 高炉结构
2.2高炉内各区域分布
3.含铁原料及其他辅料 3.1 基本概念 3.2 主要原料 3.3 烧结(sintering) 3.4 球团(pelletizing)
中国是最早使用铁器的国家之一，春 秋晚期（公元前6世纪），铁器已经广泛应 用。西汉时期盐铁官营，使冶铁业得以大 规模发展，据资料显示，当时已经有炉缸 横断面积8.5m2的高炉。
优势保持了2000年，直到明代中叶 （17世纪初），西方资本主义世界产业革 命兴起时为止。
1740年出现了一种可以熔炼液体钢的方 法——坩埚法，它是将生铁和废铁送入石 墨和粘土制成的坩埚内用火焰加热熔化炉 料，之后将熔化的炉料铸成钢锭，但这种 方法不能去除钢中的有害杂质。
熔剂
概念：由于高炉造渣需要，入炉料中常需要配 加一定数量的助熔剂，简称熔剂。
常用熔剂主要有：碱性：石灰石(calcite)和白云 石(dolomite)；
酸性：石英石（SiO2），含酸性脉石贫铁矿； 中性：高Al原料。
熔剂的要求：
– 有效成分含量高（CaO+MgO）； – 有害杂质S、P低； – 粒度均匀，强度好，粉末少。
2.条件：
稳定可靠的原材料资源：煤炭、焦炭、铁 矿石、辅料等。
稳定可靠的动力资源：电力、水等。
稳定可靠的运输系统：铁路、海运、公路 等。
3.钢铁工业的特点：钢铁具有高强度及韧 性、易于加工、资源储量丰富。制造成本 较低、技术成熟、高能耗和高碳排放、污 染较重。
二、钢铁工业概况
1.历史：
4 脉石(Gauge)：矿石中没有用的成分称为脉石， 一般在冶炼过程中需要去除。
5、富矿(high-grade ore)：含铁品位>50%的铁矿石
赤铁矿：理论含铁量70%
磁铁矿：理论含铁量72.4%
菱铁矿：理论含铁量48 . 3%
褐铁矿：理论含铁量55 . 2~66.1%
6、贫矿(lean ore)：实际含铁量低于理论含铁量70%的铁 矿石称贫矿（必须经过选矿后使用）
– 助熔，改善流动性，使渣铁容易分离； – 脱硫（焦炭和矿石中S）。
3.3 烧结
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。这一过程叫烧结，所的到的 块矿叫烧结矿。
亨利·贝塞麦在1855年发明了酸性空气 底吹转炉炼钢法，第一次解决了用铁水直 接炼得液态钢的问题，使炼钢生产的质量、 产量提高了一大步。
wenku.baidu.com
1878年英国入托马斯(S.G.Thoma s)发明了碱 性炉衬的底吹转炉炼钢法，在工业炉中以 白云石加少量粘土作粘结剂制成炉衬，在 吹炼过程中加入石灰造碱性渣，解决了高 温铁水的脱磷问题。
精矿、粉矿 （0~10mm）
石灰石、白云石 （80~0mm）
碎焦、无烟煤 （25~0mm）
3.1基本概念
1 矿物(Minerals)：地壳中具有均一内部结构、化 学组成及一定物理、化学性质的天然化合物或自 然元素称为矿物。其中能够为人类利用的称为有 用矿物。
2 矿石(Ore)：在现代的技术经济条件下，能以工 业规模从中提取金属、金属化合物或其它产品的 矿物称为矿石。
3 矿石的品位(Ore grade)：矿石中有用成分的质 量百分含量，称为该矿石的品位。
3.发展趋势 节能减排-CDQ、TRT
绿色冶金-太阳能光伏炼钢
清洁生产-短缺资源替代、二次资源综合利用、从 源头控制
能源替代-氢冶金、生物冶金
工艺优化-SC-EAF-CC-CR(废钢-电弧炉-连铸-连 轧)、熔融还原
三.钢铁生产的流程 钢铁生产工艺
高炉生产工艺流程
四、高炉炼铁工艺概述
褐铁矿（mFe2O3·nH2O）-limonite 菱铁矿（FeCO3）-siderite
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）
金属材料的制备与加工
参考书目： 《钢铁冶金原理（炼铁部分）》
《钢铁冶金原理（炼铁部分）》 黄希祐 主编
《有色金属熔炼与铸锭》陈存中 主 编
《钢铁冶金学》王莜留 主编
第一部分 炼铁部分简介 一、钢铁工业在国民经济中的地位
国家钢铁工业的发展状况也反映其国民经 济发达程度。
1.原因：钢铁工业是基础材料工业，可用于 制造提高劳动生产率的各种机械设备。
2.现状
1949年，中国钢铁工业技术水平及装别极其落后， 钢的年产量只有25万吨。
1960年后，我国逐渐建立了现代化钢铁工业基础， 年产钢量1000万吨以上。
2011年，我国年钢产量近7亿吨，居世界首位，其 中某些企业技术装备已经接近甚至达到世界领先 水平。
注意：我国是世界上的钢铁大国，但不是钢铁强 国！
7、块矿(lump ore)和粉矿(fine ore)
破碎、筛分
富矿
粉矿（<5mm）供烧结厂生产烧结矿 大中型高炉<45mm
块矿(>5~10mm),上限 中小型高炉<20~25mm
3.2 主要原料
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(fuel)（焦炭和喷吹燃料）、熔剂(flux)（石灰 石与白云石等）。
冶炼1t生铁大约需要1.6~2.0t矿石，0.4~0.6t焦炭(coke)， 0.2~0.4t熔剂。
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。
铁矿石
磁铁矿（Fe3O4）-magnettie 赤铁矿（Fe2O3）-hematite
1.高炉炼铁目的
目的：将铁矿石高效而经济地得到温度与 成分合乎要求的液态生铁。
一方面实现矿石重金属元素Fe与O的分离， 即还原过程，另一方面还要实现被还原金 属与脉石的机械分离，即熔化与造渣过程。
2 .高炉结构及炉内区域分布 2.1 高炉结构
2.2高炉内各区域分布
3.含铁原料及其他辅料 3.1 基本概念 3.2 主要原料 3.3 烧结(sintering) 3.4 球团(pelletizing)
中国是最早使用铁器的国家之一，春 秋晚期（公元前6世纪），铁器已经广泛应 用。西汉时期盐铁官营，使冶铁业得以大 规模发展，据资料显示，当时已经有炉缸 横断面积8.5m2的高炉。
优势保持了2000年，直到明代中叶 （17世纪初），西方资本主义世界产业革 命兴起时为止。
1740年出现了一种可以熔炼液体钢的方 法——坩埚法，它是将生铁和废铁送入石 墨和粘土制成的坩埚内用火焰加热熔化炉 料，之后将熔化的炉料铸成钢锭，但这种 方法不能去除钢中的有害杂质。
熔剂
概念：由于高炉造渣需要，入炉料中常需要配 加一定数量的助熔剂，简称熔剂。
常用熔剂主要有：碱性：石灰石(calcite)和白云 石(dolomite)；
酸性：石英石（SiO2），含酸性脉石贫铁矿； 中性：高Al原料。
熔剂的要求：
– 有效成分含量高（CaO+MgO）； – 有害杂质S、P低； – 粒度均匀，强度好，粉末少。
2.条件：
稳定可靠的原材料资源：煤炭、焦炭、铁 矿石、辅料等。
稳定可靠的动力资源：电力、水等。
稳定可靠的运输系统：铁路、海运、公路 等。
3.钢铁工业的特点：钢铁具有高强度及韧 性、易于加工、资源储量丰富。制造成本 较低、技术成熟、高能耗和高碳排放、污 染较重。
二、钢铁工业概况
1.历史：
4 脉石(Gauge)：矿石中没有用的成分称为脉石， 一般在冶炼过程中需要去除。
5、富矿(high-grade ore)：含铁品位>50%的铁矿石
赤铁矿：理论含铁量70%
磁铁矿：理论含铁量72.4%
菱铁矿：理论含铁量48 . 3%
褐铁矿：理论含铁量55 . 2~66.1%
6、贫矿(lean ore)：实际含铁量低于理论含铁量70%的铁 矿石称贫矿（必须经过选矿后使用）