【正文】 金屬材料的制備與加工 參考書目： 《 鋼鐵冶金原理（煉鐵部分） 》 《 鋼鐵冶金原理（煉鐵部分） 》 黃希祐 主編 《 有色金屬熔煉與鑄錠 》 陳存中 主編 《 鋼鐵冶金學 》 王莜留 主編 ?第一部分 煉鐵部分簡介 ? 一、鋼鐵工業(yè)在國民經濟中的地位 ?國家鋼鐵工業(yè)的發(fā)展狀況也反映其國民經濟發(fā)達程度。 ?：鋼鐵工業(yè)是基礎材料工業(yè)，可用于制造提高勞動生產率的各種機械設備。 ?： ?穩(wěn)定可靠的原材料資源：煤炭、焦炭、鐵礦石、輔料等。 ?穩(wěn)定可靠的動力資源：電力、水等。 ?穩(wěn)定可靠的運輸系統(tǒng)：鐵路、海運、公路等。 ? ：鋼鐵具有高強度及韌性、易于加工、資源儲量豐富。制造成本較低、技術成熟、高能耗和高碳排放、污染較重。 ?二、鋼鐵工業(yè)概況 ?： ? 中國是最早使用鐵器的國家之一，春秋晚期（公元前 6世紀），鐵器已經廣泛應用。西漢時期鹽鐵官營，使冶鐵業(yè)得以大規(guī)模發(fā)展，據資料顯示，當時已經有爐缸橫斷面積 。 ? 優(yōu)勢保持了 2022年，直到明代中葉（ 17世紀初），西方資本主義世界產業(yè)革命興起時為止。 ? 1740年出現(xiàn)了一種可以熔煉液體鋼的方法 ——坩堝法，它是將生鐵和廢鐵送入石墨和粘土制成的坩堝內用火焰加熱熔化爐料，之后將熔化的爐料鑄成鋼錠，但這種方法不能去除鋼中的有害雜質。 ? 亨利 貝塞麥在 1855年發(fā)明了酸性空氣底吹轉爐煉鋼法，第一次解決了用鐵水直接煉得液態(tài)鋼的問題，使煉鋼生產的質量、產量提高了一大步。 ?1878年英國入托馬斯 ( s)發(fā)明了堿性爐襯的底吹轉爐煉鋼法，在工業(yè)爐中以白云石加少量粘土作粘結劑制成爐襯，在吹煉過程中加入石灰造堿性渣，解決了高溫鐵水的脫磷問題。 ? ? 1949年，中國鋼鐵工業(yè)技術水平及裝別極其落后，鋼的年產量只有 25萬噸。 ? 1960年后，我國逐漸建立了現(xiàn)代化鋼鐵工業(yè)基礎，年產鋼量 1000萬噸以上。 ? 2022年，我國年鋼產量近 7億噸，居世界首位，其中某些企業(yè)技術裝備已經接近甚至達到世界領先水平。 ? 注意：我國是世界上的鋼鐵大國，但不是鋼鐵強國！ ? ? 節(jié)能減排 CDQ、 TRT ? 綠色冶金 太陽能光伏煉鋼 ? 清潔生產 短缺資源替代、二次資源綜合利用、從源頭控制 ? 能源替代 氫冶金、生物冶金 ? 工藝優(yōu)化 SCEAFCCCR(廢鋼 電弧爐 連鑄 連軋 )、熔融還原 三 .鋼鐵生產的流程 鋼鐵生產工藝 高爐生產工藝流程 ?四、高爐煉鐵工藝概述 ? ?目的：將鐵礦石高效而經濟地得到溫度與成分合乎要求的液態(tài)生鐵。 ?一方面實現(xiàn)礦石重金屬元素 Fe與 O的分離，即還原過程，另一方面還要實現(xiàn)被還原金屬與脈石的機械分離，即熔化與造渣過程。 ?2 .高爐結構及爐內區(qū)域分布 ? 高爐結構 ? ? 基本概念 主要原料 燒結 (sintering) 球團 (pelletizing) ? ? 1 礦物 (Minerals)：地殼中具有均一內部結構、化學組成及一定物理、化學性質的天然化合物或自然元素稱為礦物。其中能夠為人類利用的稱為有用礦物。 ? 2 礦石 (Ore)：在現(xiàn)代的技術經濟條件下，能以工業(yè)規(guī)模從中提取金屬、金屬化合物或其它產品的礦物稱為礦石。 ? 3 礦石的品位 (Ore grade)：礦石中有用成分的質量百分含量，稱為該礦石的品位。 ? 4 脈石 (Gauge)：礦石中沒有用的成分稱為脈石，一般在冶煉過程中需要去除。 ? 富礦 (highgrade ore)：含鐵品位 50%的鐵礦石 ? 赤鐵礦：理論含鐵量 70% ? 磁鐵礦：理論含鐵量 % ? 菱鐵礦：理論含鐵量 48 . 3% ? 褐鐵礦：理論含鐵量 55 . 2~% ? 貧礦 (lean ore)：實際含鐵量低于理論含鐵量 70%的鐵礦石稱貧礦（必須經過選礦后使用） ? 塊礦 (lump ore)和粉礦 (fine ore) 富礦 破碎、篩分 塊礦 (5~10mm),上限 粉礦（ 5mm）供燒結廠生產燒結礦 大中型高爐 45mm 中小型高爐 20~25mm ? 主要原料 ? 高爐冶煉用的原料主要有 鐵礦石 （天然富礦和人造富礦）、 燃料 (fuel)（焦炭和噴吹燃料）、 熔劑 (flux)（石灰石與白云石等）。 ? 冶煉 1t生鐵大約需要 ~， ~ (coke)，~。 ? 高爐冶煉是連續(xù)生產過程，必須盡可能為其提供數(shù)量充足、品味高、強度好、粒度均勻粉末少、有害雜質少及性能穩(wěn)定的原料。 鐵礦石 磁鐵礦（ Fe3O4） magtie 赤鐵礦（ Fe2O3） hematite 褐鐵礦（ mFe2O3nH2O） limonite 菱鐵礦（ FeCO3） siderite 燃料 ? 焦炭的作用： 發(fā)熱劑 、 還原劑 及 料柱骨架 。 粒度：大型高爐 40~60mm； 中型高爐 25~40mm； 小型高爐 15~25mm； ? 噴吹燃料： 固體（無煙煤與煙煤粉） 液體（重油、煤焦油） 氣體（天然氣或焦爐煤氣） 熔劑 ? 概念：由于高爐造渣需要，入爐料中常需要配加一定數(shù)量的助熔劑，簡稱熔劑。 ? 常用熔劑主要有：堿性：石灰石 (calcite)和白云石 (dolomite)； ? 酸性：石英石（ SiO2），含酸性脈石貧鐵礦； ? 中性：高 Al原料。 ? 熔劑的要求： – 有效成分含量高（ CaO+MgO）； – 有害雜質 S、 P低； – 粒度均勻，強度好，粉末少。 ? 熔劑的作用： – 助熔，改善流動性，使渣鐵容易分離； – 脫硫（焦炭和礦石中 S）。 ? 燒結 ? 將各種 粉狀鐵 ，配入適宜的 燃料 和 熔劑 ，均勻混合，然后放在燒結機點火燒結。在燃料燃燒產生高溫和一系列物理化學變化作用下，部分混合料顆粒表面發(fā)生軟化熔融，產生一定數(shù)量的液相，并潤濕其它未融化的礦石顆粒。冷卻后，液相將 礦粉顆粒粘結成塊 。這一過程叫 燒結