【正文】 University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 C+O2=CO2 CO2+C=2CO 3CO+Fe2O3 =2Fe+3CO2 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 非高爐煉鐵法 1. 直接還原煉鐵法 直接還原法 是指在鐵礦石熔化溫度下把鐵礦石還原成海綿鐵的煉鐵生產(chǎn)過(guò)程 ， 產(chǎn)品叫直接還原鐵或海綿鐵 。 ? 大多數(shù)高爐采用沖成水渣的方式處理爐渣 ， 作為是制造水泥的原料 ， 或用壓縮空氣吹成渣棉 (可作隔音保溫材料 )， 也可用渣罐車(chē)送往棄渣場(chǎng) 。 ? 送風(fēng)系統(tǒng)： 送風(fēng)系統(tǒng)為高爐連續(xù)穩(wěn)定地提供足夠的熱風(fēng)，是高爐正常冶煉的前提，單位時(shí)間內(nèi)風(fēng)量的高低決定了生產(chǎn)率。 燃料噴吹系統(tǒng) 。 煤氣 （ 副產(chǎn)品 ） ：含 26％ 左右的 CO， 用作燃料 。 在此期間 ， 高爐鼓風(fēng)由熱風(fēng)代替冷風(fēng) ， 并建產(chǎn)了蓄熱式熱風(fēng)爐 ，鼓風(fēng)動(dòng)力采用電力 。 由于爐容增大 ， 采用鼓風(fēng)技術(shù) ， 使單位時(shí)間內(nèi)燃燒的燃料量增加了 ， 爐內(nèi)溫度提高 ， 能得到熔融狀態(tài)的生鐵 ， 這種生鐵冷卻后很脆 ，不能鍛造成器具 。 燒結(jié)礦和球團(tuán)礦統(tǒng)稱(chēng)人造富礦 。 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 菱鐵礦 — FeCO3 它是含鐵的碳酸鹽 。 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 顏色呈紅色或紅褐色，故又稱(chēng)為紅礦。 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 鋼鐵的分類(lèi) 鋼 碳素鋼 合金鋼 結(jié)構(gòu)鋼 工具鋼 合金結(jié)構(gòu)鋼 合金工具鋼 特殊性能鋼 合金模具鋼 黑色金屬 白口鑄鐵 灰口鑄鐵鋼 生鐵 球墨鑄鐵 可鍛鑄鐵 鑄造生鐵 煉鋼鑄鐵 合金鑄鐵 鐵合金 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 Fe在地殼中的含量為 5％ 左右 ， 在金屬中僅次于鋁 ， 除隕石外 ， 純鐵在地殼中還未見(jiàn)到 ， 鐵容易與其它元素化合 ，特別是與氧化合 ， 因此 鐵礦石多以氧化物形式存在 。 一、冶金工藝概述 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 應(yīng)用廣泛的金屬材料 — 鋼鐵 （ 1）鐵和鐵合金 （ 2）鋼鐵是怎樣煉成的 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 F18大黃蜂戰(zhàn)斗機(jī) 我軍陸戰(zhàn)王牌 99式主戰(zhàn)坦克 二、鋼鐵冶煉 軍事上離不開(kāi)鋼鐵 中國(guó)九五式突擊步槍 海軍 109驅(qū)逐艦 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 神六 神五 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 我們的生活中也離不開(kāi)鋼鐵 廣州丫髻沙大橋 雷諾汽車(chē) 生活用品 磁懸浮列車(chē) 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 自從 1980年阿爾溫 ? 工藝分類(lèi) ： 電熱熔煉 ：直接用電加熱生產(chǎn)金屬的一種冶金方法。 金屬的冶金工藝可以分為 火法冶金 、 濕法冶金 、 電冶金以及真空冶金 等 。 當(dāng)組成為某一定值時(shí) ， 熔點(diǎn)最低 ， 此熔點(diǎn)即為最低共熔溫度 。 在冶金工業(yè)上，常把金屬分為黑色金屬和有色金屬。 其中鐵、鉻、錳或它們的合金的表面常有呈灰黑色的氧化物，所以習(xí)慣上稱(chēng)這類(lèi)金屬為黑色金屬。 ?如鉍的熔點(diǎn)為 544K， 鎘的熔點(diǎn)為 594K， 含 40％ 鎘和 60％ 鉍的混合物為低共熔混合物 ， 其熔點(diǎn)為 413K。 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 火法冶金 ： 利用高溫從礦石中提取金屬或其化合物的方法 。電熱熔煉包括 電弧熔煉 、 等離子熔煉 和 電磁熔煉 等。托夫勒 （《 第三次浪潮 》 的作者 ， 美國(guó)未來(lái)學(xué)家 ）到處鼓吹鋼鐵是夕陽(yáng)工業(yè)以來(lái) ， 使人們產(chǎn)生了一種錯(cuò)覺(jué) ， 似乎發(fā)展信息產(chǎn)業(yè)必須壓縮鋼鐵工業(yè) ， 鋼鐵生產(chǎn)技術(shù)沒(méi)有必要 ， 也不可能繼續(xù)發(fā)展 。 鐵礦石中除鐵的氧化物外 ， 還有其它元素的氧化物 (SiOMnO2 等 )， 這些 統(tǒng)稱(chēng)為脈石 。主要礦物為赤鐵礦，無(wú)磁性，但組織疏松，易破碎，還原性?xún)?yōu)于磁鐵礦。 在自然界中 ， 有工業(yè)開(kāi)采價(jià)值的菱鐵礦比其它三種礦石要少 ， 含鐵量不高 ， 但受熱分解放出 CO2后 ， 不僅含鐵量顯著提高 ， 而且也變得疏松多孔 ， 易還原 。 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 黃鐵礦 — FeS2 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 鋼鐵是怎樣煉成的 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 鋼鐵的冶煉歷史 13世紀(jì)末以前 ， 古代人的冶煉方法十分簡(jiǎn)單 ， 利用自然地形將鐵礦石與木炭一起放入稱(chēng)為地窯爐的爐膛內(nèi) ， 加熱冶煉 ， 因不能獲得熔化礦石的高溫 ， 僅能制成半熔融狀態(tài)的鐵塊 ， 其中混雜有相當(dāng)多的氧化鐵渣 ， 稱(chēng)為海綿鐵 。 后來(lái)將生鐵作原料和礦石 、 木炭一起在爐內(nèi)再進(jìn)行冶煉 ， 得到性能比生鐵好的粗鋼 （ 也叫熟鐵 ） 。 建立了作為生鐵精煉爐的轉(zhuǎn)爐 、 平爐 、 電爐的煉鋼法 。 煉鐵產(chǎn)品及副產(chǎn)品： ? 煉鋼的目的 ：除去生鐵中多余的碳和大量雜質(zhì)元素 ， 使其化學(xué)成分達(dá)到鋼的要求 。 除塵系統(tǒng) 。 ? 燃料噴吹系統(tǒng)： 為緩解焦煤資源短缺而采用的噴出燃料技術(shù)已普及，它包括煤粉制備、儲(chǔ)存、空壓機(jī)、高壓泵及一系列管道閥門(mén)輸送設(shè)備及噴槍等。 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 鞍鋼 2023立方米高爐外景圖 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 鐵氧化物的生成與分解是逐級(jí)進(jìn)行的，當(dāng)溫度＞ 570℃ 時(shí)，稱(chēng)為高溫轉(zhuǎn)變： 當(dāng)溫度＜ 570℃ 時(shí)，稱(chēng)為低溫轉(zhuǎn)變： 高爐內(nèi)主要還原劑是 CO、 C（在噴吹燃料時(shí)煤氣中 H2含量明顯增加），還原基本分為 間接還原 與 直接還原 兩大類(lèi)。 由于低溫還原 ， 得到的直接還原鐵未能充分滲碳 ， 因而含碳較低 (2%)，屬于鋼的成分 。 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 ? 直接還原煉鐵法已有百余年的歷史，先后提出各種不同的工藝方法 400余種，但是真正成為工業(yè)生產(chǎn)方法的只有少數(shù)幾種，而且是到 20世紀(jì) 60年代才有重大突破，這是因?yàn)椋? ? （ 1）冶金焦的價(jià)格大幅度上漲，而石油、天然氣大量開(kāi)發(fā)使用，特別是高效率天然氣轉(zhuǎn)化法的應(yīng)用，提供了直接還原煉鐵法需要的還原煤氣，解決能源的來(lái)源和價(jià)格問(wèn)題。因而需要加入直接還原鐵來(lái)稀釋它們。 海綿鐵的穩(wěn)定增長(zhǎng)和電爐煉鋼的增長(zhǎng)有顯著關(guān)系 。所以直接還原煉鐵法使用的礦石要求 SiO Al2O3等的含量＜ 3% 5%。 幾種主要的直接還原煉鐵法 ? 根據(jù)使用的燃料不同，直接還原煉鐵法分為兩大類(lèi)：用煤氣作氣體還原劑和載熱體的氣基法；以固體煤作為還原劑和熱源的煤基法。 ? 氣基法的典型代表是 Midrex法。圖 24是它的生產(chǎn)流程示意圖。爐料在爐內(nèi)停留約 6小時(shí)，含鐵礦石被 CO和 H2還原，被還原的海綿鐵的金屬鐵含量在 92%以上。煤基法使用的煤還要求灰分含量低（ 25%）和含硫量低 (%)。 ? 此法的重要設(shè)備是回轉(zhuǎn)窯。 ? 沿窯長(zhǎng)方向分兩個(gè)區(qū)：預(yù)熱區(qū) 煤燃燒將原料的混合物加熱至還原溫度；還原區(qū) 煤進(jìn)一步燃燒為生產(chǎn)海綿鐵提供熱量。 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 ? 原料 （ 鐵礦石 、 煤粒 、 熔劑 ） 從窯尾加入圓形回轉(zhuǎn)窯中 。 ? 爐料與爐氣呈逆向運(yùn)動(dòng) ， 在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中 ， 爐料在預(yù)熱段被加熱 ， 使水分蒸發(fā)和石灰石分解 ， 達(dá)到 800℃ 后 ， 煤中的固體碳開(kāi)始還原鐵礦石中的氧化鐵 ， 直到獲得海綿鐵或鐵料 ， 而碳則轉(zhuǎn)變成 CO氣體 ， CO在氧化區(qū)被燃燒成 CO2， 放出熱量以滿足還原反應(yīng)的要求 ， 產(chǎn)品排出窯后進(jìn)入回轉(zhuǎn)冷卻筒冷卻得到海綿鐵或粒鐵 ， 也可熱送電爐直接煉鋼 。 此法由于作業(yè)率低 、 產(chǎn)量小 、 耐火材料消耗高等重在缺點(diǎn) ， 近年來(lái)逐漸被淘汰 。這樣它對(duì)原料、燃料的要求不像直接還原煉鐵法那樣嚴(yán)格。二步法熔融還原在預(yù)還原爐內(nèi)進(jìn)行鐵礦石預(yù)還原，然后進(jìn)入終還原器內(nèi)進(jìn)一步還原和使渣鐵熔化分離，并產(chǎn)生還原性氣體供預(yù)還原使用。 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 1熔融氣化爐； 2預(yù)還原豎爐； 3煤倉(cāng)； 4熱旋風(fēng)除塵器； 5煤氣冷卻器； 6爐頂煤氣冷卻器； 7鐵礦石； 8煤及石灰； 9外供煤氣； 10氧； 11鐵水及爐渣； 12原料氣； 13冷卻氣； 14還原氣； 15爐頂煤氣。氧氣將其燃燒成 CO并放出熱量。逸出煤氣經(jīng)除塵后，部分煤氣調(diào)溫到 800850℃ ，再輸入上部的預(yù)還原豎爐供礦石預(yù)還原使用，多余的部分煤氣則外供給其它用戶(hù)。 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 煉鋼的基本過(guò)程： 鐵元素的氧化： 2〔 Fe〕 ＋ ｛ O2｝ ＝ 2（ FeO） 〔 Si〕 〔 Mn〕 〔 P〕 〔 C〕 ＋ ( F e O） （ SiO2） （ MnO） （ P2O5） （ CO） ＋ 〔 Fe〕 鐵元素的再還原： 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 2P + 5FeO + 4CaO = 5Fe + 4CaO 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 ?煉鋼技術(shù)的發(fā)展 ， 已有 200多年的歷史 。 ?隨后 ， 又出現(xiàn)了蓄熱式爐 ， 由于這種煉鋼爐形狀低平又有一個(gè)平展的熔池 ， 所以被稱(chēng)為 “ 平爐 ” 。 進(jìn)而發(fā)展成為風(fēng)行世界的主要煉鋼方法 。 一個(gè)年產(chǎn)1200萬(wàn)噸鋼的鋼廠 ， 只要建成六個(gè) 250~300t的純氧頂吹轉(zhuǎn)爐就夠了 ，如果修建平爐卻需要 500t的大型平爐 30~40座 。 把空氣鼓入熔融的生鐵里 ， 使雜質(zhì)硅 、 錳等氧化 。 轉(zhuǎn)爐的外形就像個(gè)梨 ， 內(nèi)壁有耐火磚 ，爐側(cè)有許多小孔 （ 風(fēng)口 ） ， 壓縮空氣從這些小孔里吹爐內(nèi) ， 又叫做側(cè)吹轉(zhuǎn)爐 。 爐口由于溢出的一氧化炭的燃燒而出現(xiàn)巨大的火焰 。 這時(shí)應(yīng)立即停止鼓風(fēng) ， 并把轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)到水平位置 ，把鋼水傾至鋼水包里 ， 再加脫氧劑進(jìn)行脫氧 。 這種轉(zhuǎn)爐如吹的是高壓工業(yè)純氧 ， 反應(yīng)更為劇烈 ， 能進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率和鋼的質(zhì)量 。 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 轉(zhuǎn)爐的結(jié)構(gòu)圖 氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 ? 電爐煉鋼法主要利用電弧熱 ， 在電弧作用區(qū) ， 溫度高達(dá) 4000℃ 。 ? 國(guó)外 150t以上的電爐幾乎都用于冶煉普通鋼 ， 許多國(guó)家電爐鋼產(chǎn)量的 60～80％ 均為低碳鋼 。 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 （ 1）電爐煉鋼的分類(lèi)及功用 ? 電爐煉鋼是用電作為熱源進(jìn)行鋼鐵冶煉的方法，它有兩種形式：一是電弧爐，一是感應(yīng)爐。