冶金概论

第一章绪论2011-5-10/09:55:3922主要内容1.1冶金基本概念1.2钢铁工业1.3钢铁冶炼1.4钢铁产品及副产品1.5钢铁工业能耗及能源1.6耐火材料1.7环境保护2011-5-10/09:55:3931.1冶金基本概念31.1.1冶金学1.1.2火法冶金主要过程简介2011-5-10/09:55:3941.1.1冶金学4冶金学是一门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，并用一定加工方法制成具有一定性能的金属材料的科学。由于矿石性能不同，提取金属的原理、工艺过程和设备不同，从而形成专门的冶金学科—冶金学。冶金学研究所涉及的内容：金属的制取，金属的加工，金属性能的改进→对金属成分、组织结构、性能和相关理论的研究。2011-5-10/09:55:395冶金学的分类5冶金学按研究的领域分：提取冶金学（化学冶金学）和物理冶金学（材料的加工成型，通过控制其组成、结构使已提取的金属具有某种性能）。提取冶金（extractivemetallurgy）：从矿石中提取金属及金属化合物的过程，因其中进行很多化学反应，又称化学冶金（chemicalmetallurgy）。2011-5-10/09:55:396提取冶金的分类6按所冶炼金属类型分：有色冶金钢铁冶金（黑色冶金）按冶金工艺过程不同分：火法冶金湿法冶金电冶金2011-5-10/09:55:3971.1.2火法冶金主要过程简介7干燥：去水，温度为400~600℃。焙烧：以改变原料组成为目的的、在低于矿石熔点温度下、在特定气氛中进行的冶金过程。煅烧：在空气中以去CO2和水为目的的冶金过程。烧结与球团：以获得特定矿物组成、结构及性能的造块。熔炼：还原氧化物，提取粗金属。精炼：氧化杂质，获得纯金属。铸造：液态金属凝固成固态。2011-5-10/09:55:3981.2钢铁工业81.2.1钢铁材料1.2.2钢与生铁的区别1.2.3钢铁冶炼技术发展简史1.2.4我国钢铁工业的发展2011-5-10/09:55:3991.2.1钢铁材料9钢铁是使用最多的金属材料原因：储量大；冶炼加工容易；综合性能好；易改质处理预计未来几年钢铁产品在各行业中占的比例2011-5-10/09:55:3910101.2.2钢与生铁的区别2011-5-10/09:55:39111.2.3钢铁冶炼技术发展简史11远古至13世纪末：半熔融状态的铁块—海绵铁；13世纪末至19世纪中叶：熔融状态的生铁→粗钢，形成两步法炼钢；19世纪中期至今：1856年英国人发明了空气底吹酸性转炉炼钢法；1864年法国人发明了平炉炼钢法；1874年发明了空气底吹碱性转炉炼钢法；20世纪初发明了电弧炉炼钢；20世纪中叶氧气顶吹转炉（LD法）。2011-5-10/09:55:39121.2.4我国钢铁工业的发展121996年，突破1亿吨；1999年，产量1.2亿吨，世界第一；2003年，产量2.2亿吨，世界惟一年产钢超过2亿吨的国家；2004年，产量2.8亿吨；2005年，产量3.5亿吨；2006年，产量4.2亿吨；2008年，产量5.0亿吨；2009年，产量5.6亿吨；2011-5-10/09:55:39131.2.4我国钢铁工业的发展2010年，产量6.26亿吨。2011-5-10/09:55:391313全球部分国家和地区产量(Mt)及排名排行国别2010200920082007200610/09(%)1中国大陆626.7567.8500.3489.3419.19.32日本109.687.5118.7120.2116.225.23美国80.658.191.498.198.638.54俄罗斯67.059.968.572.470.811.75印度66.856.655.153.149.56.46韩国58.548.653.651.548.520.37德国43.832.745.848.647.234.18乌克兰33.629.837.342.840.912.49巴西32.826.533.733.830.923.810土耳其29.025.326.825.823.314.6注：2010年中国大陆产量为2-16名国家产量之和。全球部分钢企产量(Mt)及排名企业名称2010年2009年变化名次产量名次产量安赛乐米塔尔190.6173.223.8河北钢铁集团252.9249.76.4宝钢集团344.5338.914.4鞍本钢铁集团440.3437.47.8武汉钢铁集团536.5630.320.4浦项钢铁公司635.4531.113.8新日铁734.5726.530.2JFE831.1923.830.7沙钢集团930.1826.414.0首钢集团1025.81219.532.3山东钢铁集团1223.21121.38.9河北新武安钢铁集团1418.6-16.711.4渤海钢铁集团1717.4-15.413.02011-5-10/09:55:391515年20002001200220032004200520062007200820092010粗钢消费量,百万吨138.7169.8205.8258.9292.4349.1401.9440.1452.8565.0600.0同比增长,%2.222.421.225.812.919.415.111.92.924.86.08粗钢产量,百万吨128.5151.0182.2222.3272.8353.2419.1489.3500.9567.8626.7同比增长,%3.6717.520.722.022.728.118.616.71.1313.59.3Mt.19911992199319941995199619971998199920002001200220032004200520062007200820092010近年来我国钢铁生产状况700650600550500450400350300250200150100500粗钢消费量中国钢铁工业发展目标2011-5-10/09:55:391616“加强自主创新，建设创新型国家”目标下，通过结构调整和产业升级，努力使我国从钢铁大国转变为钢铁强国。2011-5-10/09:55:39171.3钢铁冶炼17磁线铁材矿赤铁板矿材钢铁冶炼的任务是把铁矿石冶炼成合格的钢。2011-5-10/09:55:3918钢铁生产的两个典型流程18高炉炼铁烧结/球团—高炉—转炉—连铸机—轧机长流程非高炉炼铁直接还原或熔融还原—电炉—连铸机—轧机短流程2011-5-10/09:55:391919现代钢铁冶炼的两种典型流程2011-5-10/09:55:392020钢材加工工艺流程2011-5-10/09:55:3921钢铁生产的典型工艺（长流程）212011-5-10/09:55:39221.4钢铁产品及副产品22产品生铁钢副产品炉渣煤气2011-5-10/09:55:3923生铁23它是铁和碳及少量硅。锰、硫、磷等元素组成的合金，主要由高炉生产，按其用途可分为炼钢生铁和铸造生铁。2011-5-10/09:55:3924炉渣24炉渣是炉料在冶炼过程中不能进到生铁和钢中的氧化物、硫化物等形成的熔融体。其主要成分是CaO、MgO、SiO2、Al2O3、MnO、FeO、P2O5、CaS等。根据冶炼方法的不同，钢铁生产产生的炉渣分为高炉渣和炼钢渣，按炉渣中含有不同的化学成分又可分为碱性渣和酸性渣。2011-5-10/09:55:3925煤气25钢铁生产中还能获得大量的可燃气体，高炉炼铁可产生高炉煤气，转炉炼钢可获得转炉煤气，炼焦时可得焦炉煤气等。煤气主要成分：CO、H2、CO2、N2、CH42011-5-10/09:55:39261.5钢铁工业能源及能耗261.5.1钢铁生产用能源1.5.2钢铁工业能耗1.5.3节能途径2011-5-10/09:55:3927271.5.1钢铁生产用能源钢铁工业是能源消耗的大户，约占全国总能源消耗量的10～11％。钢铁生产所用能源主要有煤炭、燃料油(重油)、天然气、电力等。煤占钢铁生产中燃料消耗的70%，钢铁工业用煤量已超过煤炭总产量的15％。煤在钢铁企业主要用来炼焦和自备电厂发电、蒸汽机车烧煤、烧工业锅炉及部分窑炉，少部分制成粉煤用于高炉喷吹及烧结生产。2011-5-10/09:55:3928281.5.2钢铁工业能耗我国钢铁工业的能源消耗中，钢铁冶炼是耗能最高的工序，占钢铁工业能耗的60～70％。其主要耗于炼铁系统，焦化、烧结、球团、炼铁等工序，占钢铁生产能耗的一半以上。钢铁工业各工序耗能比例(％)2011-5-10/09:55:3929292004年重点钢铁企业工序能耗比较指标烧结焦化炼铁转炉电炉平均值66.38142.21466.2026.57209.891999年国际先进水平58.89128.1437.93-8.88198.6差值7.4914.1128.2735.4511.29指标烧结球团焦化炼铁转炉电炉轧钢吨钢综合能耗平均值66.3842.00142.21466.2026.57209.8992.91761先进值52.0619.2288.13395.41-3.77146.3153.68565落后值108.6083.30229.15591.8175.23325.44286.891103差值56.5464.08141.02196.4079.00179.23233.215382011-5-10/09:55:3930301.5.3节能途径改进生产工艺及操作，更新和改造耗能高的设备。降低能源损失（“废料”、煤气、热能、压力能），减少生产工序。回收利用散失热量。加强企业能源管理，加强能源利用技术的研究工作，提高操作技术水平，充分发挥现有设备能力，以节能为目标合理组织生产。2011-5-10/09:55:39311.6耐火材料31凡是耐火度高于1580℃，能在一定程度上抵抗温度骤变、炉渣侵蚀和承受高温荷重作用韵无饥非金属材料，称为耐火材料。耐火材料由耐火砂岩进入到现代科技产品，已成为独立的生产行业，其产品的60～80％消耗于冶金工业。钢铁生产对耐火材料的要求是：耐火度高；能抵抗温度骤变；抗熔渣、金属液等侵蚀能力强；高温性能和化学稳定性好。2011-5-10/09:55:39321.7环境保护32钢铁厂产生的各种污染物有：大气污染物质污水固体废弃物2011-5-10/09:55:3933大气污染物质33SOX：是通过原料、燃料中硫磺成分的燃烧而产生的。烧结工厂等为其主要发生源。NOX：通过燃烧后发生。烧结工厂等为其主要发生源。煤尘：通过燃烧后发生。烧结炉、各加热炉为其发生源。粉尘：从燃料原料的输送、处理过程，及储藏场中产生。炼铁、炼钢工程为其主要发生源。2011-5-10/09:55:3934污水34钢铁工业用水主要是冷却水，其次是煤气洗涤水，以及冲洗设备、地面及除尘用水等。污水中含有下列污染物：固体悬浮物（SS）：从排气集尘、高温物质的直接冷却等过程中产生。油：由各种机械等所使用的油所发生的漏泄及冷轧工程使用轧制机的机油等原因而产生。化学需氧量（COD）：从煤炭干馏时的氨水，及冷轧、电镀废水中产生。酸、碱：从冷轧工程的酸洗工程、电镀工程等的脱脂工程中产生。2011-5-10/09:55:3935固体废弃物35炉渣：从高炉、铁水预处理、转炉、电炉、二次精炼设备等的冶炼工程中产生。污泥：在各种水处理过程中产生。灰尘：从各种干式集尘机中产生。钢铁生产中产生的污染物(1)钢铁生产中产生的污染物(2)2011-5-10/09:55:393838第一章小结重点掌握内容：火法冶金及其主要工序；钢铁冶炼的任务；钢铁生产长流程生产工艺；钢铁工业能源及能耗特点；耐火材料及其要求。2011-5-10/09:55:393939谢谢(tobecontinuous)第二章高炉炼铁2010-3-28/07:29