1234课课 程程 简简 介介 冶金是一种历史悠久的工艺，我国出土的两三千年前的冶金产品冶金是一种历史悠久的工艺，我国出土的两三千年前的冶金产品如青铜器具、兵器等，其工艺水平令现代的冶金学家也赞叹不已；如青铜器具、兵器等，其工艺水平令现代的冶金学家也赞叹不已；但一直到但一直到19世纪末冶金还仅仅是一种技艺，没有理论的指导世纪末冶金还仅仅是一种技艺，没有理论的指导,任何微任何微小的进步都要靠人们长期的摸索小的进步都要靠人们长期的摸索20世纪初期人们将物理化学理论世纪初期人们将物理化学理论用于分析和研究冶金过程，揭示冶金过程的内在本质和规律性，形用于分析和研究冶金过程，揭示冶金过程的内在本质和规律性，形成了新的学科分支成了新的学科分支冶金过程原理，才使冶金由技艺发展成为科冶金过程原理，才使冶金由技艺发展成为科学在冶金过程原理的指导下，冶金技术得到迅速的发展，同时在学在冶金过程原理的指导下，冶金技术得到迅速的发展，同时在 国民经济中形成为一个举足轻重的产业部门国民经济中形成为一个举足轻重的产业部门51.1钢铁工业概况钢铁工业概况1.1.1国民经济中钢铁工业的地位国民经济中钢铁工业的地位评价一个国家的工业发达程度评价一个国家的工业发达程度 工业化水平工业化水平 国民生活水准国民生活水准工业生产所占比重工业生产所占比重 工业化水平的标志工业化水平的标志 需要大量机械设备需要大量机械设备工业机械化、工业机械化、自动化程度自动化程度 需要大量基础材料需要大量基础材料 劳动生产率劳动生产率交交通通工工具具市市政政设设施施民民用用住住宅宅生生活活用用品品 钢铁产品钢铁产品6价格低廉有较高的强度和韧性价格低廉有较高的强度和韧性易于加工制造易于加工制造所需原料资源丰富所需原料资源丰富 冶炼工艺成熟、效率高冶炼工艺成熟、效率高 人均钢材消耗量人均钢材消耗量 反映了一个国家的经济发达程度反映了一个国家的经济发达程度 日本人均钢材消耗量名列世界第一，为日本人均钢材消耗量名列世界第一，为800Kg/人人.年年 我国的人均钢材消耗量为我国的人均钢材消耗量为80Kg/人人.年年 7发展钢铁工业的基础发展钢铁工业的基础 稳定可靠的原料来源（矿石、煤、熔剂、稳定可靠的原料来源（矿石、煤、熔剂、耐火材料等）耐火材料等）稳定的动力资源（水、电等）稳定的动力资源（水、电等）庞大的运输设施（铁路、水运等）庞大的运输设施（铁路、水运等）雄厚的资金保证（投资大、建设周期长、雄厚的资金保证（投资大、建设周期长、回收效率慢）回收效率慢）钢铁工业的发展，标志着这些条件的完善钢铁工业的发展，标志着这些条件的完善,反映国民经济的发达程度。
反映国民经济的发达程度81.1.2钢铁工业的发展概况钢铁工业的发展概况 二次世界大战后的四十多年中，钢铁工业获得重大发展二次世界大战后的四十多年中，钢铁工业获得重大发展 钢产量：钢产量：50年代初的年代初的2亿吨亿吨90年代的年代的7.4亿吨亿吨 我国我国 古代占领先地位（公元前六世纪已广泛使用铁器）；古代占领先地位（公元前六世纪已广泛使用铁器）；近代落后于欧洲国家；近代落后于欧洲国家；从从1890年（汉阳铁厂投产）年（汉阳铁厂投产）1949年约半个世纪内累计年约半个世纪内累计 的钢产量不到的钢产量不到200万吨万吨；新中国成立后，特别是改革开放以来，钢铁生产有了重大新中国成立后，特别是改革开放以来，钢铁生产有了重大 发展：发展：1949年年 1960年年 1976年年 1980年年 15.8万吨万吨 1840万吨万吨 2045万吨万吨 3703万吨万吨 1986年年 1988年年 1995年年 1996年年 5190万吨万吨 5900万吨万吨 9300 万吨万吨 突破突破1亿吨亿吨 名列世界第二名列世界第二 名列世界第一名列世界第一9世界大型钢铁企业：世界大型钢铁企业：新日铁（新日铁（2500万吨）万吨）蒲项钢铁公司（蒲项钢铁公司（2200万吨）万吨）法国钢铁公司（法国钢铁公司（1500万吨）万吨）英国钢铁公司（英国钢铁公司（1200万吨）万吨）日本钢管公司（日本钢管公司（1100万吨）万吨）宝山钢铁公司（宝山钢铁公司（2300万吨）万吨）101.1.3钢铁生产工艺流程钢铁生产工艺流程 钢铁冶金的任务钢铁冶金的任务把把 铁铁 矿矿 石石 冶冶 炼炼 成成 合合 格格 的的 钢钢铁矿石铁矿石去脉石、杂质和氧去脉石、杂质和氧铁铁铁铁精炼（脱精炼（脱C、Si、P等）等）钢钢 还原熔化过程还原熔化过程 氧化精炼过程氧化精炼过程（炼铁）（炼铁）（炼钢）（炼钢）111213钢铁企业中的炼铁和炼钢钢铁企业中的炼铁和炼钢 三种钢铁工艺流程的概念图三种钢铁工艺流程的概念图高炉高炉炼铁炼铁工艺工艺直接直接还原还原炼铁炼铁工艺工艺熔融熔融还原还原炼铁炼铁工艺工艺矿石矿石焦煤焦煤烧结烧结矿矿 球球团矿团矿焦焦 炭炭 液态生铁液态生铁矿石矿石非焦煤非焦煤天然气天然气 粉 矿粉 矿或或 球 团球 团矿矿 还 原还 原气气 固态固态海海 绵绵 铁铁矿石矿石非焦煤非焦煤预还原炉预还原炉液态生铁液态生铁 转炉炼钢转炉炼钢电炉炼钢电炉炼钢转炉炼钢转炉炼钢14钢钢 铁铁 产产 品品 项项 目目生生 铁铁钢钢含碳量含碳量高高 (2.54.5%)低低 (0.031.2%)杂质杂质(Si、Mn、P、S)多多少少硬度硬度高高低低脆性脆性大大小小韧性韧性小小大大加工性加工性只能铸造只能铸造铸造、锻造均可铸造、锻造均可焊接性焊接性差差好好151 现代高炉炼铁工艺现代高炉炼铁工艺 161 现代高炉炼铁工艺现代高炉炼铁工艺 高炉炼铁的本质是铁的还原过程，即使用焦碳做高炉炼铁的本质是铁的还原过程，即使用焦碳做燃料和还原剂，在高温下将铁矿石或含铁原料中的燃料和还原剂，在高温下将铁矿石或含铁原料中的铁从氧化物或矿物状态还原为液态生铁。
铁从氧化物或矿物状态还原为液态生铁1718炉喉炉喉炉身炉身炉腰炉腰炉腹炉腹炉缸炉缸死铁层死铁层原燃料从炉顶加原燃料从炉顶加入入高炉煤气排高炉煤气排出出块状带块状带软熔带软熔带滴落带滴落带死料柱死料柱铁铁水水炉炉渣渣风口带风口带1920C+O2=CO2CO2+C=2CO3CO+Fe2O3=2Fe+3CO221块状区：块状区：炉料保持装料时的分层状态，炉料保持装料时的分层状态，没有液体在该区发生水分蒸发、碳没有液体在该区发生水分蒸发、碳酸盐分解、铁矿石被酸盐分解、铁矿石被CO还原等气固还原等气固反应，有固态铁反应，有固态铁(海绵铁海绵铁)生成生成软熔区：软熔区：由软化和部分熔化的脉石、由软化和部分熔化的脉石、熔剂、铁等半融状态的物料与焦炭熔剂、铁等半融状态的物料与焦炭夹层组成，矿石从开始到完全熔化，夹层组成，矿石从开始到完全熔化，主要发生主要发生FeO的直接还原反应和碳的直接还原反应和碳的气化反应倒的气化反应倒V形的软熔带起着支形的软熔带起着支撑炉料的作用其焦炭层促使还原撑炉料的作用其焦炭层促使还原煤气沿炉子径向分布煤气沿炉子径向分布滴落区：为液态渣、铁滴落区：为液态渣、铁的滴落带，该区只有焦的滴落带，该区只有焦炭仍是固体，且呈疏松炭仍是固体，且呈疏松状态堆积，向下面的回状态堆积，向下面的回旋区供给焦炭。
在这里旋区供给焦炭在这里主要发生非铁元素主要发生非铁元素(锰、锰、硅、磷等硅、磷等)的还原，铁的的还原，铁的渗碳与脱硫，以及碳的渗碳与脱硫，以及碳的气化反应气化反应焦炭回旋区：焦炭回旋区：热风通过配置热风通过配置在炉缸上部炉壁周围的在炉缸上部炉壁周围的1540个风口进入高炉，热风压力个风口进入高炉，热风压力为为200400 kPa，风速，风速200 300m/s，因而在每个风口，因而在每个风口前形成一个煤气与焦炭快速前形成一个煤气与焦炭快速循环运动的袋形回旋区回循环运动的袋形回旋区回旋区往炉内延伸旋区往炉内延伸0.52m，周，周围被焦块所包围，焦炭回旋围被焦块所包围，焦炭回旋区是高炉内唯一存在的氧化区是高炉内唯一存在的氧化性区域，也是炉内热量和气性区域，也是炉内热量和气体还原剂的主要产生地体还原剂的主要产生地炉缸区：炉缸区：铁水和炉渣铁水和炉渣从静止的焦炭缝隙中从静止的焦炭缝隙中渗出，形成渣铁分层渗出，形成渣铁分层的熔池，并完成最后的熔池，并完成最后的还原反应铁中的的还原反应铁中的碳达到饱和，锰、铁、碳达到饱和，锰、铁、磷等元素部分还原并磷等元素部分还原并熔入生铁熔入生铁22 特特 点点在逆流（炉料下降及煤气上升）过程在逆流（炉料下降及煤气上升）过程中，完成复杂的物理化学反应；中，完成复杂的物理化学反应；在投入（装料）及产出（铁、渣、煤在投入（装料）及产出（铁、渣、煤气）之外，无法直接观察炉内反应过程气）之外，无法直接观察炉内反应过程；维持高炉顺行（保证煤气流合理分布维持高炉顺行（保证煤气流合理分布及炉料均匀下降）是冶炼过程的关键。
及炉料均匀下降）是冶炼过程的关键1.1高炉冶炼的特点及主要过程高炉冶炼的特点及主要过程23 过过 程程还原过程还原过程 实现矿石中金属元素（主要是实现矿石中金属元素（主要是FeFe）和）和氧元素的化学分离；氧元素的化学分离；造渣过程造渣过程 实现已还原的金属与脉石的熔融态机实现已还原的金属与脉石的熔融态机械分离；械分离；传热及渣铁反应过程传热及渣铁反应过程 实现成分及温度均合格的液态铁水实现成分及温度均合格的液态铁水1.1高炉冶炼的特点及主要过程高炉冶炼的特点及主要过程241.1高炉原料高炉原料铁铁 矿矿 石石 其它含铁代用品其它含铁代用品天然块矿天然块矿人造富矿人造富矿 烧结矿烧结矿 球团矿球团矿碱性熔剂碱性熔剂石灰石灰,石灰石石灰石,白云石白云石酸性熔剂酸性熔剂 硅石硅石特殊熔剂特殊熔剂 萤石萤石 残铁残铁高、转炉炉尘高、转炉炉尘 轧钢铁皮轧钢铁皮 硫酸渣硫酸渣 高高 炉炉 原原 料料熔熔 剂剂251.1.1高炉对含铁原料的要求高炉对含铁原料的要求 我国现代高炉的追求我国现代高炉的追求高高 产产 率率低低 能能 耗耗低低 成成 本本高炉的要求高炉的要求261.1.1高炉对含铁原料的要求高炉对含铁原料的要求 含铁品位高冷态强度高熟料比高粒度适宜化学成分稳定有害元素含量要少低温还原粉化率低还原膨胀率低还 原性好软化温度高软化区间窄熔融滴落温度高,滴落区间窄高炉的要求高炉的要求271.2 高炉燃料高炉燃料高高 炉炉 燃燃 料料固体燃料固体燃料焦炉煤气焦炉煤气气体燃料气体燃料煤煤 粉粉焦焦 炭炭高炉煤气高炉煤气 用于用于 高炉本体高炉本体 用于用于 热风炉热风炉281.3 耐火材料耐火材料耐耐 火火 材材 料料高炉本体用高炉本体用热风炉内热风炉内不定形耐火材料不定形耐火材料 炉身上部粘土砖炉身上部粘土砖 炉身中部高铝砖炉身中部高铝砖 炉身下部碳化硅砖炉身下部碳化硅砖 炉腰、炉腹碳化炉腰、炉腹碳化 硅砖硅砖 炉缸上部碳化硅砖炉缸上部碳化硅砖 炉缸下部外侧和底炉缸下部外侧和底 部用碳砖，内衬高铝砖部用碳砖，内衬高铝砖陶瓷杯陶瓷杯 顶部及顶部及格 子 砖 上格 子 砖 上部用硅砖；部用硅砖；其 它 部其 它 部位位 用高铝用高铝砖 或 粘 土砖 或 粘 土砖砖 铁口炮泥及炉前沟泥铁口炮泥及炉前沟泥 一般：焦粉粘土蒽油一般：焦粉粘土蒽油 特殊：刚玉碳化硅绢特殊：刚玉碳化硅绢 云母焦粉焦油云母焦粉焦油 喷补泥浆喷补泥浆 Al2O3SiO2粘结剂（磷酸粘结剂（磷酸盐、皂土、水玻璃等）盐、皂土、水玻璃等）291.2高炉产品高炉产品高高 炉炉 产产 品品 主产品铁水主产品铁水Si 0.31.25%C 2.55.0%Mn 0.10.8%P 0.080.4%S 0.020.07%铁水温度铁水温度 14001500少量少量铁合金铁合金 高碳锰铁高碳锰铁 高碳硅铁高碳硅铁 稀土硅铁稀土硅铁高碳硅锰高碳硅锰合金等合金等副产品炉渣副产品炉渣 300600Kg/tCaO 3544SiO2 3242Al2O3 614MgO 413渣温渣温1400-1600 热含量热含量 16801900 KJ/Kg副产品煤气副产品煤气16003500M3/tCO 2126%H2 1.02.0CH4 0.20.8CO2 1421 N2 5557Q低低 32003800 KJ/M3301.3高炉主要技术经济指标高炉主要技术经济指标1、有效容积利用系数、有效容积利用系数 定义：每定义：每M3高炉有效容积每昼夜生产的合格铁高炉有效容积每昼夜生产的合格铁量（量（T/M3.d）。
我国我国1.62.4 T/M3.d；日本；日本1.82.8 T/M3.d2、焦比、焦比 定义：冶炼每吨生铁所消耗的焦炭的千克数定义：冶炼每吨生铁所消耗的焦炭的千克数（Kg/T）我国焦比为我国焦比为250650Kg/T3、煤比、煤比 定义：冶炼每吨生铁所消耗的煤粉的千克数定义：冶炼每吨生铁所消耗的煤粉的千克数（Kg/T）我国煤比为我国煤比为50220Kg/T314、燃料比（焦比煤比）、燃料比（焦比煤比）定义：冶炼每吨生铁所消耗的燃料的总和定义：冶炼每吨生铁所消耗的燃料的总和（Kg/T）我国燃料比为我国燃料比为450700（Kg/T）5、综合焦比（焦比煤比、综合焦比（焦比煤比煤焦置换比）煤焦置换比）6、煤焦置换比、煤焦置换比 定义：喷吹定义：喷吹1Kg煤粉所能替代的焦炭的煤粉所能替代的焦炭的Kg数一般为一般为0.8左右左右1.3.1高炉主要技术经济指标高炉主要技术经济指标327、焦炭冶炼强度、焦炭冶炼强度定义：每定义：每M3高炉有效容积每昼夜燃烧的焦炭吨数（高炉有效容积每昼夜燃烧的焦炭吨数（t/M3.d）一般为一般为0.81.0t/M3.d 8、综合冶炼强度、综合冶炼强度定义：每定义：每M3高炉有效容积每昼夜燃烧的综合焦炭的吨高炉有效容积每昼夜燃烧的综合焦炭的吨数（数（t/M3.d）。
一般为一般为0.91.15t/M3.d利用系数、焦比及冶炼强度三者关系利用系数、焦比及冶炼强度三者关系纯焦冶炼时：利用系数焦炭冶炼强度纯焦冶炼时：利用系数焦炭冶炼强度/焦比焦比喷吹燃料时：利用系数综合冶炼强度喷吹燃料时：利用系数综合冶炼强度/综合焦比综合焦比1.3.1高炉主要技术经济指标高炉主要技术经济指标339、燃烧强度、燃烧强度 定义：每定义：每M3炉缸截面积每昼夜燃烧的焦炉缸截面积每昼夜燃烧的焦炭的吨数（炭的吨数（t/M3.d）10、工序能耗、工序能耗 Ci（燃料消耗动力消耗回收二次能（燃料消耗动力消耗回收二次能源）源）/产品产量产品产量（吨标准煤（吨标准煤/T）1Kg标准煤的发热量为标准煤的发热量为7000千卡千卡（29310KJ）炼铁工序能耗在炼铁工序能耗在510Kg标准煤标准煤/吨铁，吨铁，占吨钢总能耗占吨钢总能耗501.3.1高炉主要技术经济指标高炉主要技术经济指标3411、焦炭负荷、焦炭负荷定义：每批炉料中铁、锰矿石的总重量与焦碳重量之定义：每批炉料中铁、锰矿石的总重量与焦碳重量之比，比，用于评估燃料利用水平，调节配料的重要参数用于评估燃料利用水平，调节配料的重要参数12、生铁合格率、生铁合格率定义：合格生铁量占高炉总产量的百分数。
定义：合格生铁量占高炉总产量的百分数13、修风率、修风率定义：高炉修风时间占规定作业时间的百分数定义：高炉修风时间占规定作业时间的百分数14、炉龄、炉龄 定义：从高炉点火开炉到停炉大修，或高炉相邻两次定义：从高炉点火开炉到停炉大修，或高炉相邻两次的大修之间的冶炼时间的大修之间的冶炼时间1.3.1高炉主要技术经济指标高炉主要技术经济指标351、试述、试述3种钢铁生产工艺的特点种钢铁生产工艺的特点2、简述高炉冶炼过程的特点及三大主要过程简述高炉冶炼过程的特点及三大主要过程3、画出高炉本体图，并在其图上标明四大系统画出高炉本体图，并在其图上标明四大系统4、归纳高炉炼铁对铁矿石的质量要求归纳高炉炼铁对铁矿石的质量要求5、试述焦炭在高炉炼铁中的三大作用及其质量要求试述焦炭在高炉炼铁中的三大作用及其质量要求6、试述高炉喷吹用煤粉的质量要求试述高炉喷吹用煤粉的质量要求7、熟练掌握高炉冶炼主要技术经济指标的表达方式熟练掌握高炉冶炼主要技术经济指标的表达方式第一章第一章 思考题思考题。