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最新整理、冶⾦原理（赵俊学主编）教案：第四章冶⾦熔体（加⼯制造类）钢铁冶炼）第四章冶⾦熔体4.1 概介许多⾼温冶⾦过程都是在熔融的反应介质中进⾏的——如炼钢、铝电解、粗铜的⽕法精炼等在很多冶炼过程中，产物或中间产品为熔融状态物质——如⾼炉炼铁、硫化铜精矿的造锍熔炼、铅烧结块的⿎风炉熔炼等冶⾦熔体——在⾼温冶⾦过程中处于熔融状态的反应介质或反应产物冶⾦熔体的分类——根据组成熔体的主要成分的不同→⾦属熔体→熔渣→熔盐⾮⾦属熔体→熔锍4.2⾦属熔体⾦属熔体——液态的⾦属和合⾦如铁⽔、钢⽔、粗铜、铝液等⾦属熔体不仅是⽕法冶⾦过程的主要产品，⽽且也是冶炼过程中多相反应的直接参加者。
例如，炼钢中的许多物理过程和化学反应都是在钢液与熔渣之间进⾏的。
⾦属熔体的物理化学性质对冶炼过程的热⼒学和动⼒学都有很重要的影响。
4.2.1 ⾦属熔体的结构基本事实⾦属的熔化潜热仅为汽化潜热的 3%～ 8%对于纯铁，熔化潜热为 15.2 kJ·mol-1，汽化潜热是 340.2 kJ·mol-1 →液态⾦属与固态⾦属的原⼦间结合⼒差别很⼩⾦属熔化时，熵值的变化也不⼤，约为 5～ 10 J·mol-1·K-1→熔化时⾦属中原⼦分布的⽆序度改变很⼩。
熔化时⼤多数⾦属的体积仅增加 2.5%～ 5%，相当于原⼦间距增加0.8%～ 1.6%→在液态和固态下原⼦分布⼤体相同，原⼦间结合⼒相近。
⾦属液、固态的⽐热容差别⼀般在 10%以下，⽽液、⽓态⽐热容相差为 20%～ 50%。
→⾦属液、固态中的原⼦运动状态相近。
⼤多数⾦属熔化后电阻增加，且具有正电阻温度系数。
→液态⾦属仍具有⾦属键结合结论 I在熔点附近液态⾦属和固态⾦属具有相同的结合键和近似的原⼦间结合⼒；原⼦的热运动特性⼤致相同，原⼦在⼤部分时间仍是在其平衡位（结点）附近振动，只有少数原⼦从⼀平衡位向另⼀平衡位以跳跃⽅式移动。
基本事实 II液态⾦属中原⼦之间的平均间距⽐固态中原⼦间距略⼤，⽽配位数略⼩，通常在 8～ l0 范围内→熔化时形成空隙使⾃由体积略有增加，固体中的远距有序排列在熔融状态下会消失⽽成为近距有序排列。
钢铁总结归纳钢铁是一种重要的合金材料，广泛应用于建筑、制造业和交通运输等领域。
在钢铁的生产、种类和应用方面，我们可以总结归纳如下：1. 钢铁的生产过程钢铁的生产过程包括炼铁和炼钢两个主要步骤。
炼铁是将铁矿石还原为铁的过程，主要方法有高炉法和直接还原法。
炼钢是通过调整炼铁产物中的碳含量，控制其中杂质含量，得到适用于不同用途的钢材。
常用的炼钢方法有平炉法、转炉法和电炉法。
2. 钢铁的分类根据钢铁中碳的含量和其他合金元素的添加，钢铁可分为普通碳钢、合金钢和特殊钢。
普通碳钢是含有较低碳量的钢，具有较高的延展性和可塑性。
合金钢在普通碳钢的基础上加入其他元素，如镍、铬、钼等，以提高其硬度和耐磨性。
特殊钢则指具有特殊用途的钢材，如不锈钢、高速钢和耐火钢等。
3. 钢铁的应用领域由于钢铁具有高强度、良好的可塑性和耐腐蚀性，它在各个领域都有广泛的应用。
在建筑领域，钢铁用于制造梁、柱和桥梁等结构件，以支撑建筑物的重量。
在制造业中，钢铁是制造机械设备的重要材料，如汽车、船舶、航空器等。
此外，钢铁在交通运输、能源工业和家电等领域也有着重要的应用。
4. 钢铁生产对环境的影响尽管钢铁在各个领域有着广泛的应用，但其生产对环境造成了一定的负面影响。
钢铁生产会产生大量的二氧化碳等温室气体，对全球气候变化产生贡献。
此外，钢铁产业还会排放大量的粉尘和废水，对环境造成污染。
因此，降低钢铁生产过程中的能耗和环境污染已成为钢铁企业和政府部门亟待解决的问题。
5. 钢铁行业的未来发展趋势随着经济的发展和技术的进步，钢铁行业也呈现出一些新的发展趋势。
首先，钢铁行业将更加注重绿色、低碳的发展方式，推动节能减排和循环利用。
其次，随着科技的进步，新材料的出现可能会对传统钢铁产业带来一定的冲击。
例如，复合材料和3D打印技术的应用可能会减少对钢铁的需求。
因此，钢铁行业需要不断创新和转型以适应未来的发展需求。
通过对钢铁生产、分类、应用、环境影响和未来发展趋势的归纳总结，我们对钢铁有了更全面的了解。
工业炼钢的原理初中化学一、炼钢基本原理炼钢的主要目的是降低生铁中含有的含碳量，同时去除磷、硫等有害元素，并调整钢中的合金元素含量。
生铁炼成钢的实质是降低生铁中的含碳量，而含碳量的降低则是通过加入氧化剂将生铁中过多的碳和其他杂质转化为气体或炉渣除去。
二、原料与辅料炼钢的主要原料是铁水，即转炉或电炉炼铁得到的含碳量较高的铁水。
辅料主要包括造渣材料（如石灰石、白云石等），用于形成炉渣去除杂质；氧化剂（如氧气、铁矿石等），用于氧化铁水中的碳和其他杂质；以及脱氧剂和合金剂，用于调整钢的成分。
三、炼钢炉种类1. 氧气转炉：主要利用氧气作为氧化剂，吹入熔化的铁水中，使碳和其他杂质氧化成气体排出。
2. 平炉：通过向炉内加入燃料进行燃烧，产生热量熔化铁水，并加入氧化剂进行脱碳和其他杂质。
3. 电炉：利用电能产生高温熔化铁水，并加入氧化剂进行脱碳和杂质去除。
四、氧气转炉炼钢氧气转炉炼钢是现代炼钢的主要方法。
在转炉中，通过吹入高压氧气与铁水中的碳和杂质发生氧化反应，生成CO等气体排出，从而达到降碳的目的。
五、平炉炼钢法平炉炼钢法是一种较为传统的炼钢方法。
在平炉中，通过加入燃料燃烧产生的高温熔化铁水，并加入氧化剂进行脱碳和杂质去除。
平炉炼钢法的特点是炉内温度均匀，适合生产优质钢。
六、电炉炼钢法电炉炼钢法是利用电能熔化铁水并进行脱碳和杂质去除的方法。
电炉炼钢法适用于生产特种钢和合金钢，因为它能够精确地控制炉温和加入合金元素的时间。
七、炉渣与脱磷在炼钢过程中，通过加入造渣材料形成炉渣，炉渣可以将磷等杂质带出炉外，从而实现脱磷的目的。
炉渣的成分和性质对于炼钢过程的稳定性和钢的质量有重要影响。
八、脱硫与脱氧脱硫主要是通过加入脱硫剂（如石灰石）与铁水中的硫发生反应，生成硫化物进入炉渣中从而去除。
脱氧则是为了防止钢在凝固过程中产生裂纹，通过加入脱氧剂（如硅铁、铝铁等）与钢中的氧发生反应，生成不溶于钢的氧化物或硫化物。
总结：工业炼钢是一个复杂的过程，需要精确控制各种工艺参数和操作条件，以确保生产出高质量的钢材。
炼钢过程的物理化学基础
炼钢是将生铁或生铁合金通过冶炼、熔炼和精炼等过程，去除杂质和调整合金元素含量，制得具有一定化学成分和性能的钢材。
这个过程涉及多种物理和化学原理，其中一些重要的物理化学基础包括：
1.熔炼原理：
熔融与溶解：高温条件下金属原料被熔化，形成熔体。
在熔体中，不同金属元素能够相互溶解，形成合金体系。
相平衡与相图：钢铁冶炼中考虑不同金属之间的相平衡关系，例如铁碳相图，用于预测在不同温度下金属间的相变情况，指导生产实践。
2.去除杂质与精炼原理：
氧化还原反应：在炼钢过程中，通过氧化还原反应去除杂质。
例如，将氧气通过熔融金属，氧气与不纯净金属反应生成氧化物，再被去除，使金属中杂质减少。
渗碳原理：通过加入碳源（如石墨、焦炭等）来调整钢铁的碳含量，使其满足特定的技术要求。
3.结晶与晶体生长：
凝固过程：当熔体冷却至凝固温度以下时，金属开始凝固成晶体结构。
晶体的形成和排列方式直接影响钢材的力学性能。
晶粒粗化与细化：控制熔体冷却速率，可以影响晶粒的尺寸和形态，从而调节钢材的组织结构和性能。
4.热力学与动力学：
热力学平衡：针对炼钢过程中的温度、压力和化学反应等参数，
进行热力学平衡分析，确保炉内反应能够朝着预期的方向进行。
动力学控制：炼钢过程中，不仅需要考虑热力学平衡，还需考虑动力学控制，即控制熔体的流动和传热，以便有效地去除杂质、调整合金成分。
炼钢过程是一个复杂的物理化学过程，其中涉及多种物质相互作用和反应过程。
理解这些物理化学基础是确保钢铁冶炼过程高效、稳定和品质可控的关键。
钢铁基础必学知识点1. 钢铁的定义：钢铁是一种由含碳量在0.02%至2.11%之间的铁碳合金制成的金属材料。
当碳含量小于0.02%时，它被称为铁，而当碳含量超过2.11%时，它被称为铸铁。
2. 钢铁的制造：钢铁通常是通过冶炼铁矿石来制造的。
这个过程包括将铁矿石加热到高温，使其与石灰石和焦炭反应，生成炼铁矿石。
然后，炼铁矿石被冷却并与再生铁和其他添加剂一起加入炼铁炉中进行冶炼，产生钢铁。
3. 钢铁的特性：钢铁具有高强度、硬度、韧性和可塑性。
它也具有良好的导电性和导热性。
4. 钢铁的分类：钢铁可以根据其化学成分和物理性质进行分类。
常见的分类方法包括碳含量、合金元素、热处理方式等。
5. 钢铁的用途：钢铁广泛应用于各个领域，包括建筑、汽车制造、船舶制造、机械制造、电力工业等。
钢铁也是制造其他金属制品的重要材料。
6. 钢铁的保护：由于钢铁容易受到氧化、腐蚀和磨损的影响，保护钢铁非常重要。
一些常见的保护方法包括涂覆防锈涂料、电镀、镀锌和使用不锈钢等。
7. 钢铁的可持续发展：在钢铁生产中，重要的问题是减少对环境的影响。
钢铁行业采取了一系列的措施来提高能源效率、降低碳排放和减少废物产生。
8. 钢铁的国际贸易：钢铁是全球贸易中最重要的商品之一。
各国之间进行钢铁的进口和出口，以满足国内需求和获得经济利益。
9. 钢铁的市场价格：钢铁的价格受到供需关系、全球经济形势、原材料成本等因素的影响。
钢铁市场价格常常波动，对行业和经济有重要影响。
10. 钢铁的未来发展趋势：随着科技的不断进步，钢铁行业也在不断发展。
未来的趋势包括可持续发展、数字化生产、高强度钢等。
炼钢的基础知识3、按金相组织分类按钢的奥氏体分解转变方式不同可分为亚共析钢、共析钢、过共析钢。
按正火后的组织不同可分贝氏体钢、珠光体钢、马氏体钢及奥氏体钢。
4、按加工和热处理工艺分类按加工成形的方式不同可分为压力加工用钢和切削加工用钢等。
按热处理工艺的不同可分为调质钢、低温回火钢、渗碳钢、氰化钢等。
5、按用途分类（1）结构钢。
目前生产最多，使用最广的是结构钢。
它包括碳素结构钢和合金结构钢，主要用于制造机器和结构零件及建筑工程用的金属结构等。
（2）工具钢。
它包括碳素工具钢和合金工具钢及高速钢。
（3）特殊性能钢。
就是具有特殊物理性能或力学性能的钢，称为特殊性能钢。
如轴承钢、不锈钢、弹簧钢及其他磁性钢或高温合金钢等。
第二节炼钢的任务和方法一、炼钢的任务熔炼的主要原料是废钢和一部分生铁。
外购进来的废钢锈多，夹有泥砂及其他脏物，钢中硫磷的含量也较高。
炼钢的任务就是要把上述条件的原料冶炼成气体和夹杂含量低、成分合格、温度符合要求的优质钢液。
具体说来，炼钢的基本任务是：（1）熔化固体炉料（生铁、废钢等）；（2）使钢水中的硅、锰、碳等元素达到规格成分；（3）去除有害元素硫和磷，将它们的含量降到规定的限量以下；（4）清除钢水中的气体和非金属夹杂，使钢水纯净；（5）加入合金元素（熔炼合金钢），使其符合要求；（6）将钢水过热至一定温度，保证浇注的需要；（7）为了提高产量和降低成本，必须快速炼钢；（8）浇注成良好的铸件。
二、炼钢的方法炼钢的方法有很多，主要有转炉炼钢、平炉炼钢、电弧炉炼钢和感应炉炼钢等。
在铸钢车间上普遍应用的电弧炉。
电弧炉炼钢对原材料要求较松，炼出的钢水质量较高，而且炼钢周期适合于铸钢生产的特点，开炉、停炉都比较方便，容易与造型、合箱等工序的进度相协调，便于组织生产。
另外，电炉炼钢的设备比较简单，投资少，基建速度以及资金回收快。
近年来，感应炉炼钢逐渐发展。
感应炉炼钢工艺比较简单，钢水质量也能得到保证。
不少的工厂用感应炉炼钢来浇注小铸件，特别是熔模精密铸造车间，广泛采用感应电炉来熔炼钢水。
炼钢工考试题职业技能鉴定理论知识基础试题工种及代码：炼钢工等级：高级填空题：1.含C量小于的铁碳合金称为钢。
2.炼钢的基本任务有脱碳、脱磷硫、控制温度、和去气去夹杂。
3.氧气顶吹转炉炼钢法中氧枪操作制度有恒枪变压、恒压变枪、______三种。
4.铁水予处理主要指，另外也包括脱硅、脱磷。
5.萤石的主要成分是，它的熔点较低。
6.钢中加入适量的铝除了脱氧作用外，还具有作用。
7．转炉吹炼末期降枪的目的是均匀成份和均匀温度，以利于。
8.钢中硫易使钢产生现象。
9.氧枪粘钢的主要原因是吹炼过程中炉渣化得不好、流动性差、厉害或枪位过低等造成的。
10.副枪的作用是在吹炼过程中检测熔池内钢水的温度、含量及液面高度，是用于转炉冶炼过程中计算机控制必不可少的设备。
11.转炉炉衬的结构由里向外依次为、填充层、永久层三层12.目前，烟气净化采用的方法有、未然法两种。
13.钢中非金属夹杂物按其来源可以分为、外来夹杂两类。
14.目前使用的转炉炉型有、筒球型、锥球型三种。
15.氧气顶吹转炉的传氧方式一般有直接传氧、两种。
16.炉渣的主要成分中的碱性氧化物有：CaO、MgO、FeO、等。
17.确定转炉装入量应考虑到、合适的熔池深度。
18.活性石灰的特点是氧化钙含量高、活性度高、___________。
19.终点降枪操作的目的主要是____________。
20.转炉炼钢的化学反应主要是____________反应。
21.泡沫渣形成的主要原因是___________。
22. 氧气顶吹转炉炼钢的原材料主要有、造渣剂、和铁合金。
23.钢中气体主要是。
24.氧气顶吹转炉炼钢氧气纯度一般在以上。
25.影响石灰熔化速度的主要因素有炉渣组成、炉渣温度、。
26.钢中碳于渣中(FeO)反应是一个反应。
27转炉炼钢脱硫的主要形式有、气化脱硫、炉外脱硫三种。
28.影响炉渣粘度的主要因素有温度、炉渣存在的固体颗粒、。
29.炉外精炼就是把原来在一般炼钢炉内完成的精炼任务如、去夹杂，调整成份和温度等移到炉后钢包中进行。
理论教学大纲课程中文名称：炼钢学课程类别：必修课程学分： 5课程学时： 84授课对象：冶金技术专业先修课程：冶金原理、金属学与热处理一、课程的地位、作用及任务本课程是高等职业技术学院钢铁冶金专业的一门重要的职业技术课。
它的内容主要包括炼钢过程的基本反应和转炉炼钢、电炉炼钢、炉外精炼、连续铸钢等。
本课程的任务是通过学习，使学生了解炼钢生产发展的历史、现状和今后的方向，掌握转炉炼钢、电炉炼钢、炉外精炼及连续铸钢的基本理论和主要工艺操作，常见的问题及处理方法，并通过习题练习、实习和毕业实践，使学生初步具备高等技术人才应有的生产操作技能，以及独立分析问题和解决现场实际问题的能力。
二、教学目标（一）知识目标1、了解炼钢过程中的基本反应。
2、掌握转炉、电炉和精炼炉炼钢的冶炼特点、工艺流程和基本操作原理。
3、掌握钢液凝固理论的基本内容、连铸原理与工艺。
（二）能力目标1 、能运用物理化学等专业基础课的原理分析炼钢过程的一系列物理化学变化。
2 、能运用炼钢基本原理去分析判断、解决生产实际问题。
3 、掌握转炉、电炉、精炼炉炼钢和连铸的冶炼特点、工艺流程和基本操作原理。
4 、能根据原料情况及钢种要求制定转炉冶炼合理的工艺操作制度（包括装料、供氧、造渣及温度控制、脱氧合金化等），并具有冶炼终点的判断能力。
5 、能根据钢种的要求制订电炉冶炼的配料成分、配比，并能制订电炉冶炼各期的冶炼制度及供电制度，具备控制、调整终点成分和温度的能力。
6 、能根据钢种选择合理的炉外精炼类型，并具备该精炼设备的操作控制能力。
7 、能根据钢种特点制订合理的连铸工艺制度，掌握典型钢种浇注操作的要点，并了解铸坯的缺陷、产生原因、处理方法。
（三）德育目标1、初步具备辩证思维能力。
2、具有勇于探索、理论联系实际的优良学风。
3、加强职业道德教育，使学生立志为振兴祖国钢铁冶金工业而做出贡献。
三、基本教学内容和教学要求第一章：炼钢学概述基本要求：理解炼钢的任务；了解对原材料的要求；了解耐火材料的分类和各自用途。
合金：由金属与另一种(或几种)金属或非金属所组成的具有金属通性的物质。
一般通过熔合成均匀液体和凝固而得。
根据组成元素的数目，可分为二元合金、三元合金和多元合金。
中国是世界上最早研究和生产合金的国家之一，在商朝(距今3000多年前)青铜(铜锡合金)工艺就已非常发达；公元前6世纪左右(春秋晚期)已锻打(还进行过热处理)出锋利的剑(钢制品)。
根据结构的不同，合金主要类型是：(1)混合物合金（共熔混合物），当液态合金凝固时，构成合金的各组分分别结晶而成的合金，如焊锡、铋镉合金等；(2)固熔体合金，当液态合金凝固时形成固溶体的合金，如金银合金等；(3)金属互化物合金，各组分相互形成化合物的合金，如铜、锌组成的黄铜（β-黄铜、γ-黄铜和ε-黄铜）等。
合金的许多性能优于纯金属，故在应用材料中大多使用合金(参看铁合金、不锈钢)。
各类型合金都有以下通性：(1)多数合金熔点低于其组分中任一种组成金属的熔点；(2)硬度比其组分中任一金属的硬度大；(3)合金的导电性和导热性低于任一组分金属。
利用合金的这一特性，可以制造高电阻和高热阻材料。
还可制造有特殊性能的材料，如在铁中掺入15％铬和9％镍得到一种耐腐蚀的不锈钢，适用于化学工业。
(4)有的抗腐蚀能力强(如不锈钢)2.常用合金(1)钢铁——钢铁是铁与C、Si、Mn、P、S以及少量的其他元素所组成的合金。
其中除Fe外，C的含量对钢铁的机械性能起着主要作用，故统称为铁碳合金。
它是工程技术中最重要、用量最大的金属材料。
按含碳量不同，铁碳合金分为钢与生铁两大类，钢是含碳量为0.03%～2%的铁碳合金。
碳钢是最常用的普通钢，冶炼方便、加工容易、价格低廉，而且在多数情况下能满足使用要求，所以应用十分普遍。
按含碳量不同，碳钢又分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。
随含碳量升高，碳钢的硬度增加、韧性下降。
合金钢又叫特种钢，在碳钢的基础上加入一种或多种合金元素，使钢的组织结构和性能发生变化，从而具有一些特殊性能，如高硬度、高耐磨性、高韧性、耐腐蚀性，等等。
