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钢铁冶金概论期末复习（炼铁部分）1比较说明不同钢铁生产工艺流程铁矿石→去脉石、杂质和氧→铁铁→精炼（脱S、P、Si等）→钢还原熔化过程氧化精炼过程（炼铁）（炼钢）1.绘制高炉本体内型结构说明各部分名称（画白色部分即可：炉喉、炉身、炉腰、炉腹、炉缸、风口、渣口、铁口）高炉五大附属系统名称及作用（1）原料供应系统：保证及时、准确、稳定地将合格原料从贮矿槽送上高炉的炉顶；（2）送风系统：保证连续可靠地供给高炉冶炼所需数量和保证足够温度的热风；（3）渣铁处理系统：及时处理高炉排放出的渣铁，保证高炉生产正常运行，获得合格的生铁和炉渣产品；（4）煤气清洗系统：保证回收高炉煤气，使其含尘量降到15mg/m3左右，以便利用；（5）燃料喷吹系统：保证喷入高炉所需燃料，以代替部分焦炭消耗。
高炉内按物料变化五个区域的划分，并简单了解各部分的变化过程（1）块状区主要特征：焦与炭呈交替分布层状，皆为固体状态主要反应：矿石间接还原，碳酸盐分解（2）软熔区主要特征：矿石呈软熔状，对煤气阻力大主要反应：矿石的直接还原，渗碳和焦炭的气化反应（3）滴落区主要特征：焦炭下降，其间夹杂渣铁液滴主要反应：非铁元素还原，脱碳、渗碳、焦炭的气化反应（4）焦炭回旋区主要特征：焦炭作回旋运动主要反应：鼓风中的氧和蒸汽与焦炭及喷入的辅助燃料发生燃烧反应（5）炉缸区主要特征：渣铁相对静止，并暂存于此主要反应：最终的渣铁反应熟练掌握高炉冶炼主要技术经济指标的表达方式1有效容积利用系数ημ定义：每立方米高炉有效容积每昼夜生产的合格铁量（t/m3·d）我国ημ=1.6~2.4（t/m3·d）日本ημ=1.8~2.8（t/m3·d）2焦比定义：冶炼每吨生铁所消耗的焦炭的千克数（kg/t）我国焦比为250~650（kg/t）3煤比定义：冶炼每吨生铁所消耗的煤粉的千克数（kg/t）我国煤比为50~220（kg/t）4燃料比（焦比+煤比）定义：冶炼每吨生铁所消耗的固体燃料的总和（kg/t）我国燃料比为450~700（kg/t）5综合焦比（焦比+煤比×煤焦置换比）6煤焦置换比定义：喷吹1kg煤粉所能替代的焦炭的千克数，一般为0.8左右7焦炭冶炼强度定义：每立方米高炉有效容积每昼夜燃烧的焦炭吨数（t/m3·d）8综合冶炼强度定义：每立方米高炉有效容积每昼夜燃烧的综合焦炭的吨数（t/m3·d），一般为0.9~1.15t/m3·d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/焦比喷吹燃料时：利用系数=综合冶炼强度/综合焦比（5）休风率定义：指高炉休风时间占规定作业时间的百分比（6）焦炭负荷指每批炉料中铁矿石的重量与焦炭重量之比，用以评估燃料利用水平和调节配料四种天然铁矿石的名称和分子式及特点（1）磁铁矿：主要含铁矿物为Fe3O4 特点：理论含铁量72.4%，红条痕，较软，易还原。
冶金工程概论复习资料⑴火法冶金它是指在高温下矿石经熔炼与精炼反应及熔化作业使其中的金属和杂质分开，获得较纯金属的过程。
整个过程可分为原料准备、冶炼和精炼三个工序。
过程所需能源，主要靠燃料燃烧供给，也有依靠过程中的化学反应热来提供的。
⑵湿法冶金它是在常温或低于100°C下，用溶剂处理矿石或精矿，使所要提取的金属溶解于溶液中，而其它杂质不溶解，然后再从溶液中将金属提取和分离出来的过程。
该方法包括浸出、分离、富集和提取等工序。
生铁是合碳量3%〜4%的Fe-c合金.并含有少量硅、偏、硫、磷.其质地硬而脆，不能锻压, 主要用于铸造。
1. 1铁矿石及其分类1、磁铁矿石2、赤铁矿石3、褐铁矿4、菱铁矿矿石（1）焦炭在高炉内作用。
焦炭在高炉冶炼中主要作为发热剂，还原剂和料柱骨架。
■焦炭在风口前燃烧放出大量热量并产生煤气，煤气在上升过程中将热量传给炉料，使高炉内的各种物理化学反应得以进行。
高炉炼铁过程中的热量有70~80%来自焦炭的燃烧。
■焦炭燃烧产生的co及焦炭中的固定碳是铁矿石的还原剂。
■在高温下铁矿石被还原和熔融，只有焦炭起到料柱的骨架作用支持料柱，保持炉内有较好的透气性，特别是在高炉下部区料柱的透气性完全由焦炭来维持。
3. 1. 1高炉冶炼过程及其特点•高炉炼铁的本质是铁的还原过程，即焦炭做燃料和还原剂，在高温下将铁矿石或含铁原料的铁，从氧化物或矿物状态（如FeM、Fe：Q、Fe2SiO4> Fe304• Ti02等）还原为液态生铁。
•冶炼过程中，炉料（矿石、熔剂、焦炭）按照确定的比例通过装料设备分批地从炉顶装入炉内。
从下部风口鼓入的高温热风与焦炭发生反应，产生的高温还原性煤气上升, 并使炉料加热、还原、熔化、造渣，产生一系列的物理化学变化，最后生成液态渣、铁聚集于炉缸，周期地从高炉排出。
上升过程中，煤气流温度不断降低，成分逐渐变化，最后形成高炉煤气从炉顶排出3. 1.2高炉炼铁的原料和产品•高炉冶炼的主要原料是铁矿石、燃料、鼓风。
冶金概论考试复习大纲第一章绪论1、两个流程2、长流程第二章高炉炼铁1、铁矿石有哪几种2、有害元素有什么危害有益元素：Mn，Cr，Ni，V，Ti，Nb及稀有元素等改善钢铁质量。
有害元素：S，P，As，Cu等易还原进入生铁，对钢形成危害。
K，Na，Zn，Pb，F等虽不进入生铁，但①易破坏炉衬等；②炉内易挥发，循环积累造成结瘤事故；③污染环境。
3、粒度要求书P10一般入炉矿石的粒度为8~35mm。
小于5mm称为粉末，不能直接入炉。
4、燃料成分以及作用（焦炭及溶剂）焦炭成分作用：起发热剂、还原剂及料柱骨架作用。
溶剂成分：1、碱性—石灰石，白云石等2、酸性—硅石等作用：为去除矿石中的脉石与焦炭中的灰分（它们的主要成分为酸性氧化物，且熔点较高，在高炉冶炼条件下很难熔化）加入一定数量的助熔剂（简称熔剂）。
5、高炉结构（填）6、高炉炉内炉料状况及反应（记住）7、填空用CO和H2还原铁氧化物，生成CO2和H2O还原反应叫间接还原。
用CO作还原剂的还原反应主要在高炉内小于800℃的区域进行。
用H2作还原剂的还原反应主要在高炉内800～1100℃的区域进行。
8、炉渣作用（1）分离渣铁，具有良好的流动性，能顺利排出炉外。
（2）具有足够的脱硫能力，尽可能降低生铁含硫量，保证冶炼出合格的生铁。
（3）具有调整生铁成分，保证生铁质量的作用。
（4）保护炉衬，具有较高熔点的炉渣，易附着于炉衬上，形成“渣皮”，保护炉衬，维持生产。
9、熔料运动怎样下降（空间因素力学因素）炉料在炉内下降的基本条件：高炉内不断形成促使炉料下降的自由空间。
形成炉料下降的自由空间的因素焦炭在风口前燃烧生成煤气。
炉料中的碳素参加直接还原。
炉料在下降过程中重新排列、压紧并熔化成液相，体积缩小。
定时放出渣铁。
空间因素（原因）燃料燃烧和消耗、炉料的熔化和渣、铁的周期性排出是炉料下降的主要因素。
除此以外，直接还原和渗碳引起的碳素溶解损失、炉料下降过程中小块充填于大块之间引起的体积收缩。
《冶金导论》复习大纲1、为什么说钢铁是使用最多的金属材料？就金属元素而言，铁在自然界中的储藏仅次于铝，居第二位，而用多形成巨大的铁矿床，通常铁矿石中铁的含量为25~70%。
铁矿石冶炼和加工较容易，且生产规模大，效率高、质量好和成本低，具有其它金属生产无可比拟的优势。
钢铁具有良好的物理、机械和工艺性能，如有较高的强度和韧性、热和电的良好导体、耐磨、耐腐蚀、焊接及铸造加工性好等。
将某些金属（如镍、铬、钒、锰等）作为合金元素加入铁中，就能获得具有各种性能的金属材料。
钢铁通过热处理能调整其机械性能，以满足国民经济各方面的需要。
钢铁材料由于具有以上特点，因此在现代工业中应用最广。
2、提取冶金的概念及分类。
提取冶金（extractive metallurgy）：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（chemical metallurgy）。
提取冶金的分类：按所冶炼金属类型分：有色冶金钢铁冶金（黑色冶金）稀土按冶金工艺过程不同分：火法冶金湿法冶金电冶金3、钢铁产品及副产品产品：生铁、钢副产品：炉渣、煤气1生铁：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。
炉渣：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。
煤气：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、CH44、所有96 种金属元素分类：黑色金属（铁金属，ferrous metals)：铁、铬、锰；有色金属(非铁金属，non-ferrous metals)：除铁和铁合金、铬、锰以外，按习惯，分类：轻金属，重金属，稀有金属，贵金属5、什么是火法冶金和湿法冶金？火法冶金：在高温下矿石或精矿经熔炼与精炼反应及熔化作业，使其中的有色金属与脉石和杂质分开，获得较纯有色金属的过程。
9.1连铸概述9.1.1连铸产生的背景（a）传统模铸工艺传统模铸工艺具有以下特点：（1）准备工作复杂（2）综合成材率低（3）能耗高（4）劳动强度高（5）生产率低（b）连铸工艺连铸是将液态钢用连铸机浇铸、冷凝、切割而直接得到铸坯的工艺。
它是连接炼钢和轧钢的中间环节，是炼钢生产的重要组成部分。
连铸工艺的优点1）连铸坯综合成材率高2）降低能耗3）简化工序，缩短流程4）扩大钢种，提高产品质量5）易于实现机械化和自动化连铸机的组成部分主要包括：钢包、钢包回转台、中间包、中间包车、结晶器、结晶器振动装置、二次冷却装置、拉矫装置、切割装置和铸坯运出等装置。
9.2连铸设备铸机分类及特点1）按铸机的外形结构可分为：立式连铸机立弯式连铸机弧形连铸机椭圆形连铸机水平连铸机2）按铸坯断面形状可分为：圆坯连铸机方坯式连铸机板坯连铸机异形坯形连铸机方板坯兼用连铸机立式连铸机：1）主要设备结晶器、二冷段和全凝固铸坯的剪切等。
2）优点主要设备均设置在同一垂直方向上，浇铸过程在垂直位置完成，因垂直段很长，有利于钢水中夹杂物上浮，铸坯各方向冷却条件较均匀，成分和夹杂物偏析较小。
并且铸坯在整个凝固过程中不受弯曲、矫直等变形作用，即使裂纹敏感性高的钢种也能顺利连铸。
3）缺点设备高度大，建设费用高，钢水静压力大，铸坯易鼓肚变形。
立弯式连铸机特点具有立式连铸机垂直浇铸和凝固的特点，在结晶器下方一定距离，即在铸坯全凝固或接近全凝固时定点进行弯曲，把铸坯顶弯90°，最后定点矫直，使铸坯沿水平方向出坯。
具有立式连铸机夹杂物上浮条件好的特点，又比立式连铸机高度低，为其高度的四分之三。
弧形连铸机特点结晶器呈弧形，设备高度低、钢水静压力相对较小，减少内裂和偏析。
非金属夹杂物向内弧聚集，夹杂物分布不匀。
带液芯单点矫直中心区产生裂纹缺陷，采用多点矫直，使总的应变分散，固液界面的变形率降低。
水平连铸机特点拉坯时结晶器不振动、拉坯机拉—反推—停呈周期性运动，在水平位置凝固成形，不受弯曲矫直，有利于防止裂纹；进入结晶器钢水中的夹杂物完全无上浮机会。
《冶金工程概论》钢铁部分复习讲义
炼铁
一、高炉炼铁
应用焦炭、含铁矿石(天然富块矿及烧结矿和球团矿)和熔剂(石灰石、白云石)在竖式反应器——高炉内连续生产液态生铁的方法。
特点：必须以焦碳为主要燃料，只能处理块状物料。
铁矿石分类：
1.天然铁矿石：没有经过选矿、烧结等加工处理，开采出来后直接用于炼铁的铁矿。
最常用的含铁矿物主要有四种：磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿。
2.贫矿经过选矿得到富的铁矿粉，然后经过烧结或球团化成为具有一定机械强度与粒度的块状的铁原料。
根据制块方法的不同分为：（1）烧结矿：块状（2）球团矿：球状
铁矿石要求：
1.含铁量：含铁量高。
2.脉石成分：酸性脉石含量要低。
3.杂质元素
1）有害元素少：如S、P、As等
2）有益元素合理利用：如Mn、V、Ti、Ni、W等
4.强度和粒度：要求有良好的强度
5.还原性:矿石的还原性,菱铁矿>褐铁矿>赤铁矿>磁铁矿
6.软化性：物料开始变形的温度和开始变形到变型终了的温度区间。
7.各项质量指标的稳定性
焦炭的作用：
1.发热剂：提供冶炼过程中需要的热量；
2.还原剂：提供冶炼过程中需要的还原剂，形成还原性气氛；
3.料柱骨架：改善料柱的透气性，利于生产顺利进行。
溶剂的作用：
调整炉渣成分、降低渣分的熔点，改善炉渣性质、使脉石全部进入渣中并与铁分离。
高炉冶炼过程：
铁矿石中的铁氧化物等从上到下运动中经历还原、渗碳、熔化等过程；不能还原的氧化脉石矿物和熔剂等从上到下，经历加热、软化、熔化等过程。
而焦碳在高炉内不熔化，大部分到风口前燃烧。
铁氧化物的还原：
1.用CO还原氧化物(间接还原）
2.用C还原铁氧化物（直接还原）
渗碳过程：
高炉产出的金属产物是含有碳的铁碳合金－－生铁。
生铁的含碳量1.7%~4.5% 。
所谓的生铁的形成过程是铁氧化物的还原和不断渗碳以及其它元素进入铁中的过程。
正是因为有渗碳的存在，所以高炉炼铁所得的铁中不可避免的含有碳，从而高炉的产品是生铁。
造渣
过程：
矿石中的脉石主要是难还原的氧化物，在高炉冶炼过程中，把它们溶汇在一起，形成与铁液互不相溶的另一高温熔体炉渣与铁分离。
矿石中的脉石、焦碳的灰分，在熔剂的作用下熔化成渣而与铁分离的过程叫做造渣。
造渣就是熔炼中把有用元素与脉石和杂质分离的过程。
作用：
1)使脉石和焦碳中的灰分与熔剂形成比重轻，熔点低的化合物与铁水分离。
2)除去S、P、As、Sb等杂质。
3)控制部分元素的还原，调整生铁的成分。
4)具有适当的熔化温度，保证炉缸的温度。
脱硫：
生铁的含硫量是影响生铁质量的最重要的指标之一。
硫在钢中以FeS或MnS的形式存在，并且可溶于铁液中。
因此，高炉脱硫主要提高炉渣的脱硫能力。
大量的脱硫反应发生在铁水穿越炉缸渣层的过程中，即脱硫反应主要发生在炉缸中的渣铁界面上。
怎样提高炉渣脱硫能力？
为了提高炉渣的脱硫能力，主要有三个基本条件：
1）炉渣碱度高
2）炉渣炉温高
3）还原性炉渣(渣中铁含量少)。
燃烧反应：
C + O
2 == CO
2
+ Q
2C + O
2
== 2CO + Q
CO
2
+ C == 2CO - Q
燃烧反应为高炉炼铁中物料运动的源泉、热能的源泉、气体还原剂产生的源泉。
燃烧反应是高炉冶炼各反应的基础。
高炉内各部位主要反应示意图
高炉炼铁主要技术经济指标：
技术经济指标是指国民经济各部门、企业、生产经营组织对各种设备、各种物资、各种资源利用状况及其结果的度量标准。
高炉生产的技术经济指标有：
1.高炉有效容积利用系数：高炉每昼夜生铁产量与有效容积的比值。
2 焦比：每产一吨生铁消耗的焦炭量。
3.冶炼强度：每昼夜高炉燃烧的焦碳量与高炉容积比值。
4.生铁合格率：生铁化学成分符合国家标准的总量占生铁总产量的百分数。
5.炉龄：高炉从点火开始到停炉大修为止的时间。
二、非高炉炼铁
非高炉炼铁技术根据其工艺特征、产品类型及用途不同可以分为熔融还原和直接还原两大类。
1.熔融还原法：
以非焦煤为能源，在高温熔态下进行铁氧化物还原，渣铁能完全分离，得到
类似高炉的含碳铁水。
2.直接还原法：
以气体燃料、液体燃料或非焦煤为能源，在铁矿石(或含铁团块)软化温度以下进行还原得到金属铁的方法。
其产品呈多孔低密度海绵状结构，被称为直接还原铁(DRI)或海绵铁。
炼钢
钢和生铁都是以铁和碳两种元素为主要成分的而且含有少量其它元素的铁碳合金（碳素钢）。
为改善其性质或得到特殊的性质加入其他元素获得的（合金钢）。
任务：
1脱碳：脱除生铁中的碳（氧气直接和钢液接触和氧气通过炉渣传送到钢液）。
2脱硫磷(除杂)：除去钢中的杂质。
3升温：把金属温度提高到出钢要求。
4脱氧和合金化：调整钢中成分。
5排除钢中的气体和非金属杂质。
炼钢的基本反应：
（一）熔池传氧
1.直接传氧：
氧气直接进入铁液中，向熔池中吹氧就会形成这种形式的传氧。
2.间接传氧：
以炉渣为氧的传递媒介，通过FeO的氧化来完成传氧。
（二）氧化除杂
生铁在任何炼钢炉中熔炼成钢的过程，实质上都是碳、硅、锰、磷等杂质通过氧化生成氧化物从铁中析出的过程
（三）脱硫
炼钢过程中的脱硫反应与炼铁脱硫一样，主要是通过炉渣来除去的。
（硫是钢中主要的有害元素之一，可造成钢的热脆）。
（四）脱氧
（1）直接脱氧法（沉淀脱氧）：把脱氧剂加到钢液中，脱氧反应在钢液中进行的脱氧方法。
（2）扩散脱氧（间接脱氧）：把氧化剂加到渣中，通过降低渣中FeO量达来促使钢中的氧量降低的方法。
（3）在低压下使钢液中碳氧化反应更加完全的脱氧方法
（五）造渣
1.炉渣的碱度：Ｒ＝1.3～1.5、Ｒ＝1.8～
2.0、Ｒ≥2.5
2.熔化性：熔化温度及熔化性温度。
3.流动性：炉渣粘度的倒数。
4稳定性：炉渣的性质随温度变化的程度。
5.炉渣的氧化性：表征炉渣向金属熔池传氧的能力，一般以％ΣFeO的含量表示。
炼钢的方法
1、转炉炼钢
2、平炉炼钢
3、电炉炼钢：。
