1第三講 材料的制備方法(2)金屬材料制備(1冶金)

1、Northeastern University金屬材料的制備方法金屬材料的制備方法（冶金）（冶金）第第3講講 材料的制備方法材料的制備方法東北大學(xué)東北大學(xué)2006 年年 11 月月Northeastern University第一節(jié)第一節(jié) 金屬材料的制備金屬材料的制備冶金冶金 根據(jù)金屬所具性質(zhì)的不同，金屬的分類方法有多種。根據(jù)金屬所具性質(zhì)的不同，金屬的分類方法有多種。 在冶金工業(yè)上，常把金屬分為黑色金屬和有色金屬。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)慣上稱這類金屬為黑

2、色金屬。以習(xí)慣上稱這類金屬為黑色金屬。有色金屬：其它金屬等、黑色金屬：金屬CrMnFe金屬的分類金屬的分類Northeastern University第一節(jié)第一節(jié) 金屬材料的制備金屬材料的制備冶金冶金定義：定義：具有金屬特性的多種元素的混合物具有金屬特性的多種元素的混合物印刷鉛字是錫、鉛、銻合金；印刷鉛字是錫、鉛、銻合金； 青銅為銅、錫合金；青銅為銅、錫合金； 黃銅為銅、鋅合金；黃銅為銅、鋅合金；生鐵是鐵和碳的合金，調(diào)節(jié)碳的比例就可精煉成鋼。生鐵是鐵和碳的合金，調(diào)節(jié)碳的比例就可精煉成鋼。v低共熔混合物（低共熔合金）低共熔混合物（低共熔合金）：當(dāng)兩種金屬按一定組成比共熔時(shí)，：當(dāng)兩種金屬按一定組

3、成比共熔時(shí)，其熔點(diǎn)總比任何一組分金屬熔點(diǎn)要低。當(dāng)組成為某一定值時(shí)，熔點(diǎn)最其熔點(diǎn)總比任何一組分金屬熔點(diǎn)要低。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。低，此熔點(diǎn)即為最低共熔溫度。v如鉍的熔點(diǎn)為如鉍的熔點(diǎn)為544K，鎘的熔點(diǎn)為，鎘的熔點(diǎn)為594K，含，含40鎘和鎘和60鉍的混合物鉍的混合物為低共熔混合物，其熔點(diǎn)為為低共熔混合物，其熔點(diǎn)為413K。合金合金Northeastern University第一節(jié)第一節(jié) 金屬材料的制備金屬材料的制備冶金冶金 因此，要獲得各種金屬及其合金材料必須首先通過因此，要獲得各種金屬及其合金材料必須首先通過各種方法將金屬元素從礦物中各種方法將金屬元素從礦物

4、中出來，接著對(duì)粗煉金屬出來，接著對(duì)粗煉金屬產(chǎn)品進(jìn)行產(chǎn)品進(jìn)行和和，然后，然后，才能得到所需成分、組織和規(guī)格的金屬材料。，才能得到所需成分、組織和規(guī)格的金屬材料。一、冶金工藝概述一、冶金工藝概述 絕大多數(shù)金屬元素（除絕大多數(shù)金屬元素（除Au、Ag、Pt外）都以外）都以氧化物、氧化物、碳化物等化合物的形式存在碳化物等化合物的形式存在地殼之中。地殼之中。 金屬的冶金工藝可以分為金屬的冶金工藝可以分為火法冶金、濕法冶金、電冶火法冶金、濕法冶金、電冶金以及真空冶金金以及真空冶金等。等。Northeastern University第一節(jié)第一節(jié) 金屬材料的制備金屬材料的制備冶金冶金火法冶金火法冶金：利用高溫

5、從礦石中提取金屬或其化合物的方法。利用高溫從礦石中提取金屬或其化合物的方法。 ：選礦、焙選礦、焙燒球化或燒球化或燒結(jié)燒結(jié)金屬化合物金屬化合物的還原的還原除去雜質(zhì)除去雜質(zhì)提純金屬提純金屬一、冶金工藝概述一、冶金工藝概述Northeastern University第一節(jié)第一節(jié) 金屬材料的制備金屬材料的制備冶金冶金 ：提取提取冶金冶金真空真空冶金冶金噴射噴射冶金冶金氯化氯化冶金冶金一、冶金工藝概述一、冶金工藝概述Northeastern University第一節(jié)第一節(jié) 金屬材料的制備金屬材料的制備冶金冶金濕法冶金濕法冶金：利用一些化學(xué)溶劑的化學(xué)作用，在水溶液或非水利用一些化學(xué)溶劑的化學(xué)作用，在水

6、溶液或非水溶液中進(jìn)行包括氧化、還原、中和、水解和絡(luò)合等反應(yīng)，對(duì)溶液中進(jìn)行包括氧化、還原、中和、水解和絡(luò)合等反應(yīng)，對(duì)原料、中間產(chǎn)物或二次再生資源中的金屬進(jìn)行提取和分離的原料、中間產(chǎn)物或二次再生資源中的金屬進(jìn)行提取和分離的冶金過程。冶金過程。 ：一、冶金工藝概述一、冶金工藝概述Northeastern University第一節(jié)第一節(jié) 金屬材料的制備金屬材料的制備冶金冶金電冶金電冶金：利用電能從礦石或其它原料中提取、回收、精煉利用電能從礦石或其它原料中提取、回收、精煉金屬的冶金過程。金屬的冶金過程。 ： 一、冶金工藝概述一、冶金工藝概述Northeastern University第一節(jié)第一節(jié) 金

7、屬材料的制備金屬材料的制備冶金冶金一、冶金工藝概述一、冶金工藝概述Northeastern University第一節(jié)第一節(jié) 金屬材料的制備金屬材料的制備冶金冶金應(yīng)用廣泛的金屬材料應(yīng)用廣泛的金屬材料鋼鐵鋼鐵（1）鐵和鐵合金）鐵和鐵合金（2）鋼鐵是怎樣煉成的）鋼鐵是怎樣煉成的 鐵礦石和煉鐵，煉鋼鐵礦石和煉鐵，煉鋼二、鋼鐵冶煉二、鋼鐵冶煉Northeastern University第一節(jié)第一節(jié) 金屬材料的制備金屬材料的制備冶金冶金F-18大黃蜂戰(zhàn)斗機(jī)大黃蜂戰(zhàn)斗機(jī)我軍陸戰(zhàn)王牌我軍陸戰(zhàn)王牌-99式主戰(zhàn)坦克式主戰(zhàn)坦克二、鋼鐵冶煉二、鋼鐵冶煉軍事上離不開鋼鐵軍事上離不開鋼鐵中國(guó)九五式突擊步槍中國(guó)九五式突

8、擊步槍海軍海軍109驅(qū)逐艦驅(qū)逐艦Northeastern University第一節(jié)第一節(jié) 金屬材料的制備金屬材料的制備冶金冶金神神六六神五神五 二、鋼鐵冶煉二、鋼鐵冶煉Northeastern University第一節(jié)第一節(jié) 金屬材料的制備金屬材料的制備冶金冶金我們的生活中也離不開鋼鐵我們的生活中也離不開鋼鐵廣州丫髻沙大橋廣州丫髻沙大橋雷諾汽車?yán)字Z汽車生活用品生活用品磁懸浮列車磁懸浮列車二、鋼鐵冶煉二、鋼鐵冶煉Northeastern University第一節(jié)第一節(jié) 金屬材料的制備金屬材料的制備冶金冶金 自從自從1980年阿爾溫年阿爾溫托夫勒（托夫勒（第三次浪潮第三次浪潮的作者，美國(guó)未來

9、學(xué)家）的作者，美國(guó)未來學(xué)家）到處鼓吹鋼鐵是夕陽工業(yè)以來，使人們產(chǎn)生了一種錯(cuò)覺，似乎發(fā)展信息到處鼓吹鋼鐵是夕陽工業(yè)以來，使人們產(chǎn)生了一種錯(cuò)覺，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)沒有必要，也不可能繼續(xù)發(fā)展。產(chǎn)業(yè)必須壓縮鋼鐵工業(yè)，鋼鐵生產(chǎn)技術(shù)沒有必要，也不可能繼續(xù)發(fā)展。 而二十多年來的事實(shí)表明：而二十多年來的事實(shí)表明：鋼鐵生產(chǎn)需求接近飽和，世界產(chǎn)鋼量沒有顯著增長(zhǎng)，但是也沒有萎縮；鋼鐵生產(chǎn)需求接近飽和，世界產(chǎn)鋼量沒有顯著增長(zhǎng)，但是也沒有萎縮；鋼鐵生產(chǎn)技術(shù)和冶金工程科學(xué)仍在不斷更新，新技術(shù)層出不窮；鋼鐵生產(chǎn)技術(shù)和冶金工程科學(xué)仍在不斷更新，新技術(shù)層出不窮；鋼鐵材料品種繼續(xù)增多，鋼的性能和品質(zhì)有

10、大幅度提高。鋼鐵材料品種繼續(xù)增多，鋼的性能和品質(zhì)有大幅度提高。 為什么非常古老的鋼鐵有這樣強(qiáng)的生命力呢？這首先決定于鋼鐵的為什么非常古老的鋼鐵有這樣強(qiáng)的生命力呢？這首先決定于鋼鐵的基體特性?；w特性。二、鋼鐵冶煉二、鋼鐵冶煉Northeastern University第一節(jié)第一節(jié) 金屬材料的制備金屬材料的制備冶金冶金鋼鐵的分類鋼鐵的分類鋼鋼碳素鋼碳素鋼合金鋼合金鋼結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)鋼工具鋼工具鋼合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼合金工具鋼合金工具鋼特殊性能鋼特殊性能鋼合金模具鋼合金模具鋼黑色金屬黑色金屬白口鑄鐵白口鑄鐵灰口鑄鐵鋼灰口鑄鐵鋼生鐵生鐵球墨鑄鐵球墨鑄鐵可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵鑄造生鐵鑄造生鐵煉鋼鑄鐵煉鋼鑄鐵合金

11、鑄鐵合金鑄鐵鐵合金鐵合金二、鋼鐵冶煉二、鋼鐵冶煉Northeastern University第一節(jié)第一節(jié) 金屬材料的制備金屬材料的制備冶金冶金 Fe在地殼中的含量為在地殼中的含量為5左右，在金屬中僅次于鋁左右，在金屬中僅次于鋁， 除除隕石外，純鐵在地殼中還未見到，鐵容易與其它元素化合，隕石外，純鐵在地殼中還未見到，鐵容易與其它元素化合，特別是與氧化合，因此特別是與氧化合，因此鐵礦石多以氧化物形式存在鐵礦石多以氧化物形式存在。 鐵礦石中除鐵的氧化物外，還有其它元素的氧化物鐵礦石中除鐵的氧化物外，還有其它元素的氧化物(SiO2、MnO2 等等)，這些，這些統(tǒng)稱為脈石統(tǒng)稱為脈石。 煉鐵的目的煉鐵的

12、目的就是使鐵從鐵的氧化物中還原，并使還原出就是使鐵從鐵的氧化物中還原，并使還原出的鐵與脈石分離。的鐵與脈石分離。二、鋼鐵冶煉二、鋼鐵冶煉Northeastern University第一節(jié)第一節(jié) 金屬材料的制備金屬材料的制備冶金冶金鐵礦石鐵礦石脈石脈石和硫磷雜質(zhì)和硫磷雜質(zhì)鐵化合物鐵化合物Fe3O4(磁鐵礦石磁鐵礦石)Fe2O3(赤鐵礦石赤鐵礦石)FeS2 (黃鐵礦石黃鐵礦石) FeCO3(菱鐵礦石菱鐵礦石)二、鋼鐵冶煉二、鋼鐵冶煉Northeastern University第一節(jié)第一節(jié) 金屬材料的制備金屬材料的制備冶金冶金磁鐵礦磁鐵礦Fe3O4二、鋼鐵冶煉二、鋼鐵冶煉主要礦物是磁鐵礦，呈黑色

13、金屬光澤，磁性強(qiáng)（復(fù)合礦可通主要礦物是磁鐵礦，呈黑色金屬光澤，磁性強(qiáng)（復(fù)合礦可通過磁選富集鐵分），在自然界中純磁鐵礦礦石較少，常含有過磁選富集鐵分），在自然界中純磁鐵礦礦石較少，常含有TiO2及及V2O3組成復(fù)合礦石，即釩鈦磁鐵礦，由于受氧化作組成復(fù)合礦石，即釩鈦磁鐵礦，由于受氧化作用，磁鐵礦易被氧化成赤鐵礦，有的仍保留著磁鐵礦石的結(jié)用，磁鐵礦易被氧化成赤鐵礦，有的仍保留著磁鐵礦石的結(jié)晶形態(tài)，但無磁性，被稱為假象赤鐵礦或半假象赤鐵礦。晶形態(tài)，但無磁性，被稱為假象赤鐵礦或半假象赤鐵礦。Northeastern University第一節(jié)第一節(jié) 金屬材料的制備金屬材料的制備冶金冶金赤鐵礦赤鐵礦-F

14、e2O3顏色呈紅色或紅褐色，故又稱為紅礦。主要礦顏色呈紅色或紅褐色，故又稱為紅礦。主要礦物為赤鐵礦，無磁性，但組織疏松，易破碎，物為赤鐵礦，無磁性，但組織疏松，易破碎，還原性優(yōu)于磁鐵礦。赤鐵礦石廣泛分布于自然還原性優(yōu)于磁鐵礦。赤鐵礦石廣泛分布于自然界中，常形成巨大的礦床，就世界范圍而言，界中，常形成巨大的礦床，就世界范圍而言，其儲(chǔ)量最多（占鐵礦石總儲(chǔ)量的其儲(chǔ)量最多（占鐵礦石總儲(chǔ)量的48.3%），是），是煉鐵的最主要鐵礦石資源。煉鐵的最主要鐵礦石資源。二、鋼鐵冶煉二、鋼鐵冶煉Northeastern University第一節(jié)第一節(jié) 金屬材料的制備金屬材料的制備冶金冶金褐鐵礦褐鐵礦2Fe2O3.

15、3H2O常為含不同分子結(jié)晶水的赤鐵礦，褐鐵礦吸附常為含不同分子結(jié)晶水的赤鐵礦，褐鐵礦吸附著大量水分，加熱時(shí)失去結(jié)晶水和游離水，使著大量水分，加熱時(shí)失去結(jié)晶水和游離水，使礦石氣孔率增加，故還原性好，同時(shí)，由于去礦石氣孔率增加，故還原性好，同時(shí)，由于去掉了水分，相應(yīng)提高了礦石的品位。掉了水分，相應(yīng)提高了礦石的品位。二、鋼鐵冶煉二、鋼鐵冶煉Northeastern University第一節(jié)第一節(jié) 金屬材料的制備金屬材料的制備冶金冶金菱鐵礦菱鐵礦FeCO3它是含鐵的碳酸鹽。在自然界中，有工業(yè)開采它是含鐵的碳酸鹽。在自然界中，有工業(yè)開采價(jià)值的菱鐵礦比其它三種礦石要少，含鐵量不價(jià)值的菱鐵礦比其它三種礦石

16、要少，含鐵量不高，但受熱分解放出高，但受熱分解放出CO2后，不僅含鐵量顯著后，不僅含鐵量顯著提高，而且也變得疏松多孔，易還原。提高，而且也變得疏松多孔，易還原。當(dāng)鐵礦石含鐵量過低，就需要將它們粉碎當(dāng)鐵礦石含鐵量過低，就需要將它們粉碎(0.0740.044mm)，然后富選成含鐵高的精礦，然后富選成含鐵高的精礦粉，一般精礦粉的含鐵量在粉，一般精礦粉的含鐵量在63%-68%之間。之間。由于高爐煉鐵需要?dú)饬魍〞常灾荒芗尤雺K由于高爐煉鐵需要?dú)饬魍〞?，所以只能加入塊礦，精礦粉要通過燒結(jié)的辦法制成燒結(jié)礦或通礦，精礦粉要通過燒結(jié)的辦法制成燒結(jié)礦或通過球團(tuán)的辦法焙燒成球團(tuán)礦。燒結(jié)礦和球團(tuán)礦過球團(tuán)的辦法焙燒成

17、球團(tuán)礦。燒結(jié)礦和球團(tuán)礦統(tǒng)稱人造富礦。統(tǒng)稱人造富礦。二、鋼鐵冶煉二、鋼鐵冶煉Northeastern University第一節(jié)第一節(jié) 金屬材料的制備金屬材料的制備冶金冶金黃鐵礦黃鐵礦FeS2二、鋼鐵冶煉二、鋼鐵冶煉Northeastern University第一節(jié)第一節(jié) 金屬材料的制備金屬材料的制備冶金冶金鐵礦石晶體鐵礦石晶體暗紅色鐵鋁榴石晶體暗紅色鐵鋁榴石晶體產(chǎn)地奧地利產(chǎn)地奧地利立方體黃鐵礦晶體立方體黃鐵礦晶體產(chǎn)地西班牙產(chǎn)地西班牙祖母綠、黃鐵礦、方解石共生祖母綠、黃鐵礦、方解石共生產(chǎn)地哥倫比亞產(chǎn)地哥倫比亞二、鋼鐵冶煉二、鋼鐵冶煉Northeastern University第一節(jié)第一節(jié) 金

18、屬材料的制備金屬材料的制備冶金冶金鋼鐵是怎樣煉成的鋼鐵是怎樣煉成的二、鋼鐵冶煉二、鋼鐵冶煉Northeastern University第一節(jié)第一節(jié) 金屬材料的制備金屬材料的制備冶金冶金鋼鐵的冶煉歷史鋼鐵的冶煉歷史 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為地窯爐的爐膛內(nèi)，加熱冶煉，因不能獲得熔礦石與木炭一起放入稱為地窯爐的爐膛內(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，稱為海綿鐵?；F渣，稱為

19、海綿鐵。 其含碳量極低，所以塑性較高，經(jīng)鍛打成型，制成器具，在此時(shí)其含碳量極低，所以塑性較高，經(jīng)鍛打成型，制成器具，在此時(shí)期，冶煉工場(chǎng)在出產(chǎn)鐵礦石和木材豐富的山區(qū)非常發(fā)達(dá)。期，冶煉工場(chǎng)在出產(chǎn)鐵礦石和木材豐富的山區(qū)非常發(fā)達(dá)。第一個(gè)發(fā)展階段第一個(gè)發(fā)展階段二、鋼鐵冶煉二、鋼鐵冶煉Northeastern University第一節(jié)第一節(jié) 金屬材料的制備金屬材料的制備冶金冶金 13世紀(jì)末至世紀(jì)末至19世紀(jì)中葉，隨著鐵的需要以及鼓風(fēng)技術(shù)的發(fā)展，爐世紀(jì)中葉，隨著鐵的需要以及鼓風(fēng)技術(shù)的發(fā)展，爐子越來越高，逐漸形成現(xiàn)代高爐的雛形子越來越高，逐漸形成現(xiàn)代高爐的雛形-木炭爐。木炭爐。 由于爐容增大，采用鼓風(fēng)技術(shù)，

20、使單位時(shí)間內(nèi)燃燒的燃料量增加由于爐容增大，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，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。不能鍛造成器具。 后來將生鐵作原料和礦石、木炭一起在爐內(nèi)再進(jìn)行冶煉，得到性后來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）。能比生鐵好的粗鋼（也叫熟鐵）。 從此鋼鐵冶煉就開始了一直沿用至今的二步冶煉法：第一步，從從此鋼鐵冶煉就開始了一直沿用至今的二步冶煉法：第一步，從礦石中冶煉出生鐵，第二步把生鐵精煉成鋼。礦石中冶煉出生鐵，第二步把生鐵精煉成

21、鋼。第二個(gè)發(fā)展階段第二個(gè)發(fā)展階段二、鋼鐵冶煉二、鋼鐵冶煉Northeastern University第一節(jié)第一節(jié) 金屬材料的制備金屬材料的制備冶金冶金第三個(gè)發(fā)展階段第三個(gè)發(fā)展階段 19世紀(jì)中期至今，以生鐵為原料在高溫下精煉成鋼，一直是鋼鐵世紀(jì)中期至今，以生鐵為原料在高溫下精煉成鋼，一直是鋼鐵生產(chǎn)的主要方法。生產(chǎn)的主要方法。 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，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。鼓風(fēng)動(dòng)力采用電力。 建立了作為生鐵精煉爐的轉(zhuǎn)爐、平爐、電爐的煉鋼法。建立了作為生鐵精煉爐的轉(zhuǎn)爐、平爐、電爐的煉鋼法。二、鋼鐵冶煉二、鋼鐵冶煉N

22、ortheastern University第一節(jié)第一節(jié) 金屬材料的制備金屬材料的制備冶金冶金生鐵生鐵（主要產(chǎn)品）（主要產(chǎn)品）：分為煉鋼生鐵和鑄造生鐵。分為煉鋼生鐵和鑄造生鐵。爐渣爐渣（副產(chǎn)品）（副產(chǎn)品）：含含SiO2、CaO和和Al2O3的鋁硅酸鹽，主要用于生產(chǎn)水泥。的鋁硅酸鹽，主要用于生產(chǎn)水泥。煤氣煤氣（副產(chǎn)品）（副產(chǎn)品）：含含26左右的左右的CO，用作燃料。，用作燃料。煉鐵產(chǎn)品及副產(chǎn)品：煉鐵產(chǎn)品及副產(chǎn)品： 煉鋼的目的煉鋼的目的：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)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。到鋼的要求。二、鋼鐵冶煉二、鋼鐵冶煉Northeast

23、ern University第一節(jié)第一節(jié) 金屬材料的制備金屬材料的制備冶金冶金1 黑色金屬的生產(chǎn)黑色金屬的生產(chǎn)1.1 高爐冶煉生產(chǎn)過程高爐冶煉生產(chǎn)過程 高爐附屬系統(tǒng)：高爐附屬系統(tǒng)：原料系統(tǒng)原料系統(tǒng);送風(fēng)系統(tǒng)送風(fēng)系統(tǒng);燃料噴吹系統(tǒng)燃料噴吹系統(tǒng);除塵系統(tǒng)除塵系統(tǒng);渣鐵處理系統(tǒng)渣鐵處理系統(tǒng);二、鋼鐵冶煉二、鋼鐵冶煉Northeastern University第一節(jié)第一節(jié) 金屬材料的制備金屬材料的制備冶金冶金 原料系統(tǒng)：原料系統(tǒng)：煉鐵原料主要包括鐵礦石、焦炭、石灰石（和白云煉鐵原料主要包括鐵礦石、焦炭、石灰石（和白云石）、錳礦石和一些鐵礦石的替代品。石）、錳礦石和一些鐵礦石的替代品。 送風(fēng)系統(tǒng)：送風(fēng)

24、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。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)：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輸送設(shè)備及噴槍等。輸送設(shè)備及噴槍等。二、鋼鐵冶煉二、鋼鐵冶煉Northeastern University第一節(jié)第一節(jié) 金屬材料的制備金屬材料的制備冶金冶金 除塵系統(tǒng)：除塵系統(tǒng)

25、：從爐頂逸出的含塵高達(dá)從爐頂逸出的含塵高達(dá)40-100g/m3的高爐煤氣，經(jīng)的高爐煤氣，經(jīng)過一系列除塵設(shè)備，包括粗除塵過一系列除塵設(shè)備，包括粗除塵(如重力除塵如重力除塵)、半精細(xì)除塵、半精細(xì)除塵(洗洗滌塔滌塔)、精細(xì)除塵、精細(xì)除塵(文氏管、靜電除塵器文氏管、靜電除塵器)等，使其含塵量降到等，使其含塵量降到15mg/m3以資利用。以資利用。 渣鐵處理系統(tǒng)：渣鐵處理系統(tǒng)：處理好從渣鐵口排放的高溫液態(tài)渣鐵是保證高處理好從渣鐵口排放的高溫液態(tài)渣鐵是保證高爐正常生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，它包括爐前出鐵場(chǎng)及設(shè)備，渣鐵輸送爐正常生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，它包括爐前出鐵場(chǎng)及設(shè)備，渣鐵輸送設(shè)備、鑄鐵機(jī)，鐵水爐外處理設(shè)備，水渣場(chǎng)等。

26、設(shè)備、鑄鐵機(jī)，鐵水爐外處理設(shè)備，水渣場(chǎng)等。 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原料，或用壓縮空氣吹成渣棉(可作隔音保溫材料可作隔音保溫材料)，也可用渣，也可用渣罐車送往棄渣場(chǎng)。罐車送往棄渣場(chǎng)。二、鋼鐵冶煉二、鋼鐵冶煉Northeastern University第一節(jié)第一節(jié) 金屬材料的制備金屬材料的制備冶金冶金二、鋼鐵冶煉二、鋼鐵冶煉Northeastern University第一節(jié)第一節(jié) 金屬材料的制備金屬材料的制備冶金冶金二、鋼鐵冶煉二、鋼鐵冶煉Northeastern Universit

27、y第一節(jié)第一節(jié) 金屬材料的制備金屬材料的制備冶金冶金 鐵氧化物的生成與分解是逐級(jí)進(jìn)行的，當(dāng)溫度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)，稱為時(shí)，稱為高溫轉(zhuǎn)變：高溫轉(zhuǎn)變： 當(dāng)溫度當(dāng)溫度570時(shí)，稱為低溫轉(zhuǎn)變：時(shí)，稱為低溫轉(zhuǎn)變： 高爐內(nèi)主要還原劑是高爐內(nèi)主要還原劑是CO、C（在噴吹燃料時(shí)煤氣中（在噴吹燃料時(shí)煤氣中H2含量明顯含量明顯增加），還原基本分為增加），還原基本分為 間接還原間接還原 與與直接還原直接還原 兩大類。兩大類。3243OFeOFeFeOFe3243OFeOFeFe高爐內(nèi)的主要還原反應(yīng)高爐內(nèi)的主要還原反應(yīng)二、鋼鐵冶煉二、鋼鐵冶煉Northeastern University

28、第一節(jié)第一節(jié) 金屬材料的制備金屬材料的制備冶金冶金產(chǎn)生還原劑：產(chǎn)生還原劑： C+O2=CO2 CO2+C=2CO （空氣，焦炭）（空氣，焦炭） 還原鐵礦石：還原鐵礦石： Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2 （鐵礦石）（鐵礦石） 造渣（除脈石）：造渣（除脈石）： CaCO3=CO2+CaO CaO+SiO2=CaSiO3 （熔劑：石灰石）（熔劑：石灰石）煉鐵的主要反應(yīng)過程煉鐵的主要反應(yīng)過程二、鋼鐵冶煉二、鋼鐵冶煉Northeastern University第一節(jié)第一節(jié) 金屬材料的制備金屬材料的制備冶金冶金現(xiàn)象：現(xiàn)象： _方程式：方程式： _固體由紅變黑固體由紅變黑,石灰水變渾濁。石灰水變渾濁

29、。Fe2O33CO2Fe3CO2高溫高溫CO還原氧化鐵二、鋼鐵冶煉二、鋼鐵冶煉Northeastern University第一節(jié)第一節(jié) 金屬材料的制備金屬材料的制備冶金冶金煉鐵：煉鐵： 鐵礦石（化合態(tài)）鐵礦石（化合態(tài)）鐵單質(zhì)（游離態(tài)）鐵單質(zhì)（游離態(tài)）（1）基本反應(yīng)原理：）基本反應(yīng)原理：3CO+ Fe2O3=2Fe+3CO2高溫高溫利用氧化還原反應(yīng)，在高溫下，用還原劑（主要是利用氧化還原反應(yīng)，在高溫下，用還原劑（主要是CO)從鐵礦石中還原出鐵。從鐵礦石中還原出鐵。（3）設(shè)備：高爐）設(shè)備：高爐（2）原料：）原料：鐵礦石、焦炭、石灰石鐵礦石、焦炭、石灰石、空氣、空氣二、鋼鐵冶煉二、鋼鐵冶煉Nort

30、heastern University第一節(jié)第一節(jié) 金屬材料的制備金屬材料的制備冶金冶金C+O2=CO2CO2+C=2CO3CO+Fe2O3=2Fe+3CO2二、鋼鐵冶煉二、鋼鐵冶煉Northeastern University第一節(jié)第一節(jié) 金屬材料的制備金屬材料的制備冶金冶金1.2 非高爐煉鐵法非高爐煉鐵法 1. 直接還原煉鐵法直接還原煉鐵法 直接還原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)過程，產(chǎn)品叫直接還原鐵或海綿鐵。程，產(chǎn)品叫直接還原鐵或海綿鐵。 由于低溫還原，得到的直接還原鐵未能充分滲碳，因而含碳較低由于低

31、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。礦石中的脈石成分既不能熔化造渣脫除，也不能被還原，因而屬于鋼的成分。礦石中的脈石成分既不能熔化造渣脫除，也不能被還原，因而直接還原鐵中幾乎保留了鐵礦石中的全部脈石雜質(zhì)，實(shí)際生產(chǎn)中仍需要用電爐直接還原鐵中幾乎保留了鐵礦石中的全部脈石雜質(zhì)，實(shí)際生產(chǎn)中仍需要用電爐精煉成鋼。精煉成鋼。 電爐精煉的主要任務(wù)是熔化脫除雜質(zhì)和調(diào)整鋼的成分，而不是氧化脫碳。電爐精煉的主要任務(wù)是熔化脫除雜質(zhì)和調(diào)整鋼的成分，而不是氧化脫碳。 直接還原法直接還原法-電爐串聯(lián)生產(chǎn)鋼，形成了一個(gè)新的鋼鐵冶金生產(chǎn)工藝流程。電爐串聯(lián)生產(chǎn)鋼，形成了一個(gè)新的鋼鐵冶金生產(chǎn)

32、工藝流程。二、鋼鐵冶煉二、鋼鐵冶煉Northeastern University第一節(jié)第一節(jié) 金屬材料的制備金屬材料的制備冶金冶金 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，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)世紀(jì)60年代才有年代才有重大突破，這是因?yàn)椋褐卮笸黄?，這是因?yàn)椋?（1）冶金焦的價(jià)格大幅度上漲，而石油、天然氣大量開發(fā)使用，特別是高）冶金焦的價(jià)格大幅度上漲，而石油、天然氣大量開發(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

33、原煉鐵法需要的還原煤氣，解決效率天然氣轉(zhuǎn)化法的應(yīng)用，提供了直接還原煉鐵法需要的還原煤氣，解決能源的來源和價(jià)格問題。能源的來源和價(jià)格問題。 （2）電爐煉鋼迅速發(fā)展，超高功率新技術(shù)的應(yīng)用使電爐煉鋼得到高速發(fā)展，）電爐煉鋼迅速發(fā)展，超高功率新技術(shù)的應(yīng)用使電爐煉鋼得到高速發(fā)展，合格的廢鋼供應(yīng)不足，大大擴(kuò)展了直接還原鐵的需求。合格的廢鋼供應(yīng)不足，大大擴(kuò)展了直接還原鐵的需求。 （3）廢鋼（多數(shù)是從社會(huì)收集的廢鋼）中往往含有某些對(duì)鋼性能不利的有）廢鋼（多數(shù)是從社會(huì)收集的廢鋼）中往往含有某些對(duì)鋼性能不利的有色金屬，如銅、錫、砷、鉛等，無論用氧化熔煉或還原熔煉都無法去除它色金屬，如銅、錫、砷、鉛等，無論用氧化熔

34、煉或還原熔煉都無法去除它們。而隨著廢鋼的循環(huán)利用，它們?cè)阡撝械暮繒?huì)越積越多。因而需要加們。而隨著廢鋼的循環(huán)利用，它們?cè)阡撝械暮繒?huì)越積越多。因而需要加入直接還原鐵來稀釋它們。入直接還原鐵來稀釋它們。二、鋼鐵冶煉二、鋼鐵冶煉Northeastern University第一節(jié)第一節(jié) 金屬材料的制備金屬材料的制備冶金冶金 （4）選礦技術(shù)的提高，擴(kuò)大了直接還原煉鐵法的礦石資源。原來只能使用雜）選礦技術(shù)的提高，擴(kuò)大了直接還原煉鐵法的礦石資源。原來只能使用雜質(zhì)少且品位高的天然富礦，現(xiàn)在高品位鐵精礦粉制造的球團(tuán)礦，其脈石含量質(zhì)少且品位高的天然富礦，現(xiàn)在高品位鐵精礦粉制造的球團(tuán)礦，其脈石含量可以降低到不需

35、要在還原生產(chǎn)中脫除，使直接還原技術(shù)簡(jiǎn)化，而且產(chǎn)量提高?？梢越档偷讲恍枰谶€原生產(chǎn)中脫除，使直接還原技術(shù)簡(jiǎn)化，而且產(chǎn)量提高。 從本世紀(jì)從本世紀(jì)70年代中期以來，世界鋼產(chǎn)量一直在年代中期以來，世界鋼產(chǎn)量一直在7億噸左右，而海綿鐵的產(chǎn)量卻億噸左右，而海綿鐵的產(chǎn)量卻逐年增加工廠，逐年增加工廠，60年代年產(chǎn)幾十萬噸到年代年產(chǎn)幾十萬噸到1997年已發(fā)展到年產(chǎn)年已發(fā)展到年產(chǎn)3620萬噸。海綿萬噸。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。少量金屬化率較低的直接還原鐵的穩(wěn)定增長(zhǎng)和電爐煉鋼的增長(zhǎng)有顯著關(guān)系。少量金屬化率較低的直接還原鐵還可用于高爐，以提高產(chǎn)量和降低焦比。直接還原鐵的生產(chǎn)主要在天然氣鐵還可用于高

36、爐，以提高產(chǎn)量和降低焦比。直接還原鐵的生產(chǎn)主要在天然氣資源豐富的地區(qū)，拉丁美洲國(guó)家生產(chǎn)的海綿鐵占全世界產(chǎn)量的一半以上。資源豐富的地區(qū)，拉丁美洲國(guó)家生產(chǎn)的海綿鐵占全世界產(chǎn)量的一半以上。二、鋼鐵冶煉二、鋼鐵冶煉Northeastern University第一節(jié)第一節(jié) 金屬材料的制備金屬材料的制備冶金冶金含鐵原料含鐵原料 品位的高低是最重要的品質(zhì)，由于直接還原鐵大多用于電爐煉鋼，它的殘品位的高低是最重要的品質(zhì)，由于直接還原鐵大多用于電爐煉鋼，它的殘留脈石會(huì)使電爐煉鋼電耗升高，生產(chǎn)率降低，爐襯壽命縮短，危害較大。留脈石會(huì)使電爐煉鋼電耗升高，生產(chǎn)率降低，爐襯壽命縮短，危害較大。所以直接還原煉鐵法使用的

37、礦石要求所以直接還原煉鐵法使用的礦石要求SiO2、Al2O3等的含量等的含量3% -5%。危。危害電爐鋼品質(zhì)的有害元素，如銅、砷等則因?yàn)殡姞t鋼品種不同而有不同的害電爐鋼品質(zhì)的有害元素，如銅、砷等則因?yàn)殡姞t鋼品種不同而有不同的要求。要求。 直接還原法煉鐵法對(duì)于還原性和軟化溫度也有嚴(yán)格要求。因?yàn)檫€原性是影直接還原法煉鐵法對(duì)于還原性和軟化溫度也有嚴(yán)格要求。因?yàn)檫€原性是影響直接還原煉鐵法生產(chǎn)率的最重要因素，因此這種方法只使用還原性好的響直接還原煉鐵法生產(chǎn)率的最重要因素，因此這種方法只使用還原性好的球團(tuán)礦或塊礦。球團(tuán)礦或塊礦。幾種主要的直接還原煉鐵法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

38、煉鐵法分為兩大類：用煤氣作氣體還原劑根據(jù)使用的燃料不同，直接還原煉鐵法分為兩大類：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。和載熱體的氣基法；以固體煤作為還原劑和熱源的煤基法。二、鋼鐵冶煉二、鋼鐵冶煉Northeastern University第一節(jié)第一節(jié) 金屬材料的制備金屬材料的制備冶金冶金（1）氣基法）氣基法 氣基法中的煤氣常用天然氣、焦?fàn)t煤氣、液化石油氣、重油等轉(zhuǎn)化制造。天然氣基法中的煤氣常用天然氣、焦?fàn)t煤氣、液化石油氣、重油等轉(zhuǎn)化制造。天然氣和液化石油氣主要使用蒸汽轉(zhuǎn)化，生成氣和液化石油氣主要使用蒸汽轉(zhuǎn)化，生成CO 和和H2；重油使用氧氣部分氧化法；重油使

39、用氧氣部分氧化法將碳?xì)浠衔镛D(zhuǎn)化為將碳?xì)浠衔镛D(zhuǎn)化為CO和和H2。 目前為止，無論從產(chǎn)量還是產(chǎn)能上看，氣基法占主導(dǎo)地位，約占目前為止，無論從產(chǎn)量還是產(chǎn)能上看，氣基法占主導(dǎo)地位，約占90%左右。左右。 氣基法的典型代表是氣基法的典型代表是Midrex法。法。Midrex氣基法屬豎爐法，為美國(guó)米德萊克斯氣基法屬豎爐法，為美國(guó)米德萊克斯（Midrex）公司所發(fā)明，是目前最完善、生產(chǎn)能力最強(qiáng)、使用最普遍的直接還）公司所發(fā)明，是目前最完善、生產(chǎn)能力最強(qiáng)、使用最普遍的直接還原煉鐵法。它由供料系統(tǒng)、還原豎爐、煙氣處理、天然氣重整爐組成。這種方原煉鐵法。它由供料系統(tǒng)、還原豎爐、煙氣處理、天然氣重整爐組成。這種

40、方法生產(chǎn)的海綿鐵占直接還原煉鐵法生產(chǎn)海綿鐵總量的法生產(chǎn)的海綿鐵占直接還原煉鐵法生產(chǎn)海綿鐵總量的60%以上。圖以上。圖2-4是它的生是它的生產(chǎn)流程示意圖。產(chǎn)流程示意圖。二、鋼鐵冶煉二、鋼鐵冶煉Northeastern University第一節(jié)第一節(jié) 金屬材料的制備金屬材料的制備冶金冶金 天然氣進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐內(nèi)，在鎳基觸媒的催化下，通過天然氣裂化反應(yīng)將其轉(zhuǎn)化成天然氣進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐內(nèi)，在鎳基觸媒的催化下，通過天然氣裂化反應(yīng)將其轉(zhuǎn)化成煤氣和氫氣。煤氣和氫氣。 CH4 H2O CO 3H2 (天然氣裂化反應(yīng)天然氣裂化反應(yīng)) 球團(tuán)礦或天然塊礦從爐頂通過布料器（或多個(gè)加料管）合理地布入爐中，在還球團(tuán)礦或天然塊礦從

41、爐頂通過布料器（或多個(gè)加料管）合理地布入爐中，在還原區(qū)與原區(qū)與CO、H2進(jìn)行還原反應(yīng)。還原氣入爐時(shí)溫度為進(jìn)行還原反應(yīng)。還原氣入爐時(shí)溫度為750-900，送入距豎爐頂，送入距豎爐頂部部2/3處的還原帶。爐料在爐內(nèi)停留約處的還原帶。爐料在爐內(nèi)停留約6小時(shí)，含鐵礦石被小時(shí)，含鐵礦石被CO和和H2還原，被還原還原，被還原的海綿鐵的金屬鐵含量在的海綿鐵的金屬鐵含量在92%以上。然后海綿鐵進(jìn)入下部沒有磚襯的冷卻帶，以上。然后海綿鐵進(jìn)入下部沒有磚襯的冷卻帶，用專門的冷卻氣或爐頂氣冷卻，冷卻到用專門的冷卻氣或爐頂氣冷卻，冷卻到30時(shí)排出爐外，可保證海綿鐵在大氣時(shí)排出爐外，可保證海綿鐵在大氣中不再氧化，細(xì)碎的產(chǎn)

42、品可壓制成塊存放，供電爐熔煉使用。直接還原后的廢中不再氧化，細(xì)碎的產(chǎn)品可壓制成塊存放，供電爐熔煉使用。直接還原后的廢氣中仍含有大量的氣中仍含有大量的CO和和 H2（約占（約占70%），通過洗滌器從新返回到重整爐，然），通過洗滌器從新返回到重整爐，然后進(jìn)入豎爐循環(huán)使用。反應(yīng)方程式為；后進(jìn)入豎爐循環(huán)使用。反應(yīng)方程式為； Fe2O3 3H2 2Fe 3H2O Fe2O3 3CO 2Fe 3CO2二、鋼鐵冶煉二、鋼鐵冶煉Northeastern University第一節(jié)第一節(jié) 金屬材料的制備金屬材料的制備冶金冶金（2）煤基法）煤基法 煤基法使用的煤以煙煤為宜，這種煤能夠與煤基法使用的煤以煙煤為宜，這

43、種煤能夠與CO2反應(yīng)生成反應(yīng)生成CO（生產(chǎn)中稱這種性（生產(chǎn)中稱這種性能叫煤的反應(yīng)性），煤中灰分的熔化溫度一般要求在能叫煤的反應(yīng)性），煤中灰分的熔化溫度一般要求在1150以上，即高于直接還以上，即高于直接還原法操作溫度原法操作溫度50-100，以避免析出的灰分與爐料和爐墻發(fā)生粘連，造成生產(chǎn)操，以避免析出的灰分與爐料和爐墻發(fā)生粘連，造成生產(chǎn)操作故障。煤基法使用的煤還要求灰分含量低（作故障。煤基法使用的煤還要求灰分含量低（25%）和含硫量低）和含硫量低(0.8%)。 回轉(zhuǎn)窯法是煤基法中最重要、最有價(jià)值、應(yīng)用較廣的工藝。此法還原鐵礦石可回轉(zhuǎn)窯法是煤基法中最重要、最有價(jià)值、應(yīng)用較廣的工藝。此法還原鐵礦石

44、可按不同的作業(yè)溫度生產(chǎn)海綿鐵、粒鐵及液態(tài)鐵水，但以低溫作業(yè)的回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)按不同的作業(yè)溫度生產(chǎn)海綿鐵、粒鐵及液態(tài)鐵水，但以低溫作業(yè)的回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)海綿鐵最有意義?；剞D(zhuǎn)窯的優(yōu)點(diǎn)是能夠直接使用固體煤作為能源，能有效地除海綿鐵最有意義?；剞D(zhuǎn)窯的優(yōu)點(diǎn)是能夠直接使用固體煤作為能源，能有效地除去某些雜質(zhì)；缺點(diǎn)是生產(chǎn)率低，熱效率也低，所以應(yīng)用范圍不廣泛，僅適用于去某些雜質(zhì)；缺點(diǎn)是生產(chǎn)率低，熱效率也低，所以應(yīng)用范圍不廣泛，僅適用于天然氣等資源匱乏地區(qū)。天然氣等資源匱乏地區(qū)。 此法的重要設(shè)備是回轉(zhuǎn)窯。此法的重要設(shè)備是回轉(zhuǎn)窯。二、鋼鐵冶煉二、鋼鐵冶煉Northeastern University第一節(jié)第一節(jié) 金屬材料的制

45、備金屬材料的制備冶金冶金 窯體稍有傾斜（窯體稍有傾斜（4%的斜度），窯中裝有耐火襯，在窯頭、窯中、窯尾設(shè)有耐的斜度），窯中裝有耐火襯，在窯頭、窯中、窯尾設(shè)有耐火材料擋圈以增加爐料停留時(shí)間?；鸩牧蠐跞σ栽黾訝t料停留時(shí)間。 煤燃燒所需要的空氣通過風(fēng)管沿軸向吹入窯中，風(fēng)管安裝在沿窯長(zhǎng)方向的不同煤燃燒所需要的空氣通過風(fēng)管沿軸向吹入窯中，風(fēng)管安裝在沿窯長(zhǎng)方向的不同部位。煤不但是還原劑，同時(shí)還提供所需要的熱量。部位。煤不但是還原劑，同時(shí)還提供所需要的熱量。 沿窯長(zhǎng)方向分兩個(gè)區(qū)：預(yù)熱區(qū)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；還原煤燃燒將原料的混合物加熱至還原溫度；還原區(qū)區(qū)-煤進(jìn)一步燃

46、燒為生產(chǎn)海綿鐵提供熱量。通過控制向窯內(nèi)吹入的空氣量和噴煤進(jìn)一步燃燒為生產(chǎn)海綿鐵提供熱量。通過控制向窯內(nèi)吹入的空氣量和噴煤量，可以有效控制窯內(nèi)的反應(yīng)。煤量，可以有效控制窯內(nèi)的反應(yīng)。 直接還原法煤基回轉(zhuǎn)窯中應(yīng)用最廣泛，而且最具有代表性的一種方法就是直接還原法煤基回轉(zhuǎn)窯中應(yīng)用最廣泛，而且最具有代表性的一種方法就是SL/RN法。法。SL/RN是由美國(guó)、德國(guó)、加拿大的是由美國(guó)、德國(guó)、加拿大的4家創(chuàng)立此法的各公司名字的字家創(chuàng)立此法的各公司名字的字首縮與而成的。首縮與而成的。二、鋼鐵冶煉二、鋼鐵冶煉Northeastern University第一節(jié)第一節(jié) 金屬材料的制備金屬材料的制備冶金冶金 原料（鐵礦石

47、、煤粒、熔劑）從窯尾加入圓形回轉(zhuǎn)窯中。窯緩慢旋轉(zhuǎn)使礦和煤原料（鐵礦石、煤粒、熔劑）從窯尾加入圓形回轉(zhuǎn)窯中。窯緩慢旋轉(zhuǎn)使礦和煤在被加熱和還原的同時(shí)向出料端移動(dòng)。窯頭外設(shè)有燒嘴燃燒燃料。形成的廢氣在被加熱和還原的同時(shí)向出料端移動(dòng)。窯頭外設(shè)有燒嘴燃燒燃料。形成的廢氣則由窯尾排出。則由窯尾排出。 爐料與爐氣呈逆向運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)過程中，爐料在預(yù)熱段被加熱，使水分蒸發(fā)和爐料與爐氣呈逆向運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)過程中，爐料在預(yù)熱段被加熱，使水分蒸發(fā)和石灰石分解，達(dá)到石灰石分解，達(dá)到800后，煤中的固體碳開始還原鐵礦石中的氧化鐵，直到獲后，煤中的固體碳開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)變成得海綿鐵或鐵

48、料，而碳則轉(zhuǎn)變成CO氣體，氣體，CO在氧化區(qū)被燃燒成在氧化區(qū)被燃燒成CO2，放出熱，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?；剞D(zhuǎn)內(nèi)反應(yīng)溫度應(yīng)控制在鐵，也可熱送電爐直接煉鋼?；剞D(zhuǎn)內(nèi)反應(yīng)溫度應(yīng)控制在1100以下，經(jīng)以下，經(jīng)8-10h完完成還原反應(yīng)后出窯?；剞D(zhuǎn)窯所產(chǎn)生的廢氣從進(jìn)料端吸走，高溫廢氣可余熱利用。成還原反應(yīng)后出窯?；剞D(zhuǎn)窯所產(chǎn)生的廢氣從進(jìn)料端吸走，高溫廢氣可余熱利用。 若爐料在回轉(zhuǎn)窯中經(jīng)過預(yù)熱和還原后，再進(jìn)一步提高溫度（若爐料在回轉(zhuǎn)窯中經(jīng)過預(yù)熱和還原后，再進(jìn)一步提高

49、溫度（1250）進(jìn)入粒鐵）進(jìn)入粒鐵帶，金屬鐵與爐渣開始軟化，在半熔化狀態(tài)下金屬鐵由小顆粒堆集成卵狀粒鐵，帶，金屬鐵與爐渣開始軟化，在半熔化狀態(tài)下金屬鐵由小顆粒堆集成卵狀粒鐵，爐料出爐后經(jīng)水淬冷卻后很容易用磁選或重選把粒鐵與脈石分開，這就是爐料出爐后經(jīng)水淬冷卻后很容易用磁選或重選把粒鐵與脈石分開，這就是回轉(zhuǎn)回轉(zhuǎn)窯粒鐵法窯粒鐵法。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。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)，近年來逐漸被淘汰。逐漸被淘汰。二、鋼鐵冶煉二、鋼鐵冶煉Northeastern University第一節(jié)第一節(jié) 金屬材料的制備金屬材料的制備冶金冶金 熔融還原

50、法是指不以焦炭為燃料，以煤炭為主要能源，使用天然富礦、人造熔融還原法是指不以焦炭為燃料，以煤炭為主要能源，使用天然富礦、人造富礦（燒結(jié)礦或球團(tuán)礦）取代高爐生產(chǎn)液態(tài)生鐵的方法。富礦（燒結(jié)礦或球團(tuán)礦）取代高爐生產(chǎn)液態(tài)生鐵的方法。 熔融還原煉鐵法與直接還原煉鐵法不同，熔融還原的發(fā)展目標(biāo)是熔融還原煉鐵法與直接還原煉鐵法不同，熔融還原的發(fā)展目標(biāo)是代替高爐煉代替高爐煉鐵法鐵法，產(chǎn)品是與高爐鐵水性質(zhì)相近的液態(tài)生質(zhì)，仍是轉(zhuǎn)爐煉鋼的原料；而直，產(chǎn)品是與高爐鐵水性質(zhì)相近的液態(tài)生質(zhì)，仍是轉(zhuǎn)爐煉鋼的原料；而直接還原煉鐵法產(chǎn)品是接還原煉鐵法產(chǎn)品是海綿鐵海綿鐵，代替廢鋼供電爐煉鋼使用。，代替廢鋼供電爐煉鋼使用。 熔融還原

51、的特點(diǎn)是在煉鐵過程中，使?fàn)t渣和生鐵熔化而分離，從而可以脫除熔融還原的特點(diǎn)是在煉鐵過程中，使?fàn)t渣和生鐵熔化而分離，從而可以脫除煤灰分和礦石的脈石。這樣它對(duì)原料、燃料的要求不像直接還原煉鐵法那樣煤灰分和礦石的脈石。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。因此，熔融還原煉鐵法是具有相當(dāng)?shù)木範(fàn)幠芰蛷V闊的前景的煉鐵方嚴(yán)格。因此，熔融還原煉鐵法是具有相當(dāng)?shù)木範(fàn)幠芰蛷V闊的前景的煉鐵方法。法。2.熔融還原煉鐵法熔融還原煉鐵法二、鋼鐵冶煉二、鋼鐵冶煉Northeastern University第一節(jié)第一節(jié) 金屬材料的制備金屬材料的制備冶金冶金工藝流程工藝流程 熔融還原發(fā)展過程中出現(xiàn)過兩種方法：

52、一步法和二步法。一步法熔融還原是在一熔融還原發(fā)展過程中出現(xiàn)過兩種方法：一步法和二步法。一步法熔融還原是在一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)完成鐵礦石還原和渣鐵分離全部過程的方法。二步法熔融還原在預(yù)還個(gè)反應(yīng)器內(nèi)完成鐵礦石還原和渣鐵分離全部過程的方法。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，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。在眾多的試驗(yàn)中，一步法都沒有獲得成功，從并產(chǎn)生還原性氣體供預(yù)還原使用。在眾多的試驗(yàn)中，一步法都沒有獲得成功，從20世紀(jì)世紀(jì)70年代始，國(guó)內(nèi)外研究開發(fā)的大多數(shù)是二步法。年代始，國(guó)內(nèi)外研究

53、開發(fā)的大多數(shù)是二步法。 Corex 法是奧地利和德國(guó)于法是奧地利和德國(guó)于20世紀(jì)世紀(jì)70年代末聯(lián)合開發(fā)的，是目前惟一已形成生產(chǎn)年代末聯(lián)合開發(fā)的，是目前惟一已形成生產(chǎn)能力的熔融還原煉鐵法，而且其投資、生產(chǎn)成本、鐵水質(zhì)量等幾個(gè)方面已經(jīng)基本能力的熔融還原煉鐵法，而且其投資、生產(chǎn)成本、鐵水質(zhì)量等幾個(gè)方面已經(jīng)基本上可以與傳統(tǒng)的焦炭高爐煉鐵法相竟?fàn)?。上可以與傳統(tǒng)的焦炭高爐煉鐵法相竟?fàn)帯?Corex 法由預(yù)還原豎爐子和熔融制氣爐（也稱為終還原爐或熔融氣化爐）串聯(lián)，法由預(yù)還原豎爐子和熔融制氣爐（也稱為終還原爐或熔融氣化爐）串聯(lián)，再加上煤氣除塵和調(diào)溫系統(tǒng)組成。再加上煤氣除塵和調(diào)溫系統(tǒng)組成。二、鋼鐵冶煉二、鋼鐵冶

54、煉Northeastern University第一節(jié)第一節(jié) 金屬材料的制備金屬材料的制備冶金冶金1-熔融氣化爐；熔融氣化爐；2-預(yù)還原豎爐；預(yù)還原豎爐；3-煤倉；煤倉；4-熱旋風(fēng)除塵器；熱旋風(fēng)除塵器；5-煤氣冷卻器；煤氣冷卻器；6-爐頂煤氣冷卻器；爐頂煤氣冷卻器；7-鐵礦石；鐵礦石；8-煤及石灰；煤及石灰；9-外供煤氣；外供煤氣；10-氧；氧；11-鐵水及爐渣；鐵水及爐渣；12-原料氣；原料氣；13-冷卻氣；冷卻氣；14-還原氣；還原氣；15-爐頂煤氣。爐頂煤氣。二、鋼鐵冶煉二、鋼鐵冶煉Northeastern University第一節(jié)第一節(jié) 金屬材料的制備金屬材料的制備冶金冶金 Core

55、x法的預(yù)還原豎爐類似于法的預(yù)還原豎爐類似于Midrex直接還原煉鐵法的豎爐，采用天然富塊直接還原煉鐵法的豎爐，采用天然富塊礦或球團(tuán)礦作為含鐵料，從熔融制氣爐來的還原煤氣（礦或球團(tuán)礦作為含鐵料，從熔融制氣爐來的還原煤氣（CO+H2之和大于之和大于95%，以以CO為主）將鐵礦石預(yù)還原，由于豎爐是高效率的還原反應(yīng)器，在短時(shí)間內(nèi)為主）將鐵礦石預(yù)還原，由于豎爐是高效率的還原反應(yīng)器，在短時(shí)間內(nèi)金屬化率就可達(dá)到金屬化率就可達(dá)到90%以上。然后由下部的的螺旋給料器將金屬化的爐料連以上。然后由下部的的螺旋給料器將金屬化的爐料連續(xù)均勻地輸入熔融制氣爐。續(xù)均勻地輸入熔融制氣爐。 熔融制氣爐類似于高爐的爐腹和爐缸部位

56、，在上部連續(xù)均勻地輸入金屬氧化熔融制氣爐類似于高爐的爐腹和爐缸部位，在上部連續(xù)均勻地輸入金屬氧化物的同時(shí)，煤塊亦從上部加入，而從其下部爐缸風(fēng)口鼓入氧氣。氧氣將其燃物的同時(shí)，煤塊亦從上部加入，而從其下部爐缸風(fēng)口鼓入氧氣。氧氣將其燃燒成燒成CO并放出熱量。落下的爐料中殘余的氧化鐵在這里得到最終還原。還原并放出熱量。落下的爐料中殘余的氧化鐵在這里得到最終還原。還原的金屬鐵滲碳，爐料熔化而使渣鐵分離。形成的煤氣上升，從熔融制氣爐上的金屬鐵滲碳，爐料熔化而使渣鐵分離。形成的煤氣上升，從熔融制氣爐上部逸出。逸出煤氣經(jīng)除塵后，部分煤氣調(diào)溫到部逸出。逸出煤氣經(jīng)除塵后，部分煤氣調(diào)溫到800-850，再輸入上部的

57、預(yù)還，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。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。二、鋼鐵冶煉二、鋼鐵冶煉Northeastern University第一節(jié)第一節(jié) 金屬材料的制備金屬材料的制備冶金冶金1.3 平爐煉鋼過程平爐煉鋼過程 煉鋼的方法有很多種，其基本原理是相同的，所不煉鋼的方法有很多種，其基本原理是相同的，所不同的是在冶煉過程中需要的氧和熱能來源不同，所同的是在冶煉過程中需要的氧和熱能來源不同，所用的設(shè)備和操作方法不同。用的設(shè)備和操作方法不同。 目前各國(guó)采用的煉鋼方法有轉(zhuǎn)爐煉鋼、電爐煉鋼和目前各國(guó)采用的煉鋼方法有轉(zhuǎn)爐煉鋼、電爐煉鋼

58、和平爐煉鋼等，而主要發(fā)展趨勢(shì)為純氧頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼。平爐煉鋼等，而主要發(fā)展趨勢(shì)為純氧頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼。至至1976年，轉(zhuǎn)爐鋼已占世界鋼總產(chǎn)量的年，轉(zhuǎn)爐鋼已占世界鋼總產(chǎn)量的70。二、鋼鐵冶煉二、鋼鐵冶煉Northeastern University第一節(jié)第一節(jié) 金屬材料的制備金屬材料的制備冶金冶金煉鋼的基本過程：煉鋼的基本過程：鐵元素的氧化：鐵元素的氧化： 2FeO22（FeO） SiMnPC(FeO）（SiO2）（MnO）（P2O5）（CO）Fe鐵元素的再還原：鐵元素的再還原： 二、鋼鐵冶煉二、鋼鐵冶煉Northeastern University第一節(jié)第一節(jié) 金屬材料的制備金屬材料的制備冶金冶金 2

59、P + 5FeO + 4CaO = 5Fe + 4CaOP2O5 FeS + CaO = FeO + CaS 由于由于P、S元素的存在嚴(yán)重影響鋼的性能，所以必須脫除。元素的存在嚴(yán)重影響鋼的性能，所以必須脫除。造渣除造渣除P、S： 脫氧：脫氧：消除鋼中的氧化雜質(zhì)，提高鋼的質(zhì)量。消除鋼中的氧化雜質(zhì)，提高鋼的質(zhì)量。 合金化：合金化：按照不同鋼種對(duì)合金元素成分的要求，進(jìn)行合金化處理。按照不同鋼種對(duì)合金元素成分的要求，進(jìn)行合金化處理。 二、鋼鐵冶煉二、鋼鐵冶煉Northeastern University第一節(jié)第一節(jié) 金屬材料的制備金屬材料的制備冶金冶金煉鋼技術(shù)的發(fā)展，已有煉鋼技術(shù)的發(fā)展，已有200多年

60、的歷史?；驹砭褪窃谝睙掃^多年的歷史。基本原理就是在冶煉過程中，對(duì)生鐵進(jìn)行脫碳。同時(shí)除去其中的其他有害雜質(zhì)。程中，對(duì)生鐵進(jìn)行脫碳。同時(shí)除去其中的其他有害雜質(zhì)?，F(xiàn)代煉鋼方法中最先誕生的是空氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法或稱貝斯曼煉鋼法現(xiàn)代煉鋼方法中最先誕生的是空氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法或稱貝斯曼煉鋼法（1856年）。年）。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，所以被稱為展的熔池，所以被稱為 “平爐平爐”。這種煉鋼法也稱為。這種煉鋼法也稱為 “平爐煉鋼平爐煉鋼法法”。也就是今天的平爐，并用于煉鋼生產(chǎn)，平爐煉鋼法，擴(kuò)大了。也就是今天的平爐，并用