第三講材料的制備方法金屬材料制備冶金

金屬材料的制備方法（冶金）第3講材料的制備方法東北大學(xué)2006年11月根據(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。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色金屬。金屬的分類定義：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；青銅為銅、錫合金；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。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)，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。如鉍的熔點(diǎn)為544K，鎘的熔點(diǎn)為594K，含40％鎘和60％鉍的混合物為低共熔混合物，其熔點(diǎn)為413K。合金因此，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提取出來，接著對(duì)粗煉金屬產(chǎn)品進(jìn)行精練提純和合金化處理，然后澆注成錠，加工成形，才能得到所需成分、組織和規(guī)格的金屬材料。一、冶金工藝概述絕大多數(shù)金屬元素（除Au、Ag、Pt外）都以氧化物、碳化物等化合物的形式存在地殼之中。

金屬的冶金工藝可以分為火法冶金、濕法冶金、電冶金以及真空冶金等?；鸱ㄒ苯穑豪酶邷貜牡V石中提取金屬或其化合物的方法。

工藝過程：礦石準(zhǔn)備礦石冶煉精煉提純選礦、焙燒球化或燒結(jié)金屬化合物的還原除去雜質(zhì)提純金屬一、冶金工藝概述

工藝方法分類：火法冶金提取冶金真空冶金噴射冶金氯化冶金一、冶金工藝概述濕法冶金：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)行提取和分離的冶金過程。

工藝過程：離子浸取固液分離金屬或化合物提取溶液富集一、冶金工藝概述電冶金：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。

工藝分類：

電熱熔煉：直接用電加熱生產(chǎn)金屬的一種冶金方法。電熱熔煉包括電弧熔煉、等離子熔煉和電磁熔煉等。水溶液電解：應(yīng)用水溶液電解精煉金屬的一種冶金方法。一、冶金工藝概述熔鹽電解：直接利用高導(dǎo)電率、低熔點(diǎn)的熔鹽作為電解質(zhì)在熔池中進(jìn)行電解。一、冶金工藝概述應(yīng)用廣泛的金屬材料—鋼鐵（1）鐵和鐵合金（2）鋼鐵是怎樣煉成的

鐵礦石和煉鐵，煉鋼二、鋼鐵冶煉F-18大大黃黃蜂蜂戰(zhàn)戰(zhàn)斗斗機(jī)機(jī)我軍軍陸陸戰(zhàn)戰(zhàn)王王牌牌-99式式主主戰(zhàn)戰(zhàn)坦坦克克二、、鋼鋼鐵鐵冶冶煉煉軍事事上上離離不不開開鋼鋼鐵鐵中國(guó)國(guó)九九五五式式突突擊擊步步槍槍海軍109驅(qū)逐逐艦神六神五二、鋼鋼鐵冶冶煉我們的的生活活中也也離不不開鋼鋼鐵廣州丫丫髻沙沙大橋橋雷諾汽汽車生活用用品磁懸浮浮列車車二、鋼鋼鐵冶冶煉自從1980年年阿爾爾溫··托夫夫勒（（《第第三次次浪潮潮》的的作者者，美美國(guó)未未來學(xué)學(xué)家））到處處鼓吹吹鋼鐵鐵是夕夕陽(yáng)工工業(yè)以以來，，使人人們產(chǎn)產(chǎn)生了了一種種錯(cuò)覺覺，似似乎發(fā)發(fā)展信信息產(chǎn)產(chǎn)業(yè)必必須壓壓縮鋼鋼鐵工工業(yè)，，鋼鐵鐵生產(chǎn)產(chǎn)技術(shù)術(shù)沒有有必要要，也也不可可能繼繼續(xù)發(fā)發(fā)展。。而二十十多年年來的的事實(shí)實(shí)表明明：鋼鐵生生產(chǎn)需需求接接近飽飽和，，世界界產(chǎn)鋼鋼量沒沒有顯顯著增增長(zhǎng)，，但是是也沒沒有萎萎縮；；鋼鐵生生產(chǎn)技技術(shù)和和冶金金工程程科學(xué)學(xué)仍在在不斷斷更新新，新新技術(shù)術(shù)層出出不窮窮；鋼鐵材材料品品種繼繼續(xù)增增多，，鋼的的性能能和品品質(zhì)有有大幅幅度提提高。。為什么么非常常古老老的鋼鋼鐵有有這樣樣強(qiáng)的的生命命力呢呢？這這首先先決定定于鋼鋼鐵的的基體體特性性。二、鋼鋼鐵冶冶煉鋼鐵的的分類類鋼碳素鋼合金鋼結(jié)構(gòu)鋼工具鋼合金結(jié)構(gòu)鋼合金工具鋼特殊性能鋼合金模具鋼黑色金屬白口鑄鐵灰口鑄鐵鋼生鐵球墨鑄鐵可鍛鑄鐵鑄造生鐵煉鋼鑄鐵合金鑄鐵鐵合金二、鋼鋼鐵冶冶煉Fe在在地殼殼中的的含量量為5％左左右，，在金金屬中中僅次次于鋁鋁，除除隕石石外，，純鐵鐵在地地殼中中還未未見到到，鐵鐵容易易與其其它元元素化化合，，特別別是與與氧化化合，，因此此鐵礦石石多以以氧化化物形形式存存在。鐵礦石石中除除鐵的的氧化化物外外，還還有其其它元元素的的氧化化物(SiO2、MnO2等)，這這些統(tǒng)稱為脈脈石。煉鐵的目目的就是使鐵鐵從鐵的的氧化物物中還原原，并使使還原出出的鐵與與脈石分分離。二、鋼鐵鐵冶煉鐵礦石脈石和硫磷雜雜質(zhì)鐵化合物物Fe3O4(磁鐵礦礦石)Fe2O3(赤鐵礦礦石)FeS2(黃鐵礦礦石)FeCO3(菱鐵礦礦石)二、鋼鐵鐵冶煉磁鐵礦——Fe3O4二、鋼鐵鐵冶煉主要礦物物是磁鐵鐵礦，呈呈黑色金金屬光澤澤，磁性性強(qiáng)（復(fù)復(fù)合礦可可通過磁磁選富集集鐵分）），在自自然界中中純磁鐵鐵礦礦石石較少，，常含有有TiO2及V2O3組成復(fù)合合礦石，，即釩鈦鈦磁鐵礦礦，由于于受氧化化作用，，磁鐵礦礦易被氧氧化成赤赤鐵礦，，有的仍仍保留著著磁鐵礦礦石的結(jié)結(jié)晶形態(tài)態(tài)，但無無磁性，，被稱為為假象赤赤鐵礦或或半假象象赤鐵礦礦。赤鐵礦--Fe2O3顏色呈紅紅色或紅紅褐色，，故又稱稱為紅礦礦。主要要礦物為為赤鐵礦礦，無磁磁性，但但組織疏疏松，易易破碎，，還原性性優(yōu)于磁磁鐵礦。。赤鐵礦礦石廣泛泛分布于于自然界界中，常常形成巨巨大的礦礦床，就就世界范范圍而言言，其儲(chǔ)儲(chǔ)量最多多（占鐵鐵礦石總總儲(chǔ)量的的48.3%）），是煉煉鐵的最最主要鐵鐵礦石資資源。二、鋼鐵鐵冶煉褐鐵礦——2Fe2O3.3H2O常為含不不同分子子結(jié)晶水水的赤鐵鐵礦，褐褐鐵礦吸吸附著大大量水分分，加熱熱時(shí)失去去結(jié)晶水水和游離離水，使使礦石氣氣孔率增增加，故故還原性性好，同同時(shí)，由由于去掉掉了水分分，相應(yīng)應(yīng)提高了了礦石的的品位。。二、鋼鐵鐵冶煉菱鐵礦—FeCO3它是含鐵的的碳酸鹽。。在自然界界中，有工工業(yè)開采價(jià)價(jià)值的菱鐵鐵礦比其它它三種礦石石要少，含含鐵量不高高，但受熱熱分解放出出CO2后，不僅含含鐵量顯著著提高，而而且也變得得疏松多孔孔，易還原原。當(dāng)鐵礦石含含鐵量過低低，就需要要將它們粉粉碎(0.074－－0.044mm)，然后富富選成含鐵鐵高的精礦礦粉，一般般精礦粉的的含鐵量在在63%-68%之之間。由于于高爐煉鐵鐵需要?dú)饬髁魍〞?，所所以只能加加入塊礦，，精礦粉要要通過燒結(jié)結(jié)的辦法制制成燒結(jié)礦礦或通過球球團(tuán)的辦法法焙燒成球球團(tuán)礦。燒燒結(jié)礦和球球團(tuán)礦統(tǒng)稱稱人造富礦礦。二、鋼鐵冶冶煉黃鐵礦—FeS2二、鋼鐵冶冶煉鐵礦石晶體體暗紅色鐵鋁鋁榴石晶體體產(chǎn)地奧地地利立方體黃鐵鐵礦晶體產(chǎn)地西班牙牙祖母綠、黃黃鐵礦、方方解石共生生產(chǎn)地哥倫倫比亞二、鋼鐵冶冶煉鋼鐵是怎樣樣煉成的二、鋼鐵冶冶煉鋼鐵的冶煉煉歷史13世紀(jì)末末以前，古古代人的冶冶煉方法十十分簡(jiǎn)單，，利用自然然地形將鐵鐵礦石與木木炭一起放放入稱為地地窯爐的爐爐膛內(nèi)，加加熱冶煉，，因不能獲獲得熔化礦礦石的高溫溫，僅能制制成半熔融融狀態(tài)的鐵鐵塊，其中中混雜有相相當(dāng)多的氧氧化鐵渣，，稱為海綿綿鐵。其含碳量極極低，所以以塑性較高高，經(jīng)鍛打打成型，制制成器具，，在此時(shí)期期，冶煉工工場(chǎng)在出產(chǎn)產(chǎn)鐵礦石和和木材豐富富的山區(qū)非非常發(fā)達(dá)。。第一個(gè)發(fā)展展階段二、鋼鐵冶冶煉13世紀(jì)末末至19世世紀(jì)中葉，，隨著鐵的的需要以及及鼓風(fēng)技術(shù)術(shù)的發(fā)展，，爐子越來來越高，逐逐漸形成現(xiàn)現(xiàn)代高爐的的雛形-木木炭爐。由于爐容增增大，采用用鼓風(fēng)技術(shù)術(shù)，使單位位時(shí)間內(nèi)燃燃燒的燃料料量增加了了，爐內(nèi)溫溫度提高，，能得到熔熔融狀態(tài)的的生鐵，這這種生鐵冷冷卻后很脆脆，不能鍛鍛造成器具具。后來將生鐵鐵作原料和和礦石、木木炭一起在在爐內(nèi)再進(jìn)進(jìn)行冶煉，，得到性能能比生鐵好好的粗鋼（（也叫熟鐵鐵）。從此鋼鐵冶冶煉就開始始了一直沿沿用至今的的二步冶煉煉法：第一一步，從礦礦石中冶煉煉出生鐵，，第二步把把生鐵精煉煉成鋼。第二個(gè)發(fā)展展階段二、鋼鐵冶冶煉第三個(gè)發(fā)展展階段19世紀(jì)中中期至今，，以生鐵為為原料在高高溫下精煉煉成鋼，一一直是鋼鐵鐵生產(chǎn)的主主要方法。。在此期間，，高爐鼓風(fēng)風(fēng)由熱風(fēng)代代替冷風(fēng)，，并建產(chǎn)了了蓄熱式熱熱風(fēng)爐，鼓鼓風(fēng)動(dòng)力采采用電力。。建立了作為為生鐵精煉煉爐的轉(zhuǎn)爐爐、平爐、、電爐的煉煉鋼法。二、鋼鐵冶冶煉生鐵（主要產(chǎn)品品）：分為煉鋼生生鐵和鑄造造生鐵。爐渣（副產(chǎn)品））：含SiO2、CaO和和Al2O3的鋁硅酸鹽鹽，主要用用于生產(chǎn)水水泥。煤氣（副產(chǎn)品））：含26％左左右的CO，用作燃燃料。煉鐵產(chǎn)品及及副產(chǎn)品：：煉鋼的目的的：除去生鐵中中多余的碳碳和大量雜雜質(zhì)元素，，使其化學(xué)學(xué)成分達(dá)到到鋼的要求求。二、鋼鐵冶冶煉1黑色金金屬的生產(chǎn)產(chǎn)1.1高高爐冶煉煉生產(chǎn)過程程高爐附屬系系統(tǒng)：原料系統(tǒng);送風(fēng)系統(tǒng);燃料噴吹系系統(tǒng);除塵系統(tǒng);渣鐵處理系系統(tǒng);二、鋼鐵冶冶煉原料系統(tǒng)：：煉鐵原料主主要包括鐵鐵礦石、焦焦炭、石灰灰石（和白白云石）、、錳礦石和和一些鐵礦礦石的替代代品。送風(fēng)系統(tǒng)：：送風(fēng)系統(tǒng)為為高爐連續(xù)續(xù)穩(wěn)定地提提供足夠的的熱風(fēng)，是是高爐正常常冶煉的前前提，單位位時(shí)間內(nèi)風(fēng)風(fēng)量的高低低決定了生生產(chǎn)率。燃料噴吹系系統(tǒng)：為緩解焦煤煤資源短缺缺而采用的的噴出燃料料技術(shù)已普普及，它包包括煤粉制制備、儲(chǔ)存存、空壓機(jī)機(jī)、高壓泵泵及一系列列管道閥門門輸送設(shè)備備及噴槍等等。二、鋼鐵冶煉煉除塵系統(tǒng)：從爐頂逸出的的含塵高達(dá)40-100g/m3的高爐煤氣，，經(jīng)過一系列列除塵設(shè)備，，包括粗除塵塵(如重力除除塵)、半精精細(xì)除塵(洗洗滌塔)、精精細(xì)除塵(文文氏管、靜電電除塵器)等等，使其含塵塵量降到15mg/m3以資利用。渣鐵處理系統(tǒng)統(tǒng)：處理好從渣鐵鐵口排放的高高溫液態(tài)渣鐵鐵是保證高爐爐正常生產(chǎn)的的重要環(huán)節(jié)，，它包括爐前前出鐵場(chǎng)及設(shè)設(shè)備，渣鐵輸輸送設(shè)備、鑄鑄鐵機(jī)，鐵水水爐外處理設(shè)設(shè)備，水渣場(chǎng)場(chǎng)等。大多數(shù)高爐采采用沖成水渣渣的方式處理理爐渣，作為為是制造水泥泥的原料，或或用壓縮空氣氣吹成渣棉(可作隔音保保溫材料)，，也可用渣罐罐車送往棄渣渣場(chǎng)。二、鋼鋼鐵冶冶煉鞍鋼2000立立方米米高爐爐外景景圖二、鋼鋼鐵冶冶煉二、鋼鋼鐵冶冶煉鐵氧化化物的的生成成與分分解是是逐級(jí)級(jí)進(jìn)行行的，，當(dāng)溫溫度＞＞570℃℃時(shí)，，稱為為高溫溫轉(zhuǎn)變變：當(dāng)溫度度＜570℃時(shí)時(shí)，稱稱為低低溫轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變：：高爐內(nèi)內(nèi)主要要還原原劑是是CO、C（在在噴吹吹燃料料時(shí)煤煤氣中中H2含量明明顯增增加）），還還原基基本分分為間接還還原與直接還還原兩大類類。高爐內(nèi)內(nèi)的主主要還還原反反應(yīng)二、鋼鋼鐵冶冶煉①產(chǎn)生生還原原劑：：C+O2=CO2CO2+C=2CO（空氣氣，焦焦炭））②還原原鐵礦礦石：：Fe2O3+3CO==2Fe+3CO2（鐵礦礦石））③造渣渣（除除脈石石）：：CaCO3===CO2+CaOCaO+SiO2=CaSiO3（熔劑劑：石石灰石石）煉鐵的的主要要反應(yīng)應(yīng)過程程二、鋼鋼鐵冶冶煉現(xiàn)象：：____________________方程式式：_________________固體由由紅變變黑,石灰灰水變變渾濁濁。Fe2O3＋3CO＝2Fe＋3CO2高溫CO還還原氧氧化鐵鐵二、鋼鋼鐵冶冶煉煉鐵：：鐵礦石石（化化合態(tài)態(tài)）→→鐵單單質(zhì)（（游離離態(tài)））（1））基本本反應(yīng)應(yīng)原理理：3CO+Fe2O3=====2Fe+3CO2高溫利用氧氧化還還原反反應(yīng)，，在高高溫下下，用用還原原劑（（主要要是CO)從鐵鐵礦石石中還還原出出鐵。。（3））設(shè)備備：高高爐（2））原料料：鐵礦石石、焦焦炭、、石灰灰石、空氣氣二、鋼鋼鐵冶冶煉C+O2=CO2CO2+C=2CO3CO+Fe2O3=2Fe+3CO2二、鋼鋼鐵冶冶煉1.2非非高爐爐煉鐵鐵法1.直直接接還原原煉鐵鐵法直接還還原法法是指在在鐵礦礦石熔熔化溫溫度下下把鐵鐵礦石石還原原成海海綿鐵鐵的煉煉鐵生生產(chǎn)過過程，，產(chǎn)品品叫直直接還還原鐵鐵或海海綿鐵鐵。由于低溫還還原，得到到的直接還還原鐵未能能充分滲碳碳，因而含含碳較低(<2%)，屬于鋼鋼的成分。。礦石中的的脈石成分分既不能熔熔化造渣脫脫除，也不不能被還原原，因而直直接還原鐵鐵中幾乎保保留了鐵礦礦石中的全全部脈石雜雜質(zhì)，實(shí)際際生產(chǎn)中仍仍需要用電電爐精煉成成鋼。電爐精煉的的主要任務(wù)務(wù)是熔化脫脫除雜質(zhì)和和調(diào)整鋼的的成分，而而不是氧化化脫碳。直直接還原原法-電爐爐串聯(lián)生產(chǎn)產(chǎn)鋼，形成成了一個(gè)新新的鋼鐵冶冶金生產(chǎn)工工藝流程。。二、鋼鐵冶冶煉直接還原煉煉鐵法已有有百余年的的歷史，先先后提出各各種不同的的工藝方法法400余余種，但是是真正成為為工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)方法的只只有少數(shù)幾幾種，而且且是到20世紀(jì)60年代才有有重大突破破，這是因因?yàn)椋海?）冶金金焦的價(jià)格格大幅度上上漲，而石石油、天然然氣大量開開發(fā)使用，，特別是高高效率天然然氣轉(zhuǎn)化法法的應(yīng)用，，提供了直直接還原煉煉鐵法需要要的還原煤煤氣，解決決能源的來來源和價(jià)格格問題。（2）電爐爐煉鋼迅速速發(fā)展，超超高功率新新技術(shù)的應(yīng)應(yīng)用使電爐爐煉鋼得到到高速發(fā)展展，合格的的廢鋼供應(yīng)應(yīng)不足，大大大擴(kuò)展了了直接還原原鐵的需求求。（3）廢鋼鋼（多數(shù)是是從社會(huì)收收集的廢鋼鋼）中往往往含有某些些對(duì)鋼性能能不利的有有色金屬，，如銅、錫錫、砷、鉛鉛等，無論論用氧化熔熔煉或還原原熔煉都無無法去除它它們。而隨隨著廢鋼的的循環(huán)利用用，它們?cè)谠阡撝械暮繒?huì)越積積越多。因因而需要加加入直接還還原鐵來稀稀釋它們。。二、鋼鐵冶冶煉（4）選礦礦技術(shù)的提提高，擴(kuò)大大了直接還還原煉鐵法法的礦石資資源。原來來只能使用用雜質(zhì)少且且品位高的的天然富礦礦，現(xiàn)在高高品位鐵精精礦粉制造造的球團(tuán)礦礦，其脈石石含量可以以降低到不不需要在還還原生產(chǎn)中中脫除，使使直接還原原技術(shù)簡(jiǎn)化化，而且產(chǎn)產(chǎn)量提高。。從本世世紀(jì)70年年代中中期以以來，，世界界鋼產(chǎn)產(chǎn)量一一直在在7億億噸左左右，，而海海綿鐵鐵的產(chǎn)產(chǎn)量卻卻逐年年增加加工廠廠，60年年代年年產(chǎn)幾幾十萬萬噸到到1997年已已發(fā)展展到年年產(chǎn)3620萬萬噸。。海綿綿鐵的的穩(wěn)定定增長(zhǎng)長(zhǎng)和電電爐煉煉鋼的的增長(zhǎng)長(zhǎng)有顯顯著關(guān)關(guān)系。。少量量金屬屬化率率較低低的直直接還還原鐵鐵還可可用于于高爐爐，以以提高高產(chǎn)量量和降降低焦焦比。。直接接還原原鐵的的生產(chǎn)產(chǎn)主要要在天天然氣氣資源源豐富富的地地區(qū)，，拉丁丁美洲洲國(guó)家家生產(chǎn)產(chǎn)的海海綿鐵鐵占全全世界界產(chǎn)量量的一一半以以上。。二、鋼鋼鐵冶冶煉含鐵原原料品位的的高低低是最最重要要的品品質(zhì)，，由于于直接接還原原鐵大大多用用于電電爐煉煉鋼，，它的的殘留留脈石石會(huì)使使電爐爐煉鋼鋼電耗耗升高高，生生產(chǎn)率率降低低，爐爐襯壽壽命縮縮短，，危害害較大大。所所以直直接還還原煉煉鐵法法使用用的礦礦石要要求SiO2、Al2O3等的含含量＜＜3%-5%。危危害電電爐鋼鋼品質(zhì)質(zhì)的有有害元元素，，如銅銅、砷砷等則則因?yàn)闉殡姞t爐鋼品品種不不同而而有不不同的的要求求。直接還原法煉煉鐵法對(duì)于還還原性和軟化化溫度也有嚴(yán)嚴(yán)格要求。因因?yàn)檫€原性是是影響直接還還原煉鐵法生生產(chǎn)率的最重重要因素，因因此這種方法法只使用還原原性好的球團(tuán)團(tuán)礦或塊礦。。幾種主要的直直接還原煉鐵鐵法根據(jù)使用的燃燃料不同，直直接還原煉鐵鐵法分為兩大大類：用煤氣氣作氣體還原原劑和載熱體體的氣基法；；以固體煤作作為還原劑和和熱源的煤基基法。二、鋼鐵冶煉煉（1）氣基法法氣基法中的煤煤氣常用天然然氣、焦?fàn)t煤煤氣、液化石石油氣、重油油等轉(zhuǎn)化制造造。天然氣和和液化石油氣氣主要使用蒸蒸汽轉(zhuǎn)化，生生成CO和和H2；重油使用氧氧氣部分氧化化法將碳?xì)浠衔镛D(zhuǎn)化為為CO和H2。目前為止，無無論從產(chǎn)量還還是產(chǎn)能上看看，氣基法占占主導(dǎo)地位，，約占90%左右。氣基法的典型型代表是Midrex法法。Midrex氣基法法屬豎爐法，，為美國(guó)米德德萊克斯（Midrex）公司所發(fā)發(fā)明，是目前前最完善、生生產(chǎn)能力最強(qiáng)強(qiáng)、使用最普普遍的直接還還原煉鐵法。。它由供料系系統(tǒng)、還原豎豎爐、煙氣處處理、天然氣氣重整爐組成成。這種方法法生產(chǎn)的海綿綿鐵占直接還還原煉鐵法生生產(chǎn)海綿鐵總總量的60%以上。圖2-4是它的的生產(chǎn)流程示示意圖。二、鋼鐵冶煉煉天然氣進(jìn)入轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化爐內(nèi)，在在鎳基觸媒的的催化下，通通過天然氣裂裂化反應(yīng)將其其轉(zhuǎn)化成煤氣氣和氫氣。CH4＋H2O→→CO＋＋3H2(天然然氣裂裂化反反應(yīng))球團(tuán)礦礦或天天然塊塊礦從從爐頂頂通過過布料料器（（或多多個(gè)加加料管管）合合理地地布入入爐中中，在在還原原區(qū)與與CO、H2進(jìn)行還還原反反應(yīng)。。還原原氣入入爐時(shí)時(shí)溫度度為750-900℃，，送入入距豎豎爐頂頂部2/3處的的還原原帶。。爐料料在爐爐內(nèi)停停留約約6小小時(shí)，，含鐵鐵礦石石被CO和和H2還原，，被還還原的的海綿綿鐵的的金屬屬鐵含含量在在92%以以上。。然后后海綿綿鐵進(jìn)進(jìn)入下下部沒沒有磚磚襯的的冷卻卻帶，，用專專門的的冷卻卻氣或或爐頂頂氣冷冷卻，，冷卻卻到30℃℃時(shí)排排出爐爐外，，可保保證海海綿鐵鐵在大大氣中中不再再氧化化，細(xì)細(xì)碎的的產(chǎn)品品可壓壓制成成塊存存放，，供電電爐熔熔煉使使用。。直接接還原原后的的廢氣氣中仍仍含有有大量量的CO和和H2（約占占70%）），通通過洗洗滌器器從新新返回回到重重整爐爐，然然后進(jìn)進(jìn)入豎豎爐循循環(huán)使使用。。反應(yīng)應(yīng)方程程式為為；Fe2O3＋3H2→2Fe＋＋3H2OFe2O3＋3CO→→2Fe＋＋3CO2二、鋼鐵冶煉煉（2）煤基法法煤基法使用的的煤以煙煤為為宜，這種煤煤能夠與CO2反應(yīng)生成CO（生產(chǎn)中稱稱這種性能叫叫煤的反應(yīng)性性），煤中灰灰分的熔化溫溫度一般要求求在1150℃以上，即即高于直接還還原法操作溫溫度50-100℃，以以避免析出的的灰分與爐料料和爐墻發(fā)生生粘連，造成成生產(chǎn)操作故故障。煤基法法使用的煤還還要求灰分含含量低（<25%）和含含硫量低(<0.8%)?；剞D(zhuǎn)窯法是煤煤基法中最重重要、最有價(jià)價(jià)值、應(yīng)用較較廣的工藝。。此法還原鐵鐵礦石可按不不同的作業(yè)溫溫度生產(chǎn)海綿綿鐵、粒鐵及及液態(tài)鐵水，，但以低溫作作業(yè)的回轉(zhuǎn)窯窯生產(chǎn)海綿鐵鐵最有意義。?；剞D(zhuǎn)窯的優(yōu)優(yōu)點(diǎn)是能夠直直接使用固體體煤作為能源源，能有效地地除去某些雜雜質(zhì)；缺點(diǎn)是是生產(chǎn)率低，，熱效率也低低，所以應(yīng)用用范圍不廣泛泛，僅適用于于天然氣等資資源匱乏地區(qū)區(qū)。此法的重要設(shè)設(shè)備是回轉(zhuǎn)窯窯。二、、鋼鋼鐵鐵冶冶煉煉窯體體稍稍有有傾傾斜斜（（4%的的斜斜度度）），，窯窯中中裝裝有有耐耐火火襯襯，，在在窯窯頭頭、、窯窯中中、、窯窯尾尾設(shè)設(shè)有有耐耐火火材材料料擋擋圈圈以以增增加加爐爐料料停停留留時(shí)時(shí)間間。。煤燃燃燒燒所所需需要要的的空空氣氣通通過過風(fēng)風(fēng)管管沿沿軸軸向向吹吹入入窯窯中中，，風(fēng)風(fēng)管管安安裝裝在在沿沿窯窯長(zhǎng)長(zhǎng)方方向向的的不不同同部部位位。。煤煤不不但但是是還還原原劑劑，，同同時(shí)時(shí)還還提提供供所所需需要要的的熱熱量量。。沿窯窯長(zhǎng)長(zhǎng)方方向向分分兩兩個(gè)個(gè)區(qū)區(qū)：：預(yù)預(yù)熱熱區(qū)區(qū)-煤煤燃燃燒燒將將原原料料的的混混合合物物加加熱熱至至還還原原溫溫度度；；還還原原區(qū)區(qū)-煤煤進(jìn)進(jìn)一一步步燃燃燒燒為為生生產(chǎn)產(chǎn)海海綿綿鐵鐵提提供供熱熱量量。。通通過過控控制制向向窯窯內(nèi)內(nèi)吹吹入入的的空空氣氣量量和和噴噴煤煤量量，，可可以以有有效效控控制制窯窯內(nèi)內(nèi)的的反反應(yīng)應(yīng)。。直接接還還原原法法煤煤基基回回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)窯窯中中應(yīng)應(yīng)用用最最廣廣泛泛，，而而且且最最具具有有代代表表性性的的一一種種方方法法就就是是SL/RN法法。。SL/RN是是由由美美國(guó)國(guó)、、德德國(guó)國(guó)、、加加拿拿大大的的4家家創(chuàng)創(chuàng)立立此此法法的的各各公公司司名名字字的的字字首首縮縮與與而而成成的的。。二、鋼鐵冶煉煉原料（鐵礦石石、煤粒、熔熔劑）從窯尾尾加入圓形回回轉(zhuǎn)窯中。窯窯緩慢旋轉(zhuǎn)使使礦和煤在被被加熱和還原原的同時(shí)向出出料端移動(dòng)。。窯頭外設(shè)有有燒嘴燃燒燃燃料。形成的的廢氣則由窯窯尾排出。爐料與爐氣呈呈逆向運(yùn)動(dòng)，，在運(yùn)動(dòng)過程程中，爐料在在預(yù)熱段被加加熱，使水分分蒸發(fā)和石灰灰石分解，達(dá)達(dá)到800℃℃后，煤中的的固體碳開始始還原鐵礦石石中的氧化鐵鐵，直到獲得得海綿鐵或鐵鐵料，而碳則則轉(zhuǎn)變成CO氣體，CO在氧化區(qū)被被燃燒成CO2，放出熱量以以滿足還原反反應(yīng)的要求，，產(chǎn)品排出窯窯后進(jìn)入回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)冷卻筒冷卻卻得到海綿鐵鐵或粒鐵，也也可熱送電爐爐直接煉鋼。。回轉(zhuǎn)內(nèi)反應(yīng)應(yīng)溫度應(yīng)控制制在1100℃以下，經(jīng)經(jīng)8-10h完成還原反反應(yīng)后出窯。?；剞D(zhuǎn)窯所產(chǎn)產(chǎn)生的廢氣從從進(jìn)料端吸走走，高溫廢氣氣可余熱利用用。若爐料在回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)窯中經(jīng)過預(yù)預(yù)熱和還原后后，再進(jìn)一步步提高溫度（（1250℃℃）進(jìn)入粒鐵鐵帶，金屬鐵鐵與爐渣開始始軟化，在半半熔化狀態(tài)下下金屬鐵由小小顆粒堆集成成卵狀粒鐵，，爐料出爐后后經(jīng)水淬冷卻卻后很容易用用磁選或重選選把粒鐵與脈脈石分開，這這就是回轉(zhuǎn)窯窯粒鐵鐵法。此法法由于于作業(yè)業(yè)率低低、產(chǎn)產(chǎn)量小小、耐耐火材材料消消耗高高等重重在缺缺點(diǎn)，，近年年來逐逐漸被被淘汰汰。二、鋼鋼鐵冶冶煉熔融還還原法法是指指不以以焦炭炭為燃燃料，，以煤煤炭為為主要要能源源，使使用天天然富富礦、、人造造富礦礦（燒燒結(jié)礦礦或球球團(tuán)礦礦）取取代高高爐生生產(chǎn)液液態(tài)生生鐵的的方法法。熔融還還原煉煉鐵法法與直直接還還原煉煉鐵法法不同同，熔熔融還還原的的發(fā)展展目標(biāo)標(biāo)是代替高高爐煉煉鐵法法，產(chǎn)品品是與與高爐爐鐵水水性質(zhì)質(zhì)相近近的液液態(tài)生生質(zhì)，，仍是是轉(zhuǎn)爐爐煉鋼鋼的原原料；；而直直接還還原煉煉鐵法法產(chǎn)品品是海綿鐵鐵，代替替廢鋼鋼供電電爐煉煉鋼使使用。。熔融還還原的的特點(diǎn)點(diǎn)是在在煉鐵鐵過程程中，，使?fàn)t爐渣和和生鐵鐵熔化化而分分離，，從而而可以以脫除除煤灰灰分和和礦石石的脈脈石。。這樣樣它對(duì)對(duì)原料料、燃燃料的的要求求不像像直接接還原原煉鐵鐵法那那樣嚴(yán)嚴(yán)格。。因此此，熔熔融還還原煉煉鐵法法是具具有相相當(dāng)?shù)牡木範(fàn)帬?zhēng)能力力和廣廣闊的的前景景的煉煉鐵方方法。。2.熔熔融還還原煉煉鐵法法二、鋼鋼鐵冶冶煉工藝流流程熔融還還原發(fā)發(fā)展過過程中中出現(xiàn)現(xiàn)過兩兩種方方法：：一步步法和和二步步法。。一步步法熔熔融還還原是是在一一個(gè)反反應(yīng)器器內(nèi)完完成鐵鐵礦石石還原原和渣渣鐵分分離全全部過過程的的方法法。二二步法法熔融融還原原在預(yù)預(yù)還原原爐內(nèi)內(nèi)進(jìn)行行鐵礦礦石預(yù)預(yù)還原原，然然后進(jìn)進(jìn)入終終還原原器內(nèi)內(nèi)進(jìn)一一步還還原和和使渣渣鐵熔熔化分分離，，并產(chǎn)產(chǎn)生還還原性性氣體體供預(yù)預(yù)還原原使用用。在在眾多多的試試驗(yàn)中中，一一步法法都沒沒有獲獲得成成功，，從20世世紀(jì)70年年代始始，國(guó)國(guó)內(nèi)外外研究究開發(fā)發(fā)的大大多數(shù)數(shù)是二二步法法。Corex法法是奧奧地利利和德德國(guó)于于20世紀(jì)紀(jì)70年代代末聯(lián)聯(lián)合開開發(fā)的的，是是目前前惟一一已形形成生生產(chǎn)能能力的的熔融融還原原煉鐵鐵法，，而且且其投投資、、生產(chǎn)產(chǎn)成本本、鐵鐵水質(zhì)質(zhì)量等等幾個(gè)個(gè)方面面已經(jīng)經(jīng)基本本上可可以與與傳統(tǒng)統(tǒng)的焦焦炭高高爐煉煉鐵法法相竟竟?fàn)帯?。Corex法法由預(yù)預(yù)還原原豎爐爐子和和熔融融制氣氣爐（（也稱稱為終終還原原爐或或熔融融氣化化爐））串聯(lián)聯(lián)，再再加上上煤氣氣除塵塵和調(diào)調(diào)溫系系統(tǒng)組組成。。二、鋼鋼鐵冶冶煉1-熔熔融氣氣化爐爐；2-預(yù)預(yù)還原原豎爐爐；3-煤煤倉(cāng)；；4-熱熱旋風(fēng)風(fēng)除塵塵器；；5-煤煤氣冷冷卻器器；6-爐爐頂煤煤氣冷冷卻器器；7-鐵鐵礦石石；8-煤煤及石石灰；；9-外外供煤煤氣；；10-氧；；11-鐵水水及爐爐渣；；12-原料料氣；；13-冷卻卻氣；；14-還原原氣；；15-爐頂頂煤氣氣。二、鋼鋼鐵冶冶煉Corex法的的預(yù)還還原豎豎爐類類似于于Midrex直接接還原原煉鐵鐵法的的豎爐爐，采采用天天然富富塊礦礦或球球團(tuán)礦礦作為為含鐵鐵料，，從熔熔融制制氣爐爐來的的還原原煤氣氣（CO+H2之和大于95%，以CO為主）將鐵鐵礦石預(yù)還原原，由于豎爐爐是高效率的的還原反應(yīng)器器，在短時(shí)間間內(nèi)金屬化率率就可達(dá)到90%以上。。然后由下部部的的螺旋給給料器將金屬屬化的爐料連連續(xù)均勻地輸輸入熔融制氣氣爐。熔融制氣爐類類似于高爐的的爐腹和爐缸缸部位，在上上部連續(xù)均勻勻地輸入金屬屬氧化物的同同時(shí)，煤塊亦亦從上部加入入，而從其下下部爐缸風(fēng)口口鼓入氧氣。。氧氣將其燃燃燒成CO并并放出熱量。。落下的爐料料中殘余的氧氧化鐵在這里里得到最終還還原。還原的的金屬鐵滲碳碳，爐料熔化化而使渣鐵分分離。形成的的煤氣上升，，從熔融制氣氣爐上部逸出出。逸出煤氣氣經(jīng)除塵后，，部分煤氣調(diào)調(diào)溫到800-850℃℃，再輸入上上部的預(yù)還原原豎爐供礦石石預(yù)還原使用用，多余的部部分煤氣則外外供給其它用用戶。二、、鋼鋼鐵鐵冶冶煉煉1.3平平爐爐煉煉鋼鋼過過程程煉鋼鋼的的方方法法有有很很多多種種，，其其基基本本原原理理是是相相同同的的，，所所不不同同的的是是在在冶冶煉煉過過程程中中需需要要的的氧氧和和熱熱能能來來源源不不同同，，所所用用的的設(shè)設(shè)備備和和操操作作方方法法不不同同。。目前前各各國(guó)國(guó)采采用用的的煉煉鋼鋼方方法法有有轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐爐煉煉鋼鋼、、電電爐爐煉煉鋼鋼和和平平爐爐煉煉鋼鋼等等，，而而主主要要發(fā)發(fā)展展趨趨勢(shì)勢(shì)為為純純氧氧頂頂吹吹轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐爐煉煉鋼鋼。。至至1976年年，，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐爐鋼鋼已已占占世世界界鋼鋼總總產(chǎn)產(chǎn)量量的的70％％。。二、鋼鐵鐵冶煉煉鋼的基基本過程程：鐵元素的的氧化：：2〔Fe〕＋｛｛O2｝＝2（（FeO）〔Si〕〕〔Mn〕〕〔P〕〔C〕＋(FeO）（SiO2）（MnO）（P2O5）（CO））＋〔Fe〕鐵元素的的再還原原：二、鋼鐵鐵冶煉2P+5FeO+4CaO=5Fe+4CaO·P2O5FeS+CaO=FeO+CaS由于P、、S元素素的存在在嚴(yán)重影影響鋼的的性能，，所以必必須脫除除。造渣除P、S：：脫氧：消除鋼中的氧化雜質(zhì)，提高鋼的質(zhì)量。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。二、鋼鐵鐵冶煉煉鋼技術(shù)術(shù)的發(fā)展展，已有有200多年的的歷史。?；驹砭褪鞘窃谝睙挓掃^程中中，對(duì)生生鐵進(jìn)行行脫碳。。同時(shí)除除去其中中的其他他有害雜雜質(zhì)?，F(xiàn)代煉鋼鋼方法中中最先誕誕生的是是空氣轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐煉鋼鋼法或稱稱貝斯曼曼煉鋼法法（1856年年）。隨后，又又出現(xiàn)了了蓄熱式式爐，由由于這種種煉鋼爐爐形狀低低平又有有一個(gè)平平展的熔熔池，所所以被稱稱為““平爐””。這種種煉鋼法法也稱為為

“平平爐煉鋼鋼法”。。也就是是今天的的平爐，，并用于于煉鋼生生產(chǎn)，平平爐煉鋼鋼法，擴(kuò)擴(kuò)大了原原料的來來源，生生鐵，廢廢鋼、鐵鐵屑、熟熟鐵、鐵鐵礦石均均可。所所以在20世紀(jì)紀(jì)60年年代以前前，得到到迅速發(fā)發(fā)展。進(jìn)進(jìn)而發(fā)展展成為風(fēng)風(fēng)行世界界的主要要煉鋼方方法。二、鋼鐵鐵冶煉五十年代以以前，平爐爐鋼占世界界鋼產(chǎn)量的的85％。。近年來，，除澆鑄大大型鑄件或或供水壓機(jī)機(jī)等成材的的大鋼錠，，平爐煉鋼鋼仍在發(fā)揮揮其作用外外，由于純純氧頂吹轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐煉鋼技技術(shù)的發(fā)展展，轉(zhuǎn)爐鋼鋼的產(chǎn)量大大幅度增長(zhǎng)長(zhǎng)，世界各各國(guó)平爐鋼鋼產(chǎn)量才逐逐年下降。。平爐煉鋼法法的最大缺缺點(diǎn)是冶煉煉時(shí)間長(zhǎng)（（一般需要要6~8h），燃料料耗損大（（熱能的利利用只有20~25％），基基建投資和和生產(chǎn)費(fèi)用用高。一個(gè)個(gè)年產(chǎn)1200萬噸噸鋼的鋼廠廠，只要建建成六個(gè)250~300t的的純氧頂吹吹轉(zhuǎn)爐就夠夠了，如果果修建平爐爐卻需要500t的的大型平爐爐30~40座。雖然目前世世界上仍在在生產(chǎn)的平平爐已普遍遍采用氧氣氣煉鋼，生生產(chǎn)率有較較大的提高高，但除塵塵系統(tǒng)復(fù)雜雜，投資高高昂，因此此平爐煉鋼鋼不再發(fā)展展，甚至有有拆除改建建為頂吹或或底吹轉(zhuǎn)爐爐的趨勢(shì)。。二、鋼鐵冶冶煉堿性平爐煉煉鋼：以液態(tài)生鐵鐵或廢鋼為為原料；利利用爐氣和和礦石供氧氧；以氣體體或液體燃燃料供熱。。二、鋼鐵冶冶煉3.1.1.3轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐煉鋼過過程1.4轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐煉鋼鋼過程這種煉鋼法法使用的氧氧化劑是氧氧氣。把空空氣鼓入熔熔融的生鐵鐵里，使雜雜質(zhì)硅、錳錳等氧化。。在氧化的的過程中放放出大量的的熱量（含含1%的硅硅可使生鐵鐵的溫度升升高200攝氏度）），可使?fàn)t爐內(nèi)達(dá)到足足夠高的溫溫度。因此此轉(zhuǎn)爐煉鋼鋼不需要另另外使用燃燃料。轉(zhuǎn)爐煉鋼是是在轉(zhuǎn)爐里里進(jìn)行。轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐的外形形就像個(gè)梨梨，內(nèi)壁有有耐火磚，，爐側(cè)有許許多小孔（（風(fēng)口），，壓縮空氣氣從這些小小孔里吹爐爐內(nèi)，又叫叫做側(cè)吹轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐。開始始時(shí)，轉(zhuǎn)爐爐處于水平平，向內(nèi)注注入1300攝氏度度的液態(tài)生生鐵，并加加入一定量量的生石灰灰，然后鼓鼓入空氣并并轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)爐爐使它直立立起來。這這時(shí)液態(tài)生生鐵表面劇劇烈的反應(yīng)應(yīng)，使鐵、、硅、錳氧氧化

(FeO,SiO2,

MnO)生生成爐爐渣，利利用熔化化的鋼鐵鐵和爐渣渣的對(duì)流流作用，，使反應(yīng)應(yīng)遍及整整個(gè)爐內(nèi)內(nèi)。二、鋼鐵鐵冶煉幾分鐘后后，當(dāng)鋼鋼液中只只剩下少少量的硅硅與錳時(shí)時(shí)，碳開開始氧化化，生成成一氧化化碳（放放熱）使使鋼液劇劇烈沸騰騰。爐口口由于溢溢出的一一氧化炭炭的燃燒燒而出現(xiàn)現(xiàn)巨大的的火焰。。最后，，磷也發(fā)發(fā)生氧化化并進(jìn)一一步生成成磷酸亞亞鐵。磷磷酸亞鐵鐵再跟生生石灰反反應(yīng)生成成穩(wěn)定的的磷酸鈣鈣和硫化化鈣，一一起成為為爐渣。。當(dāng)磷與硫硫逐漸減減少，火火焰退落落，爐口口出現(xiàn)四四氧化三三鐵的褐褐色蒸汽汽時(shí)，表表明鋼已已煉成。。這時(shí)應(yīng)應(yīng)立即停停止鼓風(fēng)風(fēng)，并把把轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)到水平平位置，，把鋼水水傾至鋼鋼水包里里，再加加脫氧劑劑進(jìn)行脫脫氧。整整個(gè)過程程只需15分鐘鐘左右。。如果空空氣是從從爐低吹吹入，那那就是低低吹轉(zhuǎn)爐爐。隨著著制氧技技術(shù)的發(fā)發(fā)展，現(xiàn)現(xiàn)在已普普遍使用用氧氣頂頂吹轉(zhuǎn)爐爐（也有有側(cè)吹轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐）。。這種轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐如吹吹的是高高壓工業(yè)業(yè)純氧，，反應(yīng)更更為劇烈烈，能進(jìn)進(jìn)一步提提高生產(chǎn)產(chǎn)效率和和鋼的質(zhì)質(zhì)量。二、鋼鐵鐵冶煉目前純氧氧頂吹轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐隨著著氧槍的的多孔噴噴頭的研研制成功功，大大大提高了了單位時(shí)時(shí)間內(nèi)的的供氧量量，并由由于操作作技術(shù)上上的革新新（例如如，用電電子計(jì)算算技術(shù)來來調(diào)節(jié)、、控制冶冶煉過程程），不不論轉(zhuǎn)爐爐容量的的大小，，吹煉時(shí)時(shí)間基本本上相差差不多，，即使300t轉(zhuǎn)爐，，凈吹氧氧時(shí)時(shí)也也可縮短短到12min左右。。在一一定定限限度度內(nèi)內(nèi)，，爐爐容容量量越越大大，，經(jīng)經(jīng)濟(jì)濟(jì)效效果果越越好好，，因因此此頂頂吹吹轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐爐迅迅速速走走向向大大型型化化?！，F(xiàn)現(xiàn)在在世世界界上上最最大大的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐爐為為350t，，并并且且正正在在研研究究建建造造400～～450t轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐爐。。二、鋼鐵冶煉煉轉(zhuǎn)爐的結(jié)構(gòu)圖圖氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐爐煉鋼法二、鋼鐵冶煉煉電爐煉鋼法主主要利用電弧弧熱，在電弧弧作用區(qū)，溫溫度高達(dá)4000℃。冶冶煉過程一般般分為熔化期期、氧化期和和還原期，在在爐內(nèi)不僅能能造成氧化氣氣氛，還能造造成還原氣氛氛，因此脫磷磷、脫硫的效效率很高。以廢鋼為原料料的電爐煉鋼鋼，比之高爐爐轉(zhuǎn)爐法基建建投資少，同同時(shí)由于直接接還原的發(fā)展展，為電爐提提供金屬化球球團(tuán)代替大部部分廢鋼，因因此就大大地地推動(dòng)了電爐爐煉鋼。世界界上現(xiàn)有較大大型的電爐約約1400座座，目前電爐爐正在向大型型、超高功率率以及電子計(jì)計(jì)算機(jī)自動(dòng)控控制等方面發(fā)發(fā)展，最大電電爐容量為400t。國(guó)外150t以上的電爐爐幾乎都用于于冶煉普通鋼鋼，許多國(guó)家家電爐鋼產(chǎn)量量的60～80％均為低低碳鋼。我國(guó)國(guó)由于電力和和廢鋼不足，，目前主要用用于冶煉優(yōu)質(zhì)質(zhì)鋼和合金鋼鋼。1.5電爐爐煉鋼二、鋼鐵冶煉煉電弧爐煉鋼：：利用石墨電極極和金屬爐料料之間形成的的電弧高溫加加熱和熔化金金屬，金屬熔熔化后加入鐵鐵礦石、熔劑劑等，并吹氧氧，以加速鋼鋼中的碳、硅硅、錳、磷等等元素的氧化化。當(dāng)碳、磷磷含量合格時(shí)時(shí)，扒去氧化化性爐渣．再再加入石灰、、螢石、電石石、硅鐵等造造渣劑和還原原劑，形成高高堿度還原渣渣，脫去鋼中中的氧和硫。。二、鋼鐵冶煉煉（1）電爐煉煉鋼的分類及及功用電爐煉鋼是用用電作為熱源源進(jìn)行鋼鐵冶冶煉的方法，，它有兩種形形式：一是電電弧爐，一是是感應(yīng)爐。感應(yīng)爐只發(fā)生生熔化而不發(fā)發(fā)生冶煉作用用，因此可按按照需要的成成分預(yù)先配好好人爐原料。。感應(yīng)加熱時(shí)時(shí)產(chǎn)生的渦流流，對(duì)熔體有有攪動(dòng)作用，，使鋼的成分分均勻一致。。電爐可以冶冶煉各種性能能的合金鋼。。利用電極電弧弧產(chǎn)生的高溫溫熔煉礦石和和金屬的電爐爐。氣體放電電形成電弧時(shí)時(shí)能量很集中中，弧區(qū)溫度度在3000℃以上。對(duì)對(duì)于熔煉金屬屬，電弧爐比比其他煉鋼爐爐工藝靈活性性大，能有效效地除去硫、、磷等雜質(zhì)，，爐溫容易控控制，設(shè)備占占地面積小，，適于優(yōu)質(zhì)合合金鋼的熔煉煉。電弧爐按按電弧形式可可分為三相電電弧爐、自耗耗電弧爐、單單相電弧爐和和電阻電弧爐爐等類型。二、鋼鐵冶煉煉電弧煉鋼爐的的爐體由爐蓋蓋、爐門、出出鋼槽和爐身身組成，爐底底和爐壁用堿堿性耐火材料料或酸性耐火火材料砌筑。。電弧煉鋼爐按按每噸爐容量量所配變壓器器容量的多少少分為普通功功率電弧爐、、高功率電弧弧爐和超高功功率電弧爐。。電弧爐煉鋼是是通過石墨電電極向電弧煉煉鋼爐內(nèi)輸入入電能，以電電極端部和爐爐料之間發(fā)生生的電弧為熱熱源進(jìn)行煉鋼鋼。電弧爐以電能能為熱源，可可調(diào)整爐內(nèi)氣氣氛，對(duì)熔煉煉含有易氧化化元素較多的的鋼種極為有有利

。電弧爐煉鋼發(fā)發(fā)明后不久，，就用于冶煉煉合金鋼，并并得到較大的的發(fā)展。二、鋼鐵冶煉煉（2）電爐煉煉鋼的工藝流流程造渣：調(diào)整鋼鋼、鐵生產(chǎn)中中熔渣成分、、堿度和粘度度及其反應(yīng)能能力的操作。。目的是通過過渣——金屬屬反應(yīng)煉出具具有所要求成成分和溫度的的金屬。例如如氧氣頂吹轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐造渣和吹吹氧操作是為為了生成有足足夠流動(dòng)性和和堿度的熔渣渣，以便把硫硫、磷降到計(jì)計(jì)劃鋼種的上上限以下，并并使吹氧時(shí)噴噴濺和溢渣的的量減至最小小。出渣：電弧爐爐煉鋼時(shí)根據(jù)據(jù)不同冶煉條條件和目的在在冶煉過程中中所采取的放放渣或扒渣操操作。如用單單渣法冶煉時(shí)時(shí)，氧化末期期須扒氧化渣渣；用雙渣法法造還原渣時(shí)時(shí)，原來的氧氧化渣必須徹徹底放出，以以防回磷等。。二、鋼鐵冶煉煉煉鋼：生生鐵→鋼鋼(1)需要做做到：①降：降低含含碳量②除：除去硫硫、磷等雜質(zhì)質(zhì)③調(diào)：調(diào)節(jié)合合金元素的含含量（2)基本本反應(yīng)原理：：利用氧化還原原反應(yīng)，在高高溫下，用氧氧化劑（用純純氧氣）把生生鐵中過多的的碳和其它雜雜質(zhì)氧化除去去。（4）煉鋼設(shè)設(shè)備：轉(zhuǎn)爐爐，電爐，平平爐（3）煉鋼的的原料：生鐵鐵，氧氣，生生石灰，硅鐵和錳鐵二、鋼鐵冶煉煉生鐵和鋼的比比較鐵的合金

生鐵

鋼

含碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

雜質(zhì)

機(jī)械加工

機(jī)械性能

2%~4.3%0.03%~2%硅錳(較多)硫磷(較多)硅錳(適量)硫磷(較少)可鑄不可鍛可鑄,可鍛,可壓延硬而脆硬而韌,有彈性二、鋼鐵冶煉煉煉鐵和煉鋼的的比較

煉鐵

煉鋼

目的

原理

原料

設(shè)備

把鐵從鐵礦石中還原出來降低含碳量;除硫磷等雜質(zhì);調(diào)節(jié)合金元素的含量氧化-還原反應(yīng)還原劑還原出鐵氧化-還原反應(yīng)氧化劑氧化雜質(zhì)除去鐵礦石、石灰石、焦碳、空氣生鐵（廢鋼）、純氧、氧化鈣煉鐵高爐轉(zhuǎn)爐、平爐、電爐二、鋼鐵冶煉煉（1）爐外精精煉的含義（2）爐外精精煉的方法（3）爐外精精煉要完成的的任務(wù)（4）精煉手手段1.6電爐爐煉鋼及爐外外精煉二、鋼鐵冶煉煉將煉鋼爐（轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐、電爐等等）中初煉過過的鋼液移到到另一個(gè)容器器中進(jìn)行精煉煉的煉鋼過程程，也叫二次冶金。煉鋼過程因因此分為初煉煉和精煉兩步步進(jìn)行。初煉：爐料在氧化化性氣氛的爐爐內(nèi)進(jìn)行熔化化、脫磷、脫脫碳和主合金金化。精煉：將初煉的鋼鋼液在真空、、惰性氣體或或還原性氣氛氛的容器中進(jìn)進(jìn)行脫氣、脫脫氧、脫硫，，去除夾雜物物和進(jìn)行成分分微調(diào)等。將煉鋼分兩步步進(jìn)行的好處處是：可提高高鋼的質(zhì)量，，縮短冶煉時(shí)時(shí)間，簡(jiǎn)化工工藝過程并降降低生產(chǎn)成本本。爐外精煉的種種類很多，大大致可分為常常壓下爐外精精煉和真空下下爐外精煉兩兩類。按處理理方式的不同同，又可分為為鋼包處理型型爐外精煉及及鋼包精煉型型爐外精煉等等。二、鋼鐵冶煉煉爐外精煉的含含義（1）單元操操作內(nèi)容少，，功效單一，，處理時(shí)間短短，適用于生生產(chǎn)節(jié)奏快的的情況。真空處理：真真空室處理（（VD）、真真空澆注、循循環(huán)脫氣（RH）、提升升脫氣（DH）等；噴粉處理：SL、TN、、KIP、RH-IJ等等；吹氬：吹氬攪攪拌、罩下吹吹氬（CAS）、CAS-OB、IR-UT等等。（2）有較多多的單元操作作，功效較全全面，處理時(shí)時(shí)間長(zhǎng)，成本本較高。不銹鋼脫碳：：AOD、VOD、RH-OB等；；加熱精煉；VAD、ASEA-SKF、LF等等。爐外精煉的方方法二、鋼鐵冶煉煉（1）降低鋼鋼中氧、硫、、氫、氮和非非金屬夾雜物物含量，改變變夾雜物形態(tài)態(tài)，以提高鋼鋼的純凈度，，改善鋼的機(jī)機(jī)械性能。（2）深脫碳碳，滿足低碳碳或超低碳鋼鋼的要求。在在特定條件下下，把碳脫到到極低的水平平。（3）微調(diào)合合金成分，把把合金成分控控制在很窄的的范圍內(nèi)，并并使其分布均均勻，盡量降降低合金的消消耗，以提高高合金收得率率。（4）調(diào)整鋼鋼水溫度到澆澆注所要求的的范圍內(nèi)，最最大限度地減減小包內(nèi)鋼水水的溫度梯度度。爐外精煉要完完成的任務(wù)二、鋼鐵冶煉煉渣洗、真空、、攪拌、噴吹吹和加熱(調(diào)調(diào)溫)、過過濾等爐外精煉的手手段二、鋼鐵冶煉煉（1）渣洗獲得潔凈鋼并并能適當(dāng)進(jìn)行行脫氧、脫硫硫的最簡(jiǎn)便的的精煉手段。。將事先配好(在專門煉渣渣爐中熔煉)的合成渣倒倒入鋼包內(nèi)，，借出鋼時(shí)鋼鋼流的沖擊作作用，使鋼液液與合成渣充充分混合，從從而完成脫氧氧、脫硫和去去除夾雜等精精煉任務(wù)。在電弧爐冶煉煉中，還有在在出鋼前控制制調(diào)整還原渣渣的成分、流流動(dòng)性和溫度度，出鋼時(shí)鋼鋼渣混出，借借此使鋼液與與還原渣充分分混合，以進(jìn)進(jìn)—步利用還還原渣的精煉煉作用脫氧脫脫硫，稱同爐爐渣洗，這種種工藝也是利利用了渣洗原原理。二、鋼鐵冶煉煉（2）真空將鋼水置于真真空室內(nèi)，由由于真空作用用使反應(yīng)向生生成氣相方向向移動(dòng)，達(dá)到到脫氣、脫氧氧、脫碳等目目的。真空是是爐外精煉中中廣泛應(yīng)用的的一種手段。。（3）攪拌通過攪拌擴(kuò)大大反應(yīng)界面，，加速反應(yīng)物物質(zhì)的傳遞過過程，提高反反應(yīng)速度。攪攪拌方法：吹吹氣攪拌和電電磁攪拌。（4）加熱調(diào)節(jié)鋼水溫度度的一項(xiàng)重要要手段，使煉煉鋼與連鑄更更好地銜接。。加熱方法：：電弧加熱法法和化學(xué)加熱熱法。二、鋼鐵冶煉煉（5）噴吹用氣體作載體體將反應(yīng)劑加加入金屬液內(nèi)內(nèi)的一種手段段。噴吹的冶冶金功能取決決于精煉劑的的種類，它能能完成脫碳、、脫硫、脫氧氧、合金化和和控制夾雜物物形態(tài)等精煉煉任務(wù)。（6）過濾利用陶瓷過濾濾器將中間包包內(nèi)鋼液中的的氧化物夾雜雜等過濾掉。。真空應(yīng)用最最廣而且效果果明顯。吹氬氬時(shí)的氬氣泡泡也可看作小小的真空因?yàn)闉槠渲蠧O、、H2、N2的分壓均很小小。二、鋼鐵冶煉煉鋼液的真空處處理（1）真空空冶金的一般般規(guī)律——壓壓力對(duì)化學(xué)平平衡的影響（2）金屬屬的真空脫氧氧（3）鋼液液的真空脫氣氣二、鋼鐵冶煉煉（1）真空冶冶金的一般規(guī)規(guī)律—壓力力對(duì)化學(xué)平衡衡的影響根據(jù)麥克斯韋韋關(guān)系式，吉吉布斯自由能能隨壓力的變變化，決定于于該物質(zhì)在該該溫度下的摩摩爾體積。氣體物質(zhì)的摩摩爾體積大，，壓力的變化化明顯地影響響氣態(tài)物質(zhì)的的吉布斯自由由能。n摩爾爾氣體在溫度度不變而氣體體壓力變動(dòng)的的情況下，吉吉布斯自由能能的變化關(guān)系系可用下式表表達(dá)。式中n為氣體體摩爾數(shù)；R為氣體常數(shù)數(shù)；T為絕對(duì)對(duì)溫度；P1和P2分別別為反應(yīng)的始始態(tài)與終態(tài)時(shí)時(shí)的氣體壓力力。二、鋼鐵冶煉煉1）當(dāng)反應(yīng)生生成物為氣體體時(shí)，降低系系統(tǒng)的壓力，，反應(yīng)仍具有有自發(fā)進(jìn)行的的趨勢(shì)，也就就是提高真空空度可使已達(dá)達(dá)到平衡的反反應(yīng)向產(chǎn)生氣氣體的方向繼繼續(xù)進(jìn)行。2）在常壓壓下適用的物物理化學(xué)基本本規(guī)律在高真真空條件下（（如1Pa））仍然是適用用的。3）壓力的變變化使冶金物物理化學(xué)理論論分析增加了了一個(gè)變量。。在常壓下往往往將相律公式式簡(jiǎn)化為F=C-P+1，但當(dāng)壓力力變化時(shí)，相相律公式仍應(yīng)應(yīng)恢復(fù)為F=C-P+2二、鋼鐵冶煉煉（2）金屬的的真空脫氧真空條件下碳碳的脫氧能力力在常壓下進(jìn)行行冶煉時(shí)，碳碳的脫氧能力力較低，必須須使用強(qiáng)脫氧氧劑進(jìn)行終脫脫氧。碳的脫脫氧產(chǎn)物是CO氣體，在在降低壓力后后，平衡向產(chǎn)產(chǎn)生CO氣體體方向移動(dòng)，，使碳的脫氧氧能力提高。。①真空條件下下，碳的脫氧氧能力可以達(dá)達(dá)到和硅、鋁鋁相近的水平平，當(dāng)鋼液中中[C]、[O]含量不不高時(shí)，可用用濃度代替活活度。因?yàn)镵和m在一定定溫度下是常常數(shù)，所以真真空可以使碳碳的脫氧能力力提高。②在實(shí)際情況況下，碳的脫脫氧能力并不不能達(dá)到熱力力學(xué)計(jì)算的那那樣強(qiáng)的水平平，提高真空空度不能使碳碳的脫氧能力力無限提高。。③在生產(chǎn)實(shí)踐踐中不管采用用哪一種真空空熔煉或處理理裝置，鋼液液在真空下由由碳脫氧后，，其殘存的氧氧含量總是大大于按熱力學(xué)學(xué)計(jì)算的值。。二、、鋼鋼鐵鐵冶冶煉煉電渣渣冶冶金金國(guó)外外電電渣渣冶冶金金發(fā)發(fā)展展概概況況一九九四四○○年年雖雖然然霍霍普普金金斯斯已已取取得得了了發(fā)發(fā)明明專專利利，，但但是是由由于于當(dāng)當(dāng)時(shí)時(shí)技技術(shù)術(shù)上上的的封封閉閉和和不不成成熟熟，，以以及及理理論論上上存存在在著著電電渣渣冶冶金金是是埋埋弧弧過過程程的的錯(cuò)錯(cuò)誤誤的的主主導(dǎo)導(dǎo)思思想想，，致致使使電電渣渣冶冶金金的的發(fā)發(fā)展展長(zhǎng)長(zhǎng)期期處處于于停停滯滯狀狀態(tài)態(tài)。?，F(xiàn)現(xiàn)代代電電渣渣冶冶金金技技術(shù)術(shù)是是由由前前蘇蘇聯(lián)聯(lián)發(fā)發(fā)展展起起來來的的。。烏烏克克蘭蘭巴巴頓頓電電焊焊研研究究院院在在埋埋弧弧焊焊接接過過程程中中偶偶然然發(fā)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)，，過過多多的的渣渣液液會(huì)會(huì)使使電電弧弧熄熄滅滅，，并并使使操操作作變變得得平平穩(wěn)穩(wěn)，，于于是是發(fā)發(fā)明明了了電電渣渣焊焊。。并并在在電電渣渣焊焊的的基基礎(chǔ)礎(chǔ)上上開開發(fā)發(fā)出出電電渣渣冶冶金金技技術(shù)術(shù)。。一一九九五五八八年年，，烏烏克克蘭蘭德德聶聶泊泊爾爾特特鋼鋼廠廠建建成成了了世世界界第第一一臺(tái)臺(tái)0.5t工工業(yè)業(yè)電電渣渣爐爐，，使使電電渣渣冶冶金金進(jìn)進(jìn)入入了了工工業(yè)業(yè)化化生生產(chǎn)產(chǎn)進(jìn)進(jìn)程程。。二、鋼鋼鐵冶冶煉電渣冶冶金是是金屬屬及其其合金金的一一種特特殊冶冶煉方方法。。雖然然電渣渣冶金金可劃劃分出出多種種金屬屬方法法和應(yīng)應(yīng)用于于不同同的領(lǐng)領(lǐng)域，，但其其基本本和核核心的的技術(shù)術(shù)是電電渣重重熔（（ElectroslagRemelting，，簡(jiǎn)稱稱ESR））。電渣重重熔的的基本本原理理：在在銅制制水冷冷結(jié)晶晶器中中加入入固態(tài)態(tài)或液液態(tài)爐爐渣，，將自自耗電電極的的端部部插入入其中中。當(dāng)當(dāng)自耗耗電極極、爐爐渣和和底水水箱通通過短短網(wǎng)與與變壓壓器形形成供供電回回路時(shí)時(shí)，便便有電電流從從變壓壓器輸輸出通通過液液態(tài)熔熔渣。。由于于在上上述供供電回回路中中熔渣渣的電電阻相相對(duì)較較大，，占據(jù)據(jù)了變變壓器器二次次電壓壓的大大部分分壓降降，從從而在在渣池池中產(chǎn)產(chǎn)生了了大量量的焦焦耳熱熱，使使其處處于高高溫熔熔融狀狀態(tài)。。由于于渣池池的溫溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于于金屬屬的熔熔點(diǎn)，，從而而使自自耗電電極的的端部部逐漸漸加熱熱熔化化，熔熔化的的金屬屬匯聚聚成液液滴，，在重重力的的作用用下金金屬熔熔滴從從電極極端頭頭脫落落，穿穿過渣渣池進(jìn)進(jìn)入金金屬熔熔池，，由于于水冷冷結(jié)晶晶器的的強(qiáng)制制冷卻卻，液液態(tài)金金屬逐逐漸凝凝固成成鋼錠錠。二、鋼鐵鐵冶煉電渣重熔熔有一些些特點(diǎn)：：金屬的熔熔化、澆澆注和凝凝固均在在一個(gè)較較純凈的的環(huán)境中中實(shí)現(xiàn)；；具有良好好的冶金金反應(yīng)的的熱力學(xué)學(xué)和動(dòng)力力學(xué)條件件；自下而上上的順序序凝固條條件保證證了重熔熔金屬錠錠結(jié)晶組組織均勻勻致密；；在水冷結(jié)結(jié)晶器與與鋼錠之之間形成成的薄而而均勻的的渣殼保保證了重重熔鋼錠錠的表面面光潔，，金屬在在這層渣渣皮的包包裹中凝凝固，電電渣錠會(huì)會(huì)十分光光潔。另另外，渣渣皮的存存在能減減少?gòu)较蛳騻鳠?，，有利于于形成軸軸向結(jié)晶晶條件。。STRUCTUREANDSHAPEOFMETALPOOLTYPICALFORVAR,STANDARDESRANDESRTC(simulation)VAR,ASRESRESRTC,LM二、鋼鐵鐵冶煉ESR-1952AcademicianB.I.Medovar1916-2000進(jìn)入六十十年代，，出于航航空航天天及軍備備競(jìng)賽的的需要，，蘇聯(lián)對(duì)對(duì)電渣冶冶金開展展了大量量的研究究工作，，并曾一一度把發(fā)發(fā)展電渣渣冶金作作為蘇聯(lián)聯(lián)的第二二黨綱，，極大地地推動(dòng)了了電渣冶冶金的發(fā)發(fā)展。而而美國(guó)和和西歐的的一些國(guó)國(guó)家，在在真空電電弧重熔熔與電渣渣金熔經(jīng)經(jīng)歷了七七年激烈烈競(jìng)爭(zhēng)后后確認(rèn)，，電渣重重熔不僅僅設(shè)備簡(jiǎn)簡(jiǎn)單，易易于操作作，成本本較低，，在質(zhì)量量方面，，除去氣氣不及真真空電弧弧重熔外外，結(jié)晶晶組織、、鋼錠表表面、脫脫硫及去去除夾雜雜物的能能力均優(yōu)優(yōu)于真空空電弧重重熔。多年來，國(guó)國(guó)外電渣冶冶金已不滿滿足于一般般電渣錠的的生產(chǎn)，在在工業(yè)技術(shù)術(shù)成熟的基基礎(chǔ)上向著著更深更廣廣的領(lǐng)域發(fā)發(fā)展，形成成了一個(gè)跨跨專業(yè)、跨跨行業(yè)的新新學(xué)科。已已開發(fā)出的的工藝技術(shù)術(shù)有：電渣渣熔鑄、電電渣澆注、、電渣轉(zhuǎn)注注、電渣熱熱封頂、電電渣離心澆澆注、電渣渣復(fù)合熔鑄鑄及快速電電渣重熔等等。尤其值得重重視的是電電渣熔鑄異異形件的發(fā)發(fā)展，小到到幾十克重重的不銹鋼鋼假牙齒，，大到幾十十噸重的發(fā)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子子，直至重重量超過百百噸的水泥泥回轉(zhuǎn)窯爐爐圈等，均均可不經(jīng)鍛鍛造在異形形水冷結(jié)晶晶器中直接接熔鑄成型型?，F(xiàn)在電電渣熔鑄的的主要產(chǎn)品品有大型發(fā)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子子、水輪機(jī)機(jī)葉片、船船舶柴油機(jī)機(jī)大型曲軸軸、各種高高壓容器、、大型環(huán)件件、各類軋軋輥、模具具、透平渦渦輪盤、厚厚壁中空管管、石油裂裂化管、齒齒輪毛坯、、三通管、、核電站壓壓水堆主回回路管道等等。種類規(guī)規(guī)格之多，，形狀之復(fù)復(fù)雜不勝枚枚舉。二、鋼鐵冶冶煉烏克蘭巴頓頓電焊研究究所電渣工工藝中的物物理冶金研研究室，由由列夫.密密多瓦爾博博士領(lǐng)導(dǎo)，，主要的科科研方向是是：-應(yīng)用用液態(tài)態(tài)添加加