现代钢铁冶金课件(工程硕士)

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1、现代钢铁冶金学 江苏大学 2008,目录 一、现代钢铁工业的现状及发展 二、现代钢铁冶金工程 三、现代钢铁冶金工业主要生产流程 的演进和竞争 四、现代钢铁材料研究现状及发展 趋势 五、现代冶金新工艺新方法,一、现代钢铁工业的现状 及发展,1.1 钢铁工业现状综述 人类历史上从铁器时代开始，钢铁就是制作兵器和生产、生活工具的主要材料。这是由于地壳中铁的资源丰富，约占地壳总资源的5%；铁矿石中铁主要以氧化物和碳酸化合物形式存在，因铁与氧亲和力不很强，较容易被还原制取，生产成本较低；铁碳合金有较优良的性能。 （1）世界钢铁工业发展概述 20世纪产业革命以后，钢铁工业得到了蓬勃发展，其发展的主要标志是

2、钢材的社会消费量得到了空前迅速的增长。1900年全球粗钢产量约为3000万吨/年，到2006年全球粗钢产量约为12亿吨/年，是1900年产量的40倍，如图所示。,图1 十九世纪中叶以来冶金理论、技术及钢产量的发展,50年代以前，对钢铁工业发展影响较大的是两次世界大战，每次战争的硝烟一起，世界钢产量就呈下降的趋势，特别是在第一次世界大战后，爆发了世界性的资本主义经济危机，钢产量大幅下降。二战结束后，世界钢产量迅速增长。50年代以后，随着氧气转炉与连铸技术的开发与逐步推广应用，世界钢铁工业发生了翻天覆地的变化，这一时期的增长速度相当惊人。70年代后期发生了第一次石油危机，石油价格上涨，随后又爆发了

3、第二次石油危机。两次石油危机都造成世界钢铁产量下降，19871996年出现了十年徘徊，世界粗钢产量在7.5亿吨左右波动，产生这一现实的背景是：,1）工业发达国家钢铁产量已达到社会所需的饱和值，日本人均钢材消费量已达680kg/a， 美国已达660kg/a。 2）两次石油危机造成能源短缺，钢铁工业必须降低能耗才能盈利，这促使钢铁工业流程、工艺进一步革新，传统流程钢铁企业处于萎缩状态。 3）90年代世界格局发生变化，冷战时期军备竞争告一段落，出现”和平与发展”的新阶段，高新技术发展要求钢铁工业从产量型向质量型转化。 4）有色金属及合金、陶瓷材料、塑料、复合材料的发展与钢铁产品展开激烈的竞争。,20

4、世纪70年代以前，以美国、日本为代表的西方发达国家钢铁产量和消费量持续增长。而20世纪90年代中期以来，由于中国等发展中国家的迅速崛起，导致世界钢铁生产的重心发生转移，而且以中国为代表的新兴国家一直引领世界钢铁生产的潮流。我国1996年钢产量超过1亿吨，而且发展迅猛，2007年钢产量达到4.8亿吨。去年全球粗钢产量达到13多亿吨。 与此同时，进入20世纪90年代，由于高新技术进入钢铁工业，出现了一系列令人瞩目的新动向。当今世界各国都在运用材料科学设计工艺和测试技术方面的最新成果，使传统材料不断改进性能，新型金属材料不断涌现，尤其在高性能结构材料和优异功能的钢铁材料方面取得重大进展。,经过长期不

5、懈的努力，钢铁材料科学和工艺技术已取得了巨大的进步，用于生产高洁净度和高均匀度钢材的冶炼技术不断进步；通过微合金化、控轧控冷、超细晶粒组织控制等可以进一步提高钢铁材料性能；与此同时，已开始采用微观理论与计算机模拟技术相结合的方法指导钢铁材料的设计和开发。归纳当前钢铁材料精采纷呈的理论和技术的发展，人们不难得出一个结论：基于当前的理论和技术发展，钢铁材料本身在21世纪还会发生重要的变革，最终将会导致钢铁材料的性能显著提高，并将对整个社会发展起巨大的推动作用。,目前，国际上新一代钢铁材料的研究非常活跃，日本、韩国和欧洲多国均投巨资开展研究，并已取得了重大进展。我国新一代钢铁材料的研究起步虽然稍晚，

6、但势头很好，前景可期。新一代钢铁材料的特征是超细晶、高洁净、高均匀性。日本钢铁界及日本国家金属研究院首先于1997年出台了超级钢研究工程（STX-21）项目，日本通产省也宣布了为期5年的的”超级金属”计划，从事铁基材料显微组织控制技术的研究，围绕着把晶粒尺寸控制在微米级的技术开展工作。该项目的最终目标是确立一种具有均匀的多相组织，晶粒直径在1m以下，板厚在1mm以上的超细晶粒组织钢的生产技术。,随后国际上又有类似的3项新研究项目启动，1998年3月，在国际钢铁协会（IISI）主持下，由欧洲和北美多家钢厂和汽车厂联合的”超轻钢车身”项目出笼（ULSAB）；韩国也启动”21世纪高性能结构钢发展”1

7、0年项目；1998年10月我国在”九七三”项目中批准了新一代钢铁材料的重大基础研究项目。由超级钢思路发展形成”超细晶粒钢”得到美国等发达国家响应，2001年欧共体以CRM（比利时Liege的冶金研究中心），CSM（罗马的材料发展中心），BFI（德国钢铁制造者协会的研发机构）及MEFOS（瑞典研发机构）为主的同一目的的项目也已启动。由此全球性的先进钢铁结构材料研发工作蓬勃开展。,总结近年来钢铁产业的发展状况可知，发达国家和发展中国家采取的是不同的思路。发达国家的研究重点是突破传统材料的性能，西方发达国家这些年来钢铁产量变化不大，甚至有所减少，但在新型超级钢种的研究和有关制备技术开发方面不断投入大

8、量的人力物力，新成果不断涌现，因此钢铁工业仍然是一个充满活力的产业。新材料是高新技术的基础，而优质合金钢和超级合金在新材料中占据相当比重。1990年欧共体先进材料计划84个重点项目中，优质合金钢和铁基超级合金经费占45%。以切削刀具为例，高速钢刀具在刀具总销售额中占67%，硬质合金刀具占28.5%，各类陶瓷刀具仅占0.5%。可以说钢铁材料在未来的竞争中仍具有很强的竞争力。日本、韩国、中国也相继制定了超级钢新材料的研究开发规划。与此同时，以薄板坯连铸、薄带连铸技术为代表的新工艺新技术的出现并取得了良好的业绩，再次推动了钢铁工业的大发展。,（2）中国钢铁工业发展概述 1）我国钢铁业所处的市场环境使

9、我国钢铁工业经济运行的总体形势不太乐观 未来我国钢铁行业的环境将取决于以下三大因素： 一是国家继续实行积极的财政政策； 二是国际经济增长； 三是世界生产基地向中国大陆转移和跨国公司在中国采购。 该三大因素有利有弊，会使我国钢铁工业经济运行的总体形势不太乐观。,尽管许多跨国公司把中国纳入其全球生产和采购链，将本土或其它地方的生产部门转移到中国来的同时，还加大在中国的采购力度，从而增加中国的钢材消费；但是，国内钢铁企业的规模仍在不断扩大，总产能急剧放大，并将在今后几年达到极点，产能增幅水平已经超过了钢材的需求增幅水平。因此，从供需矛盾看，今后我国钢铁行业供过于求的状况具有长期性，钢材价格调整的压力

10、将不易改变。 此外，钢铁行业的上游产业(如铁矿石、煤炭、原油等)价格不断上涨，会进一步增加钢铁产品的生产成本；而下游行业(如汽车、家电等)侃价能力也在逐步增强，给钢铁产品的价格造成压力。面临上下游行业的双向挤压，今后几年的钢材产品的价格竞争将会异常激烈。,2）国内钢铁业盲目扩张将可能导致行业恶性竞争 针对钢铁价格持续上涨、利润丰厚的市场现状，各地钢铁企业纷纷上项目增加产能，特别是社会资金纷纷进入。 如：21世纪初鞍钢周围兴起一轮大炼钢铁势头。一家乡镇企业投资30亿元，上马300万t的钢铁厂，另两家民营企业则分别上马100万t的钢铁厂，加上鞍钢“十五”500万t项目，鞍山地区新增钢产量将达100

11、0万t。 山东省青岛市建设年产量达1000万t规模的钢铁基地工程。浙江宁波上马500万t的钢铁新企业等等。河北唐山周边小钢厂林立，河北省2006年钢铁产能就超过1亿吨。 按这一态势预计，业界人士纷纷对钢铁企业迅速扩张规模深感忧虑，特别是当前在国有大中型企业与民营地方企业之间存在竞争失序的问题，新一轮钢铁热极有可能会打破行业游戏规则，酿成结构性供需失衡、同业恶性竞争的严重后果。,3）世界钢铁列强觊觎中国市场致使行业竞争日趋加剧 韩国的钢铁企业现在已把中国的钢铁市场看作是它们的主要市场攻占目标，视为是它们今后国外市场开拓的中长期战略任务，将中国的钢铁企业视为直接的市场竞争对手。日本冶金工业公司于2

12、003年2月份在上海开设办事处，以扩大高级钢材的对华出口。俄罗斯“诺沃利佩茨钢铁公司” 在符拉迪沃斯托克市设立了下属子公司，冠名为“全俄钢”，其主要任务是在俄罗斯东部经销产品，同时瞄准中国市场，把中国也选定为其潜在的钢材经销市场，该公司的矽钢片就是中国变压器厂所需的产品。,到中国大陆投资建厂的世界知名钢铁企业也越来越多。2003年初，刚由日本两大钢铁公司NKK和川崎制铁合并的JFE集团宣布，将单独与日本大商社联手投资250亿日元在中国建设钢厂，主要生产建筑用钢和汽车用表面处理钢。还有日本新日铁与宝钢洽谈联合办厂的事宜。 浦项钢铁公司在中国已有四个合资公司：大连浦项涂层有限公司、张家港浦项不锈钢

13、公司、顺德涂层有限公司和苏州彩涂板有限公司，年生产32万t镀锌板、约30万t不锈钢、10万t彩涂板。浦项公司在顺德扩张高附加值产品的产能，年生产15万t电工钢、彩涂板；在苏州建立汽车板综合处理中心。,4）民营钢铁企业的异军突起给国有钢铁企业的人力资源和产品市场造成巨大冲击 目前国内最大的民营钢铁企业沙钢集团，是目前国内最大的电炉钢和优质棒材的生产基地。 河北是民营钢铁企业的大本营，光在唐山地区，国丰、国强、滦河、半壁店等的总规模已达700万t。发家于河北唐山的建龙钢铁也具有较大的生产规模和竞争力。 象这些规模较大的民营企业在山西、陕西、广东、浙江、东北等地还有很多。,象这些规模较大的民营企业在

14、山西、陕西、广东、浙江、东北等地还有很多。 这些民营企业高薪招揽国企人才，排名20名以内的钢铁国企，除宝钢外都有人才流动到钢铁民企，给国企的人力资源造成了巨大的冲击。 此外，由于这些民企的包袱轻，几乎不需要供养退休人员，无企业办教育、办医院，因此成本较低，使他们相对国企敢于以低价销售占领市场，且其吨钢赢利水平普遍强于国企。,5）钢铁需求减弱将直接影响今后几年钢材价格下滑 近些年，我国钢铁业迅速发展，主要借助于大规模的国内基础设施建设，特别是重点工程建设，如三峡水利工程、小浪底水利工程、二滩水电站、高速公路建设、西气东输、长江跨江大桥以及房地产、城市建设项目等。这种拉动是政府靠大规模举借国债进行

15、的，具有浓厚的行政色彩。重点工程的需求是一次性需求，三五年竣工后就没有需求量了；高速公路今后5年虽然将由2.5万km增加到5万km，但用钢大多集中在护栏上，需求有限；房地产经过前几年的高速增长，目前也出现减缓势头，空置率已超过10%，因为独生子女用房需求量趋于减少，购房动力明显减弱，今后510年内，房地产空置率还要上升，从而减缓相应的建筑用钢需求；受我国城市道路、停车位等国情的制约，汽车保有量的增加有限，汽车业经过几年增长后也不可能持续保持巨大增长，从而减缓其对钢材的进一步需求。因此，消费内需还没有真正启动起来。,6）原燃料供应紧张会导致钢材产品成本上升 中国是全球最大矿石进口国，且在今后几年

16、仍将保持持续上涨趋势，同时，全球生铁产量持续上升尚无逆转下降的迹象，因此，世界上铁矿石供应商将会对铁矿石继续采取提价策略以获取丰厚的利润。 由于亚洲地区废钢需求殷切，再加上全球废钢资源供应量减少，这促使世界废钢市场价格呈迅速上升趋势。全球焦炭资源供应依然处在紧俏状态，世界焦炭市场价格保持上升势头。此外，由于我国进口铁矿石和废钢等大宗原燃料量的增加，亦将进一步影响海运运费的增加。 原燃料的供应紧张，这对我国各钢铁企业会造成较大的成本压力。,7）我国钢铁企业的联合重组将在今后几年加快步伐 2007年世界粗钢产量突破13亿吨，而实际生产能力还不止这些，据估计世界钢铁产能利用率约为83-85%。供大于求的矛盾造成世界钢铁价格不断下滑，企业的利润空间越来越来小，市场竞争日趋激烈。于是许多著名钢铁企业通过联合兼并重组方式，以实现更大程度的规模经济，进而保持钢铁企业在激烈的市场竞争中的主动地位。 最近几年日韩及欧美等国家钢铁企业进行联合重组及形成战略联盟的步伐较快，在优化资本结构、增强专业化分工、优化产品结构、降低产品成本取得了非常好的效果，其做法对我国的钢铁企业有着重要的借鉴意义。面对世界钢