《精编》钢铁行业基础知识概述

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1、2009 9 钢铁基础知识 上 目录 第1章钢铁行业 钢铁生产及其产品第2章钢铁材料中的常存元素及其对钢铁的影响第3章钢的分类与牌号第4章钢的热处理基础知识第5章金属材料机械性能基础知识第6章钢材标准及其常用术语第7章钢材交货状态第8章钢材缺陷术语 第1章钢铁行业 钢铁生产及其产品 进入青铜时代以来 人类与金属材料及其制品的关系日益密切 可以说没有金属材料就没有人类的物质文明 在人类使用的所有金属材料中 钢铁是使用量最大 使用范围最广泛的基础材料 其主要原因是 使用范围最广泛的基础材料 钢 1 铁是一种化学元素 它是地球中最多的元素 约占35 且大多以巨大的铁矿床存在于自然界中 2 铁矿石的冶

2、炼和加工与其他金属的生产相比 具有生产规模大 效率高 质量好 成本低等显著的优势 3 钢铁具有良好的物理 机械和工艺性能 4 将镍 铬 钒 锰等金属作为合金元素加入铁中 可获得具有各种性能的金属材料 5 钢铁通过热处理能调整其机械性能 可以满足国民经济各方面的需要 6 钢铁具有良好的可回收性 无可替代的基础原材料 钢铁 尽管钢铁也存在较容易锈蚀 密度较大等缺点 但纵观材料的物理 机械和工艺性能 及其技术性 经济性和可回收性等因素 在人类未来发展的相当长时期内 钢铁的基础原材料地位仍无可替代 亿吨 09年我国企业粗钢产量超新日铁跃居世界第2 3 4 新日铁公司09年全年母公司的粗钢产量预计仅为2

3、400万吨规模 包括子公司在内的整个集团也不会超过3000万吨 武汉钢铁集团3030万吨 位居第四 宝钢集团3887万吨 位居第三 河北钢铁集团4020万吨 位居第二 安赛乐米塔尔7320万吨 继续位居全球钢铁企业粗钢产量第一置 108个上榜企业中 51个来自中国 中国09年汽车销量已突破1200万辆 居世界第一 另一方面 日本由于各大汽车厂商纷纷大幅减产 建筑业也处于低迷状态 粗钢产量较上年度减少近30 为1971年以来的最低水平 新日铁位居第六 2760万吨 韩国浦项位居第五 产量为2950万吨 7 江苏沙钢集团 2639万吨8 山东钢铁集团 2638万吨9 日本JEF钢铁公司 2628万

4、吨10 塔塔钢铁公司 2190万吨 20082009 安赛乐米塔尔公司10330万吨7320新日本制铁公司3688万吨2760宝钢集团3544万吨3898韩国浦项制铁公司3470万吨2950日本JEF钢铁公司3380万吨2628河北钢铁集团3328万吨4020武汉钢铁集团2773万吨3030塔塔钢铁公司2439万吨2190江苏沙钢集团2330万吨2639美国钢铁公司2322万吨 1印度安赛乐米塔尔2日本新日铁3宝钢集团5日本JFE6河北钢铁集团7武汉钢铁9江苏沙钢集团 2008年世界钢企粗钢产量排名 据国际钢铁协会统计数据 2009年以来 中国单月粗钢产量均占全球粗钢产量的40 以上 09年7

5、月中国粗钢产量达0 51亿吨 同比增长12 6 占全球当月粗钢产量的50 虽然7月全球粗钢产量同比下降11 1 至1 04亿吨 但主要粗钢生产国中国 日本 德国 美国 巴西 土耳其 俄罗斯和乌克兰的粗钢产量均达到2009年以来月产量最高值 2009年我国国内钢材消费增长8000万吨 考虑到2010年钢材需求增长5000万吨 可以认为这两年我国钢材市场可能是最后一波强势需求上涨 但毕竟离钢材消费饱和点近了 几年后中国钢材消费将进入低增长阶段 2010年我国实际粗钢产量预计将达到6 4亿吨 由于目前的钢材社会库存已创历史新高 至少明年上半年我国钢材市场仍面临新增产能和社会库存居高不下的压力 粗钢消

6、费增加将超过8000万吨 钢铁行业定义 是以从事黑色金属矿物采选和黑色金属冶炼加工等工业生产活动为主的工业行业 包括金属铁 铬 锰等的矿物采选业 炼铁业 炼钢业 钢加工业 铁合金冶炼业 钢丝及其制品业等细分行业 是国家重要的原材料工业之一 此外 由于钢铁生产还涉及非金属矿物采选和制品等其他一些工业门类 如焦化 耐火材料 炭素制品等 因此通常将这些工业门类也纳入钢铁工业范围中 黑色金属 包括铁 锰 铬及它们的合金 有色金属 除铁 锰 铬以外的八十三种金属都叫做有色金属 钢铁生产原材料 钢铁生产的主要原材料包括铁矿石 锰矿石 铬矿石 石灰石 耐火黏土 白云石 菱铁矿等矿物的原矿及其成品矿 人造块矿

7、 铁合金 洗煤 焦炭 煤气及煤化工产品 耐火材料制品 炭素制品等 铁矿石 主要的炼铁原料 有磁铁矿 赤铁矿 褐铁矿 菱铁矿 铁矿石中除铁的化合物外 还含有硅 锰 磷 硫等的化合物 这些统称为脉石 磁铁矿 菱铁矿 褐铁矿 赤铁矿 磁铁矿 Fe3O4 因其本身具有强磁性而命名 其化学式为Fe3O4 理论含铁量为72 4 一般来说 开采出来的磁铁矿含铁量为30 60 通常当含铁量大于45 粒度大于5 8mm时 可以直接供高炉冶炼 称为富矿 粒度小于5 8mm的称为富矿粉 可以供烧结造块 当含铁量低于45 或者含有有害杂质数量超过规格值时 必须经过选矿获得精矿去杂后造块 磁铁矿 赤铁矿 Fe2O3 为

8、无水氧化铁矿石 其化学式为Fe2O3 理论含铁量为70 开采出的赤铁矿含铁量一般为40 60 含有害杂质硫和磷比较少 还原较磁铁矿好 因此 赤铁矿是一种比较优良的炼铁原料 在自然界中经常形成巨大的矿床 从埋藏和开采量来说 它都是工业生产的主要矿石 密度为4 8 5 3g cm3 钢灰色和铁黑色条痕暗红色 其它形式赤铁矿为暗红色 片状赤铁矿表面有金属光泽 明亮如镜者称镜铁矿 细小片状的称云母片状赤铁矿 红土状赤铁矿叫铁赭石 赤铁矿 褐铁矿 2Fe2O3 3H2O 外表颜色为黄褐色 暗褐色和黑色 黄褐色条痕 密度3 0 4 2g cm3 富矿很少 一般品位37 55 当品位低于35 时需要选矿 褐

9、铁矿的含铁量虽低于磁铁矿和赤铁矿 但因它较疏松 易于冶炼 所以也是重要的铁矿石 世界著名矿产地是法国的洛林 德国的巴伐利亚 瑞典等地 褐铁矿 菱铁矿 FeCO3 是含有碳酸铁的矿石 主要成份为FeCO3 理论含铁量48 2 比重3 9g cm3左右FeCO3 FeO62 01 CO237 99 常含Mg和Mn 在自然界中 有工业开采价值的菱铁矿比其他三种矿石都少 菱铁矿很容易被分解氧化成褐铁矿 一般含铁量不高 但受热分解出CO2以后 不仅含铁量显著提高而且也变得多孔 还原性很好 菱铁矿 矿石的品位 矿石品位指单位体积或单位重量矿石中有用组分或有用矿物的含量 矿产品位是衡量矿床经济价值的主要指标

10、 一般以重量百分比表示 如铁 铜 铅 锌等矿 克 吨表示 如金 银等矿 克 立方米表示 如砂金矿等 克 升表示 如碘 溴等化工原料矿产 铁矿石的品位 铁矿的品位定级 含铁45 以上称之为富矿 赤铁矿达70 35 至45 为低品矿 25 至35 为贫矿 25 以下为超贫矿 中国约有97 的铁矿储备的品位低于35 属于低品甚至是超贫矿 超贫铁矿在过去是没有什么开采价值的 因为开采成本高于销售的铁矿价格 但是 全球铁矿石资源 估计地质储量在8000亿吨以上 而探明储量为4000多亿吨 按现有生产水平 可供应400年 铁矿资源主要集中于十多个国家 探明储量的90 分布在10个国家和地区 依次是 独联体

11、 探明储量1140亿吨 其中俄罗斯800多亿吨 巴西 680亿吨 中国 500亿吨 加拿大 360亿吨以上 澳大利亚 350亿吨 印度 175 7亿吨 美国 174亿吨 法国 70亿吨 瑞典 36 5亿吨 此外 英国 委内瑞拉 智利 利比里亚 南非等国储量亦较丰富 世界上铁矿产量第一的国家 澳大利亚 世界上最大的富铁矿 南极 可供全世界开发利用200年 矿石平均品位达32 58 世界三大铁矿石巨头 BHPBilliton必和必拓公司 CompanhiaValeDoRioDoce巴西淡水河谷公司 RioTinto力拓矿业公司 我国四大富铁矿基地 河北省武安市 海南昌江县 四川攀枝花和本溪 我国炼

12、钢需要的铁矿石约75 依靠进口 焦炭 作用 燃烧热为炼铁提供热源 不完全燃烧产生的CO气体作为还原剂 将铁从矿石中还原出来 冶金焦是高炉焦 铸造焦 铁合金焦和有色金属冶炼用焦的统称 由于90 以上的冶金焦均用于高炉炼铁 因此往往把高炉焦称为冶金焦 焦炭 炼焦生产流程 炼焦作业是将焦煤经混合 破碎后加入炼焦炉内经干馏后产生热焦碳及粗焦炉气之制程 石灰石 石灰石 CaCO3 荧石 CaF2 其作用是与铁矿石中的脉石结合形成低熔点 密度小 流动性好的熔渣 使之与铁液分离 以便获得较纯净的生铁液 炼钢用生石灰做造渣剂 消除或降低硫 磷等有害杂质 石灰石 烧结生产流程 烧结作业系将粉铁矿 各类助熔剂及细

13、焦炭经由混拌 造粒后 经由布料系统加入烧结机 由点火炉点燃细焦炭 经由抽气风车抽风 完成烧结反应 高热之烧结矿经破碎冷却 筛选后 送往高炉作为冶炼铁水之主要原料 钢铁生产流程 1 采矿 获得铁矿石 2 选矿 将铁矿石破碎 磁选成铁精粉 3 烧结 将铁精粉烧结成具有一定强度 粒度的烧结矿 4 炼铁 将烧结矿运送至高炉 热风 焦碳使烧结矿还原成铁水 并脱硫 5 炼钢 在转炉内高压氧气将铁水脱磷 去除夹杂 变成钢水 6 精炼 进一步脱磷 去除夹杂 提高纯净度 7 连铸 热状态下将钢水铸成具有一定形状的连铸坯 8 轧钢 将连铸坯轧制成用户要求的各种型号的钢材 如板材 线材 管材等 从矿石到钢材 炼铁阶

14、段 炼钢阶段 轧制阶段 钢材成品 冶金 用焙烧 熔炼 电解以及使用化学药剂等方法把矿石中的金属提取出来 减少金属中所含的杂质或增加金属中某种成分 炼成所需要的金属的工艺 冶金方法 火法冶炼 干式冶金 湿法冶金或电化学沉积粉末冶金 火法冶炼 又称为干式冶金 把矿石和必要的添加物一起在炉中加热至高温 熔化为液体 发生化学反应 从而分离出粗金属 然后再将粗金属精炼 湿法冶金或电化学沉积 用酸 碱 盐类等溶剂 以化学方法 包括氧化 还原 中和 水解及络合等反应 从矿石中提取所需金属组分 然后用水溶液电解等方法制取金属 主要应用在低本位 难熔化或微粉状的矿石 典型的湿法冶金有铜 铅 锡 锌 钛 锰 钒

15、金 银 铂 钨 钼 钽 铌 钴 镍 稀土等 水法炼铜 湿法冶金术的先驱 粉末冶金 是制取金属或用金属粉末 或金属粉末与非金属粉末的混合物 作为原料 经过成形和烧结 制造金属材料以及各种类型制品的工艺技术 例如硬质合金刀具等 粉末冶金法与生产陶瓷有相似的地方 1 备粉和配粉 2 通常加入增塑剂和粘接剂 3 成型 压制等 4 烧结 在保护气氛的高温炉或真空炉中进行 烧结不同于金属熔化 烧结时至少有一种元素仍处于固态 烧结过程中粉末颗粒间通过扩散 再结晶 熔焊 化合 溶解等一系列的物理化学过程 成为具有一定孔隙度的冶金产品 5 后处理 一般情况下 烧结好的制件可直接使用 但对于某些尺寸要求精度高并且

16、有高的硬度 耐磨性的制件还要进行烧结后处理 后处理包括精压 滚压 挤压 淬火 表面淬火 浸油 及熔渗等 由于粉末冶金技术的优点 它已成为解决新材料问题的钥匙 在新材料的发展中起着举足轻重的作用 炼铁 炼铁实质 是将铁从矿石中还原的过程即焦炭作燃料和还原剂 在高温下将铁矿石从氧化物状态 Fe2O3 还原为液态生铁 其反应原理 Fe2O3 3CO 2Fe 3CO2炼铁方法 高炉炼铁炼铁的方法就是从炉顶加入矿石 焦炭和石灰石 从炉底部向炉内通入加压空气 在焦炭燃烧时 矿石 石灰石与焦炭一起发生反应 最终形成铁水和炉渣 炼铁原料 铁矿石 焦炭 溶剂 石灰石 等炼铁产品 生铁液 副产品有炉渣和炉气 高炉结构 横断面为圆形的炼铁竖炉 用钢板作炉壳 壳内砌耐火砖内衬 高炉本体自上而下分为炉喉 炉身 炉腰 炉腹 炉缸5部分 炼铁过程 炼铁系统 高炉生产流程 高炉炼铁的特点 是以焦炭为能源基础的传统炼铁方法 规模大 如新首钢世界最大高炉5500m3 宝钢高炉是4063m3 日产生铁超万吨 炉渣4000多吨 日耗焦4000多吨 它与转炉炼钢相配合 是目前生产钢铁的主要方法 高炉炼铁的这种主导地位预计在相当