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1、冶金工程概论,卓伟伟 ,教 学 目 的,掌握金属冶炼的基本知识、原理与工艺实践，了解我国冶金工业现状及发展动态,教学安排,总学时 32学时 课堂教学 30学时 机动 2学时 教材：张训鹏主编. 冶金工程概论. 长沙：中南工业大学出版社 可阅读的课外书籍与杂志书籍：钢冶金学有色金属熔池熔炼,教学安排,冶金工艺导论重金属冶金学冶金原理稀有金属冶金学轻金属冶金学杂志：有色金属（冶炼）湿法冶金 稀有金属轻金属钢铁(工艺),第一章 绪论,教学要求：了解金属及其分类，建立冶金工程相关概念，了解我国冶金工业现状与发展方向,第一章 绪论,冶金是一门研究如何经济地从矿石或精矿或其它原料中提取金属或化合物，并用各
2、种加工方法制成具有一定性能的金属材料的科学 冶金学研究金属的制取、加工和改进金属性能的各种技术及金属成分、组织结构、性能和相关基础理论分为提取冶金和物理冶金两门学科,第一章 绪论,提取冶金从矿石或精矿中提取金属（包括金属化合物）的生产过程（又称化学冶金、过程冶金学）物理冶金通过成型加工制备具有一定性能的金属或合金材料，包括金属学、粉末冶金、金属铸造、金属压力加工等,第一章 绪论,工程将自然科学的理论应用到集体工农业生产部门中形成的各学科的总称（高级汉语大词典）水利工程、化学工程、冶金工程,第一章 绪论,金属及其分类自然界已发现109种元素，金属元素共93种，按提取冶金分类可分为：黑色金属：Fe
3、, Cr, Mn有色金属：其余的金属元素重金属、轻金属、稀有金属、贵金属10种常用有色金属,第一章 绪论,第一章 绪论,58-71 镧系,90-103 锕系,稀有轻金属 稀有高熔点金属 稀土金属 稀有分散性金属 稀有放射性金属,第一章 绪论,金属在地壳中的赋存状态金 属：Au、Cu化合物：轻金属、稀有金属：氧化矿 重金属：硫化矿、氧化矿 过渡族元素：既有氧化物又有硫化物,第一章 绪论,冶金方法火法冶金：高温无水相参与的过程湿法冶金：低温有水相参与的过程电 冶 金：利用电能提取和精炼金属的方法冶金工艺流程和冶金过程冶 金 工艺流 程：提取金属的过程和方法冶炼工艺流程图：各过程间的联系及其所获得产
4、品间的流动线路图,冶炼工艺流程图,第一章 绪论,冶金（单元）过程：即一个冶炼阶段焙烧 煅烧 烧结 熔炼 火法精炼浸出 净化电解,第一章 绪论,冶金工业现状及发展方向现状发展方向强化过程节能低污染或无污染产品多样化、精细化（高附加值）,第一章 绪论,冶金工业在国民经济中的地位和作用 P7-8属原材料产业国民经济的基础产业现代社会的三大支柱之一,钢铁生产的基本流程,天然矿,加工处理,烧结矿/球团矿,上料机,焦炭,高炉,脱氧,还原铁,铁水,铁水罐,转炉,脱碳,钢水,火车,吊车,钢包,连铸机,冷却结晶,连续铸造,铸坯,除杂,第二章 矿石与选矿,教学要求了解矿石与选矿的基本概念，选矿工艺各方法的原理与应
5、用,第二章 矿石与选矿,矿石矿床：具有一定规模的矿石天然集合体矿石：提取金属或生产其他产品的矿物集合体有用矿石：能够为人类利用的矿石脉石：不含有用矿物或含量过少，不宜以工业规模进行加工的矿石品位：矿石中有用成分的含量矿物：具有一定化学成分及物理属性的天然元素和化合物 P11-12表2-3 冶金工业常见金属矿物,第二章 矿石与选矿,选矿选矿以廉价的处理费用，既不改变原矿的组成，又能使其高品位化原矿：直接开采出来的矿石精矿：经选矿使有用矿物进一步富集后的产品尾矿：经选矿获得的主要为脉石或有害杂质的产品P13 表2-4,第二章 矿石与选矿,破碎与筛分：使有用矿物单体解离，使之适合矿石选别处理对粒度的
6、要求常用方法： P15 图2-2破碎设备： P15 图2-3破碎作业： P15 表2-5破碎指标： P16 破碎机的生产能力破碎比筛分效率： P16目：,第二章 矿石与选矿,选矿工艺：重选法：原理 P16 浮选法：原理 P16正浮选/反浮选浮选药剂 P16浮选作业 P18粗选：粗精矿、粗尾矿精选：精矿、中矿 扫选：中矿、尾矿磁选法： 原理 P19,第三章 炼 铁,教学要求：了解高炉炼铁原料与设备，掌握高炉炼铁原理与工艺过程,高炉实拍外景,第三章 炼 铁,铁的性质及铁冶炼发展史性质：银白色 密度 7.866g/cm3熔点 1535 良好的导热、导电和导磁性丰度：5%，仅次于氧、硅、铝赋存状态：除
7、陨铁，自然界没有天然的纯铁铁冶炼发展史：P21,第三章 炼 铁,炼铁原料与造块炼铁原料铁矿石：磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿等P22 表3-1我国铁矿资源特点P22 ： 贫矿多、复合矿多 质量要求 P22：矿石品位要高 酸性脉石要低（SiO2、Al2O3）有害杂质(S、P)要少其他含铁原料：高炉烟尘 转炉烟尘 轧钢皮 硫酸渣,第三章 炼 铁,熔剂：CaO、 MgO或硅石 熔剂的作用 P23质量要求 焦碳：焦碳作用：燃料、还原剂及料主骨架质量要求：表3-3,第三章 炼 铁,铁矿粉造块 （人造富矿或熟料）烧结法将矿粉、熔剂、燃料按一定比例混合，在1300一1500条件下，矿粉局部熔化造渣，烧结成具
8、有一定强度、一定粒度、化学成分稳定的高炉料。球团法是不适宜烧结的细磨精矿粉和其它含铁粉料造块的方法。将细磨精矿粉、熔剂、燃料（12%，有时不加)等原料经配料混合，在造球机上滚成1015 mm的生球,生球在高温焙烧机上进行高温焙烧，焙烧好的球团经冷却、破碎、筛分得到成品球团矿。,烧结生产方法1）平地吹土烧法 鼓风烧结法 2）烧结锅 3）带式烧结机a、固定式烧结盘 1）间隙式 b、移动式烧结盘抽风烧结法 a、环式烧结机2）连续式 b、带式烧结机c、带式抽风烧结机,第三章 炼 铁,第三章 炼 铁,烧结设备：带式烧结机结构 P24图3-1烧结过程 P25图3-2,带式抽风烧机现场实景图,国内外广泛使用
9、的是连续生产的带式抽风烧结机（烧结机大小用有效烧结面积表示）国内有：13、18、24、36、50、75、90、130、290、450m2 武钢二烧：393 m2 （193 m2烧结、200 m2冷却） 武钢四烧：450 m2（96.3.28破土动工） 武钢一烧：75 m24台 武钢三烧：82.5 m24台,第三章 炼 铁,点火炉,台车行进方向,第三章 炼 铁,烧结矿分类：酸性烧结矿 碱度1.6）。高炉使用熔性烧结矿时往往与酸性矿配合使用，以获得碱度合适的炉渣。,第三章 炼 铁,第三章 炼 铁,烧结矿与球团矿的比较：(1) 细精矿粉(-325目占80)适宜造球，球团矿有利于贫矿资源利用（可对矿石
10、细磨精选）。(2) 烧结矿对原料的适应性强，粗粒不适于造球的矿粉，钢厂氧化铁粉、炉尘、其它含铁物料仍需烧结处理。(3) 球团冶金性能好（强度高、微气孔多、粒度均匀铁分高、还原性好），特别是小高炉，对降低焦比，提高产量十分显著。但在大高炉上高温还原膨胀粉化，使炉料透气性变坏，影响顺行。且球团碱度低，高炉若用100球团冶炼，势必增大石灰石加入量。故此，高炉常使用烧结与球团混合炉料，特别是熔剂性烧结矿和酸性球团配合使用时能收到较为理想的冶炼效果。,第三章 炼 铁,铁冶炼过程原理高炉冶炼过程 P26原料产物物料走向高炉炉内分区及其特征,第三章 炼 铁,碳的燃烧反应化学反应（1）C焦+ O2 = CO2
11、 + 400928 kJ 不可逆反应（2）2C焦+ O2 = 2CO+235130 kJ不可逆反应（3）C焦+ CO2 = 2CO-165797 kJ 可逆反应平衡气相成分与温度的关系反应（3）的特点及在高炉冶炼过程中的作用,图2-2 风口径向煤气成分的变化,第三章 炼 铁,铁氧化物的还原氧化物的稳定性金属氧化物稳定性判据 氧化物标准生成自由能氧化物的分解压 P28图36,第三章 炼 铁,结论: P28(1)各种氧化物分解压随温度升高而增大，只有CO除外； (2)图中位置越低的氧化物，分解压愈小，氧化物愈稳定； (3)位置低的元素可还原位置高的氧化物；(4)在一定温度条件下，几乎所有的氧化物都
12、可被C还原。,第三章 炼 铁,高炉内非铁氧化物的行为 P29(1) P2O5 （全部进入生铁）(2) MnO （2/3进入生铁）(3) SiO2 （少量进入生铁）(4) CaO、MgO、Al2O3,第三章 炼 铁,铁氧化物的离解 P29 图37T570 Fe2O3Fe3O4FeOFeT570 Fe2O3Fe3O4FeOFeT1 碱性渣CaO/SiO2 1 酸性渣CaO/SiO2 0.9 - 1.2 我国炼铁高炉渣熔化温度与熔化性温度熔化温度 :炉渣完全转变为均一液体时之温度熔化温度及其影响因素:炉渣组元。（P34）,第三章 炼 铁,熔化性温度炉渣从不能流动转变为自由流动时的温度，即粘度曲线与45切线的切点温度(图中A点对应温度),第三章 炼 铁,粘度 P35流体流动时相互作用产生的内摩擦力的体现单位 Pas影响因素温度组成,常见液体的粘度,液 体 温 度/K 粘度/Pas 液 体 温 度/K 粘度/Pas水 298 0.00089 汞 273 0.0017 蓖麻油 298 0.8 流动好的渣 3.0 钢液 1868 0.0025,
