钢铁冶金期末资料邹军技术总结
第一章:绪论1、 冶金是研究如何经济地从矿石或其他原料中提取金属或金属化合物,并采用各种加工方法制成具有一定性能的金属材料的科学｡2、 冶金分类(1)提取冶金:研究提取金属,存在化学反应 (2)物理冶金:研究金属材料成型过程3、 冶金方法:火法冶金､湿法冶金､电冶金｡4、 新一代钢铁材料主要特征:(1)超细晶:超细晶组织是为了得到好的强韧性 (2)高洁净:内部杂质含量和夹杂物形态满足使用要求 (3)高均匀性5、 钢与生铁的区别:(1)含碳量:生铁2.0~4.3%､钢0.03~2.0%;(主要区别) (2)含杂质(硫､磷):生铁多､钢少; (3)机械性能:生铁硬而脆､钢硬而韧; (4)机械加工:生铁可铸不可锻､钢有弹性,可铸可锻｡炼钢主要技术经济准则:高效､优质､品种多､低消耗､及综合利用资源,提高经济效益｡6、 高炉冶炼的主要产品是生铁｡炉渣和高炉煤气为副产品｡第二章:高炉炼铁原料7、 高炉原料:铁矿石(天然块矿､人造富矿､烧结矿､球团矿)､燃料(焦炭与喷吹燃料)､熔剂(碱性熔剂:石灰､石灰石､白云石､酸性熔剂:硅石､特殊熔剂:萤石)｡8、 天然铁矿石按其主要矿物分为磁铁矿､赤铁矿､褐铁矿和菱铁矿等几种｡9、 铁矿石质量评价:①含Fe品位高;②脉石少和分布合适;SiO2要少,Al2O3要少,CaO要多,MgO要合适;Fe矿物与脉石矿物的结合程度要弱,以易于进行矿物的单体分离｡③有害元素少;④有益元素合适;⑤还原性好;褐铁矿>赤铁矿>磁铁矿>人造富矿>天然铁矿;疏松结构､微气孔多的矿石还原性好;⑥冶金性能良好;⑦粒度分布和强度合适;太大→对还原不利,太小→对顺行不利｡10、 精选铁矿石的方法主要有:重选(利用含铁矿物和脉石密度的差异选分);磁选(利用有用矿物和脉石导磁性不同的特点进行选分);浮选(利用矿物亲水性差异进行选分)｡11、 熔剂的作用:(降低熔点､脱硫)(1)加入熔剂以生成低熔点化合物,形成流动性好的炉渣,实现渣铁分离并自炉内顺畅排出;(2)除去生铁中有害杂质硫,提高生铁质量｡12、 熔剂分类:碱性熔剂(石灰､石灰石､白云石)中性熔剂(萤石)､酸性熔剂(硅石)13、 现代高炉都使用焦炭作为主要燃料和还原剂｡14、 焦炭的作用:①燃料;②还原剂;③料柱骨架(其他燃料无法代替)和通道;有支撑数十米料柱的骨架作用,有保障煤气自下而上畅流的通道作用;④增碳剂｡15、 高炉喷吹用燃料包括(燃料分类):固体燃料(煤粉)､液态燃料(重油､柴油､焦油)､气体燃料(天然气､焦炉煤气､热转化气)｡16、 高炉喷煤的意义:(1)以低价的煤代替了日趋贫乏且价格昂贵的冶炼焦,降低了焦比,使高炉炼铁的成本大幅下降;(2)高炉喷煤可以作为一种调剂炉况的手段;(3)高炉喷煤可以改善炉缸工作状态,使高炉稳定顺行;(4)为高炉提高风温和富氧鼓风创造条件｡(5)喷吹煤粉中的氢含量比焦炭带入的多,氢提高了煤气的还原能力和穿透扩散能力,有利于矿石的还原和高炉操作指标的改善｡(6)喷吹煤粉代替了部分焦炭,缓解了焦炭的供需紧张状况,减少了对炼焦设施的投资和建设,更降低了炼焦生产对环境的污染｡17、 铁矿粉造块的目的:(1)将粉料制成具有高温强度的块状料; (2)改善铁矿石的冶金性能,使高炉冶炼指标得到改善; (3)去除某些有害杂质,回收有益元素,达到综合利用资源和扩大铁矿石原料资源｡18、 烧结过程:1､烧结矿层:小于1100℃,空气预热;烧结矿冷却;液相结晶固结｡厚度逐渐增加,约40~50mm脆性层｡2､燃烧层:燃烧温度1100~1500℃,厚度约为15-50mm｡燃料燃烧;软熔;氧化;还原;分解等｡3､干燥预热层:厚度约为20~40mm｡水分蒸发;燃料加热;固相反应;结晶水分解｡4､过湿层(冷料层):温度降至露点以下,水汽重新凝结于混合料中,产生过湿,透气性差｡5､混合料层和铺底料｡19､烧结矿的质量指标:1)烧结矿强度和粒度;强度好,粒度均匀,有利于炉况顺行2)烧结矿的还原性;还原性好,有利于强化冶炼3)烧结矿的碱度:酸性烧结矿→碱度低于炉渣碱度(R=1.0~1.2)自熔性烧结矿→碱度等于或接近炉渣碱度(R=1.0~1.4)熔剂性烧结矿→碱度高于炉渣碱度(R>1.4)20、 烧结过程的主要液相:(1)铁氧(Fe-O)体系:铁氧化物固溶体｡ 高品位烧结矿的主要粘结相,脉石成分比较小｡(2)FeO--SiO2体系:酸性烧结矿的主要粘结相｡ 特点:强度比较高;但还原性比较差｡ 生成条件:比较低的碱度,有SiO2,比较高的温度;还原性气氛｡工艺是燃料用量高｡(3)CaO--SiO2体系:熔剂性烧结矿的主要粘结相｡ 特点:固相反应生成能力强,反应速度快｡强度比较低;原因是2CaO·SiO2有相变问题;不存在还原性问题｡830-850℃:α-2CaO·SiO2→γ-2CaO·SiO2 体积膨胀12%,675℃:β-2CaO·SiO2→γ-2CaO·SiO2体积膨胀10% 应控制或减少2CaO·SiO2的生成量和晶体转变｡ 生成条件:比较高的碱度,有CaO;高温(生成的液相量是不多的)｡(4)CaO--Fe2O3体系:熔剂性烧结矿的主要粘结相｡特点:强度比较高;还原性比较好,最好的粘结相｡生成条件:1)高碱度,CaO多｡ 2)低温,因为高温(1300℃以上)条件下 Fe2O3会分解｡ 3)氧化性气氛,固体燃料配量比较低｡ 4)SiO2含量比较低,因为SiO2与FeO和CaO的结合力都比较大｡ 此外,针状铁酸钙比片状和柱状铁酸钙的强度高,还原性好｡发展针状铁酸钙是烧结发展的一个趋势,低温烧结就是这个目的｡(5)CaO--FeO-- SiO2体系:熔剂性烧结矿的主要粘结相｡ 典型矿物:铁钙橄榄石:CaO·FeO·SiO2､铁钙方柱石:2CaO·FeO·2SiO2､钙铁辉石:CaO·FeO·2SiO2 特点:强度比较高;还原性比较差｡ 生成条件:高碱度;高温;还原性气氛｡(6)CaO--SiO2--TiO2体系:钒钛磁铁烧结矿的主要粘结相｡ 特点:硬而脆,粉末比较多;还原性比较好｡生成条件:钒钛磁铁矿｡21、 烧结矿是多种矿物组成的复合体｡22、 烧结矿的结构:宏观结构有:微孔海绵状结构(还原性好,强度高)､粗孔蜂窝状结构､松散状结构;显微镜下观察的结构有:粒状结构､斑状结构､骸状结构､丹点状共晶结构､熔蚀结构及交织结构(交织结构:含铁矿物与粘结相矿物彼此发展或交织构成;该结构的烧结矿强度最好)｡23、 混合料中配入一定量的生石灰代替石灰石粉,可以强化烧结过程｡24、 低温烧结法就是指在较低温度(1250-1300℃)下生产烧结矿的过程｡25、 低温烧结工艺的理论基础:“铁酸钙理论”,针状铁酸钙只能在较低的烧结温度下获得｡26、 目前球团矿生产以酸性氧化球团矿为主｡27、 球团矿生产:1､成球机理:矿粉成球过程中水的作用:吸附水､薄膜水､毛细水､重力水;2､成球过程分三个阶段:母球形成､母球长大､母球压紧｡28、 影响球团焙烧固结的因素:(1)造球原料的性能:Fe3O4在焙烧中氧化成Fe2O3,并伴随晶型转变,能更好地构成晶桥｡同时氧化放热,能耗较低,球团矿质量也较好｡(2)焙烧温度:提高焙烧温度有利球团固结,但最高温度不能超过Fe2O3大量分解的温度｡(3)焙烧气氛;磁铁矿:氧化性气氛最好,赤铁矿:氧化性或中性气氛中进行焙烧;(4)球团粒度;生球粒度愈大,氧化过程进行得慢而不完全;粒度细,比表面积大,氧化快而完全,有利于球团造球和焙烧｡29､球团焙烧工艺过程:(1)干燥→降低生球中的水分,温度为200~400 ℃｡(2)预热→除净干燥时未排完的水分,温度为600~1000 ℃,且发生一系列反应｡(3)焙烧固结→完成预热过程中未完成的反应｡(4)球团均热→球团内晶体长大､再结晶充分､矿物均匀｡(5)球团矿冷却→使球团矿温度降低到运输带能承受的温度,空气为冷却介质｡第三章:高炉炼铁原理30､高炉冶炼过程大致可分为块状､软熔､滴落带､焦炭回旋区､炉缸区五带｡(1)块状带→固体炉料熔融前所分布的区域｡(2)熔融带→炉料从开始软化到融化所占区域｡(3)滴落带→渣铁全部熔化滴落,穿过焦炭层下到炉缸区域｡(4)风口带(焦炭回旋区)→风口前燃料燃烧的区域｡(5)炉缸区(渣铁贮存区)→是形成最终渣､铁的区域｡31､根据不同的冶炼条件,软熔带大致可分为倒V形､V形､W形三种典型形式｡目前倒V行软熔带被公认为是最佳熔融带｡32､高炉中最易挥发的是碱金属(K和Na)化合物､Zn､Mn､SiO等｡33､气化反应:有一些物质可能在高炉内气化(蒸发或升华)｡在高炉内“循环累积”:下部气化,上部冷凝｡34､铁氧化物的还原:最后都是经FeO的形态被还原成金属Fe｡铁氧化物还原的顺序:逐级还原t>570℃,Fe2O3→Fe3O4 →FeO→Fet<570℃,Fe2O3→Fe3O4 →Fe,FeO不存在｡铁的高价氧化物分解压比低价氧化物的大,Fe3O4的分解压则低得多,FeO的分解压则更低｡故在高炉的温度条件下,除Fe2O3不需要还原剂(只靠热分解)就能得到Fe3O4外,Fe3O4 ､FeO必须要还原剂夺取其氧｡高炉内的还原剂是固定碳及气体CO和H2｡35、 生铁的形成与渗碳过程:渗碳过程:第一阶段渗碳:海绵铁渗碳 在炉身块状区,铁矿石已有部分氧化铁被还原成固态的金属铁—海绵铁｡新生态的海绵铁在高温下具有很高的活性,能使吸附在海绵铁上的CO分解析出碳黑:2CO→CO2+C(400~600 ℃ )析出的碳黑向海绵铁内部扩散,使海绵铁渗碳｡ 3Fe + 2CO = Fe3C + CO2 Fe3C称为渗碳体 第二阶段渗碳:液态生铁渗碳(从软融带到滴落带) 含有2FeO·SiO2的低熔点相从基体中分离出去,并渗入焦炭孔隙中,被焦炭还原成金属铁的“冰凌”,温度继续升高至1400℃以上,“冰凌”经灼热的焦碳固相渗碳,铁的熔点进一步降低,最终转变成熔融的金属铁滴｡这是生铁渗碳的主要阶段｡第三阶段:炉缸内渗碳 这一阶段的渗碳量一般不超过0.1~0.5%｡36、 选择合适的造渣制度是炼铁生产优质､高产､低耗的重要环节｡37、 高炉造渣的目的:生成低熔点化合物,与铁水分离;完成某些物理化学反应｡38、 炉渣来源:主要是铁矿石中的脉石以及焦炭(或其他燃料)燃烧后剩余的灰分｡39、 炉渣碱度:以重量百分比浓度表示的简化表示法｡(1) R=CaO/SiO2 (二元碱度) (2) R=(CaO+MgO)/SiO2 (三元碱度)(3) R=(CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3) (四元碱度又叫全碱度) 常用CaO/SiO2:0.95-1.2 CaO/SiO2>1:碱性渣;CaO/SiO2<1:酸性渣｡40、 高炉炉渣的作用:（1） 炉渣具有熔点低､密度小和不溶于生铁的特点,能使渣铁分离,得到纯净的生铁｡（2） 脱硫,促进或抑制部分还原;（3） 形成高炉内的软熔带和滴落带,影响煤气流分布;（4） 形成渣皮,保护炉衬｡41、 熔化温度:是指熔渣完全熔化成液相时的温度,或液态炉渣冷却时开始析出固相的温度,即相图中的液相线或液相面的温度｡42、 熔化性温度:是指炉渣从不能流动转变为能自由流动时的温度｡熔化性温度高,则表示渣难熔,反之,则易熔｡43、 一般碱性渣取样时渣滴不能拉成长丝,渣样断面呈石头状,俗称短渣或石头渣｡44、 一般酸性渣取样时渣滴能拉成长丝,且渣样断面呈玻璃状,俗称长渣或玻璃渣｡45、 炉渣粘度:粘度是指两个速度不同的液层之间的内摩擦系数｡46、 影响炉渣粘度的因素:SiO2､Al2O3含量升高,黏度升高｡CaO､MgO含量升高,黏度下降｡47、 炉渣粘度对高炉冶炼的影响:1)粘度大,会使料柱的透气性变坏;2)粘度大小,影响炉缸工作;3)影响炉渣的脱硫能力;4)影响炉前操作｡48、 高炉内炉渣的形成过程分为三种状态:矿石软熔→初渣→中间渣→终渣49、 高炉内的成渣过程:1､初渣的形成: 从软熔开始,主要由矿石中的脉石及未还原的FeO､MnO组成｡(1)固相反应:2CaO+SiO2=2CaO·SiO2 2FeO+SiO2=2FeO·SiO2 600-800℃开始, T固=(0.5-0.9)T熔点(2)软化:升温和还原同时进行｡固相反应生成的低熔点化合物首先出现微小的局部熔化,这就是软化开始｡(3)熔融和滴落:软熔开始温度:实际上是软熔带开始温度｡滴落开始温度:软熔带结束温度｡要求软熔开始温度高,温度区间小一些｡因为软熔带不透气｡(4) 特点:FeO与SiO2形成2FeO·SiO2,初渣中的FeO含量高｡矿石越难还原,FeO含量就越高,高炉内生成初渣的区域称为软熔带｡2､中间渣的变化: FeO不断被还原而降低;而CaO､SiO2､Al2O3含量升高｡中间渣的碱度高,流动性随温度上升而提高｡ 中间渣:软熔带以下至风口水平以上,正在滴落过程中,也称为炉腹渣｡ 中间渣的性能决定着炉渣能否顺利滴落,要求矿石成分均匀,取消石灰石入炉,避免中间渣温度和化学成分的波动｡悬料｡3､终渣的形成:炉渣聚集在炉缸上,在铁液上形成逐渐增厚的渣层,在渣铁界面上,诸多反应调整着渣铁的成分,直至形成终渣｡特点:FeO含量低;而SiO2､Al2O3含量升高,原因是焦炭和煤粉灰分进入炉渣;CaO､MgO含量相对下降低｡终渣的化学成分和性能基本稳定,变化不大｡有变化的只有FeO和CaS含量｡多数情况下高炉渣是指终渣｡50、 硫负荷就是冶炼每吨生铁时由炉料带入的总硫量｡51、 在一定冶炼条件下,生铁的脱硫主要是通过如何提高高炉渣的脱硫能力,即提高Ls来实现｡52、 影响高炉渣脱硫能力的因素:（1） 提高炉渣碱度,使脱硫剂(CaO)或(MgO)的活性增大,以利于生铁中的硫转变为CaS或MgS,稳定转入炉渣｡（2） 提高炉缸(渣､铁)温度,可推动反应向脱硫方向进行｡（3） 强烈的还原性气氛,使渣中FeO不断被还原,不断降低其浓度,有利于反应向脱硫方向进行｡53、 理论燃烧温度,就是在与周围环境绝热(无热损失)的条件下,所有由燃料和鼓风带入的显热(物理热)以及碳燃烧放出的化学热,全部传给燃烧产物——炉缸煤气,这时煤气达到的温度称为理论燃烧温度,也就是炉缸煤气尚未同炉料热交换的原始温度｡54、 煤气的初始分布合理,即指煤气在炉缸径向和圆周方向的分布适当｡它决定炉缸的活跃和温度分布的均匀程度｡55、 煤气合理分布的标志(1)炉料顺利下降｡炉况稳定顺行,炉温充足,整个料柱透气性好｡(2)煤气能量利用充分｡炉顶温度低,炉顶煤气中CO利用率比较高｡56､风口前有O2和CO2存在,并进行碳素燃烧反应的区域｡即回旋区和中间层统称为燃烧带(氧化带)｡在燃烧带有氧化气氛,也称为氧化带,在此带有Fe､Si､C的氧化(称为再氧化)｡再氧化放热,再还原吸热,热量转移,对整个热平衡没有影响｡57､燃烧带大小确定:燃烧带和回旋区都有长､宽､高｡风口中心线两侧为宽,向上为高,径向为长｡ L=l1+l2,也就是回旋区+中间层｡燃烧带的大小:可按CO2消失的位置来定｡实践中常以CO2降至1%~2%的位置定为燃烧带界限｡58、 水当量:单位时间内通过高炉某一截面的炉料(或煤气),其温度升高(或降低)1℃所吸收(或放出)的热量｡也就是单位时间内使煤气或炉料改变1℃所产生的热量变化｡59、 高炉内主要矛盾是煤气上升与炉料下降｡60、 炉料下降力P=Q炉料-P墙摩-P料摩-△P= Q有效-△P>0,炉料下降｡61、 炉料下降的力学条件是P>0,即Q有效>△P,即料柱本身重力克服各阻力作用后仍为正值｡P值越大,或者说Q有效越大,△P越小,越有利于炉料顺行｡62、 高炉趋于矮胖型(H有效/D减小)是有利于顺行的,尤其适合大型高炉｡63、 高炉上部的调剂是装料制度｡下部控制燃烧带(煤气流)｡中部控制软熔带｡第四章 高炉炼铁概述1､现代高炉生产过程是由一个高炉本体和五个辅助设备系统完成｡高炉本体: 炉喉､炉身､炉腰､炉腹､炉缸五个辅助设备系统:上料系统､送风系统､煤气净化系统､渣铁处理系统､喷吹燃料系统｡2､高炉冶炼全过程是在炉料自上而下､煤气自下而上的相互接触过程中完成的｡3､高炉炼铁生产的原则:优质､低耗､高产､长寿､高效益4､高炉操作制度:1､装料制度 (上部调剂)(先矿石后焦炭→正装;反之,倒装) 加重边缘→加重中心(正同装→正分装→倒分装→倒同装)2､送风制度(下部调节)调节效果比上部调节快3､造渣制度4､炉缸热制度5､高炉冷却制度4､高炉生产过程中,有时因临时检修或计划检修,而需要短期或长时间的停止送风,叫做休风｡5､停炉的方法; 1､焦丁填充法 2､空料线喷水法第五章 高炉炼铁设备1､高炉内型一般由炉缸､炉腹､炉腰､炉身和炉喉五段组成｡1､高炉炉衬组成: 1､陶瓷质材 2､碳质材料2､炉衬寿命将随着冶炼条件而变,但最薄弱的环节应在炉底(含炉缸)和炉身3､高炉使用的冷却设备主要有冷却壁､冷却板和风口｡ 高炉系统的冷却方法:强迫冷却和自然冷却冷却介质有水冷､风冷和气化冷却三种｡4､冷却壁分光面冷却壁和镶砖冷却壁｡光面冷却壁主要用于冷却炉缸和炉底炭砖;镶砖冷却壁主要用于冷却炉腹､炉腰､炉身各部位的炉衬｡5､高炉基础是由耐热混凝上基墩(露出地面)和钢筋混凝土基座(埋入土中)两部分组成｡6､高炉金属结构是指高炉本体的外部结构｡对钢结构的要求是:简单耐用,安全可靠,操作便利,容易维修和节省材料｡7､热风炉系统,热风炉是高炉热风的加热设备｡任务:向高炉连续不断地输送温度高达1100~1300℃的热风形式:内燃式､外燃式､顶燃式8､热风炉工作原理:由三部分组成; 燃烧期､换炉､送风期9､高炉系统除尘器:重力除尘器､文氏管､高压阀组､脱水器､静电除尘器､布袋除尘｡第八章 炼钢基本原理1､炼钢的基本任务:脱碳､脱磷､脱硫､脱氧,去除有害气体和非金属夹杂物,提高温度和调整成分｡ 归纳为:“四脱”(碳､氧､磷和硫)､“二去”(去气和去夹杂)､“二调整”(成分和温度)｡ 2､碱度是指炉渣中碱性氧化物与酸性氧化物浓度的比值,用“R”来表示｡炉渣的氧化性是指炉渣向金属相的供养能力或炉渣氧化金属熔池中杂质的能力｡炉渣的氧化性用渣中氧化亚铁总量 Σ(FeO)表示｡炉渣的氧化能力取决于组成和温度｡全氧法: Σ(FeO%)= (FeO%)+1.35 (Fe2O3%)全铁法:Σ(FeO%)= (FeO%)+0.9 (Fe2O3%)3､1､当温度T<1400℃时,元素的氧化顺序是: Si ､V､ Mn､ C ､P ､Fe2､当1400℃
