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冶冶金金概概论论AnintroductiontoMetallurgyp武汉科技大学冶金工程系2课程教学目的p通过钢铁冶炼过程的基本原理、主要设备、生产工艺等的学习，使从事与冶金行业有关的非冶金专业学生对钢铁工业及钢铁联合企业的生产过程有一个全面而概括的了解，并初步掌握冶金的基本知识。

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492第一章第一章绪论绪论4主要内容主要内容1.1冶金基本概念冶金基本概念1.2钢铁工业钢铁工业1.3钢铁冶炼钢铁冶炼1.4钢铁产品及副产品钢铁产品及副产品1.5钢铁工业能耗及能源钢铁工业能耗及能源1.6耐火材料耐火材料1.7环境保护环境保护/21:

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50451.11.1冶金基本概念冶金基本概念1.1.1冶金学冶金学1.1.2火法冶金火法冶金（Pyrometallurgy）主要过程简介主要过程简介/21:

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50561.1.11.1.1冶金学冶金学p冶金学是一门研究如何冶金学是一门研究如何经济地经济地从矿石或其它从矿石或其它原料中原料中提取金属或金属化合物提取金属或金属化合物，并用一定加，并用一定加工方法制成工方法制成具有一定性能具有一定性能的金属材料的科学。

的金属材料的科学。

由于矿石性能不同，提取金属的原理、工艺由于矿石性能不同，提取金属的原理、工艺过程和设备不同，从而形成专门的冶金学科过程和设备不同，从而形成专门的冶金学科冶金学冶金学（Metallurgy）。

p冶金学研究所涉及的内容：

冶金学研究所涉及的内容：

金属的制取，金金属的制取，金属的加工，金属性能的改进属的加工，金属性能的改进对金属成分、对金属成分、组织结构、性能和相关理论的研究。

组织结构、性能和相关理论的研究。

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5067冶金学的分类冶金学的分类p冶金学按研究的领域分冶金学按研究的领域分：

提取冶金学提取冶金学（化学（化学冶金学）和冶金学）和物理冶金学物理冶金学（physicalmetallurgy）（材料的加工成型，通过控（材料的加工成型，通过控制其组成、结构使已提取的金属具有某种性制其组成、结构使已提取的金属具有某种性能）。

能）。

p提取冶金提取冶金（extractivemetallurgy）：

）：

从矿石中从矿石中提取提取金属及金属化合物的过程，因金属及金属化合物的过程，因其中进行很多其中进行很多化学反应化学反应，又称，又称化学冶金化学冶金（chemicalmetallurgy）。

）。

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5078p按所冶炼金属类型分：

按所冶炼金属类型分：

p（Nonferrousmetallurgy）p（Ferrousmetallurgy）pp按冶金工艺过程不同分：

按冶金工艺过程不同分：

提取冶金的分类提取冶金的分类/21:

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50891.1.21.1.2火法冶金主要过程简介火法冶金主要过程简介p干燥：

干燥：

去水去水，温度为，温度为400600。

p焙烧：

以焙烧：

以改变原料组成改变原料组成为目的的、在为目的的、在低于矿石低于矿石熔点温度下熔点温度下、在、在特定气氛中特定气氛中进行的冶金过程。

进行的冶金过程。

p煅烧：

在空气中以煅烧：

在空气中以去去CO2和和水水为目的的冶金过为目的的冶金过程。

程。

p烧结与球团：

以获得特定矿物组成、结构及性烧结与球团：

以获得特定矿物组成、结构及性能的能的造块造块。

p熔炼：

还原氧化物，熔炼：

还原氧化物，提取粗金属提取粗金属。

p精炼：

氧化杂质，精炼：

氧化杂质，获得纯金属获得纯金属。

p铸造：

液态金属铸造：

液态金属凝固凝固成固态。

成固态。

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509101.21.2钢铁工业钢铁工业1.2.11.2.1钢铁材料钢铁材料1.2.21.2.2钢钢（Steel）（Steel）与生铁与生铁（Pigiron）（Pigiron）的区别的区别1.2.31.2.3钢铁冶炼技术发展简史钢铁冶炼技术发展简史1.2.41.2.4我国钢铁工业的发展我国钢铁工业的发展/21:

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5010111.2.11.2.1钢铁材料钢铁材料p钢铁是使用最多的金属材料钢铁是使用最多的金属材料原因：

储量大；冶炼加工容易；综合性能好原因：

储量大；冶炼加工容易；综合性能好p预计未来几年钢铁产品在各行业中占的比例预计未来几年钢铁产品在各行业中占的比例/21:

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501112/21:

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5012131.2.21.2.2钢与生铁的区别钢与生铁的区别/21:

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5113141.2.31.2.3钢铁冶炼技术发展简史钢铁冶炼技术发展简史p远古至远古至13世纪末：

半熔融状态的铁块世纪末：

半熔融状态的铁块海绵海绵铁铁（spongeiron）；p13世纪末至世纪末至19世纪中叶：

熔融状态的生铁世纪中叶：

熔融状态的生铁粗钢，形成两步法炼钢；粗钢，形成两步法炼钢；p19世纪中期至今世纪中期至今：

1856年英国人发明了空气底吹酸性转炉炼钢年英国人发明了空气底吹酸性转炉炼钢法；法；1864年法国人发明了平炉炼钢法年法国人发明了平炉炼钢法（OH）；1874年发明了空气底吹碱性转炉炼钢法；年发明了空气底吹碱性转炉炼钢法；20世纪初发明了电弧炉炼钢世纪初发明了电弧炉炼钢（EAF）；20世纪中叶氧气顶吹转炉（世纪中叶氧气顶吹转炉（LD法）。

法）。

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5114151.2.31.2.3我国钢铁工业的发展我国钢铁工业的发展p19961996年，突破年，突破11亿吨；亿吨；p19991999年，产量世界第一；年，产量世界第一；p20032003年，突破年，突破22亿吨，世界唯一年产钢亿吨，世界唯一年产钢超过超过22亿吨的国家；亿吨的国家；p20042004年，产量年，产量2.82.8亿吨；亿吨；p20052005年，产量年，产量3.53.5亿吨；亿吨；p20062006年，产量年，产量4.24.2亿吨。

亿吨。

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511516/21:

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5116全球部分钢厂产量排名全球部分钢厂产量排名排名排名公司公司国家国家20062006年年（百万吨百万吨）20052005年年（百万吨百万吨）同比增长同比增长20062006200520051111米塔尔米塔尔荷兰荷兰63.6663.6649.8949.8927.627.62222安赛乐安赛乐卢森堡卢森堡54.3254.3246.6546.6516.416.43333新日铁新日铁日本日本33.7033.7032.9032.9012.412.44444JFEJFE日本日本32.0232.0229.5729.578.38.35555浦项浦项韩国韩国31.2031.2031.4231.42-0.7-0.76666宝钢宝钢中国中国22.5322.5322.7322.73-0.9-0.9992626唐钢唐钢中国中国19.0619.0616.0816.0818.518.516161818鞍钢鞍钢中国中国15.0015.0011.9011.9026.126.117172222沙钢沙钢中国中国14.6314.6312.0212.0221.721.718181616武钢武钢中国中国13.7613.7613.0513.055.55.524242424济钢济钢中国中国11.2411.2410.4310.437.87.825252727马钢马钢中国中国10.9110.919.659.6513.113.126262525莱钢莱钢中国中国10.7910.7910.3410.344.44.427272323首钢首钢中国中国10.5510.5510.4410.441.01.028283131华菱华菱中国中国9.919.918.458.4517.217.2/21:

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511718中国年粗钢产量增长情况中国年粗钢产量增长情况/21:

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5118191.31.3钢铁冶炼钢铁冶炼赤赤铁铁矿矿磁磁铁铁矿矿线线材材板板材材/21:

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511920p烧结烧结/球团球团高炉高炉转炉转炉连铸机连铸机轧机轧机p直接还原或熔融还原直接还原或熔融还原电炉电炉连铸机连铸机轧机轧机非高炉炼非高炉炼铁铁钢铁生产的两个典型流程钢铁生产的两个典型流程高炉炼铁高炉炼铁长流程长流程短流程短流程钢铁冶炼的任务是把铁矿石冶炼成合格的钢。

钢铁冶炼的任务是把铁矿石冶炼成合格的钢。

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512021现代钢铁冶炼的两种基本流程现代钢铁冶炼的两种基本流程/21:

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512122钢材加工工艺流程钢材加工工艺流程/21:

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512223钢铁生产的典型工艺（长流程）钢铁生产的典型工艺（长流程）/21:

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512324钢铁工业的特点钢铁工业的特点p生产规模大，物流吞吐大，每吨钢涉及的物生产规模大，物流吞吐大，每吨钢涉及的物流将是流将是5-65-6吨。

吨。

p资源密集、能耗密集。

在钢铁联合企业内，资源密集、能耗密集。

在钢铁联合企业内，每吨钢降消耗每吨钢降消耗0.7-0.80.7-0.8吨左右的标准煤、吨左右的标准煤、1.5-1.651.5-1.65吨左右铁矿石、吨左右铁矿石、3-83-8吨左右新水；吨左右新水；p制造流程工序多、结构复杂制造流程工序多、结构复杂p制造流程中伴随大量物质制造流程中伴随大量物质/能量排放，形成能量排放，形成复杂的环境界面复杂的环境界面/21:

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5124251.41.4钢铁产品及副产品钢铁产品及副产品p产品产品生铁生铁钢钢铁合金铁合金（Ferroalloy）（Ferroalloy）p副产品副产品炉渣炉渣（Slag）（Slag）煤气煤气（Gas）（Gas）/21:

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512526生铁生铁p它是铁和碳及少量硅。

锰、硫、磷等元素组它是铁和碳及少量硅。

锰、硫、磷等元素组成的合金，主要由高炉生产，按其用途可分成的合金，主要由高炉生产，按其用途可分为为炼钢生铁炼钢生铁和和铸造生铁铸造生铁。

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512627铁合金铁合金p铁合金是指铁与一种或几种元素组成的中间铁合金是指铁与一种或几种元素组成的中间合金，主要用于炼钢脱氧或作为合金添加剂，合金，主要用于炼钢脱氧或作为合金添加剂，当采用金属热还原法生产其它铁合金和有色当采用金属热还原法生产其它铁合金和有色金属时作还原剂金属时作还原剂（详见第七章详见第七章）。

如：

硅铁、。

如：

硅铁、锰铁。

锰铁。

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522728炉渣炉渣p炉渣是炉料在冶炼过程中不能进到生铁和钢炉渣是炉料在冶炼过程中不能进到生铁和钢中的氧化物、硫化物等形成的熔融体。

中的氧化物、硫化物等形成的熔融体。

p其主要成分是其主要成分是CaO、MgO、SiO2、Al2O3等。

等。

p根据冶炼方法的不同，钢铁生产产生的炉渣根据冶炼方法的不同，钢铁生产产生的炉渣分为分为高炉渣高炉渣和和炼钢渣炼钢渣，按炉渣中含有不同，按炉渣中含有不同的化学成分又可分为的化学成分又可分为碱性渣碱性渣和和酸性渣酸性渣。

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522829p碱度碱度（R）：

炉渣中CaO与SiO2的质量百分数之比。

这是二元碱度，还有三元碱度等p/21:

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522930煤气煤气p钢铁生产中还能获得大量的可燃气体，钢铁生产中还能获得大量的可燃气体，高炉炼铁可产生高炉煤气，转炉炼钢高炉炼铁可产生高炉煤气，转炉炼钢可获得转炉煤气，炼焦时可得焦炉煤可获得转炉煤气，炼焦时可得焦炉煤气等。

气等。

p煤气主要成分：

煤气主要成分：

CO、H2、CO2、N2、CH4/21:

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5230311.51.5钢铁工业能源及能耗钢铁工业能源及能耗1.5.11.5.1钢铁生产用能源钢铁生产用能源1.5.21.5.2钢铁工业能耗钢铁工业能耗1.5.31.5.3节能途径节能途径/21:

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523132p钢铁工业是能源消耗的大户，约占全国总能钢铁工业是能源消耗的大户，约占全国总能源消耗量的源消耗量的10101111。

p钢铁生产所用能源主要有钢铁生产所用能源主要有煤炭煤炭、燃料油、燃料油（重油重油）、天然气、电力等。

、天然气、电力等。

p煤占钢铁生产中燃料消耗的煤占钢铁生产中燃料消耗的70%70%，钢铁工业用，钢铁工业用煤量已超过煤炭总产量的煤量已超过煤炭总产量的1515。

p煤在钢铁企业主要用来煤在钢铁企业主要用来炼焦炼焦