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1、冶金工程概論課程報告冶金工程是研究從礦石等資源中提取金屬及其化合物、并制成具有良好加工和使用性能材料的工程技術(shù)領(lǐng)域。冶金就是將金屬溶液中的雜質(zhì)通過熔融進(jìn)行造渣、除渣給予消除，同時某些化學(xué)成分通過除渣、脫碳、去氧等得到相對的純凈合金成分的過程。冶金在我國具有悠久的發(fā)展歷史，從石器時代到隨后的青銅器時代，再到近代鋼鐵冶煉的大規(guī)模發(fā)展。人類發(fā)展的歷史就融合了冶金的發(fā)展。一冶金工藝流程1.選礦選礦是冶煉前的準(zhǔn)備工作，選礦的目的是提高礦石品位。從礦山開采下來礦石以后，首先需要將含鐵等金屬元素高的礦石甄選出來，為下一步的冶煉活動做準(zhǔn)備。2.燒結(jié)/球團(tuán)為了保證供給高爐的鐵礦石中鐵含量均勻，并且保證高爐的透氣

2、性，需要把選礦工藝產(chǎn)出的鐵精礦制成10-25mm的塊狀原料。鐵礦粉造塊的目的是為了綜合利用資源，擴(kuò)大煉鐵用的原料種類，并且能夠改善礦石的冶金性能，適應(yīng)高爐冶煉對鐵礦石的質(zhì)量要求。鐵礦粉造塊目前主要有兩種方法：燒結(jié)法和球團(tuán)法。兩種方法所獲得的塊礦分別為燒結(jié)礦和球團(tuán)礦。3.煉焦高爐生產(chǎn)前的準(zhǔn)備除了準(zhǔn)備鐵礦石外，還需要準(zhǔn)備好必需的燃料焦炭。焦炭是高爐冶煉的主要燃料，焦炭在風(fēng)口前燃燒放出大量熱量并產(chǎn)生煤氣，煤氣在上升過程中將熱量傳給爐料，使高爐內(nèi)的各種物理化學(xué)反應(yīng)得以進(jìn)行。焦炭在高爐冶煉中可作為發(fā)熱劑和還原劑。焦炭在風(fēng)口前燃燒放出大量熱量并產(chǎn)生煤氣，煤氣在上升過程中將熱量傳給爐料，使高爐內(nèi)的各種物理化

3、學(xué)反應(yīng)得以進(jìn)行。同時，焦炭燃燒產(chǎn)生的CO及焦炭中的固定碳是鐵礦石的還原劑。4.煉鐵煉鐵生產(chǎn)是冶金工業(yè)最主要的環(huán)節(jié)。高爐冶煉是把鐵礦石還原成生鐵的連續(xù)生產(chǎn)過程。目前最常用的方法有高爐煉鐵，直接還原和熔融還原鐵三種方法。其中高爐煉鐵是以焦炭為能源基礎(chǔ)的傳統(tǒng)煉鐵方法。它與轉(zhuǎn)爐煉鋼相配合，是目前生產(chǎn)鋼鐵的主要方法。5.煉鋼鋼與生鐵都是以鐵元素為主，并含有少量碳、硅、錳、磷、硫等元素的鐵碳合金，二者差別就是碳元素的含量。而煉鋼的基本任務(wù)就是將鐵水重的碳含量調(diào)整到一定范圍。煉鋼方法包括轉(zhuǎn)爐煉鋼、電弧爐煉鋼和平爐煉鋼。其中轉(zhuǎn)爐煉鋼利用吹入空氣或氧氣對熔融的鐵水進(jìn)行氧化脫碳，煉出合格成分的鋼錠。電弧爐煉鋼依靠

4、插入金屬爐料間的石墨電極通電后，以產(chǎn)生的電弧為熱源從而熔化爐料。平爐煉鋼以煤氣或重油為燃料，在燃燒火焰直接加熱的狀態(tài)下，將生鐵和廢鋼等原料熔化并精煉成鋼液。6.連鑄連續(xù)鑄鋼是通過連鑄機(jī)將鋼液連續(xù)地鑄成鋼坯的工序。轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)出來的鋼水經(jīng)過精煉爐精煉以后，需要將鋼水鑄造成不同類型、不同規(guī)格的鋼坯。連鑄工藝中，鋼液通過中間包注入結(jié)晶器內(nèi)，迅速冷卻成具有一定厚度的凝固殼而內(nèi)部仍為液態(tài)的鑄坯。鑄坯下部與伸入結(jié)晶器底部的引錠桿銜接，澆注開始后，拉坯機(jī)通過引錠桿把結(jié)晶器內(nèi)的鑄坯以一定速度拉出。與模鑄相比，連鑄具有簡化工序、節(jié)能；降低鑄坯切頭率、提高金屬收得率等優(yōu)點。連鑄工藝的一個主要問題是連鑄坯的斷裂。如果凝

5、固的金屬外殼過薄，有可能導(dǎo)致鋼坯在拉出一定長度后下方的金屬將上方正在凝結(jié)的金屬拉斷，導(dǎo)致鋼水泄露，進(jìn)而破壞其他機(jī)器而發(fā)生事故。通常情況下，斷裂是由于過高的拉出速度，使凝固的外殼沒有足夠時間來產(chǎn)生所要求的厚度；也有可能是拉出的金屬溫度仍然過高，這意味著最終凝固時間大大低于矯直輥和地方鏈斷裂整頓期間，由于應(yīng)用的壓力。阿突破，也可能發(fā)生，如造成撕裂。如果傳入的金屬過熱，可以通過減慢拉出速度來防止斷裂。另一個可能出現(xiàn)的問題是鋼鐵與溶解氧反應(yīng)也可能產(chǎn)生碳化物。由于金屬是液態(tài)，這種碳化反應(yīng)是非常的快，同時產(chǎn)生大量高溫氣體，如果是在中間包或者結(jié)晶器中發(fā)生碳化反應(yīng)，氧元素還會反應(yīng)生成氧化硅或氧化鋁，如果產(chǎn)生過

6、多的氧化硅或氧化鋁將有可能堵塞中間包與結(jié)晶器中間的連接管，進(jìn)而導(dǎo)致破壞生產(chǎn)。7.軋鋼從煉鋼廠出來的鋼坯還僅僅是半成品，必須到軋鋼廠去進(jìn)行軋制以后，才能成為合格的產(chǎn)品。熱軋后的成品分為鋼卷和錠式板兩種，經(jīng)過熱軋后的鋼材厚度一般在幾個毫米,如果用戶要求鋼板更薄的話，還要經(jīng)過冷軋。連軋的目的是將連鑄后的鋼坯軋制成客戶需要規(guī)格的鋼材。從煉鋼廠送過來的連鑄坯，首先是進(jìn)入加熱爐，然后經(jīng)過初軋機(jī)反復(fù)軋制之后，進(jìn)入精軋機(jī)。軋鋼屬于金屬壓力加工，說簡單點，軋鋼板就像壓面條，經(jīng)過搟面杖的多次擠壓與推進(jìn)，面就越搟越薄。在熱軋生產(chǎn)線上，軋坯加熱變軟，被輥道送入軋機(jī)，最后軋成用戶要求的尺寸。熱軋工藝中，板坯由煉鋼連鑄車

7、間的連鑄機(jī)出坯輥道直接送到熱軋車間板坯庫，并送至加熱爐的裝爐輥道裝爐加熱，保溫后由吊車吊運至上料臺架，然后經(jīng)加熱爐裝爐輥道裝爐加熱。冷軋工藝是將熱軋來的原料板軋制成用戶所要求的尺寸與形狀，同時滿足性能與表面質(zhì)量要求。冷軋工藝一般包括酸洗、多機(jī)架連軋機(jī)、熱處理線，單機(jī)架和雙機(jī)架平整線，表面防腐處理的鍍鋅線、彩涂線，及精整線等，此外依據(jù)生產(chǎn)的產(chǎn)品不同還會有：鍍鋅線、冷軋硅鋼和彩涂線，冷軋是把熱軋的板卷再次加工成具有高附加值的產(chǎn)品。二原料工藝1.燒結(jié)礦燒結(jié)是指將鐵礦粉、無煙煤和石灰、高爐爐塵、軋鋼皮、鋼渣按一定配比混勻。燒結(jié)機(jī)適用于大型黑色冶金燒結(jié)廠的燒結(jié)作業(yè)，它是抽風(fēng)燒結(jié)過程中的主體設(shè)備，可將不同

8、成份，不同粒度的精礦粉，富礦粉燒結(jié)成塊，并部分消除礦石中所含的硫，磷等有害雜質(zhì)。經(jīng)燒結(jié)而成的有足夠強(qiáng)度和粒度的燒結(jié)礦可作為煉鐵的熟料。利用燒結(jié)熟料煉鐵對于提高高爐利用系數(shù)、降低焦比、提高高爐透氣性保證高爐運行均有一定意義。目前生產(chǎn)上廣泛采用帶式抽風(fēng)燒結(jié)機(jī)生產(chǎn)燒結(jié)礦。燒結(jié)中，原料在配料室參加配料，在一次混合機(jī)混合、加水濕潤，在二次混合機(jī)中造球，具有一定粒級的混合料通過布料器布到臺車上，布有料的臺車通過點火爐下方，通過高溫煤氣火點燃混合料中的燃料，主排風(fēng)機(jī)通過風(fēng)箱從臺車下部進(jìn)行抽風(fēng)燒結(jié)，臺車從機(jī)頭運動到機(jī)尾，混合料正好完成燒結(jié)過程，經(jīng)過冷卻后通過篩分供給高爐。2.球團(tuán)礦球團(tuán)是人造塊狀原料的一種方法

9、，是個將粉狀物料變成物理性能相化學(xué)組成能夠滿足下步加工要求的過程。球團(tuán)過程中，物料不僅由于滾動成球相粒于密集而發(fā)生物理性質(zhì)，如密度、扎隙率、形狀、大小相機(jī)械強(qiáng)度等變化、更重要的是發(fā)生了化學(xué)和物理化學(xué)性質(zhì)，如化學(xué)組成、還原性、膨脹性、高溫還原軟化性、低溫還原軟化性、熔融性等變比，使物料的冶金性能得到改善。 球團(tuán)的基本任務(wù)除利用精礦和粉礦制成球狀冶煉原料外，還可生產(chǎn)用于直接還原的金屬化球團(tuán)礦以及將其應(yīng)用于綜合利用回收有用金屬。國內(nèi)外焙燒球團(tuán)礦的方法有3種：豎爐焙燒；帶式焙燒；鏈箅機(jī)回轉(zhuǎn)窯焙燒。豎爐是最早采用的球團(tuán)礦焙燒設(shè)備?，F(xiàn)代豎爐在頂部設(shè)有烘干床，焙燒室中央設(shè)有導(dǎo)風(fēng)墻。燃燒室內(nèi)產(chǎn)生的高溫氣體從兩

10、側(cè)噴入焙燒室向頂部運動，生球從上部均勻地鋪在烘干床上被上升熱氣體干燥、預(yù)熱，然后沿烘干床斜坡滑入焙燒室內(nèi)焙燒固結(jié)，在出焙燒室后與從底部鼓進(jìn)的冷風(fēng)氣相遇，得到冷卻。最后用排礦機(jī)排出豎爐。豎爐的結(jié)構(gòu)簡單，對材質(zhì)無特殊要求；缺點是單爐產(chǎn)量低，只適用于磁精粉球團(tuán)焙燒，由于豎爐內(nèi)氣體流難于控制，焙燒不均勻造成球團(tuán)礦質(zhì)量也不均勻。帶式焙燒機(jī)是目前使用最廣的焙燒方法。帶式焙燒采用鋪底料和鋪邊料以提高焙燒質(zhì)量，同時用鼓風(fēng)和抽風(fēng)干燥相結(jié)合以改善干燥過程，提高球團(tuán)礦的質(zhì)量。帶式焙燒適用于各種不同原料，如赤鐵礦浮選精粉、磁鐵礦磁選精粉或混合粉等球團(tuán)礦的焙燒。三煉鐵工藝1.工藝設(shè)備高爐是橫斷面為圓形的煉鐵豎爐。用鋼板

11、作爐殼，殼內(nèi)砌耐火磚內(nèi)襯。高爐本體自上而下分為爐喉、爐身、爐腰、爐腹、爐缸5部分。由于高爐煉鐵技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)良好，工藝簡單，生產(chǎn)量大，勞動生產(chǎn)效率高，能耗低等優(yōu)點，這種方法生產(chǎn)的鐵占世界鐵總產(chǎn)量的絕大部分。熱風(fēng)爐是為高爐加熱鼓風(fēng)的設(shè)備，是現(xiàn)代高爐不可缺少的重要組成部分。提高風(fēng)溫可以通過提高煤氣熱值、優(yōu)化熱風(fēng)爐及送風(fēng)管道結(jié)構(gòu)、預(yù)熱煤氣和助燃空氣、改善熱風(fēng)爐操作等技術(shù)措施來實現(xiàn)。理論研究和生產(chǎn)實踐表明，采用優(yōu)化的熱風(fēng)爐結(jié)構(gòu)、提高熱風(fēng)爐熱效率、延長熱風(fēng)爐壽命是提高風(fēng)溫的有效途徑。鐵水罐車用于運送鐵水，實現(xiàn)鐵水在脫硫跨與加料跨之間的轉(zhuǎn)移或放置在混鐵爐下，用于高爐或混鐵爐等出鐵。2.基本流程鐵礦石、焦炭和

12、熔劑等固體原料按規(guī)定配料比由爐頂裝料裝置分批送入高爐，并使?fàn)t喉料面保持一定的高度。焦炭和礦石在爐內(nèi)形成交替分層結(jié)構(gòu)。高爐冶煉目的是將礦石中的鐵元素提取出來，生產(chǎn)出來的主要產(chǎn)品為鐵水，同時副產(chǎn)品包括水渣、礦渣棉和高爐煤氣等。反應(yīng)式為：Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2(高溫) (還原反應(yīng)）；Fe3O4+4CO=3Fe+4CO2(高溫)（還原反應(yīng)）；C+O2=CO2(高溫)；C+CO2=2CO(高溫)。生產(chǎn)時，從爐頂不斷地裝入鐵礦石、焦炭、熔劑，從高爐下部的風(fēng)口吹進(jìn)1200攝氏度的熱風(fēng)，噴入油、煤或天然氣等燃料。裝入高爐中的鐵礦石，主要是鐵和氧的化合物。在高溫下焦炭（也噴吹煤粉、重油、天然氣等輔

13、助燃料）中的碳同鼓入空氣中的氧燃燒生成的一氧化碳和氫氣，在爐內(nèi)上升過程中除去鐵礦石中的氧，從而還原得到鐵。鐵礦石通過還原反應(yīng)煉出生鐵，鐵水從出鐵口放出。鐵礦石中的脈石、焦炭及噴吹物中的灰分與加入爐內(nèi)的石灰石等熔劑結(jié)合生成爐渣，從出鐵口和出渣口分別排出。爐渣形成的反應(yīng)式為:CaCO3=CaO+CO2 (條件：高溫）；CaO+SiO2=CaSiO3 (條件：高溫）。其中煤氣從爐頂導(dǎo)出，經(jīng)除塵后，作為工業(yè)用煤氣?，F(xiàn)代化高爐還可以利用爐頂?shù)母邏?，用?dǎo)出的部分煤氣發(fā)電。3.工藝特點高爐冶煉是在爐料與氧氣氣流逆向運動過程中完成各種錯綜復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)和物理變化的，爐內(nèi)主要是還原性反應(yīng)；高爐是密閉的容器，除裝

14、料、出鐵、出渣及煤氣外，操作人員無法直接觀察到反應(yīng)過程的狀況，只能憑借儀器儀表間接觀察爐內(nèi)狀況；高爐是連續(xù)的、大規(guī)模的高溫生產(chǎn)過程，機(jī)械化和自動化水平較高。四煉鋼工藝1.工藝設(shè)備轉(zhuǎn)爐爐體用鋼板制成，呈圓筒形，內(nèi)襯耐火材料，吹煉時靠化學(xué)反應(yīng)熱加熱，不需外加熱源，是最重要的煉鋼設(shè)備，也可用于銅、鎳冶煉。轉(zhuǎn)爐按爐襯的耐火材料性質(zhì)分為堿性（用鎂砂或白云石為內(nèi)襯）和酸性（用硅質(zhì)材料為內(nèi)襯）轉(zhuǎn)爐；按氣體吹入爐內(nèi)的部位分為底吹、頂吹和側(cè)吹轉(zhuǎn)爐；按吹煉采用的氣體，分為空氣轉(zhuǎn)爐和氧氣轉(zhuǎn)爐。轉(zhuǎn)爐煉鋼主要是以液態(tài)生鐵為原料的煉鋼方法。其主要特點是：靠轉(zhuǎn)爐內(nèi)液態(tài)生鐵的物理熱和生鐵內(nèi)各組分（如碳、錳、硅、磷等）與送入爐

15、內(nèi)的氧進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量，使金屬達(dá)到出鋼要求的成分和溫度。2.基本流程轉(zhuǎn)爐煉鋼的原材料分為金屬料、非金屬料和氣體。金屬料包括鐵水、廢鋼、鐵合金，非金屬料包括造渣料、熔劑、冷卻劑，氣體包括氧氣、氮氣、氬氣、二氧化碳等。非金屬料是在轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中為了去除磷、硫等雜質(zhì)，控制好過程溫度而加入的材料。主要有造渣料（石灰、白云石等），熔劑（螢石、氧化鐵皮等），冷卻劑（鐵礦石、石灰石、廢鋼等），增碳劑和燃料（焦炭、石墨籽、煤塊、重油等）。轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝中，首先按照配料要求把廢鋼等裝入爐內(nèi)，然后倒入鐵水，并加入適量的造渣材料，如生石灰等。然后把氧氣噴槍從爐頂插入爐內(nèi)，吹入純度大于99%的高壓氧氣流，使它直

16、接跟高溫的鐵水發(fā)生氧化反應(yīng)，除去雜質(zhì)。用純氧代替空氣可以克服由于空氣里的氮氣的影響而使鋼質(zhì)變脆，以及氮氣排出時帶走熱量的缺點。在除去大部分硫、磷后，當(dāng)鋼水的成分和溫度都達(dá)到要求時，即停止吹煉，提升噴槍，準(zhǔn)備出鋼。出鋼時使?fàn)t體傾斜，鋼水從出鋼口注入鋼水包里，同時加入脫氧劑進(jìn)行脫氧和調(diào)節(jié)成分。鋼水合格后，可以澆成鋼的鑄件或鋼錠，鋼錠可以再軋制成各種鋼材。氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐在煉鋼過程中會產(chǎn)生大量棕色煙氣，它的主要成分是氧化鐵塵粒和高濃度的一氧化碳?xì)怏w等。因此，必須加以凈化回收，綜合利用，以防止污染環(huán)境。從回收設(shè)備得到的氧化鐵塵?？梢杂脕頍掍?；一氧化碳可以作化工原料或燃料；煙氣帶出的熱量可以副產(chǎn)水蒸氣。此外，煉鋼時，生成的爐渣也可以用來做鋼渣水泥，含磷量較高的爐渣，可加工成磷肥，等等。氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法具有冶煉速度快、煉出的鋼種較多、質(zhì)量較好，以及建廠速度快、投資少等許多優(yōu)點。但在冶煉過程中都是氧化性氣氛，去硫效率差，昂貴的合金元素也易被氧化而損耗，因而所煉鋼種和質(zhì)量就受到一定的限制。3.工藝特點轉(zhuǎn)爐按耐火材料分為酸性和堿性，按氣體吹入爐內(nèi)的部位有頂吹、底吹和側(cè)吹；按氣體種類為分空氣轉(zhuǎn)爐和氧氣轉(zhuǎn)爐。堿性氧氣頂吹和頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐由于其生產(chǎn)速度快、產(chǎn)量大，單爐產(chǎn)量高、成本低、投資少，為目前使用最普遍的煉鋼設(shè)備。轉(zhuǎn)爐主要用于生產(chǎn)碳鋼、合金鋼及銅和鎳的冶煉。