冶金概论讲义

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1、冶金概论AnIntroductiontoMetallurgy武汉科技大学冶金工程系张保平第一章绪论冶金工业的地位：（1）在学科中的地位地质矿物加工冶炼材料加工销售（2）在人类发展过程中的地位石器时代青铜器时代（铜+10%锡或铅）铁器时代工业时代信息化时代1.1钢铁工业在国民经济中的地位•钢铁工业是基础材料工业，钢铁工业为其它制造业（如机器及机械制造、交通运输、军工、能源、航空航天等）提供最主要的原材料，也为建筑业及民用品生产提供基础材料。•一个国家钢铁工业的发展状况间接反映其国民经济发达的程度。•钢铁产品之所以能成为各制造行业和基础建设的基础材料，是因为它具有以下优越的性能和相

2、对低廉的价格：p具有较高的强度和韧性；p可通过铸、锻、轧、切削和焊接等多种方式进行加工，以得到任何结构的工部件；p废弃的钢铁产品可以循环利用；p与其它工业相比，钢铁工业生产规模大、效率高、质量好、成本低，具有强大的竞争优势。1.1钢铁工业在国民经济中的地位•钢和生铁的区别（SteelandIron）1.2钢铁工业的发展1.2.1早期的冶铁方法•海绵铁：是一种在土坑里用木炭在800~1000℃下还原铁矿石，得到一种含有大量非金属氧化物的海绵状固态块铁。这种块铁含碳量很低，具有较好的塑性，经锻打成型，制作器具。•战国时期的“块铁渗碳钢”制造技术，造出了非常坚韧而锋利的宝剑。西汉晚期

3、的”炒钢”的生铁脱碳技术；东汉水力鼓风技术、北宋时期的木风箱鼓风，并以石炭（煤）为炼铁原、燃料技术，极大地提高了冶铁规模。•欧洲的块炼铁是公元前1000年前后发明的，但是直到公元十三世纪末，十四世纪初才掌握生铁冶炼技术。•获得生铁的初期，人们把它当作废品，因为它性脆，不能锻造成器具。后来发现将生铁与矿石一起放入炉内再进行冶炼，得到性能比生铁好的粗钢（也称熟铁）。•从此钢铁冶炼就开始形成了一直沿用至今的二步冶炼法：第一步从矿石中冶炼出生铁；第二步把生铁精炼成钢。•随着时代的发展，高炉燃料从木炭发展到焦炭，鼓风动力用蒸汽机代替水力（或风力），产量也不断增长。1.2.2近代钢铁冶炼技

4、术的发展（1）底吹空气转炉的发明•1856年英国人贝塞麦(H.Bessemer)发明的底吹酸性空气转炉炼钢法。由于采用酸性炉衬和酸性渣操作，吹炼过程中不能去除硫、磷，同时为了保证有足够的热量来源要求铁水有较高的含硅量。故只能用低磷高硅生铁做原料。•1878年，英国人托马斯(S.G.Thomas)发明了碱性底吹空气转炉炼钢法（即托马斯法），用白云石加少量粘结剂制成炉衬，在吹炼过程中加入石灰造碱性渣，解决了高磷铁水的脱磷问题。（2）平炉炼钢•1864年，法国人马丁（Martin）利用德国人西门子（Siemens）的蓄热原理发明了以铁水、废钢为原料的酸性平炉法炼钢。继托马斯碱性底吹空

5、气转炉炼钢法以后，于1880年出现了第一座碱性平炉炼钢。•碱性平炉能适用于各种原料条件，生铁和废钢的比例可以在很宽的范围内变化，解决了废钢炼钢的诸多问题，钢的品种质量也大大超过空气转炉，因此碱性平炉一度成为世界上最主要的炼钢方法，其地位保持了半个多世纪。（3）电弧炉的发明•1899年，法国人赫劳特（heroult）研制炼钢用三相交流电弧炉获得成功。•由于钢液成分、温度和炉内气氛容易控制、品种适应性大，这种方法特别适于冶炼高合金钢。•电弧炉炼钢法一直沿用至今，炉容量不断扩大（目前最大的电弧炉容量已超过400吨），铁水热装和电弧炉用氧技术的应用，使电炉产能不断提高，是当前冶炼碳素钢

6、主要炼钢方法之一。（4）氧气转炉炼钢•1948年，德国人罗伯特·杜勒（RobertDurrer）在瑞士成功地进行了氧气顶吹转炉炼钢试验。1952年在奥地利林茨城（Linz），1953年在多纳维茨城(Donawitz)先后建成了30t氧气顶吹转炉车间并投入生产，所以该法也称LD法。•在美国一般称作BOF（BasicOxygenFurnace）或BOP(Basicoxygenprocess)。•目前转炉钢的产量已达到世界总产钢量的80%左右。氧气转炉炼钢是目前世界上最主要的炼钢方法。第二次炼钢技术革新是以氧气顶吹转炉代替平炉为标志。•1978年，法国钢铁研究院（IRSID）在顶吹转

7、炉上进行了底吹惰性气体搅拌的实验并获得成功，并先后在卢森堡、比利时、英国、美国和日本等国进行了实验和半工业性试验。•由于转炉复合吹炼兼有底吹和顶吹转炉炼钢的优点，促进了金属与渣、气体间的平衡，吹炼过程平稳，渣中氧化铁的鉄含量少，减少了金属和铁合金的消耗，加之改造容易，因此该炼钢方法在各国得到了迅速推广。（5）直接还原和熔融还原技术•用直接还原铁做原料的电炉炼钢新工艺，比高炉-转炉传统工艺流程的投资、原料和能源费用均低。•直接还原铁技术的新发展，为电炉提供了优质原料，弥补了当前废钢数量的不足。