1、 DJTU Materials Science & Engineering 金屬之最地殼中含量最高的金屬元素人體中含量最高的金屬元素目前世界年產(chǎn)量最高的金屬導電、導熱性最好的金屬鋁鈣鐵銀DJTU Materials Science & Engineering 金屬之最硬度最高的金屬熔點最高的金屬熔點最低的金屬密度最大的金屬密度最小的金屬鉻鎢汞鋨鋰DJTU Materials Science & Engineering金屬材料 有色金屬有色金屬 Al, Cu, Ti, Mg合金合金 DJTU Materials Science & Engineering金屬材料金

2、屬材料黑色金屬黑色金屬鐵鐵鋼鋼4.1 黑色金屬 黑色金屬包括鐵、鉻、錳三種。但后兩種在實際生產(chǎn)中很少單獨黑色金屬包括鐵、鉻、錳三種。但后兩種在實際生產(chǎn)中很少單獨使用，故黑色金屬就泛指鋼、鐵。使用，故黑色金屬就泛指鋼、鐵。 自從自從1980年阿爾溫年阿爾溫托夫勒（托夫勒（第三次浪潮第三次浪潮的作者，美國未來的作者，美國未來學家）到處鼓吹鋼鐵是夕陽工業(yè)以來，使人們產(chǎn)生了一種錯覺，學家）到處鼓吹鋼鐵是夕陽工業(yè)以來，使人們產(chǎn)生了一種錯覺，似乎發(fā)展信息產(chǎn)業(yè)必須壓縮鋼鐵工業(yè)，鋼鐵生產(chǎn)技術沒有必要，似乎發(fā)展信息產(chǎn)業(yè)必須壓縮鋼鐵工業(yè)，鋼鐵生產(chǎn)技術沒有必要，也不可能繼續(xù)發(fā)展。也不可能繼續(xù)發(fā)展。 而二十多年來的事

3、實表明：鋼鐵生產(chǎn)需求接近飽和，世界產(chǎn)鋼量而二十多年來的事實表明：鋼鐵生產(chǎn)需求接近飽和，世界產(chǎn)鋼量沒有顯著增長，但是也沒有萎縮；鋼鐵生產(chǎn)技術和冶金工程科學沒有顯著增長，但是也沒有萎縮；鋼鐵生產(chǎn)技術和冶金工程科學仍在不斷更新，新技術層出不窮；鋼鐵材料品種繼續(xù)增多，鋼的仍在不斷更新，新技術層出不窮；鋼鐵材料品種繼續(xù)增多，鋼的性能和品質有大幅度提高。性能和品質有大幅度提高。DJTU Materials Science & Engineering 鐵是元素周期表上第鐵是元素周期表上第26位元素，原子量為位元素，原子量為55.85，在，在大氣壓下于大氣壓下于1534熔化，熔化，2740氣化。固態(tài)鐵

4、的密度氣化。固態(tài)鐵的密度是是7,870Kg/m3。 高純度的鐵是很柔軟的，沒有多少使用價值。但當純高純度的鐵是很柔軟的，沒有多少使用價值。但當純鐵中含有一定量的鐵中含有一定量的C后，就變成我們在各方面使用的后，就變成我們在各方面使用的鋼鐵了。鋼鐵了。 鋼與生鐵都是以鐵為主，并含有少量鋼與生鐵都是以鐵為主，并含有少量C，Si，Mn，S等元素的鐵碳合金，根據(jù)碳和其它元素含量的不同而等元素的鐵碳合金，根據(jù)碳和其它元素含量的不同而區(qū)分為鋼和生鐵，特別是碳含量的差別，引起鐵碳合區(qū)分為鋼和生鐵，特別是碳含量的差別，引起鐵碳合金在不同溫度下所處的狀態(tài)和結構的變化，因而使鋼金在不同溫度下所處的狀態(tài)和結構的變化

5、，因而使鋼和生鐵具有不同的性能和用途。和生鐵具有不同的性能和用途。DJTU Materials Science & Engineering鋼和生鐵中主要元素的含量（%）元素元素碳（碳（C)硅硅(Si)錳錳(Mn) 磷（磷（P） 硫（硫（S）生鐵生鐵20.2-2.00.2-2.50.50.7鋼鋼20.01-0.3 0.3-0.80.050.05DJTU Materials Science & Engineering結構鋼結構鋼鋼鋼碳素鋼碳素鋼合金鋼合金鋼工具鋼工具鋼合金結構鋼合金結構鋼合金工具鋼合金工具鋼特殊性能鋼特殊性能鋼合金模具鋼合金模具鋼黑色金屬黑色金屬白口鑄鐵白口鑄鐵灰口

6、鑄鐵灰口鑄鐵生鐵生鐵球墨鑄鐵球墨鑄鐵可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵鑄造生鐵鑄造生鐵煉鋼鑄鐵煉鋼鑄鐵合金鑄鐵合金鑄鐵鐵合金鐵合金DJTU Materials Science & Engineering4.2 4.2 鐵的生產(chǎn)鐵的生產(chǎn)DJTU Materials Science & Engineering 鋼鐵冶煉技術大致可分為三個發(fā)展階段：鋼鐵冶煉技術大致可分為三個發(fā)展階段：(1) 13(1) 13世紀末以前，古代人的冶煉方法十分簡單，世紀末以前，古代人的冶煉方法十分簡單，利用自然地形將鐵礦石與木炭一起放入稱為地窯利用自然地形將鐵礦石與木炭一起放入稱為地窯爐的爐膛內，加熱冶煉，因不能獲得熔化礦

7、石的爐的爐膛內，加熱冶煉，因不能獲得熔化礦石的高溫，僅能制成半熔融狀態(tài)的鐵塊，其中混雜有高溫，僅能制成半熔融狀態(tài)的鐵塊，其中混雜有相當多的氧化鐵渣，稱為相當多的氧化鐵渣，稱為海綿鐵海綿鐵。其含碳量極低，。其含碳量極低，所以塑性較高，經(jīng)鍛打成型，制成器具，在此時所以塑性較高，經(jīng)鍛打成型，制成器具，在此時期，冶煉工場在出產(chǎn)鐵礦石和木材豐富的山區(qū)非期，冶煉工場在出產(chǎn)鐵礦石和木材豐富的山區(qū)非常發(fā)達。常發(fā)達。DJTU Materials Science & Engineering (2) 13 (2) 13世紀末至世紀末至1919世紀中葉，隨著鐵的需要以及世紀中葉，隨著鐵的需要以及鼓風技術的發(fā)展

8、，爐子越來越高，逐漸形成現(xiàn)代鼓風技術的發(fā)展，爐子越來越高，逐漸形成現(xiàn)代高爐的雛形高爐的雛形- -木炭爐。由于爐容增大，采用鼓風技木炭爐。由于爐容增大，采用鼓風技術，使單位時間內燃燒的燃料量增加了，爐內溫術，使單位時間內燃燒的燃料量增加了，爐內溫度提高，能得到熔融狀態(tài)的生鐵，這種生鐵冷卻度提高，能得到熔融狀態(tài)的生鐵，這種生鐵冷卻后很脆，不能鍛造成器具。后很脆，不能鍛造成器具。后來將生鐵作原料和礦石、木炭一起在爐內再進行后來將生鐵作原料和礦石、木炭一起在爐內再進行冶煉，得到性能比生鐵好的粗鋼（也叫熟鐵）。冶煉，得到性能比生鐵好的粗鋼（也叫熟鐵）。從此鋼鐵冶煉就開始了一直沿用至今的二步冶煉法：從此鋼

9、鐵冶煉就開始了一直沿用至今的二步冶煉法：第一步，從礦石中冶煉出生鐵，第二步把生鐵精第一步，從礦石中冶煉出生鐵，第二步把生鐵精煉成鋼。煉成鋼。 (3) 19 (3) 19世紀中期至今，以生鐵為原料在高溫下精煉成世紀中期至今，以生鐵為原料在高溫下精煉成鋼，一直是鋼鐵生產(chǎn)的主要方法。鋼，一直是鋼鐵生產(chǎn)的主要方法。在此期間，高爐鼓風由熱風代替冷風，并建產(chǎn)了蓄熱式在此期間，高爐鼓風由熱風代替冷風，并建產(chǎn)了蓄熱式熱風爐，鼓風動力采用電力。熱風爐，鼓風動力采用電力。建立了作為生鐵精煉爐的轉爐、平爐、電爐的煉鋼法。建立了作為生鐵精煉爐的轉爐、平爐、電爐的煉鋼法。DJTU Materials Science &

10、amp; Engineering 鐵的生產(chǎn)工藝 鐵的化學性質較為活潑鐵的化學性質較為活潑,自然界中鐵都是以化合物形自然界中鐵都是以化合物形式存在的。煉鐵用的多數(shù)是鐵的氧化物。含鐵比較式存在的。煉鐵用的多數(shù)是鐵的氧化物。含鐵比較多的、并且具有冶煉價值的礦物稱為鐵礦石。多的、并且具有冶煉價值的礦物稱為鐵礦石。 煉鐵就是從鐵礦石中提取鐵及有用元素形成生鐵的煉鐵就是從鐵礦石中提取鐵及有用元素形成生鐵的過程。過程。 煉鐵方法主要有高爐法、直接還原法、熔融還原法煉鐵方法主要有高爐法、直接還原法、熔融還原法等，其原理是礦石在特定的氣氛中（還原物質等，其原理是礦石在特定的氣氛中（還原物質CO、H2、C；適宜溫

11、度等）通過物理化學反應獲取還原；適宜溫度等）通過物理化學反應獲取還原后的生鐵。生鐵除了少部分用于鑄造外，絕大部分后的生鐵。生鐵除了少部分用于鑄造外，絕大部分是作為煉鋼原料。是作為煉鋼原料。DJTU Materials Science & Engineering 高爐煉鐵是一種古老的冶煉方法，高生產(chǎn)率、低高爐煉鐵是一種古老的冶煉方法，高生產(chǎn)率、低消耗、低成本是它的最大優(yōu)勢消耗、低成本是它的最大優(yōu)勢,加上不斷地吸收新技加上不斷地吸收新技術，高爐煉鐵法仍然不斷地在發(fā)展。術，高爐煉鐵法仍然不斷地在發(fā)展。 經(jīng)過了幾個世紀的發(fā)展，現(xiàn)代高爐技術已經(jīng)達到非經(jīng)過了幾個世紀的發(fā)展，現(xiàn)代高爐技術已經(jīng)達到非常

12、高的水平?，F(xiàn)代巨型高爐的爐容積已有常高的水平?，F(xiàn)代巨型高爐的爐容積已有4000-5000 m3,年產(chǎn)生鐵達年產(chǎn)生鐵達250萬萬-300萬噸。高爐的壽命很多都達萬噸。高爐的壽命很多都達到了到了10-15年。年。高爐煉鐵DJTU Materials Science & Engineering高爐煉鐵 原料原料：鐵礦石：鐵礦石(氧化物氧化物)；熔劑；熔劑(CaCO3) 、燃料、燃料(焦炭焦炭) 鐵礦石含鐵量：鐵礦石含鐵量：3070， 其它是脈石（其它是脈石（SiO2；Al2O3；CaO，MgO） 雜質：有害雜質：有害S（FeS），），P(Ca3(PO4)2)，Zn, Pb 有利有利 Mn，N

13、i，Cr，V任務任務： 1）FeO的還原的還原 2）還原脈石或把脈石與鐵水分離）還原脈石或把脈石與鐵水分離熔劑熔劑 ： 分離脈石：與分離脈石：與SiO2、Al2O3形成低熔點的渣形成低熔點的渣燃料燃料： 焦碳和煤粉焦碳和煤粉可以把煉鐵歸結為：礦石的還原，除脈石，造渣可以把煉鐵歸結為：礦石的還原，除脈石，造渣 DJTU Materials Science & Engineering 高爐煉鐵使用的原料是塊狀的鐵礦石、燃料、熔高爐煉鐵使用的原料是塊狀的鐵礦石、燃料、熔劑和鼓風形態(tài)的空氣。劑和鼓風形態(tài)的空氣。 1 含鐵原料含鐵原料 鐵礦石種類較多，在自然界中已發(fā)現(xiàn)的有鐵礦石種類較多，在自然界

14、中已發(fā)現(xiàn)的有300多種多種含鐵礦物。目前世界上常用的鐵礦石，主要有磁含鐵礦物。目前世界上常用的鐵礦石，主要有磁鐵礦石，赤鐵礦石，褐鐵礦石和菱鐵礦石等。鐵礦石，赤鐵礦石，褐鐵礦石和菱鐵礦石等。DJTU Materials Science & Engineering常用鐵礦石的分類、組成及性能 礦石礦石名稱名稱礦物及礦物及化學式化學式 密度密度(t/m3) 顏色顏色 含含F(xiàn)e量量,%強度強度 還原性還原性 磁鐵磁鐵礦石礦石 Fe3O4 5.2 黑色或灰黑色或灰色色 40-70 堅硬致堅硬致密密 難還原難還原 赤鐵赤鐵礦石礦石 Fe2O3 4.9-5.3 紅色至淺紅色至淺灰色灰色 55-60

15、 軟軟,易易破碎破碎 易還原易還原 褐鐵褐鐵礦石礦石mFe2O3nH2O(m=1-3,n=1-4) 2.5-5.0黃褐暗褐黃褐暗褐或絨黑色或絨黑色 37-55 疏松疏松 易還原易還原 菱鐵菱鐵礦石礦石 FeCO3 3.8 灰色帶黃灰色帶黃褐色褐色 30-40 易破碎易破碎 焙燒后焙燒后易還原易還原DJTU Materials Science & Engineering磁鐵礦磁鐵礦MagnetiteFe3O4赤鐵礦赤鐵礦HematiteFe2O3DJTU Materials Science & Engineering褐鐵礦褐鐵礦LimoniteLimonite(mFe2O3nH2

16、O)菱鐵礦菱鐵礦SideriteSiderite(FeCO3) (1) 磁鐵礦石磁鐵礦石: 主要礦物是磁鐵礦，呈黑色金屬光澤，主要礦物是磁鐵礦，呈黑色金屬光澤，磁性強（復合礦可通過磁選富集鐵分），在自然界中磁性強（復合礦可通過磁選富集鐵分），在自然界中純磁鐵礦礦石較少，常含有純磁鐵礦礦石較少，常含有TiO2及及V2O3組成復合礦石，組成復合礦石，即釩鈦磁鐵礦，由于受氧化作用，磁鐵礦易被氧化成即釩鈦磁鐵礦，由于受氧化作用，磁鐵礦易被氧化成赤鐵礦，有的仍保留著磁鐵礦石的結晶形態(tài)，但無磁赤鐵礦，有的仍保留著磁鐵礦石的結晶形態(tài)，但無磁性，被稱為假象赤鐵礦或半假象赤鐵礦。性，被稱為假象赤鐵礦或半假象赤鐵

17、礦。(2) 赤鐵礦石赤鐵礦石: 顏色呈紅色或紅褐色，故又稱為紅礦。顏色呈紅色或紅褐色，故又稱為紅礦。主要礦物為主要礦物為赤鐵礦赤鐵礦，無磁性，但組織疏松，易破碎，無磁性，但組織疏松，易破碎，還原性優(yōu)于磁鐵礦。赤鐵礦石廣泛分布于自然界中，還原性優(yōu)于磁鐵礦。赤鐵礦石廣泛分布于自然界中，常形成巨大的礦床，就世界范圍而言，其儲量最多常形成巨大的礦床，就世界范圍而言，其儲量最多（占鐵礦石總儲量的（占鐵礦石總儲量的48.3%），是煉鐵的最主要鐵礦），是煉鐵的最主要鐵礦石資源。石資源。DJTU Materials Science & Engineering (3) 褐鐵礦石褐鐵礦石: 常為含不同分子

18、結晶水的赤鐵礦，常為含不同分子結晶水的赤鐵礦，褐鐵礦吸附著大量水分，加熱時失去結晶水和游離褐鐵礦吸附著大量水分，加熱時失去結晶水和游離水，使礦石氣孔率增加，故還原性好，同時，由于水，使礦石氣孔率增加，故還原性好，同時，由于去掉了水分，相應提高了礦石的品位。去掉了水分，相應提高了礦石的品位。 (4)菱鐵礦石菱鐵礦石: 它是含鐵的碳酸鹽。在自然界中，有它是含鐵的碳酸鹽。在自然界中，有工業(yè)開采價值的菱鐵礦比其它三種礦石要少，含鐵工業(yè)開采價值的菱鐵礦比其它三種礦石要少，含鐵量不高，但受熱分解放出量不高，但受熱分解放出CO2后，不僅含鐵量顯著后，不僅含鐵量顯著提高，而且也變得疏松多孔，易還原。提高，而且

19、也變得疏松多孔，易還原。DJTU Materials Science & Engineering 當鐵礦石含鐵量過低，就需要將它們粉碎當鐵礦石含鐵量過低，就需要將它們粉碎(0.0740.044mm)，然后富選成含鐵高的精礦粉，一般精，然后富選成含鐵高的精礦粉，一般精礦粉的含鐵量在礦粉的含鐵量在63%-68%之間。由于高爐煉鐵需之間。由于高爐煉鐵需要氣流通暢，所以只能加入塊礦，精礦粉要通過要氣流通暢，所以只能加入塊礦，精礦粉要通過燒結的辦法制成燒結礦或通過球團的辦法焙燒成燒結的辦法制成燒結礦或通過球團的辦法焙燒成球團礦。燒結礦和球團礦統(tǒng)稱人造富礦。球團礦。燒結礦和球團礦統(tǒng)稱人造富礦。DJ

20、TU Materials Science & Engineering所謂燒結，就是將精礦粉、富礦粉（小于所謂燒結，就是將精礦粉、富礦粉（小于8mm）與配入的熔劑粉（小于）與配入的熔劑粉（小于3mm的石灰石粉和白云石粉）和燃料粉（焦粉或無煙煤粉）組成混合料，的石灰石粉和白云石粉）和燃料粉（焦粉或無煙煤粉）組成混合料，同時加入一定量的水，將混合料制成小球。然后將基本上都是小球的混同時加入一定量的水，將混合料制成小球。然后將基本上都是小球的混合料鋪在有箅子的燒結臺車上，厚度在合料鋪在有箅子的燒結臺車上，厚度在400-700mm。將混合料中的燃料顆粒點著燃燒，產(chǎn)生將混合料中的燃料顆粒點著燃燒，

21、產(chǎn)生1250-1500的高溫，與此同時，的高溫，與此同時，在箅子下面抽空氣，使混合料的燃料從上往下燃燒，直到料層底部。在在箅子下面抽空氣，使混合料的燃料從上往下燃燒，直到料層底部。在高溫下，混合料中的一些熔化溫度低的礦物轉變成液體，這些液體將周高溫下，混合料中的一些熔化溫度低的礦物轉變成液體，這些液體將周圍的礦粉溶入圍的礦粉溶入,形成新的礦物質，當溫度降低時，液體冷凝析出晶體，并形成新的礦物質，當溫度降低時，液體冷凝析出晶體，并將周圍顆粒較大而沒有溶入液體的礦粒粘結在一起，形成大塊的多孔蜂將周圍顆粒較大而沒有溶入液體的礦粒粘結在一起，形成大塊的多孔蜂窩狀的燒結礦。窩狀的燒結礦。所謂球團生產(chǎn)就是

22、將極細的精礦粉與添加劑混合后，在旋轉著的造球機所謂球團生產(chǎn)就是將極細的精礦粉與添加劑混合后，在旋轉著的造球機（圓盤式和圓筒式兩種）上加水制成（圓盤式和圓筒式兩種）上加水制成8-15mm的圓球。這種圓球經(jīng)過干燥、的圓球。這種圓球經(jīng)過干燥、焙燒成為強度很高的球團礦。焙燒成為強度很高的球團礦。DJTU Materials Science & Engineering 燒結生產(chǎn)流程燒結生產(chǎn)流程DJTU Materials Science & Engineeringl燃料是高爐冶煉不可缺少的基本原料之一，幾乎燃料是高爐冶煉不可缺少的基本原料之一，幾乎所有高爐都使用所有高爐都使用焦炭作燃料焦

23、炭作燃料。在高爐煉鐵中，焦。在高爐煉鐵中，焦炭起三種作用：炭起三種作用： (1) 提供冶煉所需的熱量；提供冶煉所需的熱量； (2) 還原礦石所需的還原劑；還原礦石所需的還原劑； (3) 在高溫區(qū)，焦炭是惟一的固體物，是支撐料在高溫區(qū)，焦炭是惟一的固體物，是支撐料柱的骨架和使氣流暢通的透氣通路。柱的骨架和使氣流暢通的透氣通路。DJTU Materials Science & Engineering 強度好的強度好的塊狀焦炭是高爐煉不可缺少的燃料塊狀焦炭是高爐煉不可缺少的燃料。但因。但因煉焦煤資源的匱乏，而且煉焦生產(chǎn)還給環(huán)境造成嚴煉焦煤資源的匱乏，而且煉焦生產(chǎn)還給環(huán)境造成嚴重的污染。因此，

24、向高爐噴吹補充燃料，特別是噴重的污染。因此，向高爐噴吹補充燃料，特別是噴吹煤粉來替代部分焦炭，就是吹煤粉來替代部分焦炭，就是20世紀高爐煉鐵技術世紀高爐煉鐵技術進步最成功的一項。進步最成功的一項。 所謂噴吹煤粉，就是將不能煉焦的煤磨成細粉，與所謂噴吹煤粉，就是將不能煉焦的煤磨成細粉，與鼓風一起通過風口噴入爐缸的燃燒帶，如同焦炭一鼓風一起通過風口噴入爐缸的燃燒帶，如同焦炭一樣，煤粉在燃燒帶內與鼓風中的氧反應形成煤氣并樣，煤粉在燃燒帶內與鼓風中的氧反應形成煤氣并放出熱量，所以噴吹煤粉可以代替焦炭的還原劑和放出熱量，所以噴吹煤粉可以代替焦炭的還原劑和熱源兩個作用，但是不能代替焦炭的料柱骨架作用。熱源

25、兩個作用，但是不能代替焦炭的料柱骨架作用。目前世界各國的噴煤數(shù)量占單位生鐵總燃料消耗的目前世界各國的噴煤數(shù)量占單位生鐵總燃料消耗的30-50%。 DJTU Materials Science & Engineering礦石中的脈石與焦炭中的灰分，其主要成分是酸性氧礦石中的脈石與焦炭中的灰分，其主要成分是酸性氧化物，它們的熔點均較高（化物，它們的熔點均較高（SiO2 1713, Al2O3 2050），在高爐冶煉條件下很難熔化，為使其形），在高爐冶煉條件下很難熔化，為使其形成低熔點物質，需加入一定數(shù)量助熔劑（簡稱熔成低熔點物質，需加入一定數(shù)量助熔劑（簡稱熔劑），以形成許多低熔點的化合物和

26、共熔體，即所劑），以形成許多低熔點的化合物和共熔體，即所謂的謂的爐渣爐渣，并能達到完全熔化，且具有良好的流動，并能達到完全熔化，且具有良好的流動性，使渣鐵容易分離。性，使渣鐵容易分離。熔劑按其性質可分為堿性和酸性兩種。高爐最常用的熔劑按其性質可分為堿性和酸性兩種。高爐最常用的是是堿性熔劑，即石灰石和白云石堿性熔劑，即石灰石和白云石等。當脈石中堿性等。當脈石中堿性氧化物含量較高時，則用氧化物含量較高時，則用酸性熔劑，常用的有硅石酸性熔劑，常用的有硅石等。為充分利用鋼鐵工業(yè)廢棄物，有些高爐用高堿等。為充分利用鋼鐵工業(yè)廢棄物，有些高爐用高堿度的轉爐鋼渣代替堿性熔劑。度的轉爐鋼渣代替堿性熔劑。DJTU

27、 Materials Science & Engineering 鼓風是經(jīng)風機壓縮后具有很高壓強的空氣，在現(xiàn)鼓風是經(jīng)風機壓縮后具有很高壓強的空氣，在現(xiàn)代大高爐上鼓風壓強可達代大高爐上鼓風壓強可達0.4兆帕以上。為了強化高兆帕以上。為了強化高爐冶煉和向高爐噴吹補充燃料，常將制氧機生產(chǎn)的爐冶煉和向高爐噴吹補充燃料，常將制氧機生產(chǎn)的氧氣加入鼓風中，使鼓風的含氧量達到氧氣加入鼓風中，使鼓風的含氧量達到22%-30%。風機出來的鼓風都要經(jīng)熱風加熱到風機出來的鼓風都要經(jīng)熱風加熱到1000以上，然以上，然后送入高爐。后送入高爐。DJTU Materials Science & Enginee

28、ring 高爐是用焦炭、鐵礦石和熔劑煉鐵的一種豎式的高爐是用焦炭、鐵礦石和熔劑煉鐵的一種豎式的反應爐。反應爐。 高爐是一個豎立的圓筒形爐子，其內部工作空間高爐是一個豎立的圓筒形爐子，其內部工作空間的形狀稱為高爐內型，即通過高爐中心線的剖面的形狀稱為高爐內型，即通過高爐中心線的剖面輪廓。輪廓。 現(xiàn)代高爐內型一般由圓柱體和截頭圓錐體組成，現(xiàn)代高爐內型一般由圓柱體和截頭圓錐體組成，由下而上分為由下而上分為爐缸、爐腹、爐腰、爐身和爐喉爐缸、爐腹、爐腰、爐身和爐喉五五段。段。 由于高爐煉鐵是在高溫下進行的，所以它的工作由于高爐煉鐵是在高溫下進行的，所以它的工作空間是用耐火材料圍砌而成，外面再用鋼板作爐空

29、間是用耐火材料圍砌而成，外面再用鋼板作爐殼。殼。DJTU Materials Science & Engineering 1-爐底耐火材料；爐底耐火材料； 2-爐殼；爐殼； 3-生產(chǎn)后爐內磚襯侵蝕線；生產(chǎn)后爐內磚襯侵蝕線； 4-爐喉鋼磚；爐喉鋼磚； 5-煤氣導出管；煤氣導出管； 6-爐體夸襯；爐體夸襯； 7-帶凸臺鑲磚冷卻壁；帶凸臺鑲磚冷卻壁； 8-鑲磚冷卻壁；鑲磚冷卻壁； 9-爐底碳磚；爐底碳磚； 10-爐底水冷管；爐底水冷管； 11-光面冷卻壁；光面冷卻壁； 12-耐熱基墩；耐熱基墩； 13-基座基座DJTU Materials Science & EngineeringD

30、JTU Materials Science & EngineeringDJTU Materials Science & Engineering 在高爐爐頂設有裝料裝置，通過它將冶煉用的爐料在高爐爐頂設有裝料裝置，通過它將冶煉用的爐料（由焦炭和礦石按一定比例組成）按批裝入爐內。（由焦炭和礦石按一定比例組成）按批裝入爐內。在高爐下部爐缸的上沿，沿圓周均勻地布置了若干在高爐下部爐缸的上沿，沿圓周均勻地布置了若干個風口（個風口（100m3小高爐有小高爐有 8-10個，個，4000m3以上的大高以上的大高爐則有爐則有36-42 個）。加熱到個）。加熱到1000以上的熱風，經(jīng)銅以上的熱風，

31、經(jīng)銅質水冷風口送入爐內，供焦炭燃燒形成高溫煤氣。質水冷風口送入爐內，供焦炭燃燒形成高溫煤氣。在爐缸的底部設有鐵口，可周期性或連續(xù)性地排放在爐缸的底部設有鐵口，可周期性或連續(xù)性地排放出液態(tài)生鐵和爐渣。在風口和鐵口之間還設有渣口出液態(tài)生鐵和爐渣。在風口和鐵口之間還設有渣口以排放部分爐渣，減輕鐵口負擔。以排放部分爐渣，減輕鐵口負擔。DJTU Materials Science & Engineering煉鐵煉鐵 現(xiàn)代高爐采用優(yōu)質耐火材料，例如爐底、爐缸部現(xiàn)代高爐采用優(yōu)質耐火材料，例如爐底、爐缸部位用微碳孔碳磚，爐身下部和爐腰部位用鋁碳磚位用微碳孔碳磚，爐身下部和爐腰部位用鋁碳磚或碳化硅磚，其

32、它部位用優(yōu)質高鋁磚和高致密度或碳化硅磚，其它部位用優(yōu)質高鋁磚和高致密度的粘土磚等作爐襯。的粘土磚等作爐襯。 爐殼用含錳的高強度低合金鋼制作，安裝有性能爐殼用含錳的高強度低合金鋼制作，安裝有性能好的含鉻耐熱鑄鐵、球墨鑄鐵或銅質立式冷卻器，好的含鉻耐熱鑄鐵、球墨鑄鐵或銅質立式冷卻器，或銅質的臥式冷卻器?；蜚~質的臥式冷卻器。DJTU Materials Science & Engineering 高爐冶煉過程是一個連續(xù)的生產(chǎn)過程，全過程是在爐料自高爐冶煉過程是一個連續(xù)的生產(chǎn)過程，全過程是在爐料自上而下，煤氣自下而上的相互接觸過程中完成的。上而下，煤氣自下而上的相互接觸過程中完成的。 爐料從受

33、料斗進入爐腔。在高爐底部的爐缸和爐腹中裝滿爐料從受料斗進入爐腔。在高爐底部的爐缸和爐腹中裝滿焦炭。爐腰和爐身中則是鐵礦石、焦炭和石灰石，層層相焦炭。爐腰和爐身中則是鐵礦石、焦炭和石灰石，層層相間，一直裝到爐喉。間，一直裝到爐喉。 從風口鼓入的熱風溫度高達從風口鼓入的熱風溫度高達1000-1300，爐料中焦炭在風，爐料中焦炭在風口前燃燒，迅速產(chǎn)生大量的熱，使風口附近爐腔中心溫度口前燃燒，迅速產(chǎn)生大量的熱，使風口附近爐腔中心溫度高達高達1800以上。以上。 由于底部焦炭很厚，燃燒不完全，因此，爐氣中存在大量由于底部焦炭很厚，燃燒不完全，因此，爐氣中存在大量CO氣體，在爐內造成了良好的還原性氣氛，產(chǎn)

34、生的氣體，在爐內造成了良好的還原性氣氛，產(chǎn)生的CO氣氣體在爐體中上升。體在爐體中上升。DJTU Materials Science & Engineering同時，由于下部的焦炭燃燒產(chǎn)生空隙，上面的焦炭、礦石和熔同時，由于下部的焦炭燃燒產(chǎn)生空隙，上面的焦炭、礦石和熔劑在爐體內緩慢下降，速度大約為劑在爐體內緩慢下降，速度大約為0.5-1mm/s。熾熱的。熾熱的CO氣體氣體在爐內上升過程中加熱緩慢下降的爐料，并把鐵礦石中鐵氧化在爐內上升過程中加熱緩慢下降的爐料，并把鐵礦石中鐵氧化物還原為金屬鐵，鐵礦石在物還原為金屬鐵，鐵礦石在570-1200之間受到之間受到CO氣體和紅熱氣體和紅熱焦炭的還

35、原，形成了海綿鐵。海綿鐵在焦炭的還原，形成了海綿鐵。海綿鐵在1000-1100的高溫下溶的高溫下溶入大量的碳，因而鐵的熔點下降，形成了生鐵。入大量的碳，因而鐵的熔點下降，形成了生鐵。生鐵的熔點約為生鐵的熔點約為1200，以液體狀態(tài)滴入爐缸。礦石中未被還，以液體狀態(tài)滴入爐缸。礦石中未被還原的物質形成熔渣，實現(xiàn)渣鐵分離。最后調整鐵液的成分和溫原的物質形成熔渣，實現(xiàn)渣鐵分離。最后調整鐵液的成分和溫度達到終點，定期從爐內排入爐渣和生鐵。上升的高爐煤氣流，度達到終點，定期從爐內排入爐渣和生鐵。上升的高爐煤氣流，由于將能量傳給爐料而溫度不斷下降，最終形成高爐煤氣從爐由于將能量傳給爐料而溫度不斷下降，最終形

36、成高爐煤氣從爐頂導出管排出。頂導出管排出。DJTU Materials Science & Engineering 1-1-料斗；料斗；2-2-大鐘；大鐘； 3-3-焦炭；焦炭；4-4-燃料帶；燃料帶； 5-5-爐渣；爐渣；6-6-鐵水；鐵水； 7-7-渣罐；渣罐；8-8-鐵罐；鐵罐； 9-9-鐵口；鐵口；10-10-風口；風口； 11-11-礦石；礦石；12-12-上升煤氣上升煤氣高爐治煉過程示意圖高爐治煉過程示意圖 在高爐中主要進行下面幾個步驟：在高爐中主要進行下面幾個步驟： 1 鐵的間接還原和直接還原反應鐵的間接還原和直接還原反應 這是高爐煉鐵的主要反應。鐵礦石在下降這是高爐煉鐵

37、的主要反應。鐵礦石在下降過程中，從過程中，從400開始就被開始就被CO和和H2按按Fe2O3Fe3O4FeOFe逐步從高價鐵還原逐步從高價鐵還原到低價鐵，直到金屬鐵，當?shù)V石進入高溫到低價鐵，直到金屬鐵，當?shù)V石進入高溫區(qū)（區(qū)（850-1000）后，又被固體碳還原。）后，又被固體碳還原。DJTU Materials Science & Engineering 鐵的間接還原是指鐵氧化物與鐵的間接還原是指鐵氧化物與CO、H2反應生成鐵的過反應生成鐵的過程。以程。以FeO與與CO為例，反應式是：為例，反應式是： FeO COFe CO2 鐵的直接還原是指利用固體碳和鐵氧化物反應生成鐵鐵的直接還原

38、是指利用固體碳和鐵氧化物反應生成鐵的過程。以的過程。以FeO還原為例，反應式是：還原為例，反應式是： FeO CFe CO 直接還原反應是不可逆的，雖然它還原單位鐵所消耗直接還原反應是不可逆的，雖然它還原單位鐵所消耗的還原劑量少，但它是吸熱反應，需要燃燒更多的焦的還原劑量少，但它是吸熱反應，需要燃燒更多的焦炭來補償反應的吸熱量。炭來補償反應的吸熱量。 間接還原的特點之一是反應可逆。為使反應向我們所間接還原的特點之一是反應可逆。為使反應向我們所要求的方向要求的方向-形成低價氧化鐵和金屬鐵的方向進行，就形成低價氧化鐵和金屬鐵的方向進行，就要用過量的還原劑要用過量的還原劑CO和和H2。DJTU Ma

39、terials Science & Engineering造渣過程是物料尚處在固體狀態(tài)下就開始的。脈石與從造渣過程是物料尚處在固體狀態(tài)下就開始的。脈石與從高價氧化物還原出來的高價氧化物還原出來的 FeO和和MnO等形成低熔化點的等形成低熔化點的礦物，在一定的溫度下軟化和熔融成初渣。它在滴落礦物，在一定的溫度下軟化和熔融成初渣。它在滴落過程中不斷與煤氣和焦炭接觸，連續(xù)發(fā)生化學反應，過程中不斷與煤氣和焦炭接觸，連續(xù)發(fā)生化學反應，逐漸失去逐漸失去FeO和和MnO，同時吸收焦炭灰分及上升煤氣，同時吸收焦炭灰分及上升煤氣中所攜帶的物質。也是吸收熔劑中的中所攜帶的物質。也是吸收熔劑中的CaO、Mg

40、O。隨著成分的變化，爐渣的熔點逐步升高，但它進入了高隨著成分的變化，爐渣的熔點逐步升高，但它進入了高溫區(qū)，有足夠的熱量對它加熱，保證它透過爐內的焦溫區(qū)，有足夠的熱量對它加熱，保證它透過爐內的焦炭區(qū)，而匯集在爐缸中，在鐵液的上面形成渣層。鐵炭區(qū)，而匯集在爐缸中，在鐵液的上面形成渣層。鐵液穿過渣層時，在渣鐵界面上發(fā)生渣鐵間的反應，調液穿過渣層時，在渣鐵界面上發(fā)生渣鐵間的反應，調整生鐵成分和爐渣成分，最后形成終渣。整生鐵成分和爐渣成分，最后形成終渣。DJTU Materials Science & Engineering2 造渣過程造渣過程 剛從鐵礦石還原出來的金屬鐵呈固體多孔狀，幾乎不含碳

41、，稱為海綿鐵。它的熔化溫度很高，在1500以上。隨著爐料從還原地帶向下方運動，煤氣中CO分解形成的碳黑具有很高的活性，它附著或聚積在海綿鐵表面的孔隙里，使其滲C，形成鐵的碳化物。隨著碳的滲入，海綿鐵的熔化熔化溫度降低；在到達高爐內的軟化熔融帶時，海綿鐵由固體轉變?yōu)殍F滴。在液態(tài)鐵滴穿過焦炭區(qū)時，滲入的碳量繼續(xù)增加，最終達到飽和狀態(tài)。煉鋼生鐵的含碳量4%。 生鐵形成過程中，還伴隨著有害元素硫，磷等的去除。DJTU Materials Science & Engineering3 生鐵的形成生鐵的形成 日生產(chǎn)日生產(chǎn)3000噸生鐵需要：噸生鐵需要： 6000噸鐵礦石噸鐵礦石 3000噸焦炭噸焦

42、炭 1500噸石灰石噸石灰石 2548 m3/min熱空氣熱空氣DJTU Materials Science & Engineering高爐的冶煉理化過程：高爐的冶煉理化過程： 1 燃燒過程燃燒過程:CO2CO2 (1) CO2在上升過程中：在上升過程中：CO2CCO (2) 溶劑分解溶劑分解:CaCO3CaOCO2 (3) 鐵的還原鐵的還原:FeOCOCO2Fe(間接還原間接還原) (4) FeOCFeCO （直接還原）（直接還原） 增碳：增碳：鐵水在與焦碳的接觸中會增碳擴散鐵水在與焦碳的接觸中會增碳擴散 過程，過程， 使鐵水被使鐵水被C所飽和。所飽和。(5) 其他元素的還原其他元素

43、的還原: Mn，Si 部分被還原，被還原后進入鐵水中部分被還原，被還原后進入鐵水中 Al不被還原不被還原 ，只能和熔劑形成渣，只能和熔劑形成渣 (6) 去去S: FeSCaOCaSFeO (7) 去去P： Ca3(PO4)2C CaOPCO在鐵水中：在鐵水中： C飽和，溶有部分的飽和，溶有部分的Mn，Si，S以及全部的以及全部的P。DJTU Materials Science & Engineering 一、概述一、概述 二、轉爐煉鋼法二、轉爐煉鋼法 三、平爐煉鋼法三、平爐煉鋼法 四、電爐煉鋼法四、電爐煉鋼法DJTU Materials Science & Engineerin

44、g4.3 鋼的生產(chǎn)鋼的生產(chǎn) 鋼和鐵都是以鐵元素為基本成分的鐵碳合金。生鐵和鋼所以在性能上有較大的差異，主要原因是由于含碳量的不同使鐵碳合金的組織結構不同而造成的。生鐵除了含有較高的碳外，還含有一定量的的其它雜質。 所謂煉鋼，就是通過冶煉降低生鐵中的碳和去除有害雜質，再根據(jù)對鋼性能的要求加入適量的合金元素，使其成為具有高強度、高韌性或其它特殊性能的鋼。一、概述一、概述DJTU Materials Science & Engineering 1 脫碳并將其含量調整到一定范圍。碳含量不但是引脫碳并將其含量調整到一定范圍。碳含量不但是引起生鐵和鋼性能差異的決定性因素，同樣也是控制鋼起生鐵和鋼性

45、能差異的決定性因素，同樣也是控制鋼性能的最主要元素。鋼中含碳量增加，則硬度、強度、性能的最主要元素。鋼中含碳量增加，則硬度、強度、脆性都將提高，而延展性能將下降。脆性都將提高，而延展性能將下降。 2 去除雜質，主要包括：去除雜質，主要包括：（1） 脫磷、脫硫：對絕大多數(shù)鋼種來說，脫磷、脫硫：對絕大多數(shù)鋼種來說，P、S均為有均為有害雜質。害雜質。P可引起鋼的冷脆，而可引起鋼的冷脆，而S則引起鋼的熱脆。則引起鋼的熱脆。（2 ）脫氧：由于在氧化精煉過程中，鋼液中溶入一定）脫氧：由于在氧化精煉過程中，鋼液中溶入一定的氧，它將大大影響鋼的質量。一般是向鋼液中加入的氧，它將大大影響鋼的質量。一般是向鋼液中

46、加入比鐵有更大親氧力的元素來降低鋼中的含氧量（如比鐵有更大親氧力的元素來降低鋼中的含氧量（如Al、Si、Mn等合金）等合金）DJTU Materials Science & Engineering煉鋼的基本任務可歸納為：煉鋼的基本任務可歸納為：（3） 去除氣體和非金屬夾雜物：鋼中氣體主要是指去除氣體和非金屬夾雜物：鋼中氣體主要是指溶解在鋼中的氫和氟。非金屬夾雜物包括氧化物、溶解在鋼中的氫和氟。非金屬夾雜物包括氧化物、硫化物、磷化物、氮化物以及它們所形成的復雜化硫化物、磷化物、氮化物以及它們所形成的復雜化合物。在一般煉鋼方法中，主要靠碳合物。在一般煉鋼方法中，主要靠碳-氧反應時產(chǎn)生氧反應

47、時產(chǎn)生CO氣泡的逸出，所引起的熔池沸騰來降低鋼中氣體氣泡的逸出，所引起的熔池沸騰來降低鋼中氣體和非金屬夾雜物。和非金屬夾雜物。 3 調整鋼液成分和溫度。為保證鋼的各種物理、調整鋼液成分和溫度。為保證鋼的各種物理、化學性能還應加入適量的合金元素使其含量達到化學性能還應加入適量的合金元素使其含量達到規(guī)定。規(guī)定。DJTU Materials Science & Engineering 煉鋼的基本過程是氧化。向鐵液中吹入純氧或加入鐵礦石煉鋼的基本過程是氧化。向鐵液中吹入純氧或加入鐵礦石使鐵被氧化。生成的使鐵被氧化。生成的FeO溶解在鐵液中，與鐵液中其它元溶解在鐵液中，與鐵液中其它元素發(fā)生反應。

48、鐵液中的素發(fā)生反應。鐵液中的FeO越多，各種元素被氧化得越劇越多，各種元素被氧化得越劇烈。碳被氧化成烈。碳被氧化成CO氣體，直接從鐵液中逸出；硅和錳被氣體，直接從鐵液中逸出；硅和錳被氧化生成氧化生成SiO2和和MnO2進入熔渣。進入熔渣。 鐵液中的含碳量降低到一定程度時，氧化即告完成，鐵液鐵液中的含碳量降低到一定程度時，氧化即告完成，鐵液煉成了鋼液。此時，鋼液中剩余相當多的煉成了鋼液。此時，鋼液中剩余相當多的FeO，因此要在，因此要在煉鋼爐中和盛鋼桶中加入適量的錳鐵、硅鐵和鋁等脫氧劑煉鋼爐中和盛鋼桶中加入適量的錳鐵、硅鐵和鋁等脫氧劑進行脫氧，來還原鋼液中的進行脫氧，來還原鋼液中的FeO，以改善

49、鋼的力學性能。，以改善鋼的力學性能。 煉鋼方法主要有轉爐法、平爐法、電爐法等。煉鋼方法主要有轉爐法、平爐法、電爐法等。DJTU Materials Science & Engineering二、轉爐煉鋼法 貝塞麥于貝塞麥于1856年發(fā)明了梨形可動式轉爐，將熔化的生鐵放入年發(fā)明了梨形可動式轉爐，將熔化的生鐵放入轉爐內，吹進高壓空氣，使生鐵中所含的硅、錳、碳、磷燃轉爐內，吹進高壓空氣，使生鐵中所含的硅、錳、碳、磷燃燒掉，只花燒掉，只花10分鐘就把分鐘就把1015噸鐵水煉成鋼。若是用攪拌法噸鐵水煉成鋼。若是用攪拌法需幾天時間才能完成。但是，貝塞麥發(fā)明的轉爐是酸性轉爐，需幾天時間才能完成。但是

50、，貝塞麥發(fā)明的轉爐是酸性轉爐，在酸性轉爐環(huán)境中，在酸性轉爐環(huán)境中，磷很難被氧化除掉磷很難被氧化除掉。1879年，托馬斯提年，托馬斯提出了堿性轉爐煉鋼法，即采用白云石高溫燒成的熟料，混合出了堿性轉爐煉鋼法，即采用白云石高溫燒成的熟料，混合焦油做成堿性的耐火磚爐襯，冶煉過程中吹入空氣并加入生焦油做成堿性的耐火磚爐襯，冶煉過程中吹入空氣并加入生石灰。這樣便使整個反應在堿性高溫條件下進行，石灰。這樣便使整個反應在堿性高溫條件下進行，被氧化的被氧化的磷與石灰結合起來磷與石灰結合起來，殘留于渣內而不返回鋼內，脫磷問題因，殘留于渣內而不返回鋼內，脫磷問題因此得以解決。此得以解決。 20世紀中葉，由于制氧機的

51、制造成功，成本低廉的氧氣在工世紀中葉，由于制氧機的制造成功，成本低廉的氧氣在工業(yè)中大量使用，氧氣煉鋼的技術迅速發(fā)展起來。業(yè)中大量使用，氧氣煉鋼的技術迅速發(fā)展起來。DJTU Materials Science & Engineering 氧氣煉鋼法分為氧氣斜吹轉爐煉鋼法、臥式轉爐雙管吹氧氧氣煉鋼法分為氧氣斜吹轉爐煉鋼法、臥式轉爐雙管吹氧法、純氧頂吹的轉爐煉鋼法等。法、純氧頂吹的轉爐煉鋼法等。 氧氣頂吹轉爐是目前的主要辦法，國外稱氧氣頂吹轉爐是目前的主要辦法，國外稱LD轉爐或轉爐或BOF爐。爐。氧氣頂吹轉爐煉鋼法反應速度快，生產(chǎn)率高，不需要燃料氧氣頂吹轉爐煉鋼法反應速度快，生產(chǎn)率高，不需要

52、燃料,熱效率高，成為冶金史上發(fā)展最迅速的新技術，并逐漸取熱效率高，成為冶金史上發(fā)展最迅速的新技術，并逐漸取代平爐成為煉鋼方法的主流。與通用的平爐比較，投資少代平爐成為煉鋼方法的主流。與通用的平爐比較，投資少于平爐于平爐40%50%；效率高于平爐倍，所需勞力少，；效率高于平爐倍，所需勞力少，占用場地小，煉鋼時間短，鋼的成本低，質量高。純氧頂占用場地小，煉鋼時間短，鋼的成本低，質量高。純氧頂吹煉鋼法出現(xiàn)后，世界鋼產(chǎn)量急劇增長，各種高質量的特吹煉鋼法出現(xiàn)后，世界鋼產(chǎn)量急劇增長，各種高質量的特種鋼也煉制出來。種鋼也煉制出來。DJTU Materials Science & Engineerin

53、g （1） 轉爐主體設備轉爐主體設備 轉爐主體設備是實現(xiàn)煉鋼工藝的主要設備，它由爐體、轉爐主體設備是實現(xiàn)煉鋼工藝的主要設備，它由爐體、爐體支撐裝置和爐體傾動機構等組成爐體支撐裝置和爐體傾動機構等組成DJTU Materials Science & Engineering1-爐殼；爐殼； 2-擋渣板；擋渣板；3-托圈；托圈； 4-軸承及軸承座；軸承及軸承座；5-支撐系統(tǒng)；支撐系統(tǒng)；6-耳軸；耳軸；7-制動裝置；制動裝置；8-減速機；減速機；9-電機及制動器電機及制動器爐殼：由錐形爐帽、圓筒形爐身及球形爐底三部分組成。各部分爐殼：由錐形爐帽、圓筒形爐身及球形爐底三部分組成。各部分用鋼板成型

54、后再焊接成整體。鋼板厚度主要取決于爐子容量，爐用鋼板成型后再焊接成整體。鋼板厚度主要取決于爐子容量，爐殼和損壞主要是產(chǎn)生裂紋和變形。因此，要求爐殼材質有良好的殼和損壞主要是產(chǎn)生裂紋和變形。因此，要求爐殼材質有良好的焊接性能和抗蠕變性能。為防止爐帽變形，近年來廣泛采用水冷焊接性能和抗蠕變性能。為防止爐帽變形，近年來廣泛采用水冷爐口。爐口。托圈：其主要作用是支撐爐體，傳遞傾動力矩。大、中型轉爐托托圈：其主要作用是支撐爐體，傳遞傾動力矩。大、中型轉爐托圈，一般用鋼板焊接成箱式結構，可通水冷卻。托圈與耳軸連成圈，一般用鋼板焊接成箱式結構，可通水冷卻。托圈與耳軸連成整體，轉爐則坐落在托圈上。整體，轉爐則

55、坐落在托圈上。耳軸：轉爐工藝要求爐體應能正反旋轉耳軸：轉爐工藝要求爐體應能正反旋轉360，在不，在不 同操作期間，同操作期間，爐子要處于不同的傾動角度。為此，轉爐有兩根旋轉耳軸，一側爐子要處于不同的傾動角度。為此，轉爐有兩根旋轉耳軸，一側耳軸與傾動機構相連而帶動爐子旋轉。耳軸與傾動機構相連而帶動爐子旋轉。傾動機構：其作用是傾動爐體，以滿足兌鐵水、加廢鋼、取樣、傾動機構：其作用是傾動爐體，以滿足兌鐵水、加廢鋼、取樣、出鋼和倒渣等操作的要求。出鋼和倒渣等操作的要求。DJTU Materials Science & Engineering轉爐煉鋼 吹氧管基本結構簡圖吹氧管基本結構簡圖1-吊環(huán)

56、；吊環(huán)；2-中心管；中心管；3-中層管；中層管；4-上托座；上托座；5-外層管；外層管；6-下托座；下托座；7-噴頭噴頭DJTU Materials Science & Engineering(2) 供氧系統(tǒng)設備供氧系統(tǒng)設備煉鋼時用氧量極大，要求供氧及煉鋼時用氧量極大，要求供氧及時、氧壓穩(wěn)定、安全可靠。供氧時、氧壓穩(wěn)定、安全可靠。供氧系統(tǒng)由輸氧管道、閥門和向轉爐系統(tǒng)由輸氧管道、閥門和向轉爐吹氧的吹氧管裝置等設備組成。吹氧的吹氧管裝置等設備組成。結構如圖所示。結構如圖所示。 氧氣轉爐煉鋼，就是利用氧氣將鐵水中的碳、硅、錳、氧氣轉爐煉鋼，就是利用氧氣將鐵水中的碳、硅、錳、磷等元素快速氧化到

57、吹煉終點。在吹氧的全部時間內，磷等元素快速氧化到吹煉終點。在吹氧的全部時間內，熔池中始終進行著強烈的元素氧化反應，只是在吹氧熔池中始終進行著強烈的元素氧化反應，只是在吹氧結束后的為時很短的脫氧和合金化時間內，熔池中的結束后的為時很短的脫氧和合金化時間內，熔池中的反應才主要是還原反應。反應才主要是還原反應。 氧化反應放出的熱量，將主爐鐵水（氧化反應放出的熱量，將主爐鐵水（1200-1300）加熱到加熱到1560-1660。DJTU Materials Science & Engineering頂吹轉爐法頂吹轉爐法DJTU Materials Science & Engineeri

58、ng氧氣頂吹轉爐氧氣頂吹轉爐DJTU Materials Science & Engineering 1856年威廉年威廉西門子得到一項將蓄熱原理用于所有需大量熱西門子得到一項將蓄熱原理用于所有需大量熱能的爐子的專利。最初，此法主要是用于玻璃熔化爐，可能的爐子的專利。最初，此法主要是用于玻璃熔化爐，可節(jié)省節(jié)省50的燃料。將此法用于煉鋼，是在爐的兩端建有放的燃料。將此法用于煉鋼，是在爐的兩端建有放置置 “磚格磚格”的蓄熱室，磚格先由煉鋼爐排出的熱氣加熱，的蓄熱室，磚格先由煉鋼爐排出的熱氣加熱，然后把要進爐的空氣預熱。但用固態(tài)燃料試驗時很不順利，然后把要進爐的空氣預熱。但用固態(tài)燃料試驗時很

59、不順利，存在著一些問題，諸如爐灰堵塞了蓄熱室的磚格等。存在著一些問題，諸如爐灰堵塞了蓄熱室的磚格等。 1864年法國人馬丁改造了爐體，又采用了威廉年法國人馬丁改造了爐體，又采用了威廉西門子用蓄西門子用蓄熱提高爐溫的辦法，用生鐵和廢鐵煉出了優(yōu)質鋼。熱提高爐溫的辦法，用生鐵和廢鐵煉出了優(yōu)質鋼。1868年年威廉威廉西門子用生鐵和鐵礦石煉鋼成功。這種煉鋼法被稱做西門子用生鐵和鐵礦石煉鋼成功。這種煉鋼法被稱做 “西門子西門子馬丁煉鋼法馬丁煉鋼法”。由于這種煉鋼爐形狀低平又有一。由于這種煉鋼爐形狀低平又有一個平展的熔池，所以被稱為個平展的熔池，所以被稱為 “平爐平爐”。這種煉鋼法也稱為。這種煉鋼法也稱為

60、“平爐煉鋼法平爐煉鋼法”。DJTU Materials Science & Engineering三、平爐煉鋼法三、平爐煉鋼法 平爐煉鋼時，經(jīng)過下層蓄熱室預熱的空氣和煤氣被送入上層平爐煉鋼時，經(jīng)過下層蓄熱室預熱的空氣和煤氣被送入上層熔池，在鐵水表面吹拂、燃燒，能夠比較完全地將鐵水中的熔池，在鐵水表面吹拂、燃燒，能夠比較完全地將鐵水中的碳和其他雜質氧化，得到優(yōu)質的鋼。碳和其他雜質氧化，得到優(yōu)質的鋼。 雖然平爐冶煉的時間比較長（一般為雖然平爐冶煉的時間比較長（一般為24小時），但熔池很大，小時），但熔池很大，一爐便可煉百噸鋼水，產(chǎn)量較高。而且不限于生鐵，廢鋼、一爐便可煉百噸鋼水，產(chǎn)量較高。而且不限于生鐵，廢鋼、鐵屑、熟鐵、鐵礦石均可，煉出的鋼質量穩(wěn)定、均勻，在鐵屑、熟鐵、鐵礦石均可，煉出的鋼質量穩(wěn)定、均勻，在1930年至年至1960年的年的30年間，世界每年鋼的總產(chǎn)量近年間，世界每年鋼的總產(chǎn)量近80%是平是平爐鋼。爐鋼。 50年代初期氧氣頂吹轉爐投入生產(chǎn)，從年代初期氧氣頂吹轉爐投入生產(chǎn)，從60年代起平爐逐漸失年代起平爐逐漸失去其主力地位。許多國家的平爐已經(jīng)或正在陸續(xù)被氧氣轉爐去其主力地位。許多國家的平爐已經(jīng)或正在