1、钢 铁 冶 金 概 论绪论1.1 冶金基本概念1.2 钢铁生产工艺流程简介1.3 钢铁产品及副产品1.4 钢铁工业能耗及主要污染冶金基本概念 冶金:一门研究如何经济地从矿山或其它原料中提取金属或金属化合物，并用各种方法加工制成具有一定性能的金属材料的科学。 冶金学： 提取冶金：研究如何从矿石中提取金属或金属氧化物的过程，由于该过程伴有化学反应，故又称化学冶金。 物理冶金：通过成型加工制备有一定性能的金属或合金材料。 又分钢铁冶金(也叫黑色冶金)和有色冶金。 冶金方法： 火法冶金：在高温下矿石经熔炼与精练反应及熔化作业使其中的金属和杂质分开,获得 较纯金属的过程。 湿法冶金：在常温或低于100C
2、下，用溶剂处理矿石或精矿，使所要提取的金属溶解于溶液中，而其它杂质不溶解，然后再从溶液中将金属提取和分离出来的过程。 电冶金：利用电能提取和精练金属的方法。 电能冶金：利用电能转变成热能，在高温下提炼金属。本质上与火法冶金相同。 电化学冶金： 主要冶金过程 干燥：除去水份，干燥温度400600C。 焙烧：将矿山置于适当的气氛下，加热至低于它的熔点温度，发生氧化、还原或其它化学变化的过程。 煅烧： 烧结和球团：将粉矿经加热焙烧，固结成多孔块状或球状的物料。 熔炼：在高温下通过氧化还原反应使矿山中金属和杂质分离为两个液相，即金属液和熔渣的过程，也叫冶炼。 精练：进一步处理所得到含有少量杂质的粗金属
3、，以提高其纯度。钢铁生产工艺流程简介 矿石 精矿分 烧结矿球团矿 铁水 Fe3O4,Fe2O3 磨矿，筛分 烧结，球团 还原 磁选，浮选，重选 选矿造块高炉炼铁矿山开采转炉炉外精炼加热炉轧机电炉连铸机 钢水 钢水 连铸坯燃煤气 重油 煤钢材 铁水废钢 钢铁产品及副产品产品：生铁，炼钢生铁占90； 铸造生铁占10； 钢副产品：炉渣：高炉渣：300600Kg/t铁，可用于制造水泥添加料， 隔热材料等； 炼钢（转炉）渣：120150Kg/t钢，可用于烧结，炼铁，制 造水泥，制砖，铺路等。 煤气： 成分及性能表： 成分， 发热值 产量 利用率 CO H2 CO2 N2 CH4 KJ/m3 m3/t产品
4、 高炉煤气2630 13.0 1014 5658 0.20.6 33004200 20003000 80转炉煤气5070 0.52.0 1415 1020 750011000 150 70钢铁工业能耗及主要污染 能 耗: 占全国总能耗的1011%.对全国能 源供应平衡有着举足轻重的影响。 能源结构：煤70.5%,电力21.6%,重油6.7%, 天然气1.1%。 主要污染： 废水污染：钢铁工业用水量占全国工业用水 量的19，废水排放量占 全国工业废水排放量的11.3%，废水 中含多种污染物：挥发酚，氰化物，石油类，悬浮物，耗氧，六价铬，砷， 铅。 空气污染：烧结厂废气 40006000m3/t，
5、 SO2,5001500mg/m3， 含尘量：机头15g/m3，机尾510g/m3。 高炉煤气：20003000m3/t，含尘量 540g/m3，含CO2630%。 炼钢厂： 转炉粉尘10kg/t，转炉炉气150m3/t， 含尘量 80150g/m3，电炉粉尘219kg/t。 钢铁渣污染：从矿石开采、冶炼倒加工都有废渣产生，其中高炉渣300600kg/t铁， 转炉渣120150kg/t钢。第二章 高炉冶炼用原料2.1 铁矿石2.2 铁矿石的开采2.3 铁矿石的富选2.4 铁矿石造块*2.5 燃料及熔剂 2.1 铁矿石 2.1.1 矿物、矿石及脉石 矿石与岩石都是矿物的集合体,可由单一矿物或多种
6、矿物组成。 按所含有用矿物矿石可分为简单矿石和复合矿石两种。 矿石有金属矿石和非金属矿石之分。金属矿是指在现代技术型机条件下可从中提取金属的矿石，且以所含金属种类来命名,如铜矿石 根据宽石品位不同,一般分为富矿石呵贫矿石. 2.1.2 铁矿石分类及对其评价 目前铁矿石主要有磁铁矿石、赤铁矿石、褐铁矿石和菱铁矿石等 。各种矿石的组成见表2-1（课本22页）。 对铁矿石的评价： （1）铁矿石品位（含铁量）。他决定着冶炼的经济性，是衡量铁矿石质量的重要指标。矿石品位越高，脉石含量越少，冶炼时所需熔剂量和形成渣两就少，因而能耗相应降低，产量增加。 （2）脉石成分。 （3）杂质元素。有害元素如：S、P、
7、K、F、Na、Zn等。有益元素如：Mn、Cr、Ni、V、Ti、Nb等 。 （4）矿石的还原性。矿石中与铁结合的氧被还原剂夺取的难易程度，称为还愿性。冶炼易还原的矿石，可降低碳素燃料的消耗量。它与矿物组成、致密程度、气孔率等有关。 （5）矿石的高温性能。要求矿石具有较高的荷重软化温度和熔融滴下温度，且两者的温差 要小。 （6）矿石的强度与粒度组成。 （7）矿石成分的稳定性。 从矿山开采了出的矿石，其含量和化学成分波动很大，粒度大小相差悬殊，有的大至几百毫米，有的则成粉末。从物理和化学性质来看，大部分矿石都不能满足高炉冶炼的要求，入炉前须经过一系列的加工处理，其处理工艺流程如图21。 矿石破碎与筛
8、分的目的：按高炉冶炼要求提供适宜粒度以及满足贫矿选分处理对粒度的需要。 矿石混匀的目的：稳定入炉矿石的化学成分。 矿石混匀的方法：平铺直取，即将不同成分的矿石一层一层地铺在地上，达到一定高度后，沿垂直断面截取，由于同时截取多层矿石，从而达到混匀的目的。矿石处理工艺流程图21富矿混匀焙烧天然块矿高炉高炉磨矿筛分选矿造块人造富矿矿石破碎筛分贫矿2.3 铁矿石的富选 从矿山开采出的铁矿石，不仅含有铁矿物，而且含有其它矿物、脉石及又害物质。选矿的目的就是将铁矿石中的含铁矿物与脉石等分离，提高铁矿石品位，降低有害杂质含量，并尽可能的综合回收其有用矿物。 2.3.1 选矿工艺 （1）选别前准备。包括破碎、
9、筛分、磨矿和分级。 （2）宣别作业。 （3）选别后的脱水。精矿脱水通常由浓缩、过滤和干燥三个过程组成。 选矿工艺流程原矿 2.3.2 选矿的工艺指标 （1）精矿品位。即产品中改金属的重量与产品中两笔，用百分数表示。如铁精矿品位为65%，就是一精矿中含0.65吨金属铁。 （2）精矿产率。 是指精矿与入选原矿重量之比，用百分数表示。通过选矿前后金属平衡来计算： 100/100= /100+(100-)/100整理上式得出精矿产率（）的计算式： =（-）/（- ）100式中 原矿品位， 精矿品位， 尾矿品位，（3）金属回收率。是指精矿中金属的重量与原矿中该金属重量之比，用百分数表示。金属回收率为：
10、= / 100 （4）选矿比。原矿重量与精矿重量的比值，即选一吨精矿所需处理原矿的吨数。铁矿粉造块 天然富矿和精矿粉都不能直接入高炉冶炼,为了满足冶炼和环保的要求,必须制成块矿。 造快方法：烧结法和球团法。 块矿的性能优于天然富矿，还原性好，有合适的强度和较高的软熔温度。造快生产中配加一定量的溶剂，高炉冶炼过程中可不加或少加溶剂，减少焦炭消耗。造快过程中还可以去除矿山中某些杂质。烧结法烧结生产： 生产程序：将准备好的精矿粉、燃料、熔剂、返矿 等按不同比例送到混合机内混匀、加水润湿造球。混好的料由布料器铺到烧结机台阶上点火烧结。烧好的烧结矿经冷却、破碎和筛分，成品烧结矿送往高炉，筛下物作为返矿或
11、做垫底料。烧结过程产生的废气经除尘器除尘后由风机抽入烟囱排入大气。 烧结废气中除N2外以CO2为主，也有少量的CO及自由氧。 烧结设备：主要为带式烧结机，它由烧结机本体、布料设备、点火器和抽风除尘系统组成。如图所示 烧结机的大小按其有效抽风面积（有效长度X台车宽度） m2表示。 球团生产： 生产工艺包括生球形成和焙烧固结两个主要作业。 生球形成：把精矿粉、粘结剂等混合料加水润湿在圆盘造球机内滚动成球。 球团焙烧固结：生球通过高温焙烧而固结，过程包括：干燥、预热、焙烧固结、均热和冷却五个阶段，然后排出，整个过程在炉内一次完成。 球团焙烧设备：带式焙烧机、连篦机回转窑、竖炉，如图所示。 除尘系统采
12、用布袋除尘器。球团法第三章 高炉炼铁 高炉冶炼是一个连续的生产过程，全过程在炉料自上而下，煤气自下而上的相互接触过程中完成。炉料按一定批料从炉顶装入炉内，从风口鼓入由热风炉加热到10001300C热风，炉料中焦炭在风口前燃烧，产生高温和还原性气体，在炉内上升过程中加热缓慢下降的炉料，并还原铁矿石中的氧化物为金属铁。矿山升至一定温度后软化，熔融滴落，矿山中未被还原的物质形成熔渣，实现渣铁分离。渣铁聚集于炉缸内，发生诸多反应，最后调整成分和温度达到终点，定期从炉内排放炉渣和铁水。上升的煤气流将能量传给炉料而使温度降低，最终形成高炉煤气从炉顶导出管排出，进入除尘系统。煤气除尘系统氧气转炉炼钢 炼钢过
13、程的基本任务： 1、脱碳； 2、脱磷，脱硫； 3、脱氧； 4、去气、去夹杂； 5、升温。 完成上述任务所采取的方法: 1、氧化； 2、造渣； 3、加热； 4、加铁合金。 转炉炼钢所用原材料： 1、金属料：铁水（70100）、废钢、铁块 （1030） 铁合金 ：硅铁、锰铁等； 2、造渣材料：石灰6080kg/t，白云石，萤石； 3、氧化剂：氧气6070m3/t，铁矿石，铁皮； 4、冷却剂：废钢，铁皮，铁矿石，烧结矿，除尘 污泥球等； 5、增碳剂：焦炭，碳化硅，低磷硫铁块。 吹炼工艺制度： 一炉钢冶炼工艺过程： 装入制度 供氧制度 造渣制度 温度制度 终点控制 脱氧合金化一炉钢冶炼工艺过程： 上炉
14、钢、渣出完后将转炉向加料侧倾动3045，把废钢和铁水装入炉内，摇正炉体开始降氧枪吹氧，同时从炉口上方加入第一批造渣材料(石灰、白云石、氧化铁皮等)，约全部料的1/22/3,吹炼的前3 4分钟为吹炼前期，此时熔池内温度低于1400C，主要是Si、Mn氧化，C只是少量氧化，也叫硅锰氧化期，此期烟气中CO含量低，故烟气放散不回收。 随着吹炼的进行，硅锰氧化掉大部分，温度升至1470C以上，碳开始激烈氧化，进入吹炼中期，也叫碳氧化期。碳氧化速度很快（038/mint）,此时降低枪位加强熔池搅拌，加速脱碳，并降下烟罩回收煤气；此时第一批料已全部熔化，加入剩余的第二批料，熔池温度较低，磷被大量脱除。一炉钢
15、冶炼工艺过程： 随着脱碳反应的进行，钢液中的碳含量减少，脱碳速度减小，进入吹炼末期，烟气量减少，烟气中CO含量减少，升起烟罩烟气放散。此时造渣料已全部熔化，碱度较高，硫被大量脱除。当碳和温度达到出钢要求时，提升氧枪，摇下炉体，测温取样化验，成分和温度合格后，向后摇炉出钢，同时向钢包内加入铁合金进行脱氧合金化操作。整个吹氧时间十几分钟。含尘污水的处理 处理工艺流程： 分级 浓缩 脱水 干燥水力漩流器 立式沉淀池 真空吸滤机分级：含尘污水从切线方向进入漩流器，大颗粒烟尘在旋转中 被到器壁沉降下来，小颗粒烟尘随水流向沉淀池。浓缩：在沉淀池内烟尘缓慢沉降到底部成为泥浆，澄清的水从顶部溢出再循环使用。为
16、了促进沉降常加入硫酸铵、聚丙烯酰铵等助凝剂。脱水：浓缩后的泥浆含水5070，采用真空吸滤机脱水。干燥：脱水后的泥浆送干燥炉或自然干燥后供给用户。车间二次除尘 新型转炉车间除对转炉烟气除尘外，还要对整个车间和各个产生烟气和粉尘的部位进行除尘，称为二次除尘。如转炉周围、铁水预处理间、混铁车倒罐间、修包间、散状料皮带通廊、卸料和转运处等处都应该进行除尘。由于这些部位的烟气温度较低，一般使用布袋除尘器除尘。电炉炼钢除尘问题 电炉烟气温度比较低，一般使用布袋除尘器除尘。 电炉除尘的难处在于烟气的收集比较困难，因为炉顶上设备较多，只能采用炉顶大烟罩法收集。又因为烟罩至炉盖距离较大，混入大量空气，致使完全收
17、集的难度增大，效果差。本PPT为可编辑版本，您看到以下内容请删除后使用，谢谢您的理解【解析】【解答】（1）氯化钠是由钠离子和氯离子构成的；金刚石是由碳原子构成的；干冰是由二氧化碳分子构成的；（2）质子数为11的是钠元素，钠元素原子的最外层电子数1，在化学反应中容易失去一个电子形成阳离子；（3）化学变化是生成新分子的变化，其实质是分子分解成原子，原子重新组合形成新的分子，故该反应中没有变的是碳原子和氧原子。故答案为：氯化钠；失去；D。【分析】物质有微粒构成，构成物质的微粒有原子、分子、离子是那种，金属、稀有气体由原子构成；常见气体由分子构成；碱和盐由离子构成。在化学变化中，原子种类、质量、数目保
18、持不变。26.用微粒的观点解释下列现象： （1）今年我国要求“公共场所全面禁烟”非吸烟者往往因别人吸烟而造成被动吸烟。 （2）夏天钢轨间的缝隙变小。 【答案】（1）分子是在不断的运动的.（2）夏天温度高，铁原子间的间隔变小. 【考点】物质的微粒性 【解析】【解答】（1）吸烟生成烟雾，烟雾分子因为运动，扩散到空气中，使非吸烟者被动吸入烟雾分子，造成被动吸烟；（2）钢轨由铁原子构成.每两根钢轨间都有一定的间隙，夏天由于气温高，使得钢轨中铁原子的间隔变大，表现为钢轨的体积膨胀，则钢轨间的间隙变小.故答案为：（1）分子是在不断运动的；（2）夏天高温，铁原子间的间隔变小.【分析】微粒观点的主要内容：物质
19、是由分子（或原子构成），分子间有间隔，分子处于永停息的运动状态中.（1）烟雾分子属气体分子，在空气中扩散较快，使非吸烟者被动吸烟；（2）铁原子间有一定的间隔，温度升高，则铁原子间间隔变大，反之则变小，夏天高温状态下，铁原子间间隔变大，使得钢轨体积膨胀，则钢轨间的缝隙变小.【考点】物质的微粒性 【解析】【解答】（1）铁属于金属单质，是由铁原子直接构成；氯化钠是由钠离子和氯离子构成的；二氧化碳是由二氧化碳分子构成的（2）当质子数=核外电子数，为原子，a=2+8=10，该粒子是原子原子序数=质子数=10当a=8时，质子数=8，核外电子数=10，质子数核外电子数，为阴离子。故答案为：原子；离子；分子；
20、10；10；阴离子。【分析】物质有微粒构成，构成物质的微粒有原子、分子、离子是那种，金属、稀有气体由原子构成；常见气体由分子构成；碱和盐由离子构成。当核电荷数等于核外电子数，表示原子，小于时表示阴离子，大于时表示阳离子。25.初中化学学习中，我们初步认识了物质的微观结构。（3）升高温度分子运动速度就加快，只要能说明温度高了运动速度快了的例子都可以，例如阳光下或者温度高衣服干得快，温度高水蒸发的快，糖在热水里比在冷水里溶解的快等；（4）由于注射器装入的药品少，现象明显，又是封闭状态，所以可以控制体积节省药品、可以减少气体挥发造成的污染等故答案为：（1）固体；（2）分子的质量大小或者相对分子质量大
21、小（合理即给分）；（3）阳光下或者温度高衣服干得快，温度高水蒸发的快，糖在热水里比在冷水里溶解的快等；（4）可以控制体积节省药品、可以减少气体挥发造成的污染等【分析】（1）根据实验现象判断氯化铵的状态；（2）根据它们的相对分子质量的区别考虑；（3）根据温度与运动速度的关系考虑；（4）根据注射器的特点考虑【解析】【解答】A、向一定质量的盐酸和氯化钙的混合溶液中逐滴加入碳酸钠溶液至过量的过程中，生成氯化钠的质量不断增大，当碳酸钠与盐酸和氯化钙完全反应时，氯化钠的质量不再增大，A符合题意；B、向稀硫酸中加水，溶液的pH逐渐增大至接近于7，B不符合题意；C、向一定质量的稀硫酸中逐滴加入氢氧化钡溶液至过
22、量的过程中，氢氧化钡不断和硫酸反应生成硫酸钡沉淀和水，溶质的质量减小，质量分数也减小，当氢氧化钡和稀硫酸完全反应时，继续滴加氢氧化钡溶液时，质量分数应该由小变大，C不符合题意；D、加热高锰酸钾时，当温度达到一定程度时，高锰酸钾开始分解生成锰酸钾、二氧化锰和氧气，随着反应的进行，剩余固体的质量不断减少，当高锰酸钾完全反应时，剩余固体的质量不再变化，D符合题意。【解析】【解答】A、可燃物的在着火点是一定的，不会降低，故说法错误，可选；B、爆炸是物质在有限的空间内，发生急剧燃烧，短时间内聚集大量的热，使周围的气体的体积膨胀造成的可见爆炸需要氧气的参与，可使燃烧处于暂时缺氧状态，达到灭火的目的故说法正
23、确，不可选；【解析】【解答】燃烧需要同时满足三个条件：一是要有可燃物，二是可燃物要与氧气接触，三是温度要达到可燃物的着火点；以上三个条件都能满足时，可燃物才能发生燃烧。灭火的原理就是破坏燃烧的条件。根据描述，自动灭火陶瓷砖会喷出氦气和二氧化碳，故灭火的原理是隔绝氧气。【解析】【解答】解：A、从题目中表格知，H2体积分数为10%70%的H2和空气混合气体，点燃时会发生爆炸，故A正确；B、收集的H2能安静燃烧，说明H2的纯度大于等于80%，故B项错误；C、用向下排空气法收集H2 ， 保持试管倒置移近火焰，如果没有听到任何声音，表示收集的H2纯度大于等于80%，故C项错误；D、氢气和空气的混合气体点
24、燃不一定发生爆炸，只有在爆炸极限范围内才会发生爆炸，故D项错误故选A【分析】可燃物质（可燃气体、蒸气和粉尘）与空气（或氧气）在一定的浓度范围内均匀混合，遇着火源可能会发生爆炸，这个浓度范围称为爆炸极限可燃性混合物能够发生爆炸的最低浓度和最高浓度，分别称为爆炸下限和爆炸上限，在低于爆炸下限时不爆炸也不着火，在高于爆炸上限同样不燃不爆因此可燃性气体在点燃前需要先检验气体的纯度，以防发生爆炸【解析】【解答】A、通过实验可以知道烧杯中的白磷没有燃烧，说明烧杯中的白磷虽然温度达到着火点，但没有与氧气接触，所以不能燃烧，从而可以判断烧杯中的热水不仅仅是只起到加热的作用，故A说法正确；B、铜片上白磷燃烧是温
25、度达到了着火点且与氧气接触，满足燃烧的条件，故B说法正确；C、铜片上的红磷没有燃烧是温度过低没有达到其着火点，没有满足燃烧的条件，故C说法正确；D、烧杯中的白磷通入空气（氧气）就会燃烧，出现“水火相容”的奇观，故D说法错误故选D24.能源、环境、安全已成为人们日益关注的问题 （1）三大化石燃料包括煤、_、天然气等；它们都是_（填“可再生”或“不可再生”）能源 （2）控制反应的条件可使燃料充分燃烧燃煤发电时，将煤块粉碎成煤粉的目的是_ （3）天然气主要成分为甲烷，写出甲烷充分燃烧的化学方程式_ 下列有关天然气（或甲烷）的说法正确的是_（填字母）A沼气中的主要成分是甲烷B甲烷气体不会产生温室效应C
26、用天然气代替煤作燃料，有利于减少酸雨形成 You and your friends are leaving a concert on a Friday night. When you get outside, your ears are ringing. You have to shout to be heard. 36 So no harm doneright? Not quite. Temporary buzzing may be easy to ignore, but repeated exposure to loud noise will eventually cause seriou
27、s- and irreversible(无法治愈的)- hearing loss. A new study conducted by researchers at Brigham and Womens Hospital in Boston shows that one in five people between the ages of 12 and 19 are experiencing slight hearing loss, and one in 20 have mild hearing loss. 37 But the good news is that there plenty of
28、 ways you can protect your ears from further damage and still listen to the music you love: Ask around.Ask around. Put your earbuds in or your headphones on, and then ask a friend next to you whether or not he or she can hear what youre listening to. 38 Turn it down. Buy noise-canceling headphones. Buy noise-canceling headphones. A pair of earbuds or headphones that fits comfortably will limit outside noise so that you can hear your music better at lower volumes.
