钢铁材料学～详解.ppt

钢铁材料学 六、钢铁生产工艺 钢铁生产工艺流程 钢铁生产工艺流程 炼铁 把铁矿石或含铁原料中的铁从氧化物态或其他矿物态还原为液态生铁的过程 还原过程需要提供能量，故同时要加入燃料和还原剂(价格低廉供应量可保证而同时具有燃料和还原剂功能的是焦炭) 为使脉石及灰分分离，需加入熔剂与之生成低熔点化合物，形成流动性较好的炉渣，渣铁分离 炼铁原料 铁矿石 常见铁矿石的组成及特性 炼铁原料 铁矿石中的脉石 脉石是无用成分，冶炼时消耗燃料及还原剂，故应通过选矿、破碎、烧结工艺尽量脱除 脉石可分为碱性脉石(CaO、MgO)和酸性脉石(SiO2、Al2O3)，通常的铁矿石含酸性脉石较多，故需加入碱性熔剂造渣 炼铁原料 铁矿石中的有害杂质 硫对钢材性能危害很大，产生热脆；磷对钢材塑韧性具有危害作用，产生冷脆 低熔点金属铅、锑、铋、锌、砷等造成热脆，形成炉瘤，产生冷脆 铜含量较高时以单质形式出现造成热脆 铁矿石中的有益元素 攀枝花的共生钒钛、包头的共生铌钽稀土 炼铁原料的准备 破碎筛分 混匀 焙烧 选矿：重选、磁选、浮选 粉料造块制团 炼铁用熔剂 主要采用碱性熔剂：石灰石(CaCO3)、白云石(CaCO3·MgCO3) 也有采用菱镁石(MgCO3)或蛇纹石(3MgO·2SiO2·2H2O)，后者具有一定酸性 结构材料的性能要求3 易于成型和加工 －不同结构要求不同的形状 －流态成型（铸造、沉积） －半固态成型（带液芯轧制或锻造） －固态成型（压力加工：热加工与冷加工） －固态成型（机械加工：反复软化与硬化） －连接成型（焊接、粘合、机械结合、复合、涂饰） 结构材料的性能要求4 生产成本低廉且能大规模生产 －资源丰富且易于开采 －接近自然平衡态（硅酸盐材料具有特殊优势） －满足大规模生产要求（生产工艺技术、成型工艺技术、产品生产工艺技术、性能提高的工艺技术等） －环境友好 结构材料的性能要求5 舒适性与装饰性 －现代要求且是发展趋势 －表面质量与涂装 －金属光泽与抗氧化 －抗震降噪隔热 －色彩（如彩钢） －特殊性能（如抗菌、手感） 主要结构材料 硅酸盐材料：价格低廉，年用量上千亿吨；其中天然沙石量上千亿吨，水泥22.1亿吨(中国10.6亿吨，占48%)，陶瓷1.85亿吨(中国0.96亿吨，占52%) 木材：天然材，但涉及环境保护，年消耗量约40亿立方米 (中国约5亿立方米） 钢铁材料：年产量11.29亿吨(中国3.5239亿吨，占31%） 有色金属：年产量8100万吨(中国1635万吨) 高分子材料：塑料年产量2.12亿吨(中国2199万吨) 中国水泥产量发展 钢铁材料的特点 资源丰富 地壳中5%的丰度 成本低廉 大部分钢材的售价在3000元/吨 便于回收 90%的钢铁材料可回收 性能优良且多样 强度和韧度 耐腐蚀性能 耐磨性能 低温性能 特殊功能 固态多形性相变使得性能可大幅改变 钢铁材料与技术的发展方向 提高产量 中国钢铁产量的发展空间 提高性能 改善钢材品种结构 增加品种：How many different types of steel grades are available? 生产结构调整 地区结构调整 降低生产成本提高成材率：连铸比与粗钢产量 采用先进钢铁生产工艺技术 高炉喷煤技术 10年多喷吹煤粉（重点高炉喷煤比达到120kg/t）节约焦炭712万吨，节约成本11亿元。 溅渣护炉技术 普通转炉最长炉龄已大于3万炉（重点企业平均3600炉），复吹炉最高大于2.9万炉。按年产1亿吨转炉钢计算年经济效益3亿元。 连铸工艺与装备技术 10年间连铸比增加61.9个百分点，节约成本约95亿元。 棒线材连轧 10年间共提高了45个百分点，节约成本17亿元。 综合节能技术 10年降低0.691吨标煤，节约成本356亿元。 高效化生产工艺 生产结构优化的重点： 缩短工艺优化流程，紧凑化、连续化 实现封闭生产，达到零排放 管理信息化，生产智能化 环境友好，建立节能型钢铁厂 薄板坯连铸连轧高效化生产工艺 国外薄板坯连铸连轧生产线水平为：单流130万吨，双流200万吨。 国内投产的7条薄板坯连铸连轧生产线，研究开发和采用高效化生产工艺，使单流产量达到150万吨/年，双流产量达到300万吨/年。 将对我国和世界薄板坯连铸连轧生产工艺产生巨大的影响 微合金钢与微合金化技术是钢铁材料发展的重要方向 电炉炼钢新技术 铜在钢中的应用与控制 AlN在钢中的作用研究 铝广泛用于脱氧，故在钢中普遍存在，合金化成本低廉 AlN不仅可能以六方ZnS晶体结构的形态存在，近年来发现还可能以面心立方NaCl晶体结构的形态出现，从而具有类似于微合金碳氮化物的作用 奥氏体区析出控制晶粒粗化并适当调节形变奥氏体再结晶行为，铁素体区析出产生强烈沉淀