第3讲 材料的制备方法（2）金属材料制备（1冶金）.ppt

一、冶金工艺概述 一、冶金工艺概述 一、冶金工艺概述 一、冶金工艺概述 一、冶金工艺概述 一、冶金工艺概述 应用广泛的金属材料—钢铁 （1）铁和铁合金 （2）钢铁是怎样炼成的 1 黑色金属的生产 1.1 高炉冶炼生产过程 原料系统：炼铁原料主要包括铁矿石、焦炭、石灰石（和白云石）、锰矿石和一些铁矿石的替代品。 送风系统：送风系统为高炉连续稳定地提供足够的热风，是高炉正常冶炼的前提，单位时间内风量的高低决定了生产率。 燃料喷吹系统：为缓解焦煤资源短缺而采用的喷出燃料技术已普及，它包括煤粉制备、储存、空压机、高压泵及一系列管道阀门输送设备及喷枪等。 除尘系统：从炉顶逸出的含尘高达40-100g/m3的高炉煤气，经过一系列除尘设备，包括粗除尘(如重力除尘)、半精细除尘(洗涤塔)、精细除尘(文氏管、静电除尘器)等，使其含尘量降到15mg/m3以资利用。 渣铁处理系统：处理好从渣铁口排放的高温液态渣铁是保证高炉正常生产的重要环节，它包括炉前出铁场及设备，渣铁输送设备、铸铁机，铁水炉外处理设备，水渣场等。 大多数高炉采用冲成水渣的方式处理炉渣，作为是制造水泥的原料，或用压缩空气吹成渣棉(可作隔音保温材料)，也可用渣罐车送往弃渣场。 铁氧化物的生成与分解是逐级进行的，当温度＞570℃时，称为高温转变： 当温度＜570℃时，称为低温转变： 高炉内主要还原剂是CO、C（在喷吹燃料时煤气中H2含量明显增加），还原基本分为 间接还原 与直接还原 两大类。 1.2 非高炉炼铁法 直接还原炼铁法已有百余年的历史，先后提出各种不同的工艺方法400余种，但是真正成为工业生产方法的只有少数几种，而且是到20世纪60年代才有重大突破，这是因为： （1）冶金焦的价格大幅度上涨，而石油、天然气大量开发使用，特别是高效率天然气转化法的应用，提供了直接还原炼铁法需要的还原煤气，解决能源的来源和价格问题。 （2）电炉炼钢迅速发展，超高功率新技术的应用使电炉炼钢得到高速发展，合格的废钢供应不足，大大扩展了直接还原铁的需求。 （3）废钢（多数是从社会收集的废钢）中往往含有某些对钢性能不利的有色金属，如铜、锡、砷、铅等，无论用氧化熔炼或还原熔炼都无法去除它们。而随着废钢的循环利用，它们在钢中的含量会越积越多。因而需要加入直接还原铁来稀释它们。 （4）选矿技术的提高，扩大了直接还原炼铁法的矿石资源。原来只能使用杂质少且品位高的天然富矿，现在高品位铁精矿粉制造的球团矿，其脉石含量可以降低到不需要在还原生产中脱除，使直接还原技术简化，而且产量提高。 从本世纪70年代中期以来，世界钢产量一直在7亿吨左右，而海绵铁的产量却逐年增加工厂，60年代年产几十万吨到1997年已发展到年产3620万吨。海绵铁的稳定增长和电炉炼钢的增长有显著关系。少量金属化率较低的直接还原铁还可用于高炉，以提高产量和降低焦比。直接还原铁的生产主要在天然气资源丰富的地区，拉丁美洲国家生产的海绵铁占全世界产量的一半以上。 含铁原料 品位的高低是最重要的品质，由于直接还原铁大多用于电炉炼钢，它的残留脉石会使电炉炼钢电耗升高，生产率降低，炉衬寿命缩短，危害较大。所以直接还原炼铁法使用的矿石要求SiO2、Al2O3等的含量＜3%?-5%。危害电炉钢品质的有害元素，如铜、砷等则因为电炉钢品种不同而有不同的要求。 直接还原法炼铁法对于还原性和软化温度也有严格要求。因为还原性是影响直接还原炼铁法生产率的最重要因素，因此这种方法只使用还原性好的球团矿或块矿。 几种主要的直接还原炼铁法 根据使用的燃料不同，直接还原炼铁法分为两大类：用煤气作气体还原剂和载热体的气基法；以固体煤作为还原剂和热源的煤基法。 （1）气基法 气基法中的煤气常用天然气、焦炉煤气、液化石油气、重油等转化制造。天然气和液化石油气主要使用蒸汽转化，生成CO 和H2；重油使用氧气部分氧化法将碳氢化合物转化为CO和H2。 目前为止，无论从产量还是产能上看，气基法占主导地位，约占90%左右。 气基法的典型代表是Midrex法。Midrex气基法属竖炉法，为美国米德莱克斯（Midrex）公司所发明，是目前最完善、生产能力最强、使用最普遍的直接还原炼铁法。它由供料系统、还原竖炉、烟气处理、天然气重整炉组成。这种方法生产的海绵铁占直接还原炼铁法生产海绵铁总量的60%以上。图2-4是它的生产流程示意图。 天然气进入转化炉内，在镍基触媒的催化下，通过天然气裂化反应将其转化成煤气和氢气。 CH4 ＋ H2O →CO ＋ 3H2 (天然气裂化反应) 球团矿或天然块矿从炉顶通过布料器（或多个加料管）合理地布入炉中，在还原区与CO、H2进行还原反应。还原气入炉时温度为750-900℃，送入距竖