冶金工程專業(yè)認(rèn)識(shí)—鋼鐵是如何煉成的

1、冶金工程專業(yè)認(rèn)識(shí)—鋼鐵是如何煉成的？Brief Introduction of Metallurgical Engineering,北京科技大學(xué)鋼冶系 張家泉 教授,地球中的元素構(gòu)成——其中金屬多以化合物形式存在，所謂金屬礦,金屬礦/ore 冶金 metallurgy 金屬材料/metallic materials,Ore: A mineral or an aggregate o

2、f minerals from which a valuable constituent, especially a metal, can be profitably mined or extracted.Metallurgy: The science that deals with procedures used in extracting metals from their o

3、res, purifying and alloying metals, and creating useful objects from metals.,,冶金與金屬材料是最古老、也是最現(xiàn)代化的行業(yè)、社會(huì)發(fā)展的支柱！,金屬材料的優(yōu)越性（見附件）金屬材料在各行業(yè)的廣泛應(yīng)用（見附件）材料與社會(huì)進(jìn)步（冶金史與社會(huì)文明）,司母戊方鼎,中國商代(公元前1783年-公元前1135年) 晚期的青銅器。1939年于河南安陽殷墟商代晚期墓出土。因

4、腹內(nèi)壁鑄有“司母戊”三字而得名。該鼎造型莊嚴(yán)雄偉。長方形腹，每面四邊及足上部飾獸面紋。雙耳，外側(cè)飾雙虎噬人首紋。四足中空 。高1.33米 ，口長1.10米，重達(dá)875千克 。用陶范鑄造 ，鼎體（包括空心鼎足）渾鑄 ，其合金成分為 ：銅84.77％ ，錫11.44％ ，鉛2.76％，其他0.9％ 。司母戊鼎是前已發(fā)現(xiàn)的中國古代形體最大和最重的青銅器，在世界上也是僅見的，反映出商代青銅冶鑄業(yè)具有極高水平?，F(xiàn)藏于中國歷史博物館或安陽殷虛博物館

5、。,巧奪天工的戰(zhàn)國曾侯乙出土文物(公元前475年——公元前221年),“曾侯乙”銅鑒缶(fou, 也叫冰鑒）： “世界最早的冰箱”；曾侯乙編鐘：世界最 早的、音律最美的鑄造編鐘王；曾侯乙尊盤：世界最 早、最精美的熔模鏤空鑄造件。,東漢晚期的青銅奔——馬踏飛燕東漢王朝(公元25年—公元220年)由漢光武帝劉秀建立,他推翻了王莽所建立起的新王朝,重新恢復(fù)由劉氏統(tǒng)治的漢王朝,史家稱此漢朝為東漢。,河北滄州的鐵獅子

6、鐵獅子坐落在滄州市東南20公里滄州舊城開元寺前,東關(guān)村西0.5公里。門票10元?。,鑄于后周廣順三年（公元953年），距今已有一千多年的歷史。采用“泥范明澆法”鑄成，具有較高的歷史科學(xué)和藝術(shù)價(jià)值，為全國重點(diǎn)文物保護(hù)單位?！　⊥▽?.35米，身長6.30米，身高6.6米，體寬3.0米，重約40噸，素有“獅子王”的美譽(yù)，一千多年來，它飽經(jīng)滄桑，在古滄州，它曾被當(dāng)成神物供奉，享盡了香火；在烽火連天、哀鴻遍野的戰(zhàn)

7、亂年代，又經(jīng)受了刀戈的砍殺,在獅體內(nèi)外斑痕累累。,,鐵獅子又名鎮(zhèn)海吼，它是古代滄州人民戰(zhàn)勝自然，現(xiàn)在鐵獅子已成為滄州的市徽。 鐵獅子采用泥范明澆法鑄造而成的，鑄造時(shí)在身上留有很多銘文。它的鑄造比美國和法國的煉鐵術(shù)早七八百年，所以鐵獅子在世界冶金史上具有里程碑的意義，打開世界冶金史就有滄州鐵獅子，由于滄州鐵獅子具有較高的科研、歷史和珍貴藝術(shù)價(jià)值，是研究我國古代鑄造技術(shù)、雕塑藝術(shù)、社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展水平和佛都史十分重要的具象資料。

8、,金屬的分類,黑色金屬(ferrous)—鐵和鐵為基的合金（鋼、鑄鐵和鐵合金）也包括鉻、錳；占工業(yè)用材的95％。有色金屬(non-ferrous)—除黑色金屬以外的所有金屬及其合金；僅占工業(yè)用材的 5％,但其重要性并不遜色。,金屬物理性質(zhì),金屬之最（特性參元素周期表）,1、地殼中含量最高的金屬元素：鋁2、人體中含量最高的金屬元素：鈣3、目前世界年產(chǎn)量最高的金屬：鐵4、導(dǎo)電、導(dǎo)熱最好的金屬： 銀5、硬度最高的金屬：

9、 鉻6：熔點(diǎn)最高的金屬： 鎢7：熔點(diǎn)最低的金屬： 汞8：密度最大的金屬： 鋨9：密度最小的金屬： 鋰,金屬與合金（Metals and alloys）,定義：兩種或兩種以上的金屬（或金屬與非金屬）熔合而成具有金屬特性的物質(zhì)。特點(diǎn)：熔點(diǎn)低，密度小，強(qiáng)度和硬度大，更具抗腐蝕性能，使用范圍更廣泛！,常見金屬在自然界的存在形式與提煉（提取冶金

10、—火法冶金或濕法冶金）,鐵Iron： 鐵礦石（氧化鐵、共生礦與脈石）- 火法冶煉提取、精煉、澆鑄（鋼鐵冶金的主要研究內(nèi)容）鋁Aluminum ： 鋁礬土（氧化鋁與脈石）很穩(wěn)定、很難直接還原（要2000攝氏度以上）- 濕法冶金、溶解在HF溶液中--電解法提煉,自然界中的金屬大都以化合態(tài)存在，并與其它礦物或夾雜物共存,銅copper： 以硫化礦（CuFeS2）存在于自然界，反射爐或電爐中分解為冰銅（Cu2S-FeS）--轉(zhuǎn)爐中吹

11、氧獲得粗銅。鎂magnesium： 菱鎂礦（氧化鎂與脈石）焙燒-用氯氣制成MgCl2--再電解---或海水中的鎂鹽（MgCl2）直接電解之。鈦titanium： 金紅石（TiO2）和鈦鐵共生礦（FeO-TiO2）或釩鈦鐵礦， 很活潑，冶煉很困難， 直到50年代才出現(xiàn)工業(yè)規(guī)模的冶煉技術(shù)---鈦的氯化物熱還原法。,如何用化學(xué)的方法把化合態(tài)的金屬變成游離態(tài)金屬？,礦石的富集合適的冶煉方法精煉 原則——簡單、實(shí)用、高效

12、！,金屬（合金）的提煉與生產(chǎn),Step 1: 冶煉(化學(xué)冶金過程，熱分解法、 熱還原法、電解法)合金化與精煉Step 2: 澆注、凝固、熱加工（物理冶金過程）,不同金屬及其冶煉方法（提取的難易程度？冶金熱力學(xué)）,K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb Cu Hg Ag,電解法,熱還原法,熱分解法,鋼鐵冶金（本專業(yè)的主要研究內(nèi)容）,鋼與鐵（區(qū)別？）煉鐵與煉鋼（初次精煉）精煉、澆注（連

13、鑄）、凝固成形（毛坯生產(chǎn)）熱加工（軋鋼等壓力加工、獲得最終產(chǎn)品）,鐵礦石的種類,赤鐵礦,磁鐵礦,磁鐵礦（Fe3O4）,赤鐵礦（Fe2O3）,菱鐵礦（FeCO3）等,鐵礦石的開采（采礦、選礦、造塊）露天礦、地下礦,高爐煉鐵(blast furnace)(熱還原法）Fe2O3+3CO = 2Fe+3CO2,高溫,煉鋼和鑄坯的壓力加工成材,鋼鐵冶金的一般流程Steelmaking flowline,鋼熱加工/精加工流程Ste

14、el finishing flowline,一個(gè)短流程鋼廠：In-line strip process, Italy,鋼水連鑄開澆過程（CSP),,,,冶金工程中的科學(xué)與社會(huì)問題,化學(xué)冶金過程的熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)物理冶金過程中傳輸問題、凝固與高溫力學(xué)問題擴(kuò)大品種與提高質(zhì)量問題提高資源能源利用率、冶金過程效率與環(huán)境相容性問題（循環(huán)經(jīng)濟(jì)與可持續(xù)發(fā)展）,冶金過程涉及復(fù)雜的物理化學(xué)問題,也涉及復(fù)雜的機(jī)械設(shè)備與力學(xué)加工過程,冶金行業(yè)的發(fā)展趨勢

15、,面臨資源、能源、社會(huì)發(fā)展與挑戰(zhàn)；精確生產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)高效、綜合利用與循環(huán)冶金,金屬的回收和循環(huán)利用,冶金：一個(gè)點(diǎn)石成金的專業(yè)！,——介紹結(jié)束,,鋼鐵冶金認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)實(shí)習(xí)報(bào)告要求,一、鋼鐵冶金的基本原理、方法與工藝流程概述；你所參觀鋼廠的鋼鐵產(chǎn)品（品種）、產(chǎn)量、生產(chǎn)工藝流程與主要裝備簡介。二、燒結(jié)或球團(tuán)的目的、原理與主要工藝流程；你所參觀鋼廠的有關(guān)裝備與生產(chǎn)流程情況、有關(guān)參數(shù)。三、高爐煉鐵的基本原理、高爐結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、原料、輔料與產(chǎn)品、生產(chǎn)

16、工藝及其影響因素；你所參觀鋼廠高爐煉鐵生產(chǎn)的設(shè)備與工藝情況、有關(guān)參數(shù)。四、轉(zhuǎn)爐煉鋼的基本原理、原料、輔料與產(chǎn)品、生產(chǎn)工藝及其影響因素；你所參觀鋼廠轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)的設(shè)備與工藝情況、有關(guān)參數(shù)。五、鋼水連鑄生產(chǎn)的目的、鑄機(jī)類型與鑄坯分類、連鑄基本原理與鑄機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。你所參觀鋼廠連鑄生產(chǎn)的產(chǎn)品、鑄機(jī)設(shè)備類型與生產(chǎn)工藝情況、有關(guān)參數(shù)。六、軋鋼生產(chǎn)的目的、原理、軋機(jī)類型、工藝流程與產(chǎn)品類型。你所參觀鋼廠的軋鋼產(chǎn)品、軋機(jī)設(shè)備類型與生產(chǎn)工藝流程情

17、況、有關(guān)參數(shù)。七、鋼鐵冶金生產(chǎn)過程所涉及的生產(chǎn)輔助部門、配置與作用。八、你對如何學(xué)好鋼鐵冶金專業(yè)的初步體會(huì)，在校期間應(yīng)該加強(qiáng)那些知識(shí)與能力的培養(yǎng)？,參考書,有關(guān)《鋼鐵冶金概論》書籍；有關(guān)鋼鐵冶金學(xué)習(xí)網(wǎng)站，如國際鋼鐵協(xié)會(huì)（IISI)的鋼大學(xué)站: www.steeluniversity.org,冶金行業(yè)生產(chǎn)環(huán)境與安全防護(hù)與集體實(shí)習(xí)的組織紀(jì)律問題,安全帽工作服勞保鞋或至少是皮鞋現(xiàn)場注意事項(xiàng)（多看、聽、記，走安全通道；嚴(yán)