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摘 要
冶金是一门研究如何经济地从矿石或其它原料中提取金属或金属化合物，并用各种加工方法制成具有一定性能的金属材料的科学。
用于提取各种金属的矿石具有不同的特性，故提取金属要根据不同的原理，采用不同的生产工艺过程和设备，从而形成了冶金的专门学科一一冶金学。
冶金学以研究金属的制取、加工和改进金属性能的各种技术为重要内容，发展到对金属成分、组织结构、性能和有关基础理论的研究。就其研究领域，冶金学分为提取冶金和物理冶金两门学科。
提取冶金学是研究如何从矿石中提取金属或金属化合物的生产过程，由于该过程伴有化学反应，故又称化学冶金。
物理冶金学是通过成型加工制备有一定性能的金属或合金材料，研究其组成、结构的内在联系，以及在各种条件下的变化规律，为有效地使用和发展特定性能的金属材料服务。它包括金属学、粉末冶金，金属铸造、金属压力加工等。 关键词：冶金概论 高炉冶炼 氧气转炉冶炼
Ⅰ
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目录
目 录
1 绪 论 .............................................4
1.1冶金方法 ................................................................................................................4
1.2主要冶金过程简介 ................................................................................................5
2 高炉冶炼 ..........................................................................................................................................6
2.1 高炉炼铁 ...............................................................................................................6 2.2高炉冶炼过程及特点 ............................................................................................6
2.2.1 高炉冶炼过程 ...........................................................................................................6 2.2.2高炉冶炼特点 ............................................................................................................7
2.3高炉操作 ................................................................................................................7 2.4 氧气转炉炼钢 .......................................................................................................8
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1 绪论
1 绪 论
冶金是一门研究如何经济地从矿石或其它原料中提取金属或金属化合物，并用各种加工方法制成具有一定性能的金属材料的科学。
用于提取各种金属的矿石具有不同的特性，故提取金属要根据不同的原理，采用不同的生产工艺过程和设备，从而形成了冶金的专门学科一一冶金学。
冶金学以研究金属的制取、加工和改进金属性能的各种技术为重要内容，发展到对金属成分、组织结构、性能和有关基础理论的研究。就其研究领域，冶金学分为提取冶金和物理冶金两门学科。
提取冶金学是研究如何从矿石中提取金属或金属化合物的生产过程，由于该过程伴有化学反应，故又称化学冶金。
物理冶金学是通过成型加工制备有一定性能的金属或合金材料，研究其组成、结构的内在联系，以及在各种条件下的变化规律，为有效地使用和发展特定性能的金属材料服务。它包括金属学、粉末冶金，金属铸造、金属压力加工等。
1.1冶金方法
从矿石或其它原料中提取金属的方法很多，可归结为以下三种方法：
(1)火法冶金。它是指在高温下矿石经熔炼与精炼反应及熔化作业，使其中的金属和杂质分开，获得较纯金属的过程。整个过程可分为原料准备、冶炼和精炼三个工序。过程所需能源，主要靠燃料燃烧供给，也有依靠过程中的化学反应热来提供的。
(2)湿法冶金。它是在常温或低于100℃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。由于绝大部分溶剂为水溶液，故也称水法冶金。该方法包括浸出、分离、富集和提取等工序。
(3)电冶金。它是利用电能提取和精炼金属的方法。按电能形式可分为两类：
1)电热冶金：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。
2)电化学冶金；用电化学反应使金属从含金属的盐类的水溶液或熔体中析出。前者称为溶掖电解，如铜的电解精炼，可归入湿法冶金，后者称为熔盐电解，如电解铝，可列入火法冶金。
采用哪种方法提取金属，按怎样的顺序进行，在很大程度上取决于所用的原料以及要求的产品。冶金方法基本上是火法和湿法，钢铁冶金主要用火法，而有色金属冶炼则火法和湿法兼有。
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1.2主要冶金过程简介
在生产实践中，各种冶金方法往往包括许多个冶金工序，如火法冶金中有选矿、干燥、煅烧，焙烧、烧结、球团、熔炼、精炼等工序。本节重点介绍以下工序：
1)干燥：除去原料中的水分。干燥温度一般为400一600℃’。
2)焙烧；是指将矿石或精矿置于适当的气氛下，加热至低于它们的熔点温度，发生氧化、还原或其它化学变化的冶金过程。其目的是为改变原料中提取对象的化学组成，满足熔炼的要求。按焙烧过程控制气氛的不同，可分为氧化焙烧、还原焙烧、硫酸化焙烧、氯化焙烧等。
3)煅烧；是指将碳酸盐或氢氧化物的矿物原料在空气中加热分解，除去二氧化碳或水分变成氧化物的过程，也称焙解。如石灰石煅烧成石灰，作为炼钢熔剂。
4)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，是粉矿造块的主要方法。
5)熔炼：是指将处理好的矿石或其它原料，在高温下通过氧化还原反应，使矿石中金属和杂质分离为两个液相层即金属液和熔渣的过程，也叫冶炼。按冶炼条件可分为还原熔炼、造锍熔炼、氧化吹炼等。
6)精炼；进一步处理熔炼所得含有少量杂质的粗金属，以提高其纯度。如熔炼铁矿石得到生铁，再经氧化精炼成钢。精炼方法很多，如炼钢、真空冶金，喷射冶金、熔盐电解等。
可见，冶金过程是应用各种化学和物理化学的方法，使原料中的主要金属和其它金属或非金属元素分开，以获得纯度较高的金属的过程。
冶金是一门多学科的综合运用科学，一方面，冶金学不断吸收其它学科特别是物理学、化学，力学、物理化学、流体力学等方面的新成就，指导着冶金生产技术向新的广度和深度发展；另一方面，冶金生产又以丰富的实践经验充实冶金学的内容，也为其它学科提供新的金属材料和新的研究课题。电子技术和电子计算机的发展和应用，对冶金生产产生了深刻的影响，促进了新金属和新合金材料不断产出，进一步适应了高精尖科学技术发展的需要。
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2 高炉冶炼
2.1 高炉炼铁
高炉炼铁在现代钢铁联合企业中是极重要的一环。首先，高炉冶炼的产品——生铁是炼钢的原料；其次，高炉冶炼过程产生的大量煤气是钢铁联合企业中的二次能源；另外，高炉是原材料和能量的巨大消耗者，一座日产1万t生铁的高炉，每天需消耗矿石和焦炭2．2万t，从炉内放出的液态炉渣约o．4～o．5万t，每日要将1100万m3的空气由鼓风机加压至o．4MPa左右鼓入炉内，从炉顶放出的高炉煤气约1500万m3。由此可见，高炉炼铁是钢铁联合企业的关键部门，对整个企业的均衡稳定生产有着举足轻重的作用。
在工业生产中，高炉是能耗大户，占钢铁企业能耗的1／3～1／2。它消耗钢铁工业所用焦炭的80％，动力的15％，而产生的高炉煤气占钢铁企业二次能源的20％，因此，炼铁工序能耗对整个钢铁企业的经济效益起着巨大影响，降低高炉能耗(焦比)是钢铁工业节能的重点。
现代高炉生产过程是一个庞大的生产体系，除高炉本体外，还有供料、送风、煤气净化除尘、喷吹燃料和渣铁处理等系统。
2.2高炉冶炼过程及特点
2.2.1 高炉冶炼过程
炼铁就是将铁矿石在高温下冶炼成金属铁的过程。现代炼铁过程主要在高炉内进行，高炉是由耐火材料砌筑而成竖式圆筒形炉体，外有钢板制成炉壳加固密封，内嵌冷却器保护，炉子自上而下依次分为炉喉、炉身、炉腰、炉腹和炉缸五部分。炉缸部分设有风口、铁口和渣口，炉喉以上为装料装置和煤气封盖及导出管。
高炉冶炼过程是一个连续的生产过程，全过程是在炉料自上而下、煤气自下而上的相互接触过程中完成的。炉料按一定料批从炉顶装入炉内，从风口鼓入由热风炉加热到1000一1300℃的热风，炉料中焦炭在风口前与鼓风中的氧发生燃烧反应，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，并还原铁矿石中铁氧化物为金属铁，矿石升到一定温度后软化，熔融滴落，矿石中未被还原的物质形成熔渣，实现渣铁分离。已熔化的渣铁聚集于炉缸内，发生诸多反应，最后调整铁液的成分和温度达到终点，定期从炉内排放炉渣和生铁。上升的
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高炉煤气流，由于将能量传给炉料而温度不断下降，最终形成高炉煤气从炉顶导出管排出。整个过程取决于风口前焦炭的燃烧，上升煤气流与下降炉料间进行的一系列传热、传质以及干燥、蒸发、挥发、分解、还原、软熔、造渣、渗碳、脱硫等物理化学变化。因此，高炉实质是一个炉料下降、煤气上升两个逆向流运动的反应器。。 2.2.2高炉冶炼特点
(1)高炉冶炼是在炉料与煤气流逆向运动过程中完成各种错综复杂韵化学反应和物理变化的，炉内主要是还原性气氛
2.3高炉操作
开炉是高炉一代连续作业的开始。开炉的准备工作和开炉过程的好坏，直接影响着高炉操作的技术经济指标和寿命。
(1)开炉前的准备工作。开炉前必须严格检查高炉系统的部件和附属设备，使之完全正常可靠，以避免在开炉过程休风。对上料系统必须进行联合试车。
新砌的砖衬含有很多水分，必须根据一定的烘炉制度对高炉和热风炉逐渐加热，以免因炉衬突然经受高温引起砖墙破裂。
根据高炉大小和原料条件，选择合理的造渣制度和确定开炉焦比。然后进行开炉配料计算—扇定开炉料中焦炭、矿石和熔剂等各种料批的重量组成，以备装炉．
(2)开炉操作。开炉操作分为装炉、点火、炉内操作和炉前操作几个步骤：
1)装炉：合理的开炉装料方法，应符合下列原则：
A 熔渣应在炉缸内冷料(焦炭)消除后进入炉缸，以免造成炉缸冻结和铁口难开等事故，
B 铁水应在炉缸积存有足够的高温炉渣时才流到炉缸．以免铁水直接与炉墙接触而凝固，或失去流动性；
C 按全炉焦比决定的焦炭量，不能平均分配，应使沿高炉高度自上而下焦比逐渐升高，保证高炉下部炉墙和上部炉料得到充分加热；
D 用木柴填充炉缸酌高炉，炉缸及风口以上6OOmm的炉腹区域都要用木柴填充。
开炉填充料应分段加入．以焦炭填充炉缸为例：净焦集中在下部，其次是一定量的空焦，然后是一定比例的空焦与正常料交替装入，最后是正常料。为防止铁水过早进入炉缸，第一批正常料应尽量上移，一般町装在炉身下部．
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此外，在正常料前最好装入一定量的水渣，使炉缸在铁水下达前已积存相当量的熔渣，井把上部热量部分转移到下部，更有利于加热炉缸．这项措施对小高炉更有意义。
2)点火：若使用700—750C的热风开炉．直接鼓入热风便可点着填屯在炉缸内的焦炭。点火的热风温度愈高愈好。为点火容易起见．也可在风口前放入相当数量的木柴等易燃物。若没有热风，可用红热的铁棍伸进风¨点火事先可在点火的地方装进刨花或塞进蘸有煤油的缩纱，破布．
不论采用哪种点火方式，点火前均应关闭大小料钟，打开炉顶放散阀，并切断与煤气系统的联系。当煤气成分接近正常、煤气压力在4kPa时，即可接通除尘系统。
3)炉内操作：开炉时风量小．边缘易发展，应采用适当加重边缘的装料制度。由于高炉焦比高，料柱透气性远较正常时为好，适当加重边缘不仅不会破坏顺行，而且对炉喉保护板和炉衬的维护都有好处。
为了更好地加热炉料和炉墙，使矿石充分还原，开炉风量不应过大，要随着炉料下降和顺行情况的改善逐渐加风。为保持有足够的风速，开炉初期应缩小风口或适当堵塞一些风口，待风量加大后再逐个捅开。
4)炉前操作：炉前操作应注意以下事项：
A 用冷风点火的高炉，在送风以后，要经常注意风口是否被炉渣封死，若不见火光，要随时用铁棍将它捅开。
B 从铁口吹出的煤气，要把它点燃。待铁口流出熔渣时，拔出铁管，用人工堵住铁口。
C 第一次出渣和出铁时间，可按点火后下料批数来估算，按前述的送风制度操作，可在lOh左右放第一次渣，在14h后放第一次铁。为防止第一次渣可能带铁烧坏渣口，此次渣通常由铁口放出。
D 由于炉缸温度较低，铁水可能凝结在铁口，使铁口难以打开。因此，要做好用氧气烧开铁口和用较长时间打开铁口的准备。
2.4 氧气转炉炼钢
氧气顶吹转炉干1952年和1953年在奥地利的林茨(Linz)城和多纳维茨(Donawitz)城先后建成并投入生产，故又称为LD法。由于它具有原材料适应性强、生产率高、成本低、可炼品种多、钢质量好、投资省、建厂速度快等一系列优点，因而在世界范围内得到迅速发展，一跃成为现代主要炼钢方法之一。
氧气顶吹转炉炼钢车间的特点
现代钢铁生产，从铁矿石冶炼到加工成钢材，一般是组成钢铁联合企业集中
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进行的。炼钢在钢铁联合企业内是一个中间环节，它联系着前面的炼铁等原料供应系统和后面的轧钢等成品生产。炼钢车间的生产对整个联合企业有重大影响。
由于氧气顶吹转炉吹氧时间短和炉子容量的大型化，使顶吹转炉车间具有以下特点：
1)吹炼周期短、生产率高，因此，每昼夜出钢炉数多，兑铁、加料，倒渣、出钢、浇注等操作频繁，原材料、钢水、炉渣等的吞吐量大：
2)运输复杂，数量大。其数量相当于钢产量的3～5倍，而且批量小、批次多、运输品种多，因此，各种货流不得不尽量避免交叉而设置专业化线路，并采用多层平面运输。
3)温度高、烟尘大，需配置高效能的通风除尘设备。
4)因吹炼速度快，要求有准确、可靠的计量通讯设备。
为了保证转炉正常地进行连续生产．各种原材料的供应以及钢水、炉渣的处理必须有足够的设备，而且工作可靠。这些设备的布置和车间内各物料的运输流程必须合理。同时，车间内转炉座数也不宜过多，以免各种设备在操作时互相干扰。世界上大多数转炉车间，目前均采用以下两种布置方案：两座转炉经常保持一座吹炼(简称二吹一)；三座转炉经常保持两座吹炼(简称三吹二)。
炼钢生产有冶炼和浇注两个基本环节。为保证冶炼和浇注的正常进行，氧气顶吹转炉车间主要包括原料系统，加料、冶炼和浇注系统．以及采用模铸时的钢模准备系统。因此，顶吹转炉车间主／——房多为三跨间：
1)原料跨：主要组织铁水和废钢的供应，炉渣及垃圾的运出。
2)转炉跨；主要布置转圹及其倾动机构：同时，在转炉作业平台上方设多层工作平台，安装辅助材料的供应设施、氧气系统和部分以至全部废气处理设备。
3)浇注跨：将钢水通过钢锭模车或连铸机，浇注成钢锭或钢坯。
钢锭模准备(脱模、整模等)工作在车间以外的厂房或另一跨间内进行。
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参考文献
[1] 张训鹏．冶金工程概论． 中南大学出版社 2007:127-5
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