冶金生产工艺及装备1_概述
《冶金生产工艺及装备》
杨海波教授博导
ustbyhb01@https://www.wendangku.net/doc/458445292.html, PW: ustbyhb
办公地点：北科大会议中心-第5会议室
S M E . U S T B
课程简介
?课程名称
冶金生产工艺及装备（Technology and equipment for iron & steel production ）
?课程编号：4040014 学时/学分：32 /2
?主要内容
钢铁生产过程的工艺技术、机械设备、检测方法等。包括炼铁、炼钢（含连铸）和轧钢三个部分 ：高炉和非高炉炼铁，转炉和电炉炼钢，炉外精炼，连续铸钢，厚板、冷热薄板、无缝钢管、型材 、棒线材轧制等。
?课程目的
了解从矿石原料到钢铁产品的生产流程，熟悉钢铁生产的基本工艺、主要设备、检测方法，提高运 用专业理论和方法分析和解决实际问题的能力，培养工程意识。
?课程对象
机械工程（冶金机械方向）或其它专业的高年级本科生、研究生
?先修课程
机械设计，机械原理，机械制造，工程材料等
?相关课程
《冶金设备设计与制造》，《轧钢过程控制》，《炼铁机械》，《炼钢机械》，《轧钢机械》， 《轧制理论与工艺》，……
?学什么（内容）
?钢铁生产过程中的 ●工艺技术 ●机械设备 ●检测方法等 ?三个部分
●炼铁：高炉和非高炉炼铁
●炼钢：转炉和电炉炼钢，炉外精炼，连续铸钢
●轧钢：中厚板、冷热轧薄板、无缝钢管、型材、棒线材轧制等
?为什么学（目的）
?了解钢铁，掌握方法
●了解钢铁生产流程，掌握钢铁生产的基本工艺、主要设备、检测方法 ?运用知识，分析问题
●运用已学的专业理论和方法，研究和分析典型的工业生产过程 ?结合理论，联系实际，
●体会理论与实际结合的含义，增强工程意识。
?需要哪些知识
?数学，物理，化学
?静力学，动力学，流体力学，热力学，材料学，冶金学 ?设计，制造，检测，控制
?学过哪些课程
?高等数学，线性代数，大学物理，程序设计，概率论与数理统计，理论力学， 材料力学，微机原理与应用，机械制图
?热工学，电工技术，电子技术，机械原理，工程流体力学，工程材料及成形工艺， 机械设计，自动控制理论
?互换性与测量技术，测试技术，机械制造工艺基础，液压与气压传动， 机械制造装备设计
?机电传动控制，机械创新设计，机械振动
?将要学哪些课程
?工程数值计算，现代设计方法，CAD/CAM ，微机电系统，质量管理与控制
?相关课程 冶金设备设计与制造，轧钢过程控制，炼铁机械，炼钢机械，轧
钢机械， 轧制理论与工艺，……
教学安排
?授课方式：讲授 + 提问 + 讨论
?学习方式：听课 + 笔记 + 看书 + 习题
?考核方式：课堂 + 作业 + 考试
?公共邮箱：ustbyhb01@https://www.wendangku.net/doc/458445292.html,
PW: ustbyhb
?课程安排
?上课时间：2016年9月05号～2016年11月03号（ 学历 第 1 周 ~ 第 8 周)
?每周一、 机械楼820 III （13:30~14:15，14:20~15:05） ?每周四、 机械楼820 IV （15:20~16:05，16:10~16:55）
?考试时间： 2016年11月 日 ?选课班级：机械E13.
《冶金生产工艺及装备》
?冶金，冶金生产，工艺，装备
?冶金（Metallurgy ）
●从矿石中提取金属或金属化合物，并将其制成有一定性能的金属材料的过程和方法
?火法冶金，湿法冶金，电冶金（电热冶金、电化冶金）
?冶金生产（Metallurgical production ）
?包括金属的冶炼、金属的轧制、轧材的处理等
?工艺（ Craft ，Technology ）
●对原材料、半成品进行加工和处理，使之成为制成品的方法与过程（技术、手段等）
?装备（Equipment ）
●实现生产活动的设备、工具、器材等， 这里指的是实现钢铁生产所采用的机械设备、电气设备、检测设备、仪器仪表等
钢铁是重要的金属材料，本课程仅限于钢铁的冶金生产
[1]《冶金生产工艺及设备》，李应强，冶金工业出版社，1998
?参考书
?炼铁部分
[2]《钢铁冶金学-炼铁部分》，王筱留，冶金工业出版社，2013 [3]《炼铁工艺》，卢宇飞，冶金工业出版社，2006 [4]《炼铁机械》（修订版），严允进，冶金工业出版社，1990 [5]《炼铁生产自动化技术 》，刘玠，马竹梧，冶金工业出版社，2005 [6]《钢铁工业自动化-炼铁卷》，马竹梧，邱建平，李江，冶金工业出版社，2000 ?炼钢部分
[7] 《钢铁冶金学-炼钢部分》，陈家祥，冶金工业出版社，1990 [8]《炼钢工艺学》，高泽平，冶金工业出版社，2006.8 [9]《连续铸钢》，贺道中，冶金工业出版社，2007 [10]《连续铸钢原理与工艺》，蔡开科，冶金工业出版社，1995 [11]《炼钢设备》，潘毓淳，冶金工业出版社，1992.6 [12]《炼钢机械》（修订版），罗振才，冶金工业出版社，1989年 [13]《钢铁工业自动化-炼钢卷》，马竹梧，邹立功，孙彦广，冶金工业出版社，2003 ?轧钢部分
[14]《中国材料工程大典》（第20卷材料塑性成型工程），胡正寰，化学工业出版社，2006 [15]《板带材生产原理与工艺》，王廷溥，冶金工业出版社，1995
[16]《金属塑性加工学-轧制理论与工艺》, 王廷溥、齐克敏主编，冶金工业出版社，1998-2012 [17]《轧钢机械》（修订版），邹家祥，冶金工业出版社，1989 [18]《轧钢设备及自动控制》，曹建国，化学工业出版社，2010
[19]《型材生产理论与工艺》，王有铭，
[20]《零件轧制成型技术》 ，胡正寰，华林，化学工业出版社，2010.4 [21]《钢铁工业自动化-轧钢卷》，薛兴昌，马竹梧，沈标正，冶金工业出版社，
2010
参考教材及参考书
?参考教材
参考资料
?学术论文
?国内
●大学学报：《工程科学学报（北科大学报）》，《中南大学学报》，《东北大学学报》 ●专业期刊：《钢铁》，《轧钢》，《冶金设备》，《冶金自动化》， 《特殊钢》 ，
《钢铁研究》，《金属学报》， 《塑性工程学报》 ●综合期刊：《机械工程学报》，
?国外
●《Ironand
Steel Engineer 》，《 The Iron and Steel Institute 》，
《ISIJ International 》，《铁と钢》
?会议期刊
?网上资源
?中国金属学会https://www.wendangku.net/doc/458445292.html,/
?中国钢铁协会网https://www.wendangku.net/doc/458445292.html,/gxportal/login.jsp ?新浪博客“我的钢铁”，https://www.wendangku.net/doc/458445292.html,/wodesteel ?中国轧辊网，https://www.wendangku.net/doc/458445292.html,/bbs/
课程目录
1 钢铁生产概述（2学时）
1.1 钢铁材料及应用 1.2 钢铁生产工艺流程 1.3 钢铁工业的发展
2 炼铁生产（8学时）
2.1 炼铁概述（1学时）
2.2 高炉炼铁工艺（2学时）
2.2.1 高炉炼铁的化学反应 2.2.2 高炉炼铁过程 2.2.3 高炉结构 2.2.4 高炉指标
2.3 高炉炼铁设备（3学时）
2.3.1 供料上料设备 2.3.2 炉顶装料设备
2.3.3 渣铁处理（炉前）设备 2.3.4 送风系统
2.3.5 煤气除尘及回收系统 2.4 高炉炼铁检测（1学时）
2.4.1 炉料状态检测 2.4.2 渣铁状态检测
2.4.3 设备状态检测与诊断 2.5 炼铁技术发展（0.5学时） 2.6 非高炉炼铁（0.5学时）
2.6.1 直接还原法 2.6.2 熔融还原法
3 炼钢及连铸生产（9学时）
3.1 炼钢概述（1学时）
3.2 转炉炼钢工艺（1学时）
3.2.1 转炉炼钢过程 3.2.2 转炉炼钢主要指标 3.3 转炉炼钢设备（2学时）
3.3.1 供料系统 3.3.2 转炉系统 3.3.3 供氧系统 3.3.4 其他设备
3.4 电炉炼钢（1学时） 3.5 炉外精炼（0.5学时） 3.6 炼钢检测（0.5学时）
3.6.1 钢水温度测量 3.6.2 钢水定氧测量 3.6.3 钢水定碳测量 3.6.4 炉衬检测
3.7 连续铸钢（2学时）
3.7.1 连续铸钢技术的发展 3.7.2 连续铸钢工艺
3.7.3 连续铸钢设备
4 轧钢生产（11学时） 4.1 轧钢原理（2学时）
4.1.1 轧钢过程及任务 4.1.2 轧钢的原料及产品 4.1.3 轧制理论 4.2 板带轧制（6学时）
4.2.1 中厚板生产工艺 4.2.2 薄板热轧工艺 4.2.3 薄板冷轧工艺 4.2.4 板带生产设备 4.3 钢管轧制（1学时）
4.3.1 钢管生产概述 4.3.2 无缝钢管热轧工艺 4.4 棒线材轧制（0.5学时） 4.5 型材轧制（0.5学时）
4.6 轧钢生产检测（0.5学时） 4.7 零件轧制（0.5学时）
成的？
1 钢铁生产概述
1.1 钢铁材料及应用
1.2 钢铁生产工艺流程 1.3 钢铁工业的发展
钢铁是怎样炼
这要从什么是钢铁讲起……
1.1 钢铁材料及应用
?金属（Metal ） 分为黑色金属和有色金属
黑色金属（Ferrous metal ）
? 对铁(Fe)、铬(Cr)和锰(Mn)及它们合金的统称，是冶炼钢铁的主要原料 ? 纯铁及锰为银白色，铬为银灰色 ?
钢铁表面常覆盖黑色的四氧化三铁 ?锰及铬主要应用于冶炼黑色的合金钢
?
产量约占世界金属总产量的95%
钢铁属于黑色金属，都含有铁元素
本课程主要内容针对“黑色金属”
1.1 钢铁材料及应用
有色金属（Non-ferrous metal）
●除铁、铬和锰及合金以外的其它金属
?轻金属：比重小于4.5（如铝、镁、锂、钠、钾等）
?重金属：比重大于4.5（如铜、锌、镍、汞、锡、铅等）
?贵金属：如金、银、铂、锇、铱
?放射性金属：镭、铀、钍、钋、锝等
?稀有金属：如铌、钽、锆、镥、金、镭、铪、铀等
●有色金属的生产工艺及设备与钢铁生产工艺及设备是有所不同，本课程钢铁生产工艺及设备。
金属材料之最
?地壳中含量最高的： 铝 ?人体中含量最高的： 钙
?导电性、导热性最好的：银
?光照下最易产生电流的：铯 ?延展性最好的：金
?高速飞机结构用的最多的：钛
?硬度最高的：铬 ?熔点最高的：钨 ?熔点最低的：汞 ?密度最大的：锇 ?密度最小的：锂
铁的特点
?元素周期表中：第4周期，原子序数26
?蕴藏丰富,地壳中含量4.75%，排在氧、硅、铝之后的第4位 ?以铁矿石形式，存在相对集中，采掘、提炼方便 ?冶炼比较容易，容易实现大量、高效、低成本生产
?较好的物理性能，如坚硬性、延展性、铁磁性、导热导电性 ?性能可调性，通过热处理、加合金改变性能
?钢与铁的区别
?钢与铁的区别主要是含碳量的不同，导致性能不同、用途差别很大
?含碳量越高、强度和硬度越高，但塑性、韧性会越低降低，脆性越高
?钢和铁中还含有其它元素，会影响性能 ●硅Si
锰Mn 磷P 硫S
?铁合金（Alloy ）
●两种或多种化学组分（金属、非金属）构成的固溶体或化合物形式的材料或物质 ●钢和生铁都是铁合金（铁碳合金） ●还可以加入其它元素，以改变钢铁的性能
?铸铁分类
按碳的存在形式划分
?白口铸铁，碳主要以渗碳体形式存在，硬、脆，很少直接用
?麻口铸铁，碳一部分以渗碳体形式存在另一部分以石墨形式存在，硬、脆，很少直接用
?灰口铸铁，碳主要以石墨形式存在，因石墨形状不同，性能和用途也不同：
●灰铸铁，铸造性、减震性、减摩性、切削性比钢好，但力学性能较差
●可锻铸铁，力学性能稍好于灰铸铁
●球墨铸铁，其中石墨为球状，力学性能与调质钢相当
●蠕墨铸铁，石墨为蠕虫状，力学性能稍低于球墨铸铁
?钢的分类
?按化学成分
●碳素钢：仅含为脱氧而加入硅（一般≤0.40%）和锰（一般≤0.80%）等合金元素
?低碳钢：C ≤0.25%
?中碳钢：0.25%≤ C ≤0.60%
?高碳钢：C > 0.60%
●合金钢：含铬、镍、钼、钛、钒、铜、钨、铝、钴、铌、锆等合金、稀土元素，非金属元素如
硼、氮等
?普通低合金钢：合金总含量小于3%
?低合金钢：合金总含量3%～5%
?中合金钢：合金总含量5%～10%
?高合金钢：合金总含量大于10%
?合金钢举例：锰钢、硅钢、硼钢、铬镍钨钢、铬锰硅钢，……
?按脱氧程度
●沸腾钢（不经脱氧或微弱脱氧）
●镇静钢（脱氧充分）
●半镇静钢（脱氧不完全，介于镇静钢和沸腾钢之间）
按用途
●结构钢
?碳素结构钢
用于制造工程结构件和机械零件，价格低，工艺性能良好，产量大，用途广 ?普通：硫、磷等杂质含量略高，S ≤0.055%， P ≤0.045% ?优质：硫、磷等杂质含量较低， S ≤0.040%，P ≤0.040%
?合金结构钢
在优质碳素结构钢基础上，加入合金元素，以提高钢的强度、韧性和淬透性 ?渗碳钢 ?调质钢 ?氮化钢
●工具钢
含碳量较高，具有较高的硬度
?碳素工具钢：0.65%≤ C ≤1.30%，为提综合性能，有的加入0.35%～0.60%的锰
?合金工具钢：含碳可高达2.30%，含铬可达13%、钨9%，还可含钼、钒等，用于模具
?高速工具钢：含
1%左右的碳，含钨可高达19%，还可含铬、钒、钼等，赤热硬性好
按用途（续）
●特殊性能钢
具有特殊化学性能或力学性能
?轴承钢：含碳1%左右，含铬不超过1.65%，有高而均匀的硬度和耐磨性 ?不锈钢：耐大气、蒸汽和水等弱介质腐蚀，但不一定耐腐蚀
?耐腐蚀钢：耐酸、碱和盐等强介质腐蚀。一般都具有较好的不锈性
●弹簧钢
含硅、锰、铬合金元素，有高的弹性极限、疲劳强度、冲击韧性、塑性，用于制造弹簧
●高温合金
在应力及高温作用时，有长时间抗蠕变能力、高持久强度、高抗蚀性， 用于制造燃汽轮机、喷气式发动机等高温下工作零部件 ?铁基合金 ?镍基合金 ?钴基合金 ?铬基合金 ?钼基合金
?其他合金