工业生产过程概论-Industrial Production Process - 1 - 北京科技大学经济管理学院
第3讲 冶金工业
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 2 - 北京科技大学经济管理学院
第3讲 冶金工业
冶金工业概述1
冶金生产的环保和综合利用6
炼铁生产2
炼钢生产3
钢材生产4
有色金属生产5
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 3 - 北京科技大学经济管理学院
你对钢铁厂有何认识？
初步认识钢铁
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你对钢铁产品有何认识？
初步认识钢铁
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1.冶金材料
黑色金属：指铁、锰、铬及其合金, 如钢、生铁、铁合金、
铸铁等。
有色金属：黑色金属以外的金属称为有色金属
①按照比重：铝、镁、锂、钠、钾等是“轻金属”；铜、锌、
镍、汞、锡、铅等的比重大于5，是“重金属”。
②按照价值：金、银、铂、锇（e2）、铱等是“贵金属”。
③放射性金属：镭、铀、钍、钋(po1)等。
④稀有金属：铌、钽(?)、锆(gào)、镥、金、镭、铪(ha1)、铀
等因为地壳中含量较少且分散。
一、材料工业
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 6 - 北京科技大学经济管理学院
2.化工材料
塑料、橡胶、化纤等。
3.建筑材料
水泥、平板玻璃、板材、钢筋等。
4.新兴材料
信息功能材料、能源材料、生物材料等各种新材料。
本章主要以钢铁生产为典型,介绍冶金生产的过程和规律。
冶金工业包括采矿、选矿、冶炼和加工四大过程。
一、材料工业
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 7 - 北京科技大学经济管理学院
钢铁材料的优点
一般条件下，刚强度、断裂韧性、热特性是一流的；
低价格（成本仅为铝、陶瓷、碳素材料的1/5至1/4）、
易回收（回收率可达55%）、易加工、环境影响较小、
节能、节料等也在前茅。
“以钢为纲”铸就了我国钢铁大国的基础
“夕阳工业”观点害了西方人
二、冶金工业的地位和作用
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 8 - 北京科技大学经济管理学院
冶金工业的重要性？
二、冶金工业的地位和作用
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 9 - 北京科技大学经济管理学院
冶金工业的重要性？
二、冶金工业的地位和作用
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 10 - 北京科技大学经济管理学院
冶金工业的重要性？
二、冶金工业的地位和作用
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 11 - 北京科技大学经济管理学院
我国冶金工业的发展
1890年建汉阳铁厂
1894年第一座高炉(日产100吨)出铁；
1893年江南制造局第一座炼钢平炉(15吨)建成出钢，仅比
日本晚3年。
1890年-1948年，钢产量累计只有760万吨。
1949年钢产量仅为万吨，居世界第26位。
1952年135万吨
三、我国冶金工业的发展
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1952年以后，在改扩建鞍钢、本钢、太钢、唐钢、
重钢、大冶等老厂的同时，有计划、有步骤地先
后新建了一批钢铁联合企业和特殊钢厂，形成了
以大型企业为骨干，大中小结合，普钢和特钢兼
备，门类比较齐全，战略布局合理的钢铁工业体
系。
三、我国冶金工业的发展
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 13 - 北京科技大学经济管理学院
1991年宝钢建成
2003年亿吨
2004 亿吨
2005 亿吨
2006 亿吨
2007 亿吨
2008 亿吨
2009 亿吨
2010 亿吨
2011 8 亿吨
三、我国冶金工业的发展
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 14 - 北京科技大学经济管理学院
我国已是钢铁产用大国，但仍不是钢铁强国，主要
标志：
粗钢产能过剩；全球亿吨，中国8亿吨。
出口钢材技术附加值低，如螺纹钢、线材、型材等。
品种不全，部分高端产品和相当一些种类的钢材如无缝钢
管、宽度大于600毫米的合金板材等，依然依赖进口。
能够冶炼全部已发现金属元素；
三、我国冶金工业的发展
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1.冶金生产过程
四、冶金工业的一般生产过程
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2. 钢铁生产的主要流程（框架版）
四、冶金工业的一般生产过程
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3D版
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 18 - 北京科技大学经济管理学院
英文3D版
四、冶金工业的一般生产过程
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第3讲 冶金工业
冶金工业概述1
冶金生产的环保和综合利用6
炼铁生产2
炼钢生产3
钢材生产4
有色金属生产5
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炼铁概述
• 铁矿石是氧化铁与脉石的混合物。炼铁过程是把铁
矿石在高温下还原为铁的过程。
• 在炼铁高炉中的冶炼完成三个基本过程：
• 排除氧化铁中的氧──还原；
• 把铁与脉石分开──造渣；
• 铁吸收碳素、降低熔点──渗碳。
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• 炼铁化学反应过程：
C+O2→CO2
CO2+C→2CO──焦炭的燃烧
CaCO3→CaO+CO2──熔剂的分解炉渣
Fe2O3+3CO→2Fe+3CO2
Fe2O3+3C→2Fe+3CO──铁的还原
炼铁概述
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炼铁概述
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1. 铁矿石的预处理
• 铁矿石是铁的氧化物及脉石(SiO2，Al2O3，MgO，
CaO等)的混合物。
• 品位高的富铁矿(含铁高于45%)经破碎筛分成合适
的粒度可直接入高炉冶炼。
• 贫矿石（多数），必须经过选矿处理，以提高炉
料中含铁量的品位。
一、原料准备
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（1）选矿
• 把铁矿石破碎、筛分、磨矿和分级称为选矿；
• 常采用磁选法、重选法、浮选法、熔烧磁选法等
工序，最后得到铁精矿粉。
一、原料准备
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磨矿机
圆锥破碎机
震动筛分机
一、原料准备
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(2) 造块
• 精矿粉粒度极小，不能直接加入高炉，通过造块
才能入炉冶炼，称为人造富矿或熟料。
• 通常采用烧结法和球团法造块：加入熔剂和中和
成分的同时还可去掉原料中硫等有害杂质，提高
入炉原料的稳定性，减少成分波动。
• 熟料还要进行整料(破碎和筛分)、混匀，使炉料
粒度尽可能适合于高炉最佳粒度范围。
一、原料准备
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烧结机
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烧结机
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2.炼焦
• 焦炭燃烧集中温度高、污垢和灰粉少、不堵塞高炉
管道和透气性。
• 炼焦——把炼焦煤在隔绝空气的条件下高温
(1300℃左右)干馏，使其中的挥发物逸出。
一、原料准备
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• 焦化产品回收：加热煤料排出的挥发物由炉顶的上
升管引导到化学产品回收系统。主要是粗苯、氨、
煤焦油和焦炉煤气等化合物。
• 水法熄焦：直接浇灭，造成水和空气污染。
• 干法熄焦：在封闭的系统内用氮气(制氧副产品)将
红焦的热量带走，可用作汽轮机发电。
一、原料准备
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一、原料准备
水法熄焦流程
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炼
焦
及
副
产
品
回
收
流
程
一、原料准备
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3.其他辅助材料的准备
• 石灰石—作熔剂
• 耐火材料：42万吨/百万吨钢
一、原料准备
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1. 高炉及其附属设备
• 高炉炉壳由钢板焊成，里面炉衬砌耐火砖，各种
冷却器砌在炉衬中连续通水冷却，延长高炉寿命。
• 原料和燃料连续由炉顶装入，铁水由下部流出。
• 炉缸设置风口、出渣口和出铁口。
二、高炉炼铁
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高炉局部图
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二、高炉炼铁
高炉剖面图
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高炉模型图
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高炉照片
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2 高炉炼铁操作过程概要
• 按一定比例组成的炉料（原料、燃料和溶剂）在炉内构成料
柱，焦炭不断燃烧，矿石、溶剂不断熔化而连续下降。
• 炉料不断装入，使料柱保持规定的高度。
• 预热到900~1200℃的热风，由风口吹入高炉下部，使焦炭燃
烧生成煤气；
• 炽热的煤气在上升过程中将热量传递给炉料，同时与炉料发
生化学变化；
• 随着温度的提高，炉料先后受到还原、造渣和渗碳作用，铁
渣分离。
二、高炉炼铁
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 41 - 北京科技大学经济管理学院
• 还原后的铁水，经过渗碳并溶解高炉下部还原出来的硅、锰、
磷、硫等杂质而形成生铁水。
• 脉石、熔剂和焦炭灰分形成最后的炉渣。
• 生成的铁水和炉渣积蓄在炉缸里，达到一定数量时，从出铁
口及出渣口排出炉外。
• 一座中型高炉昼夜出铁8~10次。
• 高炉开炉以后，冶炼过程不停，一般要持续12~15年以上才
停炉大修，目前世界上最先进的高炉役龄已近20年。
• 大高炉的生产，炉前操作目前已全部实现了全部机械化。
二、高炉炼铁
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吨生铁用料量
二、高炉炼铁
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3. 高炉生产的综合利用
(1) 热风的取得
• 一座高炉设置3-4座热风炉。热风炉利用高炉煤气
把空气加热到1000~1300℃，鼓风机从多达16-30个
风口吹入，每分钟鼓入炉内的空气约为炉子有效容
积的2-3倍，由此可以降低焦炭消耗和提高高炉的
生产能力。
二、高炉炼铁
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(2) 高炉的冷却
• 高炉生产每吨生铁的总用水量在150吨以上，循环
使用消耗约10%。
(3)高炉煤气的综合利用
• 生产2500-3500立方米煤气/吨生铁，可作热风炉、
焦炉和各种加热炉的燃料。
（4）高炉渣的利用
• 一般铁与渣之比接近1∶1，炉渣可用作制造砖和
水泥等建材原料。
二、高炉炼铁
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1. 炼铁炉大型化
• 大容量炼铁炉产量和生产效率高，劳动费用和吨铁基建投资
低。例如宝钢高炉的容积为4000m3，曹妃甸5000m3
2. 精料
• 采用含铁58%-61%的富矿，焦炭灰分控制在7%-10%以下较好，
但目前多用熟料代替富矿。
• 此外，炉料的粒度要控制严格，高炉渣量将可控制在250-
300千克/吨铁以内。
三、炼铁技术的发展
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3. 综合鼓风
• 高压操作、高风温、富氧鼓风、喷煤降焦等，称为“综合鼓
风”，效果较佳。
4. 提高高炉炼铁自动化水平
• 可使生产过程最佳化，生产出质量稳定的产品并改善各工序
操作人员的劳动条件。
三、炼铁技术的发展
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第3讲 冶金工业
冶金工业概述1
冶金生产的环保和综合利用6
炼铁生产2
炼钢生产3
钢材生产4
有色金属生产5
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炼钢
• 钢与铁的区别：含C量在%以下称为钢，含C量
在%-5%之间称为铁。
炼钢生产
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 49 - 北京科技大学经济管理学院
1.原理
• 高温下，用氧化剂把生铁中过多的碳和其它杂质氧化
成气体或炉渣而除去。
• 主要反应分三个阶段——氧化造渣、去硫/磷、脱氧
一、炼钢原理和目的
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2.目的
① 去除杂质：将有害元素硫、磷、氧、氢、氮和夹杂
物等杂质降低到规定值以下。
② 调整化学成分：主要是减少生铁中的含碳量到-
%，形成某一钢号。也可以加入一些合金元素如
锰、铬、镍、钛等，以形成合金钢。
③ 浇铸成钢锭或钢坯，为轧钢提供坯料。1700℃。
一、炼钢原理和目的
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1. 基本特点
• 以高温铁水为主要原料，以高压氧气经内冷喷嘴
从熔池上方吹氧，局部温度可达2000℃。
• O2与铁水中的C碳反应生成CO气泡从炼钢炉逸
出。激烈搅动熔池，有利于排除钢中的气体和非
金属夹杂物。
• 转炉的脱硫率较低，一般只有35%~50%。
二、氧气顶吹转炉炼钢
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 52 - 北京科技大学经济管理学院
二、氧气顶吹转炉炼钢
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2. 炼钢原料及其准备
• 主料：
•铁水、生铁、废钢等。
• 辅料：
•石灰、铁矿石、萤石、氧化铁皮、铁合金等辅
助原料
• 主辅料在炼钢中作为造渣剂、脱氧剂、冷却剂与
合金剂。
二、氧气顶吹转炉炼钢
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 54 - 北京科技大学经济管理学院
炼钢主料：铁水
• 铁水：1300℃以上。用大型混铁车(其容量为
200~600吨)直接由高炉向转炉运输铁水，铁水装入
转炉之前进行混匀、调温和炉外脱硫。。
二、氧气顶吹转炉炼钢
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 55 - 北京科技大学经济管理学院
炼钢原料：铁水
元素
Mn
S
Si
P
C发热元素，要
求含量适当
有益元素
不宜过高
有害元素 有害元素
重要发热元素，铁水
中的碳质量分数一般
为%～%
重要发热元素之一。铁
水中每增加％，废钢
比提高％ 。过高硅含
量，不利于炼钢。
锰是弱发热元素 ，有益
元素。铁水中锰氧化后
形成的MnO能有效地促
进石灰溶解，加快成渣，
减少助熔剂的用量和炉
衬侵蚀；减少氧枪粘钢，
终点钢中余锰高，能够
减少合金用量，利于提
高金属收得率；锰在降
低钢水硫含量和硫的危
害方面起到有利作用。
磷：强发热元素，对一
般钢种来说也是有害元
素（冷脆），因此要求
铁水含磷量越低越好。
有害元素，易
造成“冷脆”
二、氧气顶吹转炉炼钢
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 56 - 北京科技大学经济管理学院
炼钢：铁水脱硫预处理
• 铁水预处理是指铁水在兑入炼钢炉之前，为去除或
提取某种成分而进行的处理过程。
• 三脱技术（脱硫、脱硅、脱磷 ）就是铁水预处理
的一种。
二、氧气顶吹转炉炼钢
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 57 - 北京科技大学经济管理学院
二、氧气顶吹转炉炼钢
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 58 - 北京科技大学经济管理学院
炼钢原料：废钢
• 废钢是氧气顶吹转炉炼钢的主原料之一，是冷却效
果稳定的冷却剂。
• 通常占装入量的30％以下。
• 适当地增加废钢比，可以降低转炉钢消耗和成本。
二、氧气顶吹转炉炼钢
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 59 - 北京科技大学经济管理学院
对废钢料的要求
废钢来源废钢来源
废钢厂
回收料回收料 返回料返回料 工业废料工业废料 钢制报废件钢制报废件
• 不同性质废钢应分类存放，以避免贵重合金元素损
失或造成熔炼废品；
• 废钢入炉前应仔细检查，严防混入封闭器皿、爆
炸物和毒品；严防混入易残留于钢水中的某些元素
如铅、锌等有色金属（铅比重大，能够沉入砖缝危
害炉底）；
• 废钢应清洁干燥，尽量避免带入泥土沙石、耐火材
料和炉渣等杂质；
• 废钢应具有合适的外形尺寸和单重。
二、氧气顶吹转炉炼钢
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 60 - 北京科技大学经济管理学院
炼钢原料：生铁块
• 生铁块也叫冷铁，是铁锭、废铸件、罐底铁和出铁
沟铁的总称，其成分与铁水相近。它的冷却效应比
废钢低，同时还需要配加适量石灰料。废钢可与生
铁块搭配使用。
二、氧气顶吹转炉炼钢
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 61 - 北京科技大学经济管理学院
炼钢原料：造渣剂与冷却剂
• 为除去S，P等杂质，向炉内添加石灰、石灰石及促
进它们熔化的萤石等。
• 钢液反应温度过高时，须适时加入冷却剂，如氧化
铁皮和矿石，近年还使用烧结矿、球团矿、铁矿砂
等。
二、氧气顶吹转炉炼钢
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 62 - 北京科技大学经济管理学院
炼钢原料：合金剂和脱氧剂
• 利用合金剂与脱氧剂将钢的最终成分调整到所要求
的值。
• 合金剂：向钢中添加Ni，Cr铬，W钨，V钒，Mo钼，
Ti钛等元素炼制成合金钢。
• 脱氧剂：将钢水含氧量降低到适当值而添加硅铁、
锰铁、硅锰合金和铝锭等。
二、氧气顶吹转炉炼钢
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 63 - 北京科技大学经济管理学院
3.炼钢设备
(1) 炉体
• 外壳由30~50毫米的钢板焊成，内部衬砌耐火材料。
炉龄可达800~2000炉。炉体可电动机构倾斜，以便加
料、出钢和出渣。
二、氧气顶吹转炉炼钢
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 64 - 北京科技大学经济管理学院
二、氧气顶吹转炉炼钢
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 65 - 北京科技大学经济管理学院
(2) 氧枪
• 氧枪喷头向钢液面喷吹~的高压氧气。氧枪
内部通冷却油冷却。炉内装有探头副枪，能在炉内测
量钢水温度、含碳量、含氧量，并将信息传给计算机
以对冶炼过程进行动态监控。
二、氧气顶吹转炉炼钢
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 66 - 北京科技大学经济管理学院
二、氧气顶吹转炉炼钢
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 67 - 北京科技大学经济管理学院
二、氧气顶吹转炉炼钢
(3) 铁水和废钢的装入设备
• 铁水从铁水罐中由装有称量设备的吊车装入转炉。废
钢由带有电子秤的电磁吸盘装入废钢料槽，再由吊车
吊起，从炉前装入转炉。
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 68 - 北京科技大学经济管理学院
(4) 辅助原料装入设备
• 在炉顶的正上方，设置石灰、萤石、铁矿石等多种原
料的料斗。根据冶炼要求将料斗开启，由电子秤称量，
再通过皮带送至中间密封仓，然后关闭密封仓的进口，
打开出口，料由烟道加入炉内。全部动作由炉前控制
室操作自动进行。
二、氧气顶吹转炉炼钢
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 69 - 北京科技大学经济管理学院
(5) 供氧设备
• 炼钢车间设置大型氧气储罐，氧气纯度在%以上，
容量400~2000m3，压力高达。
(6) 起重设备
• 从原料到成品的输送均为吊车作业，要求组织工作十
分准确和严密。
(7) 废气的处理
• 废气处理装置主要是废气冷却和集尘设备，并常与余
热利用和原料回收综合考虑。
二、氧气顶吹转炉炼钢
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 70 - 北京科技大学经济管理学院
4.转炉操作
• 按照配料要求，先把废钢等装入炉内，然后倒入铁水，
并加入适量的造渣材料（如生石灰等）。
• 装料完毕，炉子转正，喷枪下降至炉内并喷入氧气，
吹炼开始。
• 供氧强度每吨金属每分钟为。一般吹氧时间
不超过10分钟。整个冶炼过程，从兑入铁水到出钢大
约30分钟左右。
二、氧气顶吹转炉炼钢
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 71 - 北京科技大学经济管理学院
• 用纯氧代替空气可以克服由于空气里的氮气的影响而
使钢质变脆，以及氮气排出时带走热量的缺点。
• 在除去大部分硫、磷后，当钢水的成分和温度都达到
要求时，即停止吹炼，提升喷枪，准备出钢。
• 以往主要靠经验来判断含碳量，如炉口火焰的状况、
钢水取样后的火花以及根据供氧时间和耗氧量来估计
等。
• 冶炼达到终点后应立即出钢，延误时机则成分又会变
化。
二、氧气顶吹转炉炼钢
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 72 - 北京科技大学经济管理学院
• 出钢时使炉体倾斜，钢水从出钢口注入钢水包里，同
时加入脱氧剂进行脱氧和调节成分。钢水合格后，可
以浇成钢的铸件或钢锭，钢锭可以再轧制成各种钢材。
• 氧气顶吹转炉在炼钢过程中会产生大量棕色烟气，它
的主要成分是氧化铁尘粒和高浓度的一氧化碳气体等。
因此，必须加以净化回收，综合利用，以防止污染环
境。从回收设备得到的氧化铁尘粒可以用来炼钢；一
氧化碳可以作化工原料或燃料；烟气带出的热量可以
副产水蒸气。
二、氧气顶吹转炉炼钢
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 73 - 北京科技大学经济管理学院
炼钢：转炉
二、氧气顶吹转炉炼钢
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 74 - 北京科技大学经济管理学院
•炉外精炼
• 是介于炼钢和连铸之间的一个精炼过程，是把
基本熔炼炉(如电炉、转炉等)熔炼出来的粗炼
钢水导入另一简便的精炼装置，为得到比粗炼
更高的生产率、更高质量的钢液而进行的冶金
操作。
• 精炼：将初炼的钢液在真空、惰性气体或还原
性气氛的容器中进行脱气、脱氧、脱硫，去除
夹杂物和进行成分微调等。这样将炼钢分两步
进行，可提高钢的质量，缩短冶炼时间，简化
工艺过程并降低生产成本。
二、氧气顶吹转炉炼钢
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 75 - 北京科技大学经济管理学院
二、氧气顶吹转炉炼钢
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 76 - 北京科技大学经济管理学院
• 电炉炼钢主要利用电弧热，在电弧作用区，温度高达
4000℃。冶炼过程一般分为熔化期、氧化期和还原期，
在炉内不仅能造成氧化气氛，还能造成还原气氛，因
此脱磷、脱硫的效率很高。
• 短流程钢厂多采用电炉炼钢，特钢生产企业采用较多。
短流程工艺是相对于传统
的长流程(学术上称为传
统流程)而言的。传统的
长流程是指高炉—转炉—
连铸(或模铸)流程。
三、电炉炼钢
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 77 - 北京科技大学经济管理学院
炼钢：电炉
三、电炉炼钢
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 78 - 北京科技大学经济管理学院
• 1933年现代连铸之父容汉斯提出连铸振动系统。80年
代后世界各国连铸技术迅速发展。
• 目前国内外大多已实现连铸。
• 我国于1957年开始连铸试验研究，80年代采用自行研
制开发和引进相结合的方法，使连铸技术得到很快发
展，至2005年我国连铸比已达96%。
四、铸锭与连续铸坯
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 79 - 北京科技大学经济管理学院
1.铸锭工艺（模铸）
• 冶炼完毕后，钢水注入盛钢桶，在桶中对钢进行脱氧
和调整成分，必要时进行真空脱氧处理，然后浇入钢
锭模中，随之冷凝成块，即钢锭。
• 钢锭模用铸铁制成，寿命在50~200次。
• 锭模在每次使用前，都必须进行认真的清理与准备。
各种各样原因造成的钢锭表面缺陷须精整工序精整后
才可开坯。
四、铸锭与连续铸坯
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 80 - 北京科技大学经济管理学院
四、铸锭与连续铸坯
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 81 - 北京科技大学经济管理学院
2.连铸坯工艺
1）节省工序缩短流程
2）提高金属收得率
3）降低能量消耗
4）机械化和自动化程度高
5）产品质量提高
与钢锭--初轧工艺相比，
连铸节省了脱模、整模、均热
和开坯初轧工序。尤其省去钢
锭模这一大宗消耗品 钢锭—开坯工艺切头切尾
损失10~20%，连铸为1~2%，
可提高金属收得率10~14%。成
材率可高达94%~98%。
节省了均热炉再加热
工序，能量消耗减少
1/4~1/2
只需要局部的精整即
可进入后一道工序。
钢锭浇注机械化。 全程计
算机控制和智能化管理，劳
动环境得到根本改善。
四、铸锭与连续铸坯
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 82 - 北京科技大学经济管理学院
• 基本操作过程：
• 在连铸机上连续铸造小截面长钢锭，称连铸坯。
• 盛钢桶中的钢水先注入中间罐，再由中间罐流入结
晶器，使钢坯的外壳凝固并从结晶器底部由拉辊慢
慢拉出。
• 在完全凝固的位置，按规定的长度切断成连铸坯，
得到方坯、扁坯、板坯、圆坯和其他各种异形钢坯。
四、铸锭与连续铸坯
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 83 - 北京科技大学经济管理学院
四、铸锭与连续铸坯
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 84 - 北京科技大学经济管理学院
连铸——立式连铸机
• 钢水从结晶器内开始凝固到铸坯完全凝固后切成定
尺，铸坯始终沿直线运动，中间包、结晶器、导辊、
拉坯辊和切割机都沿直线布置。
• 优点：四周冷却均匀，不易产生内部和表面裂纹，
有利于夹杂物上浮；
• 缺点：设备高度大，投资费用高，铸坯断面和定尺
长度及拉速受到限制。
四、铸锭与连续铸坯
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 85 - 北京科技大学经济管理学院
连铸——立式连铸机
四、铸锭与连续铸坯
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 86 - 北京科技大学经济管理学院
连铸——立弯式连铸机
• 可适应较长定尺的要求（2m），钢水从结晶器开始
凝固，完全凝固后进入弯曲段，在水平方向出坯，
铸机的中间包、结晶器、导辊、引锭杆沿垂线布置，
拉矫机、切割机沿水平布置。
• 缺点：高度比立式下降，但由于增加了一次弯曲和
矫直，易造成裂纹。
四、铸锭与连续铸坯
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 87 - 北京科技大学经济管理学院
连铸——立弯式连铸机
四、铸锭与连续铸坯
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 88 - 北京科技大学经济管理学院
连铸——弧形连铸机
• 直弧型连铸机：采用直结晶器从结晶器下保留2m直
线段，然后为弧型段，铸坯由直变弯，最后通过拉
矫机将弧形坯矫直。优点：夹杂物易上浮，且比立
弯式高度低；
• 全弧型连铸机：铸坯的运动轨迹是一条弧线，结晶
器、二冷段全为弧型，拉矫机、切割机和出坯系统
布置在水平线上。
四、铸锭与连续铸坯
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 89 - 北京科技大学经济管理学院
连铸——弧形连铸机
四、铸锭与连续铸坯
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 90 - 北京科技大学经济管理学院
连铸——椭圆连铸机
• 又称带有多点矫直的弧型连铸机或超低头连铸机。
它分段依次改变圆弧部分的曲率半径，使结晶器和
二冷段夹棍布置在1/4椭圆上。这种结构的机型除了
弧形区是采用多半径外，其它基本特点与弧型连铸
机相同。该机型与纯净钢水的生产技术相结合，可
生产无缺陷铸坯。
四、铸锭与连续铸坯
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 91 - 北京科技大学经济管理学院
连铸——水平连铸机
• 其主要设备结晶器、二冷装置、拉矫机和切割设备
等均布置在水平线上，水平连铸机的结晶器和中间
包是紧密相连的，在中间包水口和结晶器连接处安
装有分离环。此外，拉坯时结晶器不振动，而是拉
坯机带着铸坯作“拉-反推-停”不同组合的周期运
动。
四、铸锭与连续铸坯
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 92 - 北京科技大学经济管理学院
1.氧气顶吹转炉炼钢
(1) 向大型化发展
过去60-100吨，而今多为200~300吨。
(2) 严格控制铁水成份
铁水炉外脱硫
(3) 缩短炼钢时间
平均炼钢时间低于30分。
五、炼钢技术新进展
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 93 - 北京科技大学经济管理学院
(4) 与炉外处理配合，扩大炼钢品种
除能冶炼传统的低碳钢外，还能冶炼钢轨钢、船板钢、锅
炉钢、弹簧钢、电工钢、不锈钢等。
(5) 提高炉龄
改进炉衬耐火材料质量，转炉炉龄得以提高，达到两年以
上。
(6) 自动化水平
实行动态控制后，终点碳及终点温度的命中率均提高到
90%以上。
(7) 氧气底吹转炉和顶底复合吹炼
五、炼钢技术新进展
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 94 - 北京科技大学经济管理学院
2.电炉炼钢
电炉炼钢的优点：
便于控制
可获得4000度左右的高炉温
因避免了燃料对钢液的污染，多用于冶炼各种高合金钢
电炉改进进一步提高生产率
提高电炉输入功率，开发180~220吨级的大型电炉。
改进炉型、延长炉龄。
辅以化学能，采用油氧烧嘴助燃法和废钢预热技术，使电耗进一步降
低
冶炼节奏“转炉化”。从90分钟一炉，缩短到40~45分钟一炉。
五、炼钢技术新进展
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 95 - 北京科技大学经济管理学院
3.连续铸坯
主要发展方向有四项：
连铸连轧
高拉速连铸，小方坯连铸向~米/分。
发展近终型连铸，包括薄板坯连铸、异型坯连铸、
线材连铸、空心圆坯连铸等。
提高铸坯表面和边角部质量。
五、炼钢技术新进展
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 96 - 北京科技大学经济管理学院
第3讲 冶金工业
冶金工业概述1
冶金生产的环保和综合利用6
炼铁生产2
炼钢生产3
钢材生产4
有色金属生产5
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 97 - 北京科技大学经济管理学院
钢铁生产主流程的四种生产模式
（1）CC-CCR，冷装；
（2）CC-HCR，温装；
（3）CC-DHCR，热装；
（4）CC-HDR，直轧。
一、钢材生产概述
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 98 - 北京科技大学经济管理学院
一、钢材生产概述
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 99 - 北京科技大学经济管理学院
• 钢锭或连铸坯称为粗钢，要经过压力加工制
成钢材才能使用，方法有轧制、锻造、冲压、
挤压、拉拔等
• 90%以上钢锭和连铸坯需要经轧制成材。
一、钢材生产概述
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 100 - 北京科技大学经济管理学院
一、钢材生产概述
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 101 - 北京科技大学经济管理学院
• 钢材品种繁多，目前已达2万种以上，我国目
前将钢材品种分为15大类：
• 重轨和轻轨：以每米重量24千克为界划分；
• 大、中、小型型钢：用普通钢轧制的圆钢、方钢、
扁钢、六角钢、工字钢、槽钢、等边和不等边角
钢、螺纹钢及钢窗料等；
• 线材：直径为5~9毫米的圆钢和螺纹钢；
• 厚钢板：厚度大于4毫米；
二、钢材的品种
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 102 - 北京科技大学经济管理学院
• 薄钢板：厚度等于或小于4毫米；
• 钢带：厚度为2~6毫米的热轧普通钢带，厚度为
~毫米的冷轧钢带；
• 硅钢板：厚度为~毫米的热轧硅钢薄板，厚度
为~毫米的冷轧硅钢带；
• 优质型材：用优质钢轧制或拉制的圆钢、方钢、扁
钢、六角钢及锻制的圆钢和六角钢等；
二、钢材的品种
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 103 - 北京科技大学经济管理学院
• 无缝钢管：外径为57~500毫米、壁厚为4~20毫米的
热轧管，外径为6~210毫米、壁厚为2~8毫米的冷轧
(拔)管；
• 焊接钢管：直缝焊管和螺旋缝焊管；
• 金属制品：钢丝、钢丝绳和钢绞线；
• 其他钢材：钢轨配件、车轴坯、锻件坯和轮箍等。
二、钢材的品种
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 104 - 北京科技大学经济管理学院
1.轧钢及其目的
• 在旋转的轧辊间改变钢锭或钢坯形状的压力
加工过程称为轧钢。
• 目的是为了得到需要的形状，同时可改善钢
的内部质量；
• 汽车板、桥梁钢、锅炉钢、管线钢、螺纹钢、
钢筋、电工硅钢、镀锌板、镀锡板，包括火
车轮都是通过轧钢工艺加工出来的。
三、轧钢
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 105 - 北京科技大学经济管理学院
2.轧钢方法
• 按轧制温度不同可分为热轧与冷轧；
• 按轧制产品的成型特点还可分为一般轧制和
特殊轧制。
三、轧钢
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 106 - 北京科技大学经济管理学院
3. 轧钢设备
（1）主设备类型：初轧机、型钢轧机、钢板轧
机、钢管轧机等。
（2）辅助设备：输送辊道、升降台、剪切机、
锯机、矫直机、热处理设备及控制设备、吊
车、均热炉(或加热炉)，推钢机、出钢机等。
三、轧钢
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 107 - 北京科技大学经济管理学院
（3）轧辊分类
• 圆柱形平辊身轧辊：轧制钢板或钢带
• 有槽轧辊：轧制型钢
• 轧辊多由专业轧辊厂生产，类型很多。
三、轧钢
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 108 - 北京科技大学经济管理学院
• 轧钢工艺过程一般包括
• 原料(钢锭或钢坯)清理
• 加热
• 轧制
• 轧后冷却及精整
四、钢材轧制工艺过程
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 109 - 北京科技大学经济管理学院
1.原料清理
• 对原料表面缺陷进行清理。为使缺陷明显暴
露出来，还需预先经过酸洗或探伤。
2.原料加热
• 轧前在均热炉或连续式加热炉中加热至
1100~1300℃，称为热轧
四、钢材轧制工艺过程
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 110 - 北京科技大学经济管理学院
3.轧制
• 初轧（开坯）：把钢锭轧成各种规格尺寸的半成品，
如方坯、扁坯或板坯等，提高钢坯质量。
• 粗轧：采用较大的压下量(轧辊前后钢坯厚度之比称
为压下量)，以减少轧制道次，提高轧制产量；
四、钢材轧制工艺过程
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 111 - 北京科技大学经济管理学院
• 精轧：采用较小的压下量，以获得精确尺寸和良好
表面质量。通过控制终轧温度，可以满足热轧状态
交货钢材的金属结晶组织和力学性能要求。
• 冷轧(常温下轧制)：常于精轧阶段采用，以得到更高质量
的钢材。
• 连续式轧机：各由电动机驱动，轧件同时在几个机
架上轧制，依次通过几个间隙递减的轧辊逐渐变形，
其关键技术是遵守等流量原则，常由计算机控制实
现。
四、钢材轧制工艺过程
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 112 - 北京科技大学经济管理学院
4.轧后冷却
• 终轧温度一般在800~900℃，通常采用缓冷、气冷或
者通风、喷水等强制冷却方式。
5.钢材的清理和精整
• 轧后的钢材还要进行各种加工处理，叫做精整。通
常包括：剪切、矫直、表面加工、热处理、检查分
级、成品质量检验、打印记和包装等。
四、钢材轧制工艺过程
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 113 - 北京科技大学经济管理学院
• 轧钢生产近年来的发展主要有以下一些特点：
• 新型轧机向高速、大型、连续、自动化发
展
• 调整产品比例、扩大品种规格、提高加工
深度和钢材质量
五、轧钢生产技术的发展
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 114 - 北京科技大学经济管理学院
举例——薄板坯连铸连轧
• 工艺流程：炼钢—炉外精炼—连铸薄板坯—薄板坯
保温或加热—热连轧。
• 特点：将过去的炼钢厂和热轧厂有机地压缩、组合
到一起，缩短了生产周期，降低了能量消耗，大幅
度提高经济效益。
• 著名CSP（紧凑式热带生产工艺），由德国西马克公
司开发。
五、轧钢生产技术的发展
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 115 - 北京科技大学经济管理学院
CSP工艺技术(Compact Strip Production)
1－回转台； 2－钢包； 3－中间罐； 4－连铸机；
5－剪切机； 6－加热炉； 7－除鳞机； 8－粗轧机；
9－加热炉； 10－事故剪； 11－除鳞机； 12－精轧机；
13－层流冷却； 14－卷取机； 15－预留卷取机
五、轧钢生产技术的发展
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 116 - 北京科技大学经济管理学院
鞍钢1700短流程薄板坯连铸连轧生产线
五、轧钢生产技术的发展
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 117 - 北京科技大学经济管理学院
唐钢薄板坯连铸连轧
五、轧钢生产技术的发展
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 118 - 北京科技大学经济管理学院
酒钢碳钢薄板坯连铸连轧产品
五、轧钢生产技术的发展
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 119 - 北京科技大学经济管理学院
第3讲 冶金工业
冶金工业概述1
冶金生产的环保和综合利用6
炼铁生产2
炼钢生产3
钢材生产4
有色金属生产5
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 120 - 北京科技大学经济管理学院
一、有色金属概述
1. 有色金属分类
• 轻有色金属(相对密度小于)：如铝、镁、钛、钠、
钾；
• 重有色金属(相对密度大于)：如铜、镍、铅、锌、
钴、锡、锑、汞、镉等；
• 贵金属：如金、银及铂族金属(铂、ba钯、liao钌、
铑、铱、e锇)；
• 轻稀有金属：如锂、铍等；
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 121 - 北京科技大学经济管理学院
一、有色金属概述
• 稀有高熔点金属：如钨、钼、钽、铌、钴、钒、铪、
铼等；
• 稀散金属(在地壳中很分散，大多数没有形成单独的
矿物和矿床)：如镓、铟、铊等；
• 稀土金属：如钪、钇、镧及镧系元素；
• 放射性金属：如镭及锕系元素(钍、镤、铀等)。
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 122 - 北京科技大学经济管理学院
• 飞机外壳 用什么金属材料制成？
• 铝镁合金、铝锂合金比重左右、不锈钢（米格
25）、钛合金
• 镁是最轻的工业金属
• 钛则强度高、质量轻、抗蚀性好。
一、有色金属概述
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 123 - 北京科技大学经济管理学院
2. 有色金属消耗量
• 世界范围总产量相当于钢产量的5%左右，约6500万
吨
• 各国有色金属消耗量与钢铁生产量之比约为：美国
6%~7%；日本4%；德国6%；俄罗斯4%；中国4%。
• 中国铬、镍、铜相对稀缺；铝、铅、锌、镁供需基
本平衡；锰、钼资源较丰富，钨、锡、锑、钼、稀
土等传统出口产品仍保持一定的出口规模，但价格
上升较快。
一、有色金属概述
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 124 - 北京科技大学经济管理学院
二、有色金属生产的特点
1. 有色金属矿山开采及其特点
(1) 矿石品位大多较低
• 克／吨(贵金属)或克／立方米(矿砂)
• 最低工业品位亦称临界品位。
(2) 通常是多金属共生矿
• 需要将几种冶炼方法配合使用，提取和分离还要采
用溶剂萃取或离子交换法。
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 125 - 北京科技大学经济管理学院
(3) 矿床蕴藏形态相对不规则，不易勘探。
(4) 采矿生产中常会遇到有害和放射性物质。
(5) 矿山大多地处偏僻山区，交通不便，所需投资多，
建设周期长。
二、有色金属生产的特点
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 126 - 北京科技大学经济管理学院
2. 有色金属冶炼及其特点
(1) 火法冶金——类似炼铁
(2) 水法冶金：利用化学溶剂(一般用硫酸溶液)溶解
矿石中的金属，再利用电解法或沉淀法提出金属。
如炼金、炼铜等。
(3) 熔融盐电解法：将金属化合物加热熔化，再进行
电解，使金属与其他元素分离而得到纯金属。如铝、
镁、钙等轻金属。
二、有色金属生产的特点
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 127 - 北京科技大学经济管理学院
(4) 粉末冶金法 (金属陶磁法)：将精矿处理成纯净的
金属氧化物粉末，并还原得到金属粉末，再经压型、
烧结而制成金属块。钨、钼就是用这种方法提炼的。
• 此外，还有热还原法、混汞法、旋涡熔炼、区域熔
炼等方法来进行某些金属的提炼或精炼。
二、有色金属生产的特点
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 128 - 北京科技大学经济管理学院
3. 有色金属生产中水电的消耗
• 我国生产吨材综合能耗(标准煤)分别约为铅
吨、铜5吨、铝10吨。
• 有色金属的精炼多采用电解法，是名符其实
的“耗电老虎”
4. 有色金属生产中的环境污染问题
• 污染大户，头疼大户
二、有色金属生产的特点
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 129 - 北京科技大学经济管理学院
第3讲 冶金工业
冶金工业概述1
冶金生产的环保和综合利用6
炼铁生产2
炼钢生产3
钢材生产4
有色金属生产5
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 130 - 北京科技大学经济管理学院
• 冶金工业特点是资源密集、能源消耗大、污染大
（废气、尘埃、污水、渣料和工业垃圾）。美、日
用于防止环境污染的投资大约占全部设备投资的1/5
，即使如此，也还未解决已造成的危害。
• 冶金工业约占工业能耗的 11%，排放废气、废水占
工业排放量的 13%~14%
• 发达国家打出环境牌，甚至提出将环境保护作为贸
易条件。
• 冶金生态学正在展开环境研究。
冶金生产的环保和综合利用
工业生产过程概论-Industrial Production Process - 131 - 北京科技大学经济管理学院
本章作业
参观首钢遗迹，体会钢厂现场实况
照片、心得体会
简述铁、钢冶炼过程
