1、冶金工程专业认识钢铁是如何炼成的？ Brief Introduction of Metallurgical Engineering,北京科技大学钢冶系 张家泉 教授,地球中的元素构成其中金属多以化合物形式存在，所谓金属矿,金属矿/ore 冶金 metallurgy 金属材料/metallic materials,Ore: A mineral or an aggregate of minerals from which a valuable constituent, especially a metal, can be profitably mined or extracted.Metallur
2、gy: The science that deals with procedures used in extracting metals from their ores, purifying and alloying metals, and creating useful objects from metals.,冶金与金属材料是最古老、也是最现代化的行业、社会发展的支柱！,金属材料的优越性（见附件）金属材料在各行业的广泛应用（见附件）材料与社会进步（冶金史与社会文明）,司母戊方鼎,中国商代(公元前1783年-公元前1135年) 晚期的青铜器。1939年于河南安阳殷墟商代晚期墓出土。因腹内壁铸
3、有“司母戊”三字而得名。该鼎造型庄严雄伟。长方形腹，每面四边及足上部饰兽面纹。双耳，外侧饰双虎噬人首纹。四足中空 。高1.33米 ，口长1.10米，重达875千克 。用陶范铸造 ，鼎体（包括空心鼎足）浑铸 ，其合金成分为 ：铜84.77 ，锡11.44 ，铅2.76，其他0.9 。司母戊鼎是前已发现的中国古代形体最大和最重的青铜器，在世界上也是仅见的，反映出商代青铜冶铸业具有极高水平。现藏于中国历史博物馆或安阳殷虚博物馆。,巧夺天工的战国曾侯乙出土文物 (公元前475年公元前221年),“曾侯乙”铜鉴缶(fou,也叫冰鉴）： “世界最早的冰箱”；曾侯乙编钟：世界最早的、音律最美的铸造编钟王；曾
4、侯乙尊盘：世界最早、最精美的熔模镂空铸造件。,东汉晚期的青铜奔马踏飞燕 东汉王朝(公元25年公元220年)由汉光武帝刘秀建立,他推翻了王莽所建立起的新王朝,重新恢复由刘氏统治的汉王朝,史家称此汉朝为东汉。,河北沧州的铁狮子 铁狮子坐落在沧州市东南20公里沧州旧城开元寺前,东关村西0.5公里。门票10元。,铸于后周广顺三年（公 元953年），距今已有 一千多年的历史。采用 “泥范明浇法”铸成，具 有较高的历史科学和艺 术价值，为全国重点文 物保护单位。 通宽5.35米，身长6.30 米，身高6.6米，体宽 3.0米，重约40吨，素有 “狮子王”的美誉，一千 多年来，它饱经沧桑， 在古沧州，它曾被
5、当成 神物供奉，享尽了香 火；在烽火连天、哀鸿 遍野的战乱年代，又经 受了刀戈的砍杀,在狮体 内外斑痕累累。,铁狮子又名镇海吼，它是古代沧州人民战胜自然，现在铁狮子已成为沧州的市徽。 铁狮子采用泥范明浇法铸造而成的，铸造时在身上留有很多铭文。它的铸造比美国和法国的炼铁术早七八百年，所以铁狮子在世界冶金史上具有里程碑的意义，打开世界冶金史就有沧州铁狮子，由于沧州铁狮子具有较高的科研、历史和珍贵艺术价值，是研究我国古代铸造技术、雕塑艺术、社会生产力发展水平和佛都史十分重要的具象资料。,金属的分类,黑色金属(ferrous)铁和铁为基的合金（钢、铸铁和铁合金）也包括铬、锰；占工业用材的95。有色金属
6、(non-ferrous)除黑色金属以外的所有金属及其合金；仅占工业用材的5,但其重要性并不逊色。,金属物理性质,金属之最（特性参元素周期表）,1、地壳中含量最高的金属元素：铝 2、人体中含量最高的金属元素：钙 3、目前世界年产量最高的金属：铁 4、导电、导热最好的金属： 银 5、硬度最高的金属： 铬 6：熔点最高的金属： 钨 7：熔点最低的金属： 汞 8：密度最大的金属： 锇 9：密度最小的金属： 锂,金属与合金 （Metals and alloys）,定义：两种或两种以上的金属（或金属与非金属）熔合而成具有金属特性的物质。特点：熔点低，密度小，强度和硬度大，更具抗腐蚀性能，使用范围更广泛！
7、,常见金属在自然界的存在形式与提炼 （提取冶金火法冶金或湿法冶金）,铁Iron： 铁矿石（氧化铁、共生矿与脉石）- 火法冶炼提取、精炼、浇铸（钢铁冶金的主要研究内容）铝Aluminum ： 铝矾土（氧化铝与脉石）很稳定、很难直接还原（要2000摄氏度以上）-湿法冶金、溶解在HF溶液中-电解法提炼,自然界中的金属大都以化合态存在，并与其它矿物或夹杂物共存,铜copper： 以硫化矿（CuFeS2）存在于自然界，反射炉或电炉中分解为冰铜（Cu2S-FeS）-转炉中吹氧获得粗铜。镁magnesium： 菱镁矿（氧化镁与脉石）焙烧-用氯气制成MgCl2-再电解-或海水中的镁盐（MgCl2）直接电解之。
8、钛titanium： 金红石（TiO2）和钛铁共生矿（FeO-TiO2）或钒钛铁矿， 很活泼，冶炼很困难， 直到50年代才出现工业规模的冶炼技术-钛的氯化物热还原法。,如何用化学的方法把化合态的金属变成 游离态金属？,矿石的富集 合适的冶炼方法 精炼原则简单、实用、高效！,金属（合金）的提炼与生产,Step 1: 冶炼(化学冶金过程，热分解法、热还原法、电解法)合金化与精炼Step 2: 浇注、凝固、热加工（物理冶金过程）,不同金属及其冶炼方法 （提取的难易程度？冶金热力学）,K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb Cu Hg Ag,电解法,热还原法,热分解法,钢铁冶金 （本专业的
9、主要研究内容）,钢与铁（区别？） 炼铁与炼钢（初次精炼） 精炼、浇注（连铸）、凝固成形（毛坯生产） 热加工（轧钢等压力加工、获得最终产品）,铁矿石的种类,赤铁矿,磁铁矿,磁铁矿（Fe3O4）,赤铁矿（Fe2O3）,菱铁矿（FeCO3）等,铁矿石的开采（采矿、选矿、造块） 露天矿、地下矿,高炉炼铁(blast furnace) (热还原法） Fe2O3+3CO = 2Fe+3CO2,高温,炼钢和铸坯的压力加工成材,钢铁冶金的一般流程 Steelmaking flowline,钢热加工/精加工流程 Steel finishing flowline,一个短流程钢厂： In-line strip pr
10、ocess, Italy,钢水连铸开浇过程（CSP),冶金工程中的科学与社会问题,化学冶金过程的热力学与动力学 物理冶金过程中传输问题、凝固与高温力学问题 扩大品种与提高质量问题 提高资源能源利用率、冶金过程效率与环境相容性问题（循环经济与可持续发展）,冶金过程涉及复杂的物理化学问题,也涉及复杂的机械设备与力学加工过程,冶金行业的发展趋势,面临资源、能源、社会发展与挑战；精确生产、优质高效、综合利用与循环冶金,金属的回收和循环利用,冶金：一个点石成金的专业！,介绍结束,钢铁冶金认识实习 实习报告要求,一、钢铁冶金的基本原理、方法与工艺流程概述；你所参观钢厂的钢铁产品（品种）、产量、生产工艺流程
11、与主要装备简介。 二、烧结或球团的目的、原理与主要工艺流程；你所参观钢厂的有关装备与生产流程情况、有关参数。 三、高炉炼铁的基本原理、高炉结构特点、原料、辅料与产品、生产工艺及其影响因素；你所参观钢厂高炉炼铁生产的设备与工艺情况、有关参数。 四、转炉炼钢的基本原理、原料、辅料与产品、生产工艺及其影响因素；你所参观钢厂转炉炼钢生产的设备与工艺情况、有关参数。 五、钢水连铸生产的目的、铸机类型与铸坯分类、连铸基本原理与铸机的结构特点。你所参观钢厂连铸生产的产品、铸机设备类型与生产工艺情况、有关参数。 六、轧钢生产的目的、原理、轧机类型、工艺流程与产品类型。你所参观钢厂的轧钢产品、轧机设备类型与生产工艺流程情况、有关参数。 七、钢铁冶金生产过程所涉及的生产辅助部门、配置与作用。 八、你对如何学好钢铁冶金专业的初步体会，在校期间应该加强那些知识与能力的培养？,参考书,有关钢铁冶金概论书籍； 有关钢铁冶金学习网站，如国际钢铁协会（IISI)的钢大学站:www.steeluniversity.org,冶金行业生产环境与安全防护与 集体实习的组织纪律问题,
