西安建筑科技大学“冶金专业实验”课程教学大纲 英文名称: Experiments of metallurgical 课程编号:110123 课程类型:学科方向课 学时:48 学分:2.0 适用对象:冶金工程专业本科生 先修课程:冶金传输原理、钢铁冶金原理、治金原料处理与工艺、钢铁冶金学、有色金属冶金学 等 建议教材及参考书: 《钢铁治金实验技术和研究方法》徐南平冶金工业出版社,2008 《冶金实验教材》鲁路西安建筑科技大学印,2008 《冶金工程实验》伍成波重庆大学出版社,2005 课程的性质、目的和任务 1、课程性质 本课程是冶金工程专业重要的专业课之一。科学研究对各学科的发展起先导和推动作用。科学技术成就的取 得,必须通过科学实验。科学理论不仅是以生产实践为基础,而且要依靠科学实验提供精确的数据,再经过分析总 结,判断推理而形成。科学理论是否正确,必须经过实践的检验。本课程为实践性环节,通过本环节的学习,使 学生在完成冶台金原理、冶金学、炼钢厂设计、炼铁厂设计等课程后,巩固所学的冶金理论知识和冶金工艺流程,培 养动手能力、科学思维和工程意识,掌握冶金工程的基本实验硏究技能,以培养和提髙学生进行生产实践及科学硏 究的综合素质为根本目的, 2、课程的目的和任务 掌握实验步骤,懂得实验数据的取得和处理方法,能够按要求完成实验报告,对于设计性和综合性实验应能在 教师指导下自行查阅资料,拟定实验方案和步骤,独立完成实验,培养创新能力。要求学生实验前认真学习实验指 导书,理解实验原理和方法,实验设备和仪器的使用方法。基础理论硏究和应用研究两者之间是相互渗透,相辅 相成的。冶金生产工艺发展是一个不断进取不断完善的过程,“冶金实验”的开设有助于学生理论联系实际,为培 养学生的科学实验能力奠定了良好的基础 二、课程教学内容及要求 (一)实验内容 (1)铁矿石还原实验 通过实验了解温度、矿石粒度、还原气体流量对铁矿石还原度的影响,以便能合理,充分的利用。 (2)铁矿石低温还原粉化实验 通过实验了解铁矿石进入高炉炉身上部在500~600℃区间,由于受气流冲击及铁矿石还原Fe2O3→ Fe3O4→Feo过程发生的晶形变化而导致的块状含铁矿物的粉化,直接影响炉內气流分布和炉料顺行。低温还 原粉化性的测定,就是模拟高炉上部条件进行的,是评价铁矿石冶金性能的重要指标
西安建筑科技大学“冶金专业实验”课程教学大纲 英文名称： Experiments of Metallurgical 课程编号： 110123 课程类型：学科方向课 学 时： 48 学 分： 2.0 适用对象：冶金工程专业本科生 先修课程：冶金传输原理、钢铁冶金原理、 冶金原料处理与工艺 、钢铁冶金学、有色金属冶金学 等。 建议教材及参考书： 《钢铁冶金实验技术和研究方法》徐南平 冶金工业出版社， 2008 《冶金实验教材》鲁 路 西安建筑科技大学印， 2008 《冶金工程实验》伍成波 重庆大学出版社， 2005 一、课程的性质、目的和任务 1 、课程性质 本课程是冶金工程专业重要的专业课之一。科学研究对各学科的发展起先导和推动作用。科学技术成就的取 得，必须通过科学实验。科学理论不仅是以生产实践为基础，而且要依靠科学实验提供精确的数据，再经过分析总 结，判断推理而形成。科学理论是否正确，必须经过实践的检验。 本课程为实践性环节，通过本环节的学习，使 学生在完成冶金原理、冶金学、炼钢厂设计、炼铁厂设计等课程后，巩固所学的冶金理论知识和冶金工艺流程，培 养动手能力、科学思维和工程意识，掌握冶金工程的基本实验研究技能，以培养和提高学生进行生产实践及科学研 究的综合素质为根本目的。 2 、课程的目的和任务 掌握实验步骤，懂得实验数据的取得和处理方法，能够按要求完成实验报告，对于设计性和综合性实验应能在 教师指导下自行查阅资料，拟定实验方案和步骤，独立完成实验，培养创新能力。要求学生实验前认真学习实验指 导书，理解实验原理和方法，实验设备和仪器的使用方法。 基础理论研究和应用研究两者之间是相互渗透，相辅 相成的。冶金生产工艺发展是一个不断进取不断完善的过程，“冶金实验”的开设有助于学生理论联系实际，为培 养学生的科学实验能力奠定了良好的基础。 二、课程教学内容及要求 （一）实验内容 （1）铁矿石还原实验 通过实验了解温度 、矿石粒度、还原气体流量对铁矿石还原度的影响，以便能合理，充分的利用。 （2） 铁矿石低温还原粉化实验 通过实验了解铁矿石进入高炉炉身上部在 500~ 600 ℃ 区间 , 由于受气流冲击及铁矿石还原 Fe 2 O 3 → Fe 3 O 4→ FeO 过程发生的晶形变化而导致的块状含铁矿物的粉化，直接影响炉内气流分布和炉料顺行。低温还 原粉化性的测定 , 就是模拟高炉上部条件进行的 , 是评价铁矿石冶金性能的重要指标
(3)铁矿石软化温度实验 了解软化温度的测量方法,以及影响测定数据的因素;通过对不同含铁矿物软化温度的测定,了解不同碱度 的烧结矿软化性状的变化规律;天然矿与烧结矿软化性状规律。综合运用已学的知识,或有关文献中介绍的矿石软 化温度,结合所测数据评价矿石的冶金性能。 (4)冶金炉渣熔化温度的测定实验(冶金熔体性能测定) 通过测定炉渣熔化温度,并结合其它物理化学性质(如粘度、表面张力等)的测定和分析,来选择合理的渣 系,以加速台炼过程,改善钢的质量和提高炉衬寿命 (5)冶金炉渣粘度的测定实验(冶金熔体性能测定) 了解冶金炉渣的粘度在钢铁生产过程中所起的化学平衡等作用。 (6)金属提取冶金综合实验 现代冶金过程处理的矿物大多数是硫化矿,在对矿物采用湿法冶金或火法冶金之前,根据原料成分、工艺流程 等决定焙烧除去矿中的部分或全部硫。焙烧的实质是硫化物的氧化,产物是金属的氧化物或硫酸盐。经焙烧的焙 砂再经湿法或火法的过程进行金属的分离和提取;浸岀是选择适当的溶剂,使矿石或半成品中的有价成分有选择 的溶出。电解在冶金过程主要用在分窝和提纯金属,电解是利用金属或金属离子在一定电压作用下可以氧化或者还 原来分离或富集金属. (7)钢坯(锭)凝固过程冷态模拟 讲解钢液的结晶原理,讲述二者模拟的物理相似性,熟悉实验装置和操作过程 (8)流体流速和流量的测量方法 使用毕托管测量全压力和静压力。 (9)流体能量转换一柏努力方程应用 通过测量一个截面逐渐收缩的锥体,截面不变的喉管和截面逐渐扩大的锥体的试验段,动压力和静压力因截面 不同的变化及相互转换的关系,深入理解能量转换定律。 (10)高温炉设计及分析 通过对高温炉的设计与计算,来正确选择电热元件、炉管、耐火材料、保温材料、热电偶及控制系统等。 (11)钢铁原料物性测定实验(焦碳反应性、铁矿烧结) 焦碳反应性 焦碳是高炉的主要炉料,它在髙炉冶炼过程中除供热及还原剂外,而且是保持炉内料柱具有良好透气性的骨 架。反应性是评价焦碳形状的重要指标之一。焦碳与CO2或水蒸汽的的反应速率称为焦碳的反应性,通常用反 应后气体中的CO和CO2百分浓度的函数R、CO生成速率∨co、碳或CO2的反应速率Ⅴc、Vco,以及反 应一定时间后焦碳消耗量占原试样量的百分比 铁矿的烧结
（3）铁矿石软化温度实验 了解软化温度的测量方法，以及影响测定数据的因素； 通过对不同含铁矿物软化温度的测定 ，了解不同碱度 的烧结矿软化性状的变化规律；天然矿与烧结矿软化性状规律。综合运用已学的知识，或有关文献中介绍的矿石软 化温度，结合所测数据评价矿石的冶金性能。 （4）冶金炉渣熔化温度的测定实验（冶金熔体性能测定） 通过测定炉渣熔化温度 ，并结合其它物理化学性质（如粘度、表面张力等）的测定和分析，来选择合理的渣 系，以加速冶炼过程，改善钢的质量和提高炉衬寿命。 （5）冶金炉渣粘度的测定实验（冶金熔体性能测定） 了解冶金炉渣的粘度在钢铁生产过程中所起的化学平衡等作用 。 （6） 金属提取冶金综合实验 现代冶金过程处理的矿物大多数是硫化矿，在对矿物采用湿法冶金或火法冶金之前，根据原料成分、工艺流程 等决定焙烧除去矿中的部分或全部硫。焙烧的实质是硫化物的氧化，产物是金属的氧化物或硫酸盐。 经焙烧的焙 砂再经湿法或火法的过程进行金属的分离和提取 ；浸出是选择适当的溶剂，使矿石或半成品中的有价成分有选择 的溶出。电解在冶金过程主要用在分离和提纯金属，电解是利用金属或金属离子在一定电压作用下可以氧化或者还 原来分离或富集金属。 （ 7 ）钢坯（锭）凝固过程冷态模拟 讲解钢液的结晶原理 ，讲述二者模拟的物理相似性，熟悉实验装置和操作过程。 （ 8 ） 流体流速和流量的测量方法 使用毕托管测量全压力和静压力 。 （ 9 ）流体能量转换一柏努力方程应用 通过测量一个截面逐渐收缩的锥体 ，截面不变的喉管和截面逐渐扩大的锥体的试验段，动压力和静压力因截面 不同的变化及相互转换的关系，深入理解能量转换定律。 （ 10 ）高温炉设计及分析 通过对高温炉的设计与计算，来正确选择电热元件、炉管、耐火材料、保温材料、热电偶及控制系统等。 （ 11 ）钢铁原料物性测定实验（焦碳反应性、铁矿烧结） 焦碳反应性 ： 焦碳是高炉的主要炉料 , 它在高炉冶炼过程中除供热及还原剂外 , 而且是保持炉内料柱具有良好透气性的骨 架。反应性是评价焦碳形状的重要指标之一。焦碳与 CO 2 或水蒸汽的的反应速率称为 焦碳的反应性，通常用反 应后气体中的 CO 和 CO 2 百分浓度的函数 R 、 CO 生成速率 V co 、碳或 CO 2 的反应速率 V c 、V co ，以及反 应一定时间后焦碳消耗量占原试样量的百分比。 铁矿的烧结：
确定烧结方法和流程;研究影响过程的因子;查明各因子对过程进行的主次地位及相互关系,以确定最佳工艺 条件,提出最终的烧结技术经济指标。 (12)感应炉熔炼实验 小型中频无芯感应炉,可熔炼高级合金钢,特殊性能的合金钢以及利用液体金属进行某些实验和硏究,结合有 关知识,还可掌握感应炉熔炼过程中的一些实验技能。 (二)具体要求 (1)铁矿石还原实验 要求掌握还原度与温度的关系,还原度与粒度、还原度与H2流量的关系 (2)铁矿石低温还原粉化实验 掌握低温还原粉化性的检测方法,根据实验结果可评价铁矿石的冶金性能,分析铁矿石的低温还原粉化性对 高炉生产的影响。 (3)铁矿石软化温度实验 会分析影响矿石软化温度的因素;分析矿石软化温度和软化区间对高炉生产的影响。 (4)冶金炉渣熔化温度实验(冶金熔体性能测定) 掌握制样过程,温度控制。 (5)冶金炉渣粘度实验(冶金熔体性能测定) 掌握粘度概念,熟悉柱体旋转粘度计测定原理及程序。 (6)金属提取冶金综合实验 根据实验室现有条件设计硫化铜精矿中铜的提取工艺,设计岀-种工艺流程,能够从矿物中提取岀1#铜选择 一种较为合理的工艺流程;画出工艺流程图,并说明毎一步骤的原理;确定岀毎-步骤的操作条件;进行实验室试 验,进行验证。 (7)钢坯(锭)凝固过程冷态模拟 通过测定的数据会绘制“冷却—结晶”曲线,并分析各段形成的原因;通过观察能绘制钢锭断面(纵、横) 的组织结构图及体积收缩图,并分析形成的原因;根据测定结果求出凝固常数 (8)流体流速和流量的测量方法 在实验前充分准备,能根据课程和实验讲义掌握实验原理; (9)流体能量转换一柏努力方程应用 熟悉仪器性能(如毕托管、多管式压力计等),明确实验操作过程 (10)高温炉设计及分析
确定烧结方法和流程；研究影响过程的因子；查明各因子对过程进行的主次地位及相互关系，以确定最佳工艺 条件 , 提出最终的烧结技术经济指标。 （ 12 ）感应炉熔炼实验 小型中频无芯感应炉 ，可熔炼高级合金钢，特殊性能的合金钢以及利用液体金属进行某些实验和研究，结合有 关知识，还可掌握感应炉熔炼过程中的一些实验技能。 （ 二 ） 具体要求 （ 1） 铁矿石还原实验 要求掌握还原度与温度的关系 ，还原度与粒度、还原度与H 2 流量的关系。 （ 2 ） 铁矿石低温还原粉化实验 掌握 低温还原粉化性的检测方法 , 根据实验结果可评价铁矿石的冶金性能， 分析铁矿石的 低温还原粉化性 对 高炉生产的影响。 （ 3 ） 铁矿石软化温度实验 会分析影响矿石软化温度的因素 ；分析矿石软化温度和软化区间对高炉生产的影响。 （ 4 ） 冶金炉渣熔化温度实验（冶金熔体性能测定） 掌握制样过程 ，温度控制。 （ 5 ） 冶金炉渣粘度实验（冶金熔体性能测定） 掌握粘度概念 ，熟悉柱体旋转粘度计测定原理及程序。 （ 6 ） 金属提取冶金综合实验 根据实验室现有条件设计硫化铜精矿中铜的提取工艺 ，设计出一种工艺流程，能够从矿物中提取出 1# 铜选择 一种较为合理的工艺流程；画出工艺流程图，并说明每一步骤的原理；确定出每一步骤的操作条件；进行实验室试 验，进行验证。 （ 7 ） 钢坯（锭）凝固过程冷态模拟 通过测定的数据会绘制 “冷却—结晶”曲线，并分析各段形成的原因； 通过观察能绘制钢锭断面（纵、横） 的组织结构图及体积收缩图，并分析形成的原因；根据测定结果求出凝固常数。 （ 8 ） 流体流速和流量的测量方法 在实验前充分准备 ，能根据课程和实验讲义掌握实验原理； （ 9 ） 流体能量转换一柏努力方程应用 熟悉仪器性能 （如毕托管、多管式压力计等），明确实验操作过程； （ 10 ）高温炉设计及分析
熟悉高温炉的结构及相关计算,正确选择电热元件、炉管、耐火材料、保温材料、热电偶及控制系统等并分 析影响高温炉性能的因素和解决的措施 (11)钢铁原料物性测定实验(焦碳反应性、铁矿烧结) 焦碳反应性 掌握焦碳反应性的概念,熟悉加热反应管的测定原理及程序。 铁矿烧结 掌握评价某种矿物的烧结可行性;为烧结厂设计提供依据;硏究提髙烧结矿产质量的主要途径;改善烧结产品 的冶金性能;降低烧结能耗等硏究原理及程序。 (12)感应炉熔炼实验 感应炉熔炼实验;掌握感应炉冶炼原理,会编制熔炼说眀书(原料及成份、熔炼情况、成份及温度控制、脱氧 剂、铁合金加入的数量、顺序时间、炉渣控制、取样时间及顺序等)对冶炼情况分析。 (三)实验方式 实验前由教师介绍实验的性质、任务、要求、实验守则及实验室安全制度等。 学生根据各个实验的任务,10-13人1组,10-13人1套实验装置,在规定时间内,独立完成实验测定、数 据处理,并撰写实验报告。实验前,学生必须认真阅读实验指导书,了解实验的目的和原理,明确本次实验中要测 定什么量,最终要求什么量,用什么实验方法,使用什么仪器,控制什么条件,需要注意什么问题。教师需对学生 的预习情况进行检査,合格后,学生才能开始做实验。实验过程中,要求学生勤于动手,敏锐观察,细心操作,开 动脑筋,分析钻硏问题,准确记录原始数据,经教师检査并签名,实验及其原始数据记录才有效 任课教师要认真上好每一次实验课,实验前教师要亲自检查仪器设备情况,清点学生人数;实验过程中,要向 学生提问,引导学生深入思考与实验现象有关的—些问题,着力培养学生观察实验、综合考虑问题的能力,使学生 学会分析和研究问题的方法。 三、课程教学基本要求 1.课程教学 本课程的学习包括理论讲述、实验操作和实验报告三部分,是一门理论与实践结合性较强的课程。要求学生重 点掌握冶金实验室常用仪器、设备的名称、结构、工作原理、使用方法、维护等;掌握冶金实验硏究中常用的分析 研究方法的原理、操作等。了解生产工艺过程中的实验硏究技术。 2.考核方式 本课程的考核以实验报告为依据,每个实验实行百分制,总分平均后综合考查实行“五分制”(优、良、中、 及格、不及格)。考核成绩:实验报告成绩占70%,平时成绩占30%,平时成绩考核包含学生出勤情况、提 问及研究能力、实验操作技能等方面。 四、实践教学环节
熟悉 高温炉的结构及相关计算， 正确选择电热元件、炉管、耐火材料、保温材料、热电偶及控制系统等并分 析影响 高温炉性能的因素和解决的措施。 （ 11 ）钢铁原料物性测定实验（焦碳反应性、铁矿烧结） 焦碳反应性 ： 掌握 焦碳反应性的 概念 ，熟悉加热反应管的测定原理及程序。 铁矿烧结 ： 掌握 评价某种矿物的烧结可行性；为烧结厂设计提供依据；研究提高烧结矿产质量的主要途径；改善烧结产品 的冶金性能；降低烧结能耗等研究 原理及程序。 （ 12 ）感应炉熔炼实验 感应炉熔炼实验 ；掌握感应炉冶炼原理，会编制熔炼说明书（原料及成份、熔炼情况、成份及温度控制、脱氧 剂、铁合金加入的数量、顺序时间、炉渣控制、取样时间及顺序等）对冶炼情况分析。 （三）实验方式 实验前由教师介绍实验的性质 、任务、要求、实验守则及实验室安全制度等。 学生根据各个实验的任务， 10-13 人 1 组， 10-13 人 1 套实验装置，在规定时间内，独立完成实验测定、数 据处理，并撰写实验报告。实验前，学生必须认真阅读实验指导书，了解实验的目的和原理，明确本次实验中要测 定什么量，最终要求什么量，用什么实验方法，使用什么仪器，控制什么条件，需要注意什么问题。教师需对学生 的预习情况进行检查，合格后，学生才能开始做实验。实验过程中，要求学生勤于动手，敏锐观察，细心操作，开 动脑筋，分析钻研问题，准确记录原始数据，经教师检查并签名，实验及其原始数据记录才有效。 任课教师要认真上好每一次实验课 ，实验前教师要亲自检查仪器设备情况，清点学生人数；实验过程中，要向 学生提问，引导学生深入思考与实验现象有关的一些问题，着力培养学生观察实验、综合考虑问题的能力，使学生 学会分析和研究问题的方法。 三、课程教学基本要求 1. 课程教学 本课程的学习包括理论讲述 、实验操作和实验报告三部分，是一门理论与实践结合性较强的课程。要求学生重 点掌握冶金实验室常用仪器、设备的名称、结构、工作原理、使用方法、维护等；掌握冶金实验研究中常用的分析 研究方法的原理、操作等。了解生产工艺过程中的实验研究技术。 2. 考核方式 本课程的考核以实验报告为依据 ，每个实验实行百分制，总分平均后综合考查实行“五分制”（优、良、中、 及格、不及格） 。考核成绩：实验报告成绩占 70 ％ ，平时成绩占 30 ％ ，平时成绩考核包含学生出勤情况、提 问及研究能力、实验操作技能等方面。 四、实践教学环节
冶金工程专业实验是本课程的重要组成部分,有助于学生理论联系实际,为培养学生的科学实验能力奠定了良 好的基础。本实验的考核以实验报告为主,实验完毕后,要求学生对实验认真分析、处理实验数据,并与教师共同 讨论实验结果,最后以实验报告的形式写出报告 五、学时分配 学时分配 实验内容 讲课习题课实验课上机课讨论课其他合计 铁矿石还原实验 铁矿石低温还原粉化实验 铁矿石软化温度实验 冶金炉渣熔化温度实验 冶金炉渣粘度实验 金属提取治金综合实验 钢坯(锭)凝固过程冷态模拟1 流体流速和流量的测量方法1 3332333223 4443444333 流体能量转换一柏努力方程应用1 高温炉设计及分析 钢铁原料物性测定实验(焦碳反 应性、铁矿烧结) 感应炉熔炼实验 合计 36 48
冶金工程专业实验是本课程的重要组成部分 ，有助于学生理论联系实际，为培养学生的科学实验能力奠定了良 好的基础。本实验的考核以实验报告为主，实验完毕后，要求学生对实验认真分析、处理实验数据，并与教师共同 讨论实验结果，最后以实验报告的形式写出报告。 五、学时分配 实验内容 学时分配 合计 讲课 习题课 实验课 上机课 讨论课 其他 铁矿石还原实验 1 3 4 铁矿石低温还原粉化实验 1 3 4 铁矿石软化温度实验 1 3 4 冶金炉渣熔化温度实验 1 2 3 冶金炉渣粘度实验 1 3 4 金属提取冶金综合实验 1 3 4 钢坯（锭）凝固过程冷态模拟 1 3 4 流体流速和流量的测量方法 1 2 3 流体能量转换一柏努力方程应用 1 2 3 高温炉设计及分析 3 3 钢铁原料物性测定实验（焦碳反 应性、铁矿烧结） 1 ＋ 1 3 ＋ 3 8 感应炉熔炼实验 1 3 4 合计 12 36 48
