《冶金工程概论》.doc

钢铁冶金联合企业的生产环节蒋联 重庆科技学院 电气与信息工程学院 测控10-02摘要：冶金就是从矿石中提取金属或金属化合物，用各种加工方法将金属制成具有一定性能的金属材料的过程和工艺。冶金的技术主要包括火法冶金、湿法冶金以及电冶金，同时冶金在我国具有悠久的发展历史，从石器时代到随后的青铜器时代，再到近代钢铁冶炼的大规模发展。人类发展的历史就融合了冶金的发展。随着物理化学在冶金中成功应用，冶金从工艺走向科学，于是有了大学里的冶金工程专业。钢铁冶金联合企业一般包括原料处理、炼铁、炼钢、轧钢、能源供应、交通运输等生产环节，是一个复杂而庞大的生产体系关键词：钢铁冶金联合企业 生产环节Times New Roman：The joint enterprises of ferrous metallurgy production processes JIANG LianChongqing Institute of Technology Electrical and Information Engineering Measurement and Control 10-02Abstract: Theal metals or metal compounds extracted from the ore, with avariety of processing methods made of metal with certain properties of metal materials, Processes and technology. The technology of metallurgy including pyrometallurgical, hydrometallurgical, and electric metallurgy, metallurgy in China has a long history of development, from the Stone Age to the Bronze Age that followed, and then the large-scale development of the modern iron and steel smelting. The history of human development on the integration of the development of metallurgy. With the successful application of Physical Chemistry in Metallurgy, metallurgy from technology to science, so with the University of metallurgical engineering. Steel metallurgical enterprises generally include material handling, iron, steel, rolled steel, energy supply, transportation and otherproduction processes, is a complex and large production systemKeywords: Iron and Steel Metallurgical Combine production processes引言 随着市场经济的不断发展，钢铁冶金联合企业成为了社会的主流，它们不断发展了冶金行业，同时也带动了其他行业的发展。而冶金自动化技术逐渐成为了冶金行业的基本技术，被广泛运用到了采矿、选矿、冶炼、浇铸、轧材等主体生产过程和供水、电、热、氧、气等辅助生产过程。如：PLC等技术。无论是什么企业，要挑战的都是是一个网络盛行、信息快速普及以及无国界竞争的时代，如何运用独特的商业模式提升企业的生产力、反应力，已是企业的首要问题，由于当前冶金行业投资过热，新建企业逐渐增多，同时国家加大了宏观调控的力度，尤其是近期国家关于淘汰落后产能、节能减排等一系列调控政策的实施，形成了冶金企业重组以及部分落后企业被淘汰出局的格局。在这样的形式下就形成了钢铁冶金联合企业。 一个现代化的钢铁联合企业，其生产环节是一个复杂而庞大的生产体系，每个生产环节都有其主要生产过程、主要设备、生产方法以及特点。主要包括原料处理、炼铁、炼钢、轧钢、能源供应、交通运输等。1 钢铁冶金的生产工序 炼铁、炼钢是钢铁联合企业的关键工序，处于承前启后的地位，是二次能源（煤气）的供应中心，其产品质量、品种、产量是衡量钢铁联合企业生产水平的基本标志。 1.1选矿 选矿经历了从处理粗粒物料到细粒物料、从处理简单矿石到复杂矿石、从单纯使用物理方法向使用物理化学方法和化学方法的发展过程。包括精矿、中间产品、尾矿的脱水，尾矿堆置和废水处理。 选矿主要在水中进行，选后产品需要脱水干燥。方法有重力泄水、浓缩、过滤和干燥。尾矿水可回收再用。不合排放标准的废水须经净化处理。旧尾矿场地要进行植被、复田。 1.2炼铁 炼铁是把铁矿石还原成生铁的连续生产过程，其中，高炉冶炼在钢铁工业中占有重要地位。具体的炼铁过程为： (1)炉顶装入铁矿石、焦炭、造渣用熔剂(石灰石) (2)从位于炉子下部沿炉周的风口吹入经预热的空气 (3) 在高温下焦炭（也喷吹煤粉、重油、天然气等辅助燃料）中的碳同鼓入空气中的氧燃烧生成的一氧化碳和氢气，在炉内上升过程中除去铁矿石中的氧，从而还原得到铁。 (4) 炼出的铁水从铁口放出 (5)铁矿石中不还原的杂质和石灰石等熔剂结合生成炉渣，从渣口排出。 (6) 产生的煤气从炉顶导出，经除尘后，作为热风炉、加热炉、焦炉、锅炉等的燃料。冶炼过程中，炉料(矿石、熔剂、焦炭)按照确定的比例通过装料设备分批地从炉顶装入炉内。从下部风口鼓入的高温热风与焦炭发生反应，产生的高温还原性煤气上升，并使炉料加热、还原、熔化、造渣，产生一系列的物理化学变化，最后生成液态渣、铁聚集于炉缸，周期地从高炉排出。上升过程中，煤气流温度不断降低，成分逐渐变化，最后形成高炉煤气从炉顶排出。高炉炼铁特点：（1）高炉冶炼是在炉料与氧气气流逆向运动过程中完成各种错综复杂的化学反应和物理变化的，炉内主要是还原性反应。（2）高炉是密闭的容器，除装料、出铁、出渣及煤气外，操作人员无法直接观察到反应过程的状况，只能凭借仪器仪表间接观察炉内状况。（3）高炉是连续的、大规模的高温生产过程，机械化和自动化水平较高。1.3炼钢 炼钢，就是通过冶炼来降低生铁中的碳和去除有害杂质，再根据对钢性能的要求加入适量的合金元素，使其成为具有高的强度、韧性或其它特殊性能的钢。 主要方法有三种： (1)氧气转炉炼 用纯氧从转炉顶部吹炼铁水成钢的转炉炼钢方法。自50年代初投入工业生产以来，在世界范围内得到迅速推广，逐步取代空气转炉法和平炉炼钢法，成为现代炼钢的主要方法。转炉炼钢法同其他炼钢法主要区别在于他不借助外加能源，仅靠吹入熔池的空气或氧气与生铁水中各种元素的放热氧化反应完成脱碳和脱除杂质的任务，并将钢液加热到出钢（1600或更高）温度。 (2)电弧炉冶炼 电炉熔炼工艺包括： 1)、装料 2)、熔化期：占一半以上冶炼时间，耗电达三分之二，包括起弧、穿井、电极回升、熔清、吹氧助熔。 3)、氧化期：脱碳、脱磷、升温 4)、还原期：造还原渣，以碳硅为主要还原剂，脱出钢中氧、硫，调整成分和温度。 5)、出钢：当钢水成份温度合格，脱氧良好，炉渣变白，流动性好，即可向炉内加入终脱氧剂，然后出钢。出钢温度比液相线高出70120。 (3)平炉炼钢 从外部供给热量因平炉炉体庞大,冶炼时间长,炉墙散热损失和高温废气带走的热量大，除钢铁原料中各元素氧化产生热量外，必须从外部供给燃料和使用预热空气燃烧燃料，方能保持炼钢时需要的热量。 1.4连铸 连续铸钢是通过连铸机将钢液连续地铸成钢坯的工序。与模铸相比，连铸具有以下优越性： 1)简化工序、节能。 2)铸坯切头率降低、金属收得率比模铸高712%。 3)高效凝固。 4)优化成型。 连铸工艺的流程为：钢液通过中间包注入结晶器内，迅速冷却成具有一定厚度的凝固壳而内部仍为液态的铸坯。铸坯下部与伸入结晶器底部的引锭杆衔接，浇注开始后，拉坯机通过引锭杆把结晶器内的铸坯以一定速度拉出。铸坯通过连铸二次冷却区时，进一步是受到喷水冷却直到完全凝固。完全凝固后的铸坯通过拉矫机矫直后，切割成规定长度，由输送辊道运出。 1.5轧钢轧制过程是轧件与轧辊之间的摩擦力将轧件拉进不同旋转方向的轧辊之间使之产生塑性变形的过程。一般的轧钢工序可分为：加热炉 粗轧 中轧 精轧 精整。 由以上这个复杂的生产体系可以看出：要完成这个复杂的工作，在人员配备有一定的要求。完成炼钢过程，不仅需要铁矿石等这些原料，还需要人力资源。因为人力资源是“第一资源”，只要做到“知人善用，量长使用，任人唯贤，用人所长”，就能使工作效率提高。2.测控与钢铁冶金联系传统的钢铁分析检测时间长、强度高、功能单一、稳定性差、人为失误大。国内大多数大型钢铁企业通过引进国外先进仪器迅速提高了分析检测装备水平，逐步改变落后的生产能力。在企业钢铁主体生产体系，通过采用光电直接光谱仪（OES），X荧光光谱仪（XRF）这两类仪器，实施所谓的仪器化分析改造。这类仪器是一种利用物理电能激发，使式样中不同化学元素原子发生能级跳跃而产生不同光谱，并使其转换为电信号进行定量检测的大型精密仪器。目前，光电直读光谱仪已成为钢样化学成分分析的首选仪器，X荧光光谱仪分析仪则是生铁和其他矿类样化学成分分析的首选仪器。由于这类仪器集光机电算的方面的最新技术于一体，配合相当静谧的物理与几何光学系统，精密机械系统，电子传感测量系统，使其具有的选择性好、灵敏度、准确性、稳定性高的性能，又具有快速化、自动化、智能化、多功能的特点。它在钢铁分析检测中的应用是很成功的。由于测控技术与仪表在冶金系统里是为冶金生产服务，所以先决条件是必须熟悉冶金生产工艺、设备和对象特性。因此现代冶金控制系统是一门综合的技术，包括冶金生产工艺、设备、对象特征、专用仪表和特有的自控系统、计算机硬件软件技术、网络与通信技术以及信息技术、自动化装备、控制理论、维护水平、各国情况等。原料场常见的仪表和测控系统有：料槽料位计，自动称量装置，移动机械悬臂旋转及俯仰角度检测，移动机械行走位置检测与控制等。焦化生产的检测和自动控制系统有：备煤的检测及自动控制，成型煤的检测及自动控制（定量给料控制、加水加粘结剂控制等），焦炉的检测及自动控制（加热控制、集气管压力控制、放散及点火控制、交换机换向控制等），干熄焦的检测及自动控制等。烧结生产的检测和自动控制系统有：烧结过程主工艺线过程检测和自动控制系统（含原料的配料控制、一二次混合加水控制和返矿平衡控制等），抽风机系统检测仪表系统，废热回收系统的检测和自动控制系统，废料检测和自动控制系统等。球团生产的自动控制系统有：装有带式被烧机的球团厂自动控制（含配料造球、运输及台车速度控制，风湿风压及焙烧温度控制，全厂设备起停顺序控制等），煤气发生炉的炉内层次控制系统，磨砂粒度自动控制系统等。石灰石生产的检测和自动控制系统有：原料好配料的监测和自动控制系统，预热机自动控制系统，上料自动控制系统，出灰自动控制系统等。高炉生产过程部分在扩展举例：热风炉的