钢铁是什么炼成的.ppt

钢铁是什么炼成的炉料基础知识讲座,炉料事业部黄河2008年1月16日,培训对象和目的,培训对象：新入职需要了解炉料基本知识的员工培训目的：1掌握钢铁冶金工艺基本流程和原理2了解铁矿石、焦炭、铁合金等主要钢铁炉料品种及用途3了解炉料事业部现有行情品种及其负责人，便于沟通,模拟试题,1目前我国钢铁业对进口铁矿石的依赖度在（50）%左右.2铁矿石主要分为磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿和菱铁矿。3炼焦煤主要分为焦煤、气煤、肥煤和瘦煤。4我的钢铁炉料频道主要炉料行情有矿石、煤焦、生铁、废钢、钢坯、铁合金、海运等。,“我的钢铁网”,炉料事业部架构及品种负责,有炉子的地方就有炉料,采石场,铁矿山,选矿厂,烧结球团厂,煤矿,炼焦厂,高炉,混铁炉,炼钢厂转炉,连铸机,模铸,均热炉,化工厂,初轧,大方坯,板坯,中厚板,连轧板坯,薄板,焊管,窄带钢,连轧钢坯,无缝钢管,重轨,大型车间,中型,小型,线材,生铁,铸造生铁,炼钢生铁,铁合金及其他辅料,铁水,副产品,炉尘,炉渣,水泥厂,煤气站,钢水,水泥,煤气,石灰石白云石萤石烧结矿球团矿,副产品,化工产品,贫矿,精矿粉,富矿,合格块矿,焦炭,炉料,火,米,燃料,原料,钢铁冶金,冶金炉料,钢铁冶金炉料,有色冶金黑色冶金,钢的分类,Fe,C,合金,钢铁炉料,Fe,C,合金,铁合金,铁矿石,焦炭,废钢,冶金基本概念,冶金是研究如何经济的从矿石或其他原料提取金属或金属化合物,并用各种加工方法制成具有一定性能的金属材料的科学.,冶金历史,钢铁冶炼技术从远古到今天的现代化钢铁联合企业,大致可以分为三个发展阶段(1)远古至13世纪末(2)13世界摸到19世纪中叶(3)19世纪中期到今天,(1)远古至13世纪末,古代人采用的简陋工艺不可能达到金属铁融化的温度，他们从富矿中得到的不是液态金属，而是还原并软化了的含有渣的金属铁的混合物。由于冶炼温度低，金属铁不能吸收大量的碳，所以熔点较高。而渣的熔点低于金属铁，因此熔融状态的金属铁中含有液体渣，把渣挤压出去得到含碳低的熟铁。据考古学者的研究，古代埃及人在原有冶炼炉的基础上，逐步改进冶炼炉，采用风箱以强化冶炼，冶炼炉用石头砌筑并涂上泥衬，炉容积也得到扩大,我国是掌握冶铁技艺的世界文明古国之一。秦朝时期已在主要产铁地区设置铁官，当时我国的冶铁技术处于世界领先地位。详细记载我国古代冶铁技艺的书有宋应星著的天工开物（此书初刊于1637年）。图7为天工开物描述冶铁工艺的插图，书中对冶铁过程进行了详细的描述。,中国古代“高炉”,古代人掌握了从矿石冶炼“熟铁”的技术，所用燃料和还原剂是木炭。熟铁质地太软不能做器具。随着对熟铁渗碳技术的掌握，古代人开始使用渗碳的熟铁制造器具。由于对铁器的需求不断增长，冶炼炉的容积不断扩大，风箱的能力不得不进一步增大，逐渐超出了人力界限，于是出现了水力风箱,Cam偏心轮Flume溜槽Shaft轴Bellows风箱Counterbalance配重,(2)13世纪末到19世纪中叶,随着炉容的扩大，炉体高度的增加，在14世纪欧洲出现了竖炉。由于竖炉炉内温度较高，冶炼出的不是熔融状态的熟铁，而是液态铁水，铁水凝固后得到生铁。生铁可以铸成器具，但要得到具有韧性和延展性的钢，还要对生铁进行再加工。这样就构成了近代钢铁制造工艺的基本雏形。还原和熔化铁矿石的竖炉是近代高炉的前身,(3)19世纪中期到今天,以生铁为原料在高温下精炼成钢.在此期间,高炉鼓风由热风代替冷风,并建立了蓄热式热风炉,鼓风动力采用电力,确立了作为生铁精炼炉的转炉,平炉、电炉的炼钢法。1850年至1860年间英国的HenryBessemer在Sheffield试验成功了向铁水表面吹空气去除杂质的炼钢新工艺。Bessmer根据化学生成热的计算结果得知，铁氧化产生的热量足以保证在液态下将铁水中的杂质去除并得到钢水。Bessmer的技术创新开创了炼钢史上第一次重大的工艺技术革命，并为现代钢铁工业的形成奠定了基础。这一炼钢工艺被称为贝氏炼钢法，,冶金方法,火法冶金:高温下矿石经熔炼与精炼反应及熔化作用,是其中的金属和杂质分开,获得较纯金属的过程.湿法冶金:在常温或者低于100摄氏度下,用溶剂处理矿石或精矿,是所要提取的金属溶解于溶液中,而其他杂质不溶解,然后再从溶液中将金属提取和分离出来的过程.电冶金:利用电能提取和精炼金属的方法.分为电热冶金和电化学冶金.,五个大炉子,焦炉（机焦土焦改良焦）烧结炉（竖炉带式环形链篦机回转窑）炼铁炉（高炉、矿热炉）炼钢炉（电、平、转）加热炉（煤气重油）要进炉子的就是炉料，出了炉子还要进炉子还是炉料,原煤,原煤,焦煤,肥煤,气煤,烟煤,褐煤,无烟煤,贫瘦煤贫煤等,不粘煤弱粘煤长焰煤等,炼焦用煤,瘦煤,煤化程度最低,焦炭,用于发电,用于发电,用于发电,高炉喷吹燃料或钢铁合金,发电，建材，化工等,煤炭的分类及用途,google,焦炭,焦炭在高炉中的作用,作为燃料，提供矿石还原、熔化所需的热量作为还原剂，提供矿石还原所需的还原气体CO对高炉炉料起支撑作用并提供一个炉气通过的透气层供碳作用,土焦和改良焦,炼焦工艺流程,焦炭的主要质量指标,水分w灰分A硫分S挥发分VM40M10,铁矿石种类,磁铁矿Fe3O472.4%赤铁矿Fe2O370%褐铁矿mFe2O3nH2O59.8%菱铁矿FeO348.2%,大冶铁矿,烧结篇,烧结的定义为什么要使用烧结矿烧结矿、球团矿在钢铁工业中的地位和作用,烧结的定义,将各种粉状含铁原料，配如一定数量的燃料和熔剂，均匀混合制粒，然后放到烧结设备上点火燃烧，在燃料燃烧产生高温和一系列物理化学反应的作用下，混合料中部分易熔物质发生软化、熔化，产生一定数量的液相，并润湿其它未熔化的矿石颗粒，冷却后，液相将矿石粉颗粒粘结成块，所得到得块矿成为烧结矿。,炼铁为什么用烧结矿和球团矿,随着钢铁工业的发展，天然富矿在产量和质量上都已经不能满足高炉冶炼的要求，而大量贫矿经过选矿得到的精矿粉和天然富矿粉不能直接入炉冶炼。为了解决这一矛盾，通过人工方法，将这些矿粉制成块状的人造富矿，供高炉使用。,烧结矿、球团矿在钢铁工业中的地位和作用,扩大贫矿和多种金属复合矿的利用通过造块过程，改进冶炼原料的物理化学性能，如空隙率、机械强度、粒度组成、化学成分、还原性、膨胀性等可以去除原料重的部分有害元素，SFNaKPdZnAs可以综合利用炉尘、氧化铁皮等冶金废料,球团矿,从资源条件讲，我国铁矿资源以贫矿为主，细磨精矿粉更适合于生产球团而不是烧结。欧美国家从20世纪60年代开始发展球团矿生产，高炉炉料结构得到了有效改善。,竖炉球团,竖炉焙烧工艺是世界上最早采用的球团焙烧方法。其生球的干燥、预热、焙烧、冷却都在一个矩形竖炉内来进行和完成。虽然这种方法工艺简单、结构紧凑、投资便宜，但由于其工艺方法在理论上存在着固有的、难以克服的缺陷，而使这一方法存在较多的问题。1)产品质量差2)单炉规模很难大型化3)对原料的适应性差4)只能使用气体燃料5)冷却和除尘问题需进一步解决,带式机球团法优点,干燥、预热、焙烧、冷却都在一个设备上完成，具有工艺过程简单、布置紧凑、所需设备吨位轻等特点能适应扩大生产规模的要求和实现大型化的要求。其最大已达到750m，单机产量达500万t以上。对原料的适应性比竖炉强由于热系统的合理设置和管路短，在理论上讲，带式焙烧机的热耗可以达到最低水平，而且在实践中也创造出了最好记录。,带式机球团法缺点,耐高温特殊合金钢的用量大、档次高。在生产过程中，对原料的稳定性要求高。成品球团的质量有不均匀的现象。必须使用高热值的煤气和重油作燃料。,链箅机回转窑,在链算机一回转窑一环冷机球团技术研究成功以前，我国球团矿生产主要采用竖炉生产工艺，竖炉球团因受工艺限制，故受热不均匀、产品质量差，不能满足大型高炉生产的要求，而且其单炉生产规模也难以扩大；同时竖炉生产工艺的发展还受原料和燃料条件限制，难以满足大型钢铁企业规模要求。因此，开发大型球团生产技术成为我国钢铁生产的迫切要求。,链箅机回转窑特点,根据球团在升温焙烧过程中强度变化的特点，把热工工艺制度分别置于三个设备上来进行。在链篦机上实现生球的干燥和预热；在回转窑中进行高温焙烧；在冷却机中进行冷却。对原料的适应性更强。它不但适应于磁铁矿、赤铁矿和褐铁矿、菱铁矿，而且在原料性质有所变化的情况下，也可靠调整三个设备的速度来求得一定程度的适应。燃料不但可用煤气和重油，而且可以100的使用煤粉，也可混合使用两种燃料。产品的质量高且更为均匀。实现了球团生产的大型化,链箅机回转窑缺点,由于全部工艺过程分在三个设备上完成，因而工艺和设备布置显得不够紧凑，占地面积也较大；设备总吨位也较重，工艺和设备设计都较复杂。在回转窑操作过程中，由于物料车的运动，窑内粉末量可能增多，在窑内温度过高的情况下会产生粘结、结块和结圈现象。但是在今天的技术水平下，操作得当，已可基本避免这一现象的出现。回热系统的设置可大大降低焙烧球团的热耗，但与带式焙烧比较，由于其管路较长和散热体的体积较大，其热效率略差些。,世界铁矿石资源介绍,国外铁矿资源总储量1500亿吨，含铁量1010亿吨国外铁矿资源的特点（吃大富翁）（1）大型矿床多。如澳大利亚的哈默斯利铁矿，巴西的卡拉加斯（2）富矿多。巴西平均61.8%,澳大利亚60.8%,印度60.3%（3）稳定矿床多。澳大利亚和巴西的许多矿床成分十分稳定（4）持续生产能力强,中国铁矿石资源介绍,我国已探明的的铁矿资源基础460亿吨，居世界第五位。铁矿资源在全国各地区均有分布，以东北华北地区资源最为丰富，西南中南地区次之。探明储量辽宁位居榜首，河北、四川、山西、安徽、云南、内蒙古次之。贫矿为主，平均品位33%。原矿品位高于50%的富矿不到5%。难开采矿山多，占到现有开采矿山的一半以上。,高炉炼铁,从炉顶（一般炉顶是由料种与料斗组成，现代化高炉是钟阀炉顶和无料钟炉顶）不断地装入铁矿石、焦炭、熔剂，从高炉下部的风口吹进热风，喷入油、煤或天然气等燃料。装入高炉中的铁矿石，主要是铁和氧的化合物。在高温下，焦炭中和喷吹物中的碳及碳燃烧生成的一氧化碳将铁矿石中的氧夺取出来，得到铁，这个过程叫做还原。铁矿石通过还原反应炼出生铁，铁水从出铁口放出。铁矿石中的脉石、焦炭及喷吹物中的灰分与加入炉内的石灰石等熔剂结合生成炉渣，从出铁口和出渣口分别排出。煤气从炉顶导出，经除尘后，作为工业用煤气。现代化高炉还可以利用炉顶的高压，用导出的部分煤气发电。,高炉炼铁,生铁,生铁一般指含碳量在24.3%的铁的合金。又称铸铁。生铁里除含碳外，还含有硅、锰及少量的硫、磷等，它可铸不可锻。根据生铁里碳存在形态的不同，又可分为炼钢生铁、铸造生铁和球墨铸铁等几种。,炼钢生铁,Si0.6%-1.6%炼钢生铁里的碳主要以碳化铁的形态存在，其断面呈白色，通常又叫白口铁。这种生铁性能坚硬而脆，一般都用做炼钢的原料。,铸造生铁,Si1.25-3.75%铸造生铁中的碳以片状的石墨形态存在，它的断口为灰色，通常又叫灰口铁。由于石墨质软，具有润滑作用，因而铸造生铁具有良好的切削、耐磨和铸造性能。但它的抗位强度不够，故不能锻轧，只能用于制造各种铸件，如铸造各种机床床座、铁管等。,球墨铸铁,球墨铸铁里的碳以球形石墨的形态存在，其机械性能远胜于灰口铁而接近于钢，它具有优良的铸造、切削加工和耐磨性能，有一定的弹性，广泛用于制造曲轴、齿轮、活塞等高级铸件以及多种机械零件。,合金生铁,此外还有含硅、锰、镍或其它元素量特别高的生铁，叫合金生铁，如硅铁、锰铁等，常用做炼钢的原料。在炼钢时加入某些合金生铁，可以改善钢的性能。,熟铁,一般含碳量小于0.2%的叫熟铁或纯铁，熟铁软，塑性好，容易变形，强度和硬度均较低，日常生活中，熟铁可以做拨火棍,铁锤,炒菜勺,工业纯铁,工业纯铁是钢的一种，其化学成分主要是铁，含量在99.50%99.90%，含碳量在0.04%以下，其他元素愈少愈好。一般工业纯铁质地特别软，韧性特别大，电磁性能很好。常见的有两种规格，一种是是作为深冲材料的，可以冲压成极复杂的形状；另一种是作为电磁材料的，有高的感磁性的低的抗磁性。,废钢,废钢铁,废钢铁是金属回收当中对黑色金属废料的统称,包括废钢、旧铁渣钢、氧化废料等。其中废钢按照用途分为熔炼用废钢、再生用废钢和一般用途废钢。熔炼用废钢按照外形尺寸或密度分为：重型废钢、中型废钢、小型废钢、统料型废钢、轻统料型废钢、轻薄废钢、渣钢等,钢坯,钢坯,钢坯是指用于生产钢材的半成品，一般不能直接供社会使用。主要分为轧制坯和锻造坯。轧制钢坯是指对炼钢系统生产的钢锭或连铸坯通过轧钢系统的轧制设备加工成的钢坯；锻造钢坯是指对炼钢系统生产的钢锭通过锻造设备加工成的钢坯。貂皮榨菜,钢坯的分类,按形状及用途：方坯、矩坯、板坯、圆钢、异形钢、管坯、其他方坯。按化学成分：非合金钢坯、低合金钢坯、合金钢坯、不锈钢钢坯按照生产工艺：轧制坯、锻造坯,高炉篇,高炉冶炼的原料主要是铁矿石（天然富矿和人造富矿）、燃料（焦炭与喷吹燃料）、熔剂（石灰石与白云石等）冶炼一吨生铁大约需要1.6-2.0t矿石，0.4-0.6t焦炭、0.2-0.4t熔剂。,高炉喷煤,定义:从高炉风口向炉内直接喷吹磨细了的煤粉,以代替交谈向高炉提供热量和还原剂.,铁合金篇,铁合金的定义铁合金的用途铁合金产品的分类铁合金生产的历史,铁合金生产的历史,高炉冶炼时期1860-1906高炉和电炉并存时期1908-1960铁合金走向现代化时期1960-,我国铁合金工业现状,生产产能严重过剩，开工率很低（1900，56%）集约化程度极低，增加了产业结构调整和行业自律的难度（1530家，10吨以上25家，1万吨以下1200家）工艺装备水平低下，资源消耗偏高，环保治理落