钢铁是怎样炼成的-冶金工艺全流程.ppt

钢铁是如何炼制的-冶金生产全过程-2012.7，概括而言，钢具有良好的通用性和适用性的钢铁是当前和未来人们生活和生产材料的首选(有2000多种钢种，其中有1500多种特殊钢种) 与其他材料相比，总体性价比最高的钢铁是可回收资源(铁矿石是不可再生资源)，2011年，我国粗钢产量为68327万吨(全球粗钢产量为13亿吨)，表观消费量为6.6亿吨， 生产能力预计为8.2亿吨，2012年粗钢产量为7.4亿吨，从铁矿石到钢和钢材的工艺，铁矿石主要由铁-氧化合物和脉石组成，提取铁为还原铁矿，将铁进行氧分离，还原成铁水和固体海绵铁(直接还原铁DRI )，铁为Fe、c化合物， 性能没有极限的韧性钢的成分主要是铁，炼钢除去铁中的大部分c，根据需要在钢水中添加合金元素，为了达到各种特性，最理想的是将铁矿石直接还原成钢，但是现在技术上，从铁矿石-钢利用钢的韧性等，根据用户的要求加工成各种钢材，Fe元素(钢) 的提取途径，高炉-转炉冶炼的长途径，主要是液体铁水原料电炉冶炼的短途径，主要用于固体原料(废钢、直接还原铁)的短流程，比长流程的能量要高60%，节水要低40%，排水要高76%，废气要高86%，废渣要高72%，长流程， 目前世界上将铁水用于原料炼钢的为62%，将废钢用于原料炼钢的平均为34% (美国57%，eu50%以上)，我国不足20%，2020年为20%-25% (当今中国钢铁年产量是美国的7倍，人均钢铁蓄积量只有美国的1/6 ) 尽管直接还原技术取代高炉是研究方向，但在世界上仅占4%，我国2010年年产能为105万吨/年，钢铁是如何精炼的总目录第一部分冶炼-矿石加工(轧制)成型为钢第二部分钢第三部分我国钢铁工业技术发展的探讨、 第一部分冶炼-从矿石到钢(产品目录)、1原、燃料2铁矿还原3炼钢、1原、燃料(产品目录)、1.1黑色金属材料1.1.1铁矿石1.1.2废钢1.2还原剂(焦炭、介质、油、气体)1.3辅助材料(石灰、合金添加材料)1.4原料的贮藏运输1.1黑色金属材料， 1.1.1铁矿石及其准备铁矿石采用铁素体化合物和脉石混合物铁矿石的品位 45%的直接高炉炼铁矿石的品位45 %的必要选矿用烧结、颗粒(烧结矿铁56-58%、颗粒铁68-70% )，选矿方法：磨碎矿石，研磨成粉状或超微粉状，矿石和脉石的不同物理特征利用密度、浮力、离心力的螺旋分离，利用吸水性进行泡沫浮选。 将铁矿石粉放入水中，加入发泡剂，在铁矿石流入的气体中悬浮分离利用，用磁铁棒吸附矿石粒子进行分离，烧结精矿粉粒度为0.1-6.3mm的烧结工艺，成块烧结矿品位高于成块矿，还原和造渣性能好，成分稳定，粒度均匀，高炉冶炼的优化和指标精矿粉混合适量的焦炭、助熔剂(石灰石、白云石)、水，用烧结机使焦炭燃烧，引起物理化学变化，产生一定量的液相，使矿粉粒子与块-烧结矿结合，烧结机图、颗粒为60%，冷强度高耐压为2800-3600n/球，通气6m的圆盘造球机、球团厂图、炼铁报告p24、炼铁报告p24、球团厂主要设备圆盘造球机和链条计算机-回转窑-环冷机、1.1黑色金属材料、1.1.2废钢转炉炼钢消耗废钢约10%电炉炼钢消耗废钢约100%废钢为载体， co2排放废钢的有效节能和推进需要加工，从废钢源炼钢厂、轧制厂回收的废钢(炼钢炉渣中的钢、连续铸造的切尾、轧制的切尾等)钢铁材料行业回收的废钢(例如切削线等)中从社会回收的旧钢铁废材需要加工，其中的杂质和夹杂元素，例如除去塑料、放射性元素、铜等有色金属元素等，1原料、燃料1.2还原剂、高炉炼铁所需还原剂一般会产生焦炭、煤、油、气体等还原工艺所需的气体，促进高炉内块矿、烧结矿、球团矿中氧化铁的熔化和还原， 最终生产生铁还原剂为焦炭焦炭是以低硫炭(肥煤和煤气)为原料焦炭工艺：煤破碎、研磨、混炼-在焦炭炉的碳化室内将900-1200的干式碳化16-20小时焦炭-焦炭推进焦炭炉输送至冷却塔的急冷(干式焦炭) -分选使用炼铁报告p28、在高炉中焦炭作用而冶炼高炉冶炼的还原剂所需要的热量的大部分是支承作用于高炉轴内的炉材的焦炭粒度大于块矿、烧结矿、颗粒矿，在焦炭相互间产生大量空隙，对高炉炉材提供良好的通气性，但通过高炉风口向炉内喷射油(最大150kg/t 喷煤(最大230kg/t )、喷气、塑料等可以降低焦炭消耗量的焦炭作用在高炉冶炼工艺中不能完全置换，因为1原料、燃料1.3辅助材料、铁矿石中脉石、焦炭中灰分的熔点高(高到1799-2000，超过铁的熔解温度1590 )，所以辅助高炉液态高炉渣吸收Si、Al、p、s等不需要的杂质。 辅助材料主要为石灰石(CaCO3)、白云石(CaCO3mgco2)、二氧化硅(SiO2)、氧化铝、菜光、石英石辅助材料，为铁水的预处理、炼钢、炉外精炼、1.4原料的储存、炼铁报告P32149XX、第一部分冶炼-矿石到钢(样本)、1原、燃料2铁矿还原3炼钢第一部分冶炼-从矿石进行钢2铁矿还原铁矿还原即铁矿脱氧法，以高炉炼铁直接还原熔融还原、2铁矿石还原(样本)、2.1高炉炼铁2.2直接还原2.3熔融还原2.4铁水预处理、2.1高炉炼铁、高炉收集铁水和炉渣的炉的容积命名为xxxxm高炉，是世界最大的高炉新日铁2 炉6000m，最高日产铁水1.3万吨年产480万吨的中国最大高炉5500m，中国规定010年有3200m以上的高炉26台淘汰现在450m以下的高炉，新设 1000m，高炉工艺和主要设备图，炼铁报告p17，高炉炼铁工艺柱继续上下。 气体自下而上，其反应如下：向炉内输送1300热风，热风中的氧与加热变红的焦炭迅速反应，达到2200的COCO吸收矿石中的氧而形成CO2，矿石被还原成铁水，铁水中含有4-4.7%的溶解碳和人气的含有92-95%的氧化钙、氧化镁和铝、硅等，可用于铺装、建筑、水泥原料等高炉煤气。含有5060%的n2、22%的CO2、22%的可燃性气体co，发热值只有910片的高炉气体分级除尘的粉尘有很多细小的矿石、焦炭、辅助粉、约20kg/t铁，作为回矿可以用于烧结高炉气体的差压发电(材料钟的有无引起的高炉气体压力为25mpa ) 用于热风炉气体压力为0.25mpa即可)，在高炉炼铁的解说还原工序中，成为碳取代铁矿石中的氧的铁水，但在炼钢工序中，从铁水中分离碳的高炉对原燃料有严格的要求，高炉前工序是焦炭化工厂， 建立烧结厂和球团厂生产1吨铁水，需要3倍量的炉料，综合工艺、材料运输复杂的高炉工艺逐步完善，焦炭降至270kg/t铁，30年来高炉单位生产能力增加65%，高炉至今仍是炼铁的优先工艺， 2铁矿石还原直接还原2.2，矿石脱氧还原生成固体海绵铁，直接还原铁(DRI )或热压铁(HBI )、海绵铁中含有铁85-95%、碳约1%，成为脉石矿物。直接用于电炉炼钢，但直接还原铁生产成本高的直接还原工艺从上世纪50年代末开始，将取代高炉，至今尚未完成。 在废钢市场发展的直接废钢直接还原技术，因为生产成本高于长工艺，分为气基还原和煤基还原气基还原，全球仅使用廉价的天然气，在我国不受欢迎，气基还原是世界80%的直接还原铁采用这种方法， 其中Midrex技术占市场份额的首位，以颗粒、块矿为原料，采用竖炉反原理还原矿石，还原气体中含有CO和55%H2，产品可以用糊状直接还原铁竖炉冷却至DRI，也可以在下游热压至HBI的煤基还原矿煤消耗高、效率低、2铁矿还原2.3熔融还原工艺、熔融还原没有焦炭的情况下，铁矿石生产铁水的工艺用气体基团直接还原到竖炉中，利用将铁矿石直接还原成还原铁的熔融气化炉(相当于高炉炉缸)还原成铁水的二级还原工艺对环境友好污染物排放较少的工艺，当时受到各国重视的2座Corex3000炉，每年150万t/座，Corex熔融还原图，(l)Corex工艺的评价，COREX并非是最佳工艺，其缺点： (l )煤粉、 直接使用粉矿的比例必须以不得超过15%的块状原料为主，对入炉块状原料的理化性能要求很高，提高了原料成本-铁水成本(2)为了依靠稳定的焦床来保护炉床，目前，COREX生产的冶金焦比例为13%(3)使用了全氧冶炼。 以炉床面积计算的生产率只不过是高炉的0.70.9，为2铁矿还原2.4铁水的预处理、下游炼钢提供更好的铁水条件，除去炼钢生产中不需要的s、p、Si等杂质，用输送铁水的鱼雷罐车、铁水包等喷涂这些杂质元素的脱s 辅助材料吸收的是硫酸钙/碳酸镁脱Si的喷涂或是添加氧化铁脱p的是含有碳酸钙的辅助材料，鱼雷罐车图，p76，第一部分冶炼-从矿石到钢(产品目录) 1原，燃料2铁矿还原3炼钢， 钢和生铁的不同首先表现在碳的含量上，理论上将碳的含量不足2.11%称为钢，其熔点为1450-1500，生铁的熔点为1100-1200，钢中的碳元素和铁元素形成Fe3C固溶体，随着碳的含量增加，强度、硬度增加，塑性和冲击性降低， 钢由生铁熔炼的钢具有高机械强度和韧性，具有耐热、耐腐蚀、耐磨损等特殊性能，3炼钢、钢与铁的不同，炼钢的任务通过氧化将铁水、海绵铁、生铁中的碳抽至规定值并转化为钢，铁水、海绵铁中的有害元素p， S加入规定含量的合金元素，达到冶炼钢种的特定性能，3炼钢(样本)3.1炼钢炉材3.2氧转炉炼钢3.3电炉炼钢3.4炉外精炼3.5特殊熔炼3.6熔钢浇注3.7铁和钢的铸造，3炼钢3.1炼钢炉材，铁元素(基本炉材):铁水、海绵铁、废钢焊剂(熔渣) 温度控制):石灰、石灰石、氧化铝、萤石、铁矿石等合金添加剂(不同钢种需要):常用的铁合金铬、硅、锰、钼、钨、钒、钛、铁合金，常用的脱氧剂有铝、硅等，3炼钢3.2氧转炉炼钢， 转炉是一种喷吹纯氧的冶炼方法，目前已发展到上底复吹转炉(BOF )的一般炉容50-400t，我国的政策必须新的100t，淘汰30t炉氧碰撞的地区，温度达到2500-3000，出钢温度达到1650-1720上底吹转炉炼钢工艺示意图，p87，上底吹转炉工艺优点，吹转熔池比吹转炉用氧少，钢中氧含量低的吹转氧时间短10-20min (冶炼循环30-40min )，独立副枪吹转后期或吹转停止后的钢水温度、碳含量、取样， 测量熔池液体高度的工艺测量系统动态控制实现理想吹炼点(钢水温度、碳含量)的上底吹炼转炉与炉外二次精炼相结合，可大量生产质量高、成本低的清洁钢，3炼钢3.3电炉炼钢、电炉炼钢主要是电能电炉一般采用100%废钢，有时采用海绵铁或部分铁水工业化制钢电炉，最尖端电炉为超高功率电炉(UNP )，变压器输入功率/炉容量1000KVA/t为超高功率，实现供电时间25-40分钟，冶炼周期1小时90%以上的电炉炼钢采用电弧炉， 电弧炉能够产生集中热源的电弧区的温度达到3500的最大电炉为400吨，电弧炉分为交流和直流两种AC-EAF三个石墨电极，产生三个电弧区，各个电极是在金属炉材料和邻接的电极之间依次传导电流DC-EAF的石墨电极，阴极近年来，EAF的容量持续扩大到80-250t (我国的政策是新设100t，淘汰30t )，适合电弧炉EAF的适用性特别适合高级合金钢的生产(碱性BOF炉渣具有氧化性，导致合金材料的氧化损失)，也用于全钢种的生产，包括碳钢的量产由于炉容扩大，各种消耗(电、电极、耐材)、成本、单位投资显着降低(2)炉外精炼的发展、AC-EAF外形图、p89、AC-EAF电极臂、p91、废钢、p91、 EAF冶炼原理渣中氧化铁含量高的熔池中的c反应生成大量的CO气泡，引起沸腾，将钢水中的杂质磷、氢、氮和其他非金属化合物带入渣中，其中气体杂质溢出的其馀部分被渣吸收，EAF的供电将高电压变为大电流对于DC-EAF，只有一个大直径电极，输入大功率(达到150KA )，缩短熔炼时间，提高生产率，产生阴阳极间的电动搅拌，必须使温度、成分比初期更早地实现废钢与炉底阳极的更好的接触，因此对电网的污染小， 适用于200t的电炉适用于大量普钢的生产，化学成分始终变化的合金钢海外建设的电炉几乎都是DC-EAF (我国的例外仅有杭钢、兴澄特钢、宝钢特钢、南京钢厂等几家)，感应电炉的交变电流通过线圈在熔体中产生高强度涡流， 加热炉材料一般适用于真空条件下生产超高纯度和特殊合金成分钢的重熔合金的脱氧、正确的成分容量控制：数公里100吨，感应炉图，p 98，3炼钢3.4炉外精炼，炉外精炼是钢水后续处理炉外精炼的出现使炼钢技术发生了根本性的变化， 严格控制满足更高品质钢种要求的炉外精炼，提高转炉、电炉的生产能力，使其一部分功能向炉外移动的炉外精炼任务和完成手段合金元素的调整-合金线/合金粉喷涂钢水温度-包钢加热均匀温度和化学成分-惰性气体喷涂/电磁搅拌的控制钢水清洁度的提高深脱s，p， c-添加剂、造渣剂、真空-脱气、脱氧-真空-杂质元素的去除(如锡、砷)含钙丝、真空杂质的球化处理添加剂钢的固体结构炉外精炼在钢包、钢包炉或真空设备内进行，不同的冶金工厂根据自己的产品需求， 决定在多种工艺中选择使用的工