钢铁冶金概述

1、钢铁冶金概述钢铁冶金概述 第一章 炼铁生产 v1.1 我国冶金工业发展简史我国冶金工业发展简史 v1.2 高炉生产工艺过程及产品高炉生产工艺过程及产品 v1.3 高炉炼铁原料高炉炼铁原料 人类社会发展史： 原始社会奴隶社会封建社会资本主义社会 人类使用材料的历史： 石器青铜器铁器工业化(钢铁) 信息社 会(多种新材料) 1.1 我国冶金工业发展简史 中国冶金的辉煌历史 鱼肠剑 v据吴越春秋，公子姬光备办酒席宴请吴王僚。当时,吴 王僚穿了三重铁甲，但仍然未能防住公子姬光的精心算计, 酒喝到畅快的时候，公子姬光假装脚有毛病，出门让专诸把 鱼肠剑放到烤鱼的肚子里,把鱼献上去.然后，专诸擘烤鱼推 匕首

2、进行刺杀行动。专诸固然是个胆大的刺客，而那柄精巧 的鱼肠剑竟然锋利到了不可思议的程度，经它一刺，吴王僚 不但透胸断骨，而且被贯穿了铁甲，直达后背。一代枭雄随 风而去，公子姬光上台，这才引出了以后的吴灭楚，越亡吴 的精彩故事。 v鱼肠剑，一名鱼藏剑，据传是铸剑大师欧冶子为越王所制， 经雨洒雷击，得天地精华，制成了五口剑，分别是湛卢、纯 钧、胜邪、鱼肠和巨阙。 v长流程： 铁矿石高炉铁水转炉钢水浇注 钢坯轧钢钢材 v短流程： 废钢等电炉钢水浇注轧钢钢材 现代钢铁生产的一般流程 现代钢铁生产的一般流程 钢钢 铁铁 工工 业业 发发 展展 型钢型钢 棒棒 线线 材材 重重 轨轨 桥梁用钢桥梁用钢 奥运

3、鸟巢奥运鸟巢 板板 卷卷 冷轧镀锌板冷轧镀锌板 船板钢船板钢 钢管钢管 1.2 高炉生产工艺过程及产品高炉生产工艺过程及产品 v1.2.1 高炉生产工艺过程高炉生产工艺过程 v1.2.2 高炉冶炼产品高炉冶炼产品 现代炼铁方法现代炼铁方法 高炉炼铁法： 以焦炭为能源基础的传统炼铁方法。它 与转炉炼钢相配合，是目前生产钢铁的主 要方法。高炉炼铁的这种主导地位预计在 相当长时期之内不会改变。由于高炉炼铁 受能源焦炭的限制，在一些缺乏焦煤资源 的国家和地区，经过长期的研制和实践， 也逐步形成了不同形式的非高炉炼铁法。 现代炼铁方法现代炼铁方法 非高炉炼铁法： 泛指高炉以外，不用焦炭，用煤、燃油、 天

4、然气、电为能源基础的一切其它炼铁方 法。例如直接还原法，主要是指在冶炼过 程中，炉料始终保持固体状态而不熔化， 产品为多孔状海绵铁或金属化球团的方法。 熔融还原法是用高品位铁精矿粉（经预还 原）在高温熔融状态下直接还原冶炼钢铁 的一种新工艺。新兴的直接还原电炉炼 钢流程，规模较小，目前还正在发展，是 钢铁生产的重要补充。 宝钢高炉全貌宝钢高炉全貌 高炉炼铁过程高炉炼铁过程 1.2.1 高炉生产工艺过程 v高炉炼铁的本质是铁的还原过程，即焦炭做燃料 和还原剂，在高温下将铁矿石或含铁原料的铁， 从氧化物或矿物状态（如Fe2O3、Fe3O4、 Fe2SiO4、Fe3O4TiO2等）还原为液态生铁。

5、v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。 1.2.1 高炉生产工艺过程 v高炉炼铁生产非常复杂，除了1高炉本体以外，还 包括有2上料系统、3送风系统 、4煤气净化系统、 5渣铁处理系统、6喷吹燃料系统。通常，辅助系统 的建设投资是高炉本体的45倍。 v生产中，各个系统互相配合、互相制约，形成一

6、个 连续的、大规模的高温生产过程。高炉开炉之后， 整个系统必须日以继夜地连续生产，除了计划检修 和特殊事故暂时休风外，一般要到一代寿命终了时 才停炉 。 1.2.1 高炉生产工艺过程 v高炉本体 v高炉本体是冶炼生铁的 主体设备，由耐火材料 砌筑成竖式圆筒形，外 有钢板炉壳加固密封， 内嵌冷却设备保护。 v高炉内部工作空间的形 状称为高炉炉型高炉炉型，从上 往下分为炉喉、炉身、 炉腰、炉腹和炉缸五个 部分，该容积总和为它 的有效容积，反映高炉 具备的生产能力。 高炉炉型 1.2.1 高炉生产工艺过程 v高炉内主要区域高炉内主要区域 v根据物料存在形态的 不同，可将高炉划分 为五个区域： v 块

7、状带 v 软熔带 v 滴落带 v 风口前回旋区 v 渣铁聚集区 高炉炉内状况 风口前碳的燃烧示意 1.2.2 高炉冶炼产品 高炉冶炼的主要产品是生铁。副 产品为炉渣和高炉煤气。 1.2.2 高炉冶炼产品 v一一 生铁：生铁： 普通生铁和合金生铁。生铁是Fe与C及其它一 些元素的合金。通常，生铁含Fe 94%左右，C 4% 左右。其余为Si、Mn、P、S等少量元素。 v普通生铁：炼钢生铁和铸造生铁。炼钢生铁供转炉、 电炉炼钢使用。铸造生铁则主要用于生产耐压铸件。 v合金生铁：硅铁、锰铁。作为炼钢的辅助材料，如 脱氧剂、合金元素添加剂。 普通生铁普通生铁 铁与铁与C C（2.5%-4.5%)2.5

8、%-4.5%)、SiSi、MnMn、P P、S S组成的合金，主要由高炉生产组成的合金，主要由高炉生产 炼钢生铁Si1.25% 铸造生铁 1.25%Si4.25% 1.2.2 高炉冶炼产品 v一般来说，生铁和钢的化学成分主要差别是含碳含碳 量量。钢中含碳量最高不超过2.11%。 v高炉生铁含碳量在2.54.5%范围，铸铁中不超过 5.0%（此时Fe3C含量约占75%，当铸铁中Fe3C达 100%时，其含碳量为6.67%）。当铸铁中C5.0% 时，铸铁甚脆，没有实用价值。而含碳量在 1.62.5%之间的钢铁材料，由于缺乏实用性，一 般不进行工业生产。 1.2.2 高炉冶炼产品 v炼钢生铁作为转炉

9、热装炼钢的原料，约占生铁产量 的8090%。铸造生铁，又称为翻砂铁或灰口铁， 用于铸件生产。其主要特点是含硅较高，在 1.254.25%之间。硅在生铁中能促进石墨化，即 使化合碳游离成石墨碳，增强铸件的韧性和耐冲击 性并易于切削加工。铸造生铁约占生铁产量的10% 左右。 v高炉还可生产特殊生铁，如锰铁、硅铁、镜铁（含 1025%Mn）、硅镜铁（含913%Si， 1824%Mn）等，主要用作炼钢脱氧剂和合金化 剂。 1.2.2 高炉冶炼产品 v二、高炉渣二、高炉渣 v由于冶炼矿石品位、焦比及焦炭灰分的不同，我国 大中型高炉的单位生铁渣量在0.30.5t之间。高炉 渣主要成分是Ca、Mg、Si、A

10、l的氧化物，其工业 用途广泛。如在炉前急冷粒化成水渣，作成水泥和 建筑材料；酸性渣还可在炉前用蒸汽吹成渣棉，作 绝热材料。 v冶炼多元素共生的复合矿时，炉渣中常富集有多种 元素（如稀土、钛等）。这类炉渣可进一步利用。 1.2.2 高炉冶炼产品 v三、高炉煤气三、高炉煤气 v冶炼每吨生铁可产生16003000m3的高炉煤气， 其中含有约20%25%的CO，13%的H2，还有少 量甲烷（CH4）等可燃气体。从高炉排出的煤气中 含有大量的炉料粉尘，经过除尘处理可使含尘量降 到1020mg/m3。除尘处理后的高炉煤气发热值约 为33503770kJ/m3，是良好的气体燃料。但高炉 冶炼产生的煤气量、成

11、分及发热值与高炉操作参数 及产品种类有关。如高炉冶炼铁合金时煤气中几乎 没有CO2。 v高炉煤气是钢铁联合企业的重要二次能源，主要用 作热风炉燃料，还可供动力、炼焦、烧结、炼钢、 轧钢等部门使用。 1.3 高炉炼铁原料 v原料是高炉冶炼的物质基础，其质量 对冶炼过程及冶炼效果影响极大。目 前，炼铁的发展趋势之一就是采用精 料。 1.3.1 铁矿石分类及特性 一、矿石和脉石一、矿石和脉石 v矿石是矿物的集合体。在当前科学技术条件下，能从中经矿石是矿物的集合体。在当前科学技术条件下，能从中经 济合理地提炼出金属来的矿物才称为矿石。矿石的概念是济合理地提炼出金属来的矿物才称为矿石。矿石的概念是 相对

12、的。相对的。 v例如铁元素广泛地分布在地壳的岩石和土壤中，有的比较例如铁元素广泛地分布在地壳的岩石和土壤中，有的比较 集中，形成天然的富铁矿；有的比较分散，形成贫铁矿，集中，形成天然的富铁矿；有的比较分散，形成贫铁矿， 用于冶炼既困难又不经济。随着选矿和冶炼技术的发展，用于冶炼既困难又不经济。随着选矿和冶炼技术的发展， 矿石的来源和范围不断扩大。如含铁较低的贫矿，经过富矿石的来源和范围不断扩大。如含铁较低的贫矿，经过富 选也可用来炼铁；过去认为不能冶炼的攀枝花钒钛磁铁矿，选也可用来炼铁；过去认为不能冶炼的攀枝花钒钛磁铁矿， 已成为重要的炼铁原料。已成为重要的炼铁原料。 v矿石中除了用来提取金属

13、的有用矿物外，还含有一些工业矿石中除了用来提取金属的有用矿物外，还含有一些工业 上没有提炼价值的矿物或岩石，统称为脉石，应在选矿和上没有提炼价值的矿物或岩石，统称为脉石，应在选矿和 其它处理过程中尽量去除。其它处理过程中尽量去除。 铁矿全景图 鞍矿公司眼前山铁矿鞍矿公司眼前山铁矿 鞍矿公司东鞍山铁矿鞍矿公司东鞍山铁矿 1.3.1 铁矿石分类及特性 二、天然铁矿石的分类及特征二、天然铁矿石的分类及特征 v天然铁矿石按其主要矿物分为磁铁矿、赤铁矿、褐 铁矿和菱铁矿等几种，主要矿物组成及特征见表2-1 表2-1 常见铁（锰）矿石的组成及特征 各类铁矿石图 赤铁矿赤铁矿 磁铁矿磁铁矿 菱铁矿菱铁矿 褐

14、铁矿褐铁矿 表2-2 铁矿石种类及质量评价 成分理论含铁 量% 实际富矿 含铁% 最低工业 品位% 冶炼性能 磁 Fe3O472.445702025P，S难还 原 赤 Fe2O370556030P，S易还 原 褐 n Fe2O3.mH2O55.266.1375530P 易还原 菱 FeCO348.2304025P，S熔烧 后易还原 1.3.2 铁矿石的准备处理 v根据上述质量要求，一般的铁矿石很难完全满足 要求，须在入炉前进行必要的准备处理。 v对天然富矿（如含Fe50%以上），须经破碎、筛 分，获得合适而均匀的粒度。对于褐铁矿、菱铁 矿和致密磁铁矿还应进行焙烧处理，以去除其结 晶水和CO2，

15、提高品位，疏松其组织，改善还原 性，提高冶炼效果。 v对贫铁矿的处理要复杂得多。一般都必须经过破 碎、筛分、细磨、精选，得到含铁60%以上的精 矿粉，经混匀后进行造块，变成人造富矿，再按 高炉粒度要求进行适当破碎，筛分后入炉。 1.3.2 铁矿石的准备处理 v破碎筛分破碎筛分 v破碎和筛分是铁矿石准备处理工作中的基本环节，通过破 碎和筛分使铁矿石的粒度达到“小、匀、净”的标准。 v破碎的常要设备有：颚式、锥式、辊式破碎机，球磨机和 棒磨机。筛分的常用设备有固定条筛、圆筒筛、振动筛等。 v焙烧焙烧 v焙烧是在适当的气氛中，使铁矿石加热到低于其熔点的温 度，在固态下发生的物理化学过程。 v选矿选矿

16、 v选矿是依据矿石的性质，采用适当的方法，把有用矿物和 脉石机械地分开，从而使有用矿物富集的过程。 粗破 细破 球磨机 分级机 磁选机 输送机 1.3.3 熔剂 v高炉冶炼条件下，脉石及灰分不能熔化，必须加 入熔剂，使其与矿石脉石和灰分作用生成低熔点 化合物，形成流动性好的炉渣，实现渣铁分离并 自炉内顺畅排出。高炉主要用碱性熔剂，如石灰 石（CaCO3）、白云石（CaCO3MgCO3）等。 此外，一定碱度的炉渣，如 v CaO/SiO2=1.01.2 v可去除生铁中有害杂质硫，提高生铁质量。 1.3.3 熔剂 v（1）作用： v 形成低熔点易流动的炉渣、脱S（碱性熔剂） v（2）种类： 使用条

17、件及作用使用条件及作用 碱性 铁矿中脉石为酸性氧化物，包括：石灰石、白云石、石灰 酸性 铁矿中脉石为碱性氧化物，主要为：SiO2（只在炉况失常 时使用（Al2O3）18%或排碱时） 中性 高Al熔剂，主要为：含Al2O3高的铁矿（只在降低炉渣流动 性时使用） 第二章 高炉用燃料 v2.1 高炉冶炼对焦炭质量的要求高炉冶炼对焦炭质量的要求 v2.1.1 焦炭在高炉冶炼中的作用焦炭在高炉冶炼中的作用 v2.1.2 高炉冶炼对焦炭质量的要求高炉冶炼对焦炭质量的要求 v2.2 喷吹用燃料喷吹用燃料 2.1.1 焦炭在高炉冶炼中的作用 v(1)发热剂（燃料）：发热剂（燃料）：燃烧后发热，产生冶炼所需燃烧

18、后发热，产生冶炼所需 热量。热量。 v(2)还原剂：还原剂：焦炭中的固定碳和它燃烧后生成的焦炭中的固定碳和它燃烧后生成的 CO都是铁矿石还原所需的还原剂。都是铁矿石还原所需的还原剂。 v(3)料柱骨架：料柱骨架：高炉内是充满着炉料和熔融渣、铁高炉内是充满着炉料和熔融渣、铁 的一个料柱，焦炭约占料柱体积的的一个料柱，焦炭约占料柱体积的1/31/2，对料，对料 柱透气性具有决定性的影响。特别是在高炉下部，柱透气性具有决定性的影响。特别是在高炉下部， 矿石、熔剂已经熔化、造渣，变成液态渣和铁，矿石、熔剂已经熔化、造渣，变成液态渣和铁， 只有焦炭仍保持固态，为渣、铁滴落和煤气上升只有焦炭仍保持固态，为

19、渣、铁滴落和煤气上升 以及炉缸内的渣、铁正常流通和排出提供必要条以及炉缸内的渣、铁正常流通和排出提供必要条 件，使冶炼过程得以顺利进行。焦炭的这一作用件，使冶炼过程得以顺利进行。焦炭的这一作用 目前尚不能为其他燃料所代替。目前尚不能为其他燃料所代替。 2.1.2 高炉冶炼对焦炭质量的要求 v(1)含碳量高，灰分低含碳量高，灰分低 v(2)含硫等有害杂质要少含硫等有害杂质要少 v(3)成分稳定成分稳定 v(4)挥发分含量适合挥发分含量适合 v(5)强度高，块度均匀强度高，块度均匀 2.1.2 高炉冶炼对焦炭质量的要求 焦炉 2.2 喷吹用燃料 v向高炉内喷吹的辅助燃料可代替部分焦炭，向高炉内喷吹

20、的辅助燃料可代替部分焦炭， 大幅度降低焦比。目前喷吹的燃料已占高炉大幅度降低焦比。目前喷吹的燃料已占高炉 全部燃料用量的全部燃料用量的1030%，有的达，有的达40%。在。在 日本和德国一般维持在日本和德国一般维持在10%左右，他们更着左右，他们更着 重于提高喷吹效率。重于提高喷吹效率。 v喷吹用燃料来源广泛，可分为固、液、气体喷吹用燃料来源广泛，可分为固、液、气体 三种。三种。 2.2 喷吹用燃料 v气体燃料气体燃料 v天然气的主要成分是甲烷天然气的主要成分是甲烷(CH4)。有的还含有较高。有的还含有较高 的重碳氢化合物的重碳氢化合物CmHn(430%)。同空气混合时的着。同空气混合时的着

21、火温度为火温度为680750，遇明火即发生爆炸，其发热，遇明火即发生爆炸，其发热 值在值在3350050200kJ/m3之间，属高热值燃料，也之间，属高热值燃料，也 是重要的化工原料。焦炉煤气主要成分是是重要的化工原料。焦炉煤气主要成分是 H2(5060%)和和CH4(2030%)，发热值为，发热值为15500 19700kJ/m3，亦是高热值煤气。高炉喷吹气体的种，亦是高热值煤气。高炉喷吹气体的种 类和数量主要取决于当地资源条件。类和数量主要取决于当地资源条件。 v液体燃料液体燃料 v常用于喷吹的有常用于喷吹的有重油、柴油、焦油重油、柴油、焦油。 v重油是由石油分馏提取汽油、柴油、煤油后剩下

22、的重油是由石油分馏提取汽油、柴油、煤油后剩下的 产品。其中可燃物多，含碳产品。其中可燃物多，含碳8689%，氢，氢1012%， 硫、灰分、水分少。重油发热量高硫、灰分、水分少。重油发热量高4042MJ/kg， 燃烧温度高，火焰辐射能力强，喷吹效果好，贮存燃烧温度高，火焰辐射能力强，喷吹效果好，贮存 方便，喷吹设备简单，易于操作控制，是适宜高炉方便，喷吹设备简单，易于操作控制，是适宜高炉 喷吹的优质燃料。国外高炉多用它，但受资源限制。喷吹的优质燃料。国外高炉多用它，但受资源限制。 2.2 喷吹用燃料 v固体燃料固体燃料 v常用于喷吹的是固定碳高，发热值高的无烟粉煤。常用于喷吹的是固定碳高，发热值

23、高的无烟粉煤。 v一般认为，高炉喷吹用煤应满足低灰分、低硫分、一般认为，高炉喷吹用煤应满足低灰分、低硫分、 低水分、适宜挥发分产率等质量要求。从国内外高低水分、适宜挥发分产率等质量要求。从国内外高 炉生产实践看，高炉喷吹煤种的范围很广，包括无炉生产实践看，高炉喷吹煤种的范围很广，包括无 烟煤、烟煤、褐煤等各煤种都可以用来喷吹。如德烟煤、烟煤、褐煤等各煤种都可以用来喷吹。如德 国蒂森公司喷吹过从挥发分为国蒂森公司喷吹过从挥发分为9%的无烟煤到挥发的无烟煤到挥发 分达分达50%的褐煤。日本也将低挥发分无烟煤、高挥的褐煤。日本也将低挥发分无烟煤、高挥 发分烟煤等不同煤种用于高炉喷吹。发分烟煤等不同煤

24、种用于高炉喷吹。 2.2 喷吹用燃料 第三章 铁矿石造块 v3.1 铁矿粉烧结生产铁矿粉烧结生产 v3.1.1烧结生产烧结生产 v3.1.2 烧结生产的主要设备烧结生产的主要设备 v3.2 球团矿生产球团矿生产 v富矿粉和贫矿富选后得到的精矿粉都不能直富矿粉和贫矿富选后得到的精矿粉都不能直 接入炉冶炼，必须将其重新造块，烧结是最接入炉冶炼，必须将其重新造块，烧结是最 重要最基本的造块方法之一。重要最基本的造块方法之一。 v2003年中国生铁总产量为年中国生铁总产量为2亿吨，亿吨，2005年将年将 达达2.5亿吨。亿吨。2003年美国钢铁产品销售量为年美国钢铁产品销售量为 1.056亿吨，较上年

25、增长亿吨，较上年增长6.5。中国。中国2003年年 球团矿产量球团矿产量3000万吨，现有万吨，现有63座以上竖炉，座以上竖炉， 生产总面积超过生产总面积超过520m2 3.1 铁矿粉烧结生产 v烧结的意义烧结的意义 v通过烧结得到的烧结矿具有许多优于天然富矿的冶通过烧结得到的烧结矿具有许多优于天然富矿的冶 炼性能，如高温强度高，还原性好，含有一定的炼性能，如高温强度高，还原性好，含有一定的 CaO、MgO，具有足够的碱度，而且已事先造渣，具有足够的碱度，而且已事先造渣， 高炉可不加或少加石灰石。通过烧结可除去矿石中高炉可不加或少加石灰石。通过烧结可除去矿石中 的的S、Zn、Pb、As、K、N

26、a等有害杂质，减少其对等有害杂质，减少其对 高炉的危害。高炉使用冶炼性能优越的烧结矿后，高炉的危害。高炉使用冶炼性能优越的烧结矿后， 基本上解除了天然矿冶炼中常出现的结瘤故障；同基本上解除了天然矿冶炼中常出现的结瘤故障；同 时极大地改善了高炉冶炼效果。烧结中可广泛利用时极大地改善了高炉冶炼效果。烧结中可广泛利用 各种含铁粉尘和废料，扩大了矿石资源，又改善了各种含铁粉尘和废料，扩大了矿石资源，又改善了 环境。因此自上世纪环境。因此自上世纪50年代以来，烧结生产获得了年代以来，烧结生产获得了 迅速发展。迅速发展。 3.1 铁矿粉烧结生产 烧结车间全貌 （二）烧结料层结构 烧结点火示意图 3.1.2

27、 烧结设备（料仓） 3.1.2 烧结设备（风机与风箱） 3.2 球团矿生产球团矿生产 球团矿是细磨铁精矿或其它含铁粉料造块的又球团矿是细磨铁精矿或其它含铁粉料造块的又 一方法。一方法。 它是将它是将精矿粉、熔剂精矿粉、熔剂（有时还有粘结剂和燃料）（有时还有粘结剂和燃料） 的混合物，在造球机中滚成直径的混合物，在造球机中滚成直径815mm（用于炼（用于炼 钢还要大些）的生球，然后干燥、焙烧，固结成型，钢还要大些）的生球，然后干燥、焙烧，固结成型， 成为具有良好冶金性质的优良含铁原料，供给钢铁成为具有良好冶金性质的优良含铁原料，供给钢铁 冶炼需要。冶炼需要。 3.2 球团矿生产球团矿生产 1912

28、年瑞典年瑞典A.G.安德逊（安德逊（Andson）首先提出）首先提出 球团问题。球团问题。 1948年美国在小高炉上冶炼球团试验成功，本年美国在小高炉上冶炼球团试验成功，本 世纪世纪50年代在世界发展起来，形成工业生产规模，年代在世界发展起来，形成工业生产规模， 6070年代发展很快。年代发展很快。 1957年世界球团生产能力为年世界球团生产能力为1000万吨，万吨， 1972年为年为13600万吨，万吨，1978年达年达26000万吨，万吨， 1985年约年约38000万吨。万吨。 我国只生产酸性球团，年生产能力在我国只生产酸性球团，年生产能力在1300万吨万吨 以上，以上，1999年实际生

29、产球团矿年实际生产球团矿1224万吨，仅占高万吨，仅占高 炉炉料的炉炉料的7左右，缺口须从国外进口。左右，缺口须从国外进口。 3.2 球团矿生产球团矿生产 烧结和球团都是粉矿造块的方法。但它们的生烧结和球团都是粉矿造块的方法。但它们的生 产工艺和固结成块的基本原理却有很大区别，在高产工艺和固结成块的基本原理却有很大区别，在高 炉上冶炼的效果也有各自的特点。炉上冶炼的效果也有各自的特点。 3.2 球团矿生产球团矿生产 第四章 炼铁车间构筑物与设备 v4.1 高炉本体；高炉本体； v4.2 原料供应系统；原料供应系统； v4.3 渣铁处理系统；渣铁处理系统； v4.4 送风系统；送风系统； 4.1

30、 高炉本体平台构成高炉本体平台构成 4.2 原料供应系统 4.2 原料供应系统上料皮带 4.2 原料供应系统炉顶布料 4.2 原料供应系统称量料斗 4.2 原料供应系统布料设备 4.3 送风系统送风系统 4.3 送风系统热风炉送风系统热风炉 第五章炼钢生产 v现代炼钢方法主要有转炉炼钢、平炉炼钢 和电炉炼钢等三种。根据炉衬耐火材料的 性质，各种炼钢炉又可分为酸性能炉（炉 衬的主要成分为二氧化硅）和碱性炉（炉 衬的主要成分为氧化镁、氧化钙）两种。 目前，世界各国多采用碱性炉衬。 炼钢概述炼钢概述 va.转炉炼钢法转炉炼钢法是利用纯氧或空气 吹入的方法，使碳、硅、锰、磷、硫等元 素去除，并靠硅、锰

31、等元素氧化时放出的 热量，升高铁水温度，从而得成分、温度 合格的钢水。转炉炼钢法不消耗外部燃料， 冶炼时间短（几十分钟一炉），生产率高， 钢的品种多、质量好、成本低、投资少， 所以被广泛采用。 vb.平炉炼钢法平炉炼钢法是利用煤、天然气 或重油等燃烧提供热能，使炉料熔化，靠 炉气中的氧和加入的铁矿石使铁水中的碳、 硅、锰、磷、硫氧化去除，获得合格钢水。 图1-13b为平炉示意图。来炉炼钢法原料条 件可以放宽，冶炼过程容易控制，钢的品 种、质量和转炉相近，但冶炼时间长（几 小时一炉），生产率低。 vc.电炉炼钢法电炉炼钢法是利用电能作热源 的炼钢方法。常用的电炉有电弧炉和感应 炉两种。电弧炉炉盖

32、上开有三个圆孔，插 入石墨电极。通电时，电极与炉料之间产 生电弧，依靠民弧发出的热量将炉料熔化。 加入铁矿石氧化碳、硅、锰、磷、硫等元 素，再用石灰石造渣清除，得到合格钢水。 炼钢的方法 炼钢方法炼钢方法热源热源主要原料主要原料生产特点生产特点主要产品主要产品 氧气转炉氧气转炉氧化反应的化学热氧化反应的化学热 液态炼钢生液态炼钢生 铁、废铁、废 钢钢 冶炼速度快、生产率高、钢冶炼速度快、生产率高、钢 的品种、质量与平炉大的品种、质量与平炉大 致相当致相当 碳素钢和碳素钢和 低合金钢低合金钢 平平 炉炉 煤矿气、天然气、煤矿气、天然气、 重油燃烧重油燃烧 炼钢生铁、炼钢生铁、 废铜废铜 容量大，

33、冶炼时间长，工艺容量大，冶炼时间长，工艺 过程容易控制过程容易控制 电电 弧弧 炉炉电弧放电电弧放电 废钢、炼钢废钢、炼钢 生铁生铁 炉料通用性大，炉内气氛容炉料通用性大，炉内气氛容 易控制，能冶炼难熔的易控制，能冶炼难熔的 合金钢，钢的质量优良合金钢，钢的质量优良 合金钢合金钢 氧气顶吹转炉炼钢 转炉示意图 平炉炼钢 电弧炉炼钢 主要内容 5.1 炼钢基本任务及原理炼钢基本任务及原理 5.2 炼钢原料炼钢原料 5.3 模铸法及其特点模铸法及其特点 5.4 连铸法连铸法 5.1 炼钢的基本任务及原理炼钢的基本任务及原理 炼钢的基本任务包括： 1.脱碳、脱磷、脱硫、脱氧； 2.去除有害气体和夹杂

34、； 3.提高温度； 4.调整成分 炼钢过程通过供氧、造渣、加合金、搅拌、 升温等手段完成炼钢基本任务。 氧气顶吹转炉炼 钢过程，主要是降碳、升温、脱磷、脱硫以及脱 氧和合金化等高温物理化学反应的过程，其工艺 操作则是控制供氧、造渣、温度及加入合金材料 等，以获得所要求的钢液，并浇成合格钢钢锭或 铸坯。 1、反应原理 v高温下，用氧化剂把生铁里过多的碳和其 它杂质氧化成气体或炉渣而除去。 2、目的： v降碳、调硅锰、去硫磷。 3、主要反应（分三个阶段） 5.1 炼钢的基本任务及原理炼钢的基本任务及原理 1、反应原理 v高温下，用氧化剂把生铁里过多的碳和其 它杂质氧化成气体或炉渣而除去。 2、目的

35、： v降碳、调硅锰、去硫磷。 3、主要反应（分三个阶段） 5.1 炼钢的基本任务及原理炼钢的基本任务及原理 （1）氧化造渣 2FeO22FeOQ 2FeOSiSiO22FeQ FeOMnFeMnOQ FeOCCOFe 生成的二氧化硅、氧化锰与造渣材料生 石灰相互作用成为炉渣。 主要反应主要反应 主要反应主要反应 （2）去硫、磷 FeS+CaOFeO+CaS 2P+5FeO+3CaO5Fe+Ca3(PO4)2 （3）脱氧 用硅铁、锰铁或金属铝来还原钢水中含有的 少量FeO 2FeO+SiSiO2+2Fe 3FeO+2Al3Fe+Al2O3 FeO+MnFe+MnO 生成的二氧化硅等大部分形成炉渣

36、而除去， 部分的硅、锰等留在钢里以调整钢的成分。钢 水合格后，可以浇成钢的铸件或钢锭，钢锭可 以再轧成各种钢材。 5.2 炼钢用原材料炼钢用原材料 原材料是炼钢的基础，原材料的质量对炼钢工 艺和钢的质量有直接影响。倘若原材料质量不合技 术要求，势必导致消耗增加，产品质量变差，有时 还会出现废品，造成产品成本的增加。国内外实践 证明，采用精料以及原料标准化，是实现冶炼过程 自动化的先决条件，也是改善各项技术经济指标和 提高经济效益的基础。 炼钢用原材料一般分为主原料主原料、辅原料辅原料和各种 铁合金铁合金。 1.金属料 v1)铁水：占金属料的（70100%） 主要要求 成分：Si、Mn、P、S

37、温度： 转炉炼钢重要发热元素， Si0.1%，废钢比 1.31.5%； Si过高， 渣量增加，引起喷溅； 渣中（SiO2），炉龄； 高炉焦比 锰是弱发热元素，铁水中锰氧化后形成的(MnO) 可促进石灰溶解，加快成渣；减少氧枪粘钢，终 点钢中余锰高，能够减少合金用量，利于提高金 属收得率；锰在降低钢水硫含量和硫的危害方面 起到有利作用。Mn/Si的比值为0.81.00时对转 炉的冶炼操作控制最为有利。当前使用较多的为 低锰铁水，一般铁水中Mn=0.200.40。 磷是强发热元素，磷会使钢产生“冷脆”现象，通常是冶 炼过程要去除的有害元素。磷在高炉中是不可去除的，氧 气顶吹转炉的脱磷效率在8595

38、，铁水中磷含量越 低，转炉工艺操作越简化，并有利于提高各项技术经济指 标。如使用P1.50的铁水炼钢时，炉渣可以用作磷 肥。 除了含硫易切钢(要求S=0.080.30)以外，绝大 多数钢中硫是有害元素。转炉中硫主要来自金属料和熔 剂材料等，而其中铁水的硫是主要来源。在转炉内氧化 性气氛中脱硫是有限的，脱硫率只有3540。由 于低硫s0.01的优质钢需求量增长，因此用于转 炉炼钢的铁水要求s0.020。这种铁水很少，为此 必须进行预处理，降低入炉铁水硫含量。 铁水温度的高低是带入转炉物理热多少的标志，铁水物理 热约占转炉热收入的50。因此，铁水的温度不能过低， 否则热量不足，影响熔池的温升速度和

39、元素氧化过程，也 影响化渣和去除杂质，还容易导致喷溅。入炉铁水温度应 大于1250，以利于转炉的热行，成渣迅速，减少喷溅。 小型转炉和化学热量不富裕的铁水，保证铁水的高温入炉 极为重要;转炉炼钢时入炉铁水的温度还要相对稳定，如果 相邻几炉的铁水入炉温度有大幅的变化，就需要在炉与炉 之间对废钢比作较大的调整，这对生产管理和冶炼操作都 会带来不利影响。 2)废钢 废钢是电弧炉炼钢的基本原料，用量约 7090%；对氧气顶吹转炉炼钢，既是主原 料之一，也是冷却效果稳定的冷却剂。通 常占装入量的30以下，适当地增加废钢 比，可以降低转炉钢消耗和成本。 废钢的分类： 本厂废钢 返回料（废钢锭、轧钢切头）

40、回收料（加工废料，报废设备） 外购废钢 加工工业的废料 （机械、造船、汽车等行业的废钢、车削等） 钢铁制品的报废件 （船舶、车辆、机械设备、土建材料等） 3）铁合金 吹炼终点脱除钢中多余的氧，并调 整成分达到钢种规格，需加入铁合金以 脱氧合金化。 炼钢常用的合金有Fe-Mn、Fe-Si、 Mn-Si合金、Ca-Si合金、铝、Fe-Al、复 合脱氧剂等。其化学成分及质量均应符 合国家标准规定。 2.辅助材料 1）造渣剂 石灰（石灰（CaO） 萤石（萤石（CaF2） 生白云石（生白云石（CaMg(CO3)2 ） 菱镁矿（菱镁矿（MgCO3 ） 合成造渣剂合成造渣剂 锰矿石锰矿石 石英砂（主要成分是

41、石英砂（主要成分是SiO2 ） 石灰是炼钢主要造渣材料， 具有脱P、脱S能力，也 是用量最多的造渣材料。 其质量好坏对冶炼工艺操 作，产品质量和炉衬寿命 等有着重要影响。特别是 转炉冶炼时间短，要在很 短的时间内造渣去除磷、 硫，保证各种钢的质量。 对石灰质量的要求： (1)有效CaO含量高;(2) 硫含量低; (3) 残余CO2 少;(4) 活性度高 造渣加入萤石可以加速石 灰的溶解，萤石的助熔作 用是在很短的时间内能够 改善炉渣的流动性，但过 多的萤石用量，会产生严 重的泡沫渣，导致喷溅， 同时加剧炉衬的损坏，并 污染环境 。 焙烧后为熟白云石，其主 要成分CaO与MgO。保 持渣中有一定

42、的MgO含 量，以减轻初期酸性渣对 炉衬的侵蚀，提高炉衬寿 命，生白云石也是溅渣护 炉的调渣剂。 菱镁矿也是天然矿物，主要 成分是MgCO3，焙烧后用 作耐火材料，也是目前溅渣 护炉的调渣剂。 合成造渣剂是将石灰和熔剂 预先在炉外制成的低熔点造 渣材料，然后用于炉内造渣。 是改善冶炼效果的有效措施。 作为合成造渣剂中熔剂的物 质有：氧化铁、氧化锰或其 它氧化物、萤石等。 加入锰矿石有助于化渣，也 有利于保护炉衬，若是半钢 冶炼更是必不可少的造渣材 料。要求Mn18， P0.20，S0.20， 粒度在2080mm。 石英砂也是造渣材料，其主要成 分是SiO2，用于调整碱性炉渣 流动性。对于半钢冶

43、炼，加入石 英砂利于成渣，调整炉渣碱度以 去除P、S。要求使用前应烘烤 干燥水分应小于3。 2) 2) 冷却剂冷却剂 氧气顶吹转炉炼钢过程热量有氧气顶吹转炉炼钢过程热量有 富余，因而根据热平衡计算加入一富余，因而根据热平衡计算加入一 定数量的冷却剂，以准确地命中终定数量的冷却剂，以准确地命中终 点温度。点温度。 冷却剂包括冷却剂包括:废钢废钢 、生铁块、生铁块 、铁矿、铁矿 石和氧化铁皮石和氧化铁皮 、石灰石等。、石灰石等。 3）氧化剂 氧气 氧化铁皮 氧气是氧气转炉炼钢的主要氧 化剂，要求含氧量达到99.5以上， 并脱除水分。氧压为612105Pa。 工业用氧是通过制氧机把空气中的氧 气分离、提纯来实现的。 氧化铁皮要求杂质含