钢铁冶炼工艺技术培训教材

钢铁冶炼工艺技术培训教材前言本教材聚焦钢铁冶炼全流程核心技术，结合行业实践经验与前沿发展趋势，为冶金技术人员、生产操作者及相关学习者提供系统、实用的技术指导。内容涵盖炼铁、炼钢、精炼连铸及工艺优化等模块，注重原理阐释与实操结合，助力读者掌握关键技术并解决生产实际问题。第一章钢铁冶炼工艺概述1.1基本流程与核心环节钢铁冶炼是将含铁原料（铁矿石、废钢等）经炼铁（提取生铁）、炼钢（去除杂质并调整成分）、精炼（深度提纯）、连铸（铸造成坯）等工序转化为钢材的过程。典型流程为：铁矿石/废钢→高炉/电炉炼铁→铁水预处理→转炉/电炉炼钢→炉外精炼→连续铸钢→轧钢。1.2技术发展趋势从传统块炼法、坩埚炼钢，到现代高炉-转炉长流程（以铁矿石为原料）、电炉短流程（以废钢为原料），技术迭代围绕高效化（提升产能与质量）、绿色化（降低能耗与污染）、智能化（自动化控制与数据驱动）展开。当代技术重点探索氢基还原、碳捕集利用等“近零碳”生产路径。第二章炼铁工艺技术2.1高炉炼铁原料体系铁矿石：需满足品位（含铁量）、还原性、粒度要求，常见品种为赤铁矿（Fe₂O₃）、磁铁矿（Fe₃O₄），需经破碎、筛分、选矿预处理。焦炭：作为燃料、还原剂及料柱骨架，要求固定碳含量高、灰分低、强度好，需控制水分与粒度均匀性。熔剂：石灰石（CaCO₃）或白云石（CaMg(CO₃)₂），用于造渣去除脉石，需控制有效CaO/MgO含量。2.2高炉结构与冶炼原理高炉为竖式圆筒形炉体，由炉喉、炉身、炉腰、炉腹、炉缸组成，内衬炭砖、高铝砖等耐火材料。冶炼时，炉料（矿石、焦炭、熔剂）从炉顶装入，热风（1000-1300℃）从风口鼓入，发生还原反应（FeₓOᵧ+CO→Fe+CO₂）、造渣反应（CaO+SiO₂→CaSiO₃），铁水与炉渣分别从铁口、渣口排出。2.3高炉操作核心技术炉温控制：通过调整焦炭负荷（矿石与焦炭比例）、热风温度、喷煤量（煤粉替代部分焦炭）实现。炉温波动会导致铁水成分（Si、S含量）及炉况失常。炉况判断：通过煤气成分（CO、CO₂、H₂）、料面下降速度、风压风量变化等参数，识别“顺行”（料柱透气性好）或“悬料”“崩料”等异常，及时调整装料制度（批重、料线）或送风制度。富氧喷煤技术：向风口喷入煤粉（烟煤/无烟煤）并提高鼓风氧含量，可降低焦炭消耗（吨铁喷煤量达150-200kg），需控制煤粉细度（<0.074mm占比>80%）与喷吹均匀性。第三章炼钢工艺技术3.1转炉炼钢工艺3.1.1工艺流程以铁水为主要原料（占比70%-90%），搭配废钢，通过顶底复合吹炼（顶吹氧气、底吹氮气/氩气）实现：1.装料：铁水（预处理后脱S/P）、废钢、造渣剂（石灰、萤石）按比例装入转炉。2.吹炼：氧气射流（纯度>99.5%）作用下，铁水中C、Si、Mn等元素被氧化，生成CO气体（推动熔池搅拌）与炉渣（CaO-FeO-SiO₂系），过程分“吹氧脱碳”“造渣脱磷”“升温调成分”阶段，吹炼时间约15-25分钟。3.出钢：达到目标成分（C≤0.06%、P≤0.015%等）后，向钢包加入脱氧剂（Si-Mn合金、铝块），同时进行炉渣改质（加入石灰或萤石调整碱度）。3.1.2操作要点枪位控制：顶枪高度影响氧气射流穿透深度，前期（脱碳期）枪位低（强化搅拌），后期（调温期）枪位高（减少喷溅）。炉渣管理：控制炉渣碱度（CaO/SiO₂=3-4）与FeO含量（15%-25%），避免“返干”（炉渣黏稠）或“泡沫渣”（喷溅风险）。3.2电炉炼钢工艺3.2.1电弧炉（EAF）炼钢以废钢为主要原料（占比>90%），通过石墨电极与炉料间的电弧产生热量（温度达1600-1800℃），流程包括：废钢装料→通电熔化→造渣脱磷→合金化→出钢。特点是灵活性高（可生产特种钢）、污染小，但能耗较高（吨钢电耗约400-600kWh）。3.2.2感应炉炼钢利用电磁感应加热炉料（金属炉料在交变磁场中产生涡流发热），常用于小批量、高精度合金生产（如模具钢、高温合金）。炉型分工频（50Hz）与中频（100-1000Hz），需严格控制炉料清洁度（避免夹杂）。第四章精炼与连铸工艺4.1炉外精炼（LF/RH）4.1.1钢包精炼炉（LF）通过电极加热（补偿温降）、氩气搅拌（均匀成分与温度）、造还原渣（CaO-Al₂O₃系）实现：脱硫：渣中FeO含量<1%时，S可从0.02%降至0.005%以下。脱氧：加入Al、Si-Ca合金，将钢中O含量从100ppm降至20ppm以下。成分微调：精准加入合金（如Ni、Cr），控制成分偏差<0.02%。4.1.2真空循环脱气（RH）钢水在真空室（压力<100Pa）中循环流动，实现：脱气：H、N含量分别降至2ppm、30ppm以下。脱碳：超低碳钢（C≤0.003%）生产的核心工艺。4.2连续铸钢工艺4.2.1连铸原理钢水通过中间包均匀分配到结晶器（铜制水冷模），快速凝固形成坯壳（厚度10-20mm），随后经二冷区（喷水冷却）进一步凝固，由拉矫机牵引出坯，最后切割成定尺（如12m长的板坯、方坯）。4.2.2关键参数控制拉速：与结晶器冷却强度匹配，板坯拉速通常为1-2m/min，过快易导致漏钢（坯壳破裂），过慢降低产能。冷却强度：二冷区采用“弱冷”（减少内裂）或“强冷”（提高产能），需根据钢种（如低碳钢强冷，高碳钢弱冷）调整。结晶器振动：频率200-400次/分钟，振幅3-5mm，防止坯壳与结晶器粘连。第五章工艺优化与发展趋势5.1节能减排技术高炉富氧喷煤升级：采用“氧煤枪”技术，吨铁喷煤量突破250kg，吨铁能耗降低5%-8%。转炉干法除尘：通过LT法（干法电除尘）回收转炉煤气（CO含量>80%），粉尘排放从100mg/Nm³降至10mg/Nm³以下。余热回收：高炉煤气余压发电（TRT）、转炉汽化冷却（回收蒸汽），吨钢余热发电量达30-50kWh。5.2智能化冶炼技术大数据监控：通过炉温、压力、成分等传感器数据，建立炉况预测模型（如高炉炉温预测准确率>90%）。专家系统：转炉炼钢终点碳温预测（命中率>95%）、连铸漏钢预警，减少人工干预失误。5.3未来发展方向短流程工艺：电炉+直接还原铁（DRI）工艺，废钢与DRI搭配，吨钢CO₂排放较传统长流程降低50%以上。绿色冶炼：氢基直接还原（用H₂替代CO还原铁矿石）、碳捕集利用（CCUS），推动钢铁行业“近零碳”生产。材料基因组技术：通过计算机模拟优化钢种成分与工艺，缩短新产品研发周期（从3-5年至1-2年）。附录：常见问题与解决措施附录1高炉悬料处理悬料表现为料面不动、风压骤升，处理方法：1.减风降压（风量减少10%-20%），打开炉顶放散阀。2.适当降低料线，用净焦（无矿石的焦炭）疏松料柱。3.若仍无效，休风坐料（强制放料），注意控制坐料速度避免炉缸涌渣。附录2转炉喷溅预防喷溅由CO爆发性产生导致，预防措施：1.控制铁水Si含量（≤0.6%），避免前期“硅爆”。2.吹炼中期加入萤石（20-