钢铁冶金工艺流程论文

1、冶金工程概论课程考核 （课程论文） word 文档 可自由复制编辑 题目：钢铁冶金工艺流程 钢铁冶金工艺流程 摘要：近年来虽然我国的钢铁工业取得了长足的发展，但钢铁技术装备制造水平不高，尤其是对钢铁工业 中具有标志性意义、高附加值的核心装备：如连轧成套设备、连铸连轧成套设备、大口径无缝管设备、 100 吨以上超高功率电炉等装备及技术仍以引进为主。国内钢铁装备制造以结构和质量档次较低的初级产品为 主，缺乏核心技术，使我国钢铁装备制造在整个钢铁装备制造价值链中仍处于加工组装的位置，只能获得 较低的利润，而钢铁强国则以高技术含量、高附加值技术装备制造技术为主，利用发展中国家工业化阶段， 获取大量利润

2、。 关键字：钢铁的生产流程；炼铁原料；高炉冶金 Steel metallurgical process flowSteel metallurgical process flow Abstract: in recent years, although the steel industry in China has achieved great development, but steel technology equipment manufacturing level is not high, especially in steel industry in a landmark signific

3、ance and high added value of the core equipment: such as rolling equipment, slab continuous casting and rolling equipment, large diameter seamless tube equipment, 100 tons of equipment and high power electric furnace and the introduction of technology is still primarily. Domestic steel equipment man

4、ufacturing to structure and low quality and grade of primary products, lack of core technology, and to make our country steel equipment manufacturing in the whole steel equipment manufacturing in the value chain of the position of the assembly is still in the processing, can only get lower profits,

5、and steel power is to high tech content, high added value technology equipment manufacturing technology is given priority to, use of developing country industrialization stage, and gain a profit. 引言：研究创新、核心技术竞争力、产业化、产业链、产业集群等理论的基础上，分析了当 前我国钢铁装备产业化的主要目标和核心技术， 在此基础上总结钢铁装备制造产业的演化路 径和产业化主要影响因素，就如何把握钢铁装备

6、制造良好的发展机遇,如何合理的进行技术 创新, 在关注钢铁企业的研发动态的同时，合理规划企业经营管理方式，形成拥有自主知识 产权的科研成果，打造我国钢铁装备品牌，制定适合钢铁装备制造发展的政策体系。 钢铁冶金工艺流程：铁矿石-炼铁，提取铁-制取钢。 一、钢铁冶金过程的热力学原理： 1，氧化物的 （1）位置低的金属氧化物较位置高的金属氧化物稳定，位置低的元素能还原位置高的元素，钢铁冶金 中主要氧化物的稳定性由强到弱的顺序是 CaO，Al2O3，SiO2，MnO，FeO，P2O5 FeO、P2O5 最不稳定，几乎可全部被还原；MnO 大部分被还原，SiO2 小部分被还原；Al2O3、CaO 几乎

7、不会被还原。 （2）大多数氧化物的稳定性随温度升高而降低。 word 文档 可自由复制编辑 2，应用： 还原剂选择：金属类、碳质类。 （1） 金属类：用位置低的元素还原位置高的氧化物时，两者位置相距愈远愈好，因为反应的 G 负值 愈大，反应进行得愈彻底。所以 Mn、Si、Al 能还原 FeO，其中 Al 效果最好，Si 次之，Mn 最弱。 （2） 碳质类：中，大部分氧化物的稳定性随温度升高而降低，而 2C+O2=2CO 反应直线显示：温度升 高，生成物 CO 的稳定性增加，这相反的变化趋势使其与其他氧化反应直线均会相交。交点对应温度为该氧 化物还原碳的最低温度 Tmin。 TTmin 时，CO

8、 稳定，碳可以作为该氧化物的还原剂；相反时， CO 则成为该 元素的氧化剂。 实际生产中高炉温度仅能还原 MnO、FeO，电炉温度才能还原 Al2O3，SiO2 。 二、炼铁：目前最常用的方法有高炉炼铁，直接还原和熔融还原铁三种方法。 （一）炼铁原料： 1，铁矿石：一种或几种含铁矿物和脉石组成 2，燃料：焦炭，并作为还原剂 3，熔剂：有酸、碱之分，多选用碱性石灰石 （二）炼铁前处理： 1. 铁矿石：破碎，筛分，选矿，烧结，造块 （1） 破粹，各式破粹机 （2） 选矿：水选，磁选 （3） 烧结，造块 2焦炭燃料 炼焦的煤粉或几种煤粉混合物在煤焦炉内， 隔绝空气加热至 10001100， 干馏后留

9、下多孔块状产物。 基本要求：含炭量多，控制 S、P、水、挥发物含量，有足够发热量，坚固，以及气孔率大和粒度均匀。 （三）高炉生产 炉料：铁矿石，焦炭，熔剂从顶部加入，向下运行， 顶部 200区：铁矿+CO部分铁间接还原 2CO+O2CO2 与粉状、烟状的游离碳 中部 1100区：游离碳进入矿石中，将残存Fe2O3 直接还原成 Fe，剩余的 Fe2O3 溶解于 Fe 中，使 word 文档 可自由复制编辑 Fe 熔点降低，由固态变成海绵铁。 石灰石高温分解成 CaO+酸性脉石，并进入炉渣。 增碳带 T1000区：Fe2O3FeO 风口处 T1500区：Fe2O3铁，熔融的铁水与炉渣一起进入炉缸，

10、并分层次分布，轻的渣浮在铁 水表层，分别从两口排出。 A.炉渣：其它工业原料、制水泥、造砖、铺路。 B.铁水：浇铸生铁锭W（C）=2%，并含 Fe、Si、Mn、P、S。 品种有： a.铸造生铁（灰铸铁）：含 Si 较多，C 以游离石墨形式存在，灰色断面。 b.炼钢生铁（白口生铁）：碳以 Fe3C 形式存在，银色断口。 c.高锰、高硅特种生铁：炼钢用作脱氧剂或炼制合金钢附加材料。 （四）高炉冶金的理化过程： 燃料的燃烧，铁的还原，铁的增碳，其它元素还原，去硫、造渣。 1燃料的燃烧：焦碳自炉顶下落至风口时与空气相遇，燃烧，进行放热反应。 C+O2CO2+16001750 CO2 上升，遇赤热焦碳，

11、被还原成 CO CO2+C2CO- CO 热气继续上升，遇热矿石，发生还原反应，将 Fe 还原出来 2 铁的还原：直接或间接还原两种 1） 直接还原：950以上，固体碳呈烟状进入矿石孔隙内完成反应。 FeO+CFe+CO 2COCO2+C 2） 间接还原：开始于炉口（250350）终止于950。顺序地利用CO，将高价的铁氧化物还 原成低价的铁氧化物。 3Fe2O3+CO2Fe3O4+CO2 2Fe3O4+2CO6FeO+2CO2 6FeO+6CO6Fe+6CO2 word 文档 可自由复制编辑 3 铁的增碳：从矿石还原出的铁,初期含碳量低，呈固态海绵状，当其下落过程与焦炭接触，不 断吸收碳，并

12、被碳饱和。C 含量增加，也降低了铁的熔点，呈熔融态。 生铁的最终碳含量决定下列元素的含量 1） Mn、Cr、V、Ti 等元素与碳形成碳化物溶于生铁中可提高生铁的含碳量，如锰铁 W（Mn） =80%的 W（C）7% 2） Si、P、S 等能与铁生成化合物，减少溶解碳的铁，降低生铁含碳量，Si 铁中 Wc3.75% 4 其它元素的还原： 1） 锰还原：矿石中带进，以 MnO2 形态存在。顺序由高价还原生成低价，最终为 Mn。 700: MnO2+CMnO+CO 1100: MnO+CMn+CO 仅有 4080锰被还原并溶于铁，其余或被烧损或进入炉渣与SiO2MnSiO3 若提高温度，或提 高渣的碱

13、度可将渣中锰还原出来。 2） 硅的还原：存于脉石中的 SiO2，在 T1100条件下被固体 C 还原出来。 SiO2+2CSi+2CO 3） 磷还原：矿石中 Ca3(PO4)2 在 1200条件下，被固态碳或 SiO2 还原。 Ca3(PO4)2+5C3CaO+2P+5CO 或 2Ca3(PO4)2+3SiO23CaSiO4+2P2O5 P2O5+C4P+10CO 还原中，P 与 Fe 结合成 Fe2P 或 Fe3P 溶于铁中 5 去硫： 以 FeS 存在于铁中，会降低生铁质量，可在炉料中加适量石灰石去除： FeS+CaOCaS+FeO 6 造渣： 炉渣具有重要作用： 1）熔化其余各种氧化物，

14、控制生铁合格成分。 2） 浮在熔融液表面，能保护金属，防止其过分氧化、热量散失或不致过热。因添加剂不同，有酸 性、碱性、中性渣。 word 文档 可自由复制编辑 造渣是矿石中废料，燃料中灰分与熔剂熔合过程的产物。与熔融金属液不互熔，又比其轻，能浮在 熔体表面，便于排出。 主要成分；SiO2、Al2O3、CaO,及少量 MnO、FeO、CaS 等。 （五）直接还原与熔融还原 1） 高炉炼铁的缺点：投资大、流程长，能耗高，污染大。 2） 改进：不用焦碳，不用高炉，用烟煤或天然气作还原剂，采用直接还原或熔融还原生产铁，以供 电炉炼钢二次精炼，连铸连轧。 3） 直接还原：用煤或天然气等还原剂直接将固态

15、铁矿石还原成固态海绵铁。可用煤基回转窑、气基 竖炉等设备直接还原。 煤基回转窑中：Fe2O3+3CO2Fe+3CO2 气基竖炉中：CH4+H2OCO+3H2+天然气裂化反应 Fe2O3+3H22Fe+3H2O Fe2O3+3CO2Fe+3CO2 4)熔融还原：用铁矿石和普通烟煤作原料，在汽化炉的流化床中，将直接还原得到海绵铁进一步加热 熔化，在熔融汽化炉的炉底形成铁水与炉渣的熔池。 三、炼钢 一）、任务 将生铁中过量的碳、硅、锰等元素氧化去除，使其含量降到规格范围，并将有害元素硫、磷造渣去除， 使其含量降到规格范围以下。 主要进行脱碳、脱硅、脱锰、脱硫、脱磷及脱氧反应。 二）、炼钢过程的物理化

16、学原理 （一） 脱碳：炼钢的最主要反应，是通入纯度 99.5%以上的氧气，通过两种氧化方式（直接或间 接）进行 1、直接氧化：在温度高于 1100条件下 2C+O22CO 2、间接氧化：在温度低于 1100条件下 2Fe+O2FeO word 文档 可自由复制编辑 C+FeO Fe+CO 碳氧化时需要吸收大量的热。要保证上述反应顺利进行需在较高温度下进行。 脱碳（碳氧化）时产生的CO 气体有助于钢搅动“沸腾”，均匀成分，并能有效清除钢液中气体和非金 属夹渣。 (二） 脱硅、锰: 也有两种氧化方式，直接与间接，但主要以间接氧化方式进行。因为放热反应，低温时就可进行。 实际上自炉料熔化后，反应就已

17、经开始进行。钢液中硅、锰含量开始减少。反应生成物还与 FeO 或相互反 应生成炉渣。 直接： Si+O2SiO2 2Mn+O22MnO 间接 ：Si+2FeOSiO2+2Fe Mn+FeOFe+MnO 炉渣：SiO2+2FeO2FeOSiO2 SiO2+2MnO2MnOSiO2 (三） 脱磷：高炉炼铁时，还原的 P 几乎全还原进入铁中。铁水或钢中磷是以 Fe2P 形态存在。炼 钢利用炉渣中 FeO 及 CaO 与其化合生成磷酸钙渣去除，该反应为放热反应，低温下皆可进行。 Fe2P+5FeO+4CaO(CaO)4P2O5+9Fe 渣中含有足够量 CaO，即高碱性、强氧化性炉渣是脱磷的保证。 (四

18、） 脱硫：利用渣中足够的 CaO，把其中 FeS 去除。 其反应式为 FeS+CaOFeO+CaS 生成的 CaS 渣不熔于钢液，且比其轻，浮在钢液表面。 值得注意的是：该反应为可逆反应，当渣中FeO 过量时，反应可逆向进行，使硫重回到钢液中，为 此需在渣中加入碳，利用碳与 FeO 反应，减少 FeO。 FeS+CaO+CFe+CaS+CO word 文档 可自由复制编辑 （五） 脱氧：利用脱氧剂除去钢液中残留的氧化亚铁中氧，并还原出铁来。生成物可聚集上浮到钢 液表面，常用的脱氧剂有锰铁、硅铁、铝等： Me+FeOMeO+Fe 反应达到平衡时钢中两者含量满足：MeFeO=K（平衡常数）表明：一

19、定温度时钢中两者残留 量成反比：脱氧元素量增多，FeO 残留量减少。 具体方法有两种：沉淀脱氧，扩散脱氧。 1、沉淀脱氧：脱氧剂直接加入钢液中，并与 FeO 反应脱氧。速度虽快，脱氧产物 MnO、SiO2、Al2O3 可留在钢液中。 2 扩散脱氧：利用加在炉渣中的脱氧剂与 FeO 反应，减少内中 FeO 含量，破坏了 FeO 在炉渣及钢液 中的浓度平衡，使钢中 FeO 向渣中扩散，间接脱氧，该法速度虽慢，但除氧彻底。 最佳方法是：两者结合，用锰铁沉淀脱氧，再用碳粉和硅铁扩散脱氧，最后用铝沉淀脱氧。 基本反应 a碳脱氧：FeO+CFe+CO 主要在渣中进行，不产生非金属氧化物，利于优质钢产生，缺

20、点是：1600时与 0.3c相平衡的 氧含量 0.007，在冷却过程，可再次发生碳氧反应。产生钢锭中气孔、疏松等缺陷。在碳脱氧的缓慢过 程中，容易引起增碳。 b 锰脱氧：虽为弱脱氧剂，加入钢液中（适用于所有钢液）： Mn+2FeOMnO+Fe 生成物 MnO 不溶于钢液，还与 SiO2、FeO 结合生成难熔炉渣，上浮去除，冷却凝固过程中，Mn 还能与 S 形 成高熔点 MnS，降低钢中 S。 c 硅脱氧：作为强脱氧剂，产物为固体 SiO2，并放热，低温利于脱氧。 碱性炉中脱氧产物 SiO2 可与碱性氧化物化合，生成复合氧化物，减少自由 SiO2 含量。若先用锰 进行预脱氧，生成的 MnO2 也能与 SiO2 结合，减少自由 SiO2 含量，使反应不断进行，增强了 Si 的脱氧能 力。 d 铝脱氧：作为强氧化剂，反应为： 2