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《钢铁冶金概论》

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现代钢铁联合企业各主要工艺流程

日期：2010.12.06

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现代钢铁联合企业各主要工艺流程

钢铁冶金简介及学习体会

摘要：现代钢铁联合企业各主要工艺流程主要分为流程为铁前准备、高炉炼铁、转炉炼钢、炉外精炼、连铸、热轧。并对冶金新技术中富氧烧结技术的重要意义和影响富氧烧结的因素进行了分析。最后总结了个人对现代钢铁联合企业各主要工艺流程和学习了本课程的一点体会。

关键词：钢铁生产工艺流程富氧烧结个人体会

1概述现代钢铁联合企业各主要工艺流程

1.1第一个流程为铁前准备

主要有铁矿石造块烧结和焦化生产

铁矿石造块烧结：就是把铁矿粉、熔剂、燃料及返矿按一定比例制成块状或球状冶炼原料的一个过程。

其具体生产流程为：烧结作业系将粉铁矿和各类助熔剂及细焦炭经由混拌、造粒后，经由布料系统加入烧结机，由点火炉点燃细焦炭，经由抽气风车抽风完成烧结反应，高热之烧结矿经破碎冷却、筛选后，送往高炉作为冶炼铁水之主要原料。但天然富矿不用烧结。 焦化生产流程： 洗煤 配煤 炼焦 熄焦 产品处理

焦炭的四个作用：①热源；②料柱骨架；③还原剂；④渗碳。 铁前准备用简图表示相关过程为： 矿石破碎

贫矿 磨矿筛分

选矿 造块 人造富矿 富矿 混匀天然块矿 高炉

其中常用铁矿石有：磁铁矿石、赤铁矿石、褐铁矿石、菱铁矿石。

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富矿一般指不需选矿即可直接入炉或直接加工利用的矿石。

对铁矿石的评价可从以下几点：①铁矿石品位；②脉石成分；③杂质元素；④矿石的还原性；⑤矿石的高温性能；⑥矿石的强度与粒度组成；⑦矿石的化学成分稳定性，判定铁矿石的好与差。

在烧结机上料层分层，其分为

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：烧结矿层，燃烧层，预热干燥层，过湿层和垫底料层。

1.2第二个流程为高炉炼铁

高炉炼铁：就是将铁矿石、焦炭及助熔剂由高炉顶部加入炉内，再由炉下部鼓风嘴鼓入高温热风，产生还原气体，还原铁矿石，产生熔融铁水与熔渣之炼铁制程。

高炉炼铁的具体生产流程为：在尽量低能量消耗的条件下，通过受控炉料及煤气流的逆向运动，高效率的完成还原、造渣、传热及渣铁反应等过程，得到化学成分与温度较为理想的液态金属产品。高炉炉料经各种化学还原反应生产出合格铁水然后通过鱼雷罐送入炼钢，然后作为炼钢原料入转炉冶炼成钢。炉渣经水冲渣排入渣池，通过渣水分离，炉渣排走，水循环利用。高炉冶炼过程中产生的付产品——高炉煤气做为低热值气体燃料供热风炉，烧结，锅炉，预热炉和加热炉等使用。高炉的生产是连续进行的。一代高炉（从开炉到大修停炉为一代）能连续生产几年到十几年。生产时，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（1000～1300摄氏度），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。

高炉的结构组成自上而下主要分为：炉喉、炉身、炉腰、炉腹和炉缸5个主要部分和其它次要部分。

高炉内状况，高炉内可大致分为五个区域或五个带： 1）炉料分保持装料前块状状态的块状带； 2）矿石从开始软化到完全软化的软熔带；

3）已熔化的铁水和炉渣沿焦炭之间的缝隙下降的滴落带； 4）出于鼓风动能的作用，焦炭作回旋运动的风口回旋区； 5）风口以下，贮存渣铁完成必要渣铁反应的死料带。

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高炉内发生的还原反应为：MeO+X=Me+XO,还原反应是X夺取金属氧化物MeO中的氧，使之变为金属或该金属的低价氧化物的反应。高炉内铁氧化物的还原： 1） 用CO和H2还原铁氧化物即间接还原； 2） 用固体碳还原铁氧化物即直接还原。

只有当二者的比例在适宜范围内时，才能降低焦比，取得最佳效果。

高炉在生产过程中，铁矿石中的铁氧化物还原出金属铁；铁矿石中的脉石和焦炭中的灰分等与熔剂相互作用生成低熔点的化合物，形成非金属物液相，即为炉渣。

高炉渣的作用，主要有以下四点： 1） 使渣铁分离得到纯净的生铁；

2） 脱硫和合金元素的还原，起调整成分的作用；

3） 对高炉炉况的顺行、炉缸热制度以及炉龄等方面也有很大影响； 4） 保护炉衬。

1.3第三个过程为转炉炼钢

转炉炼钢：广义上说就是以铁水、废钢、铁合金为主要原料，不借助外加能源，靠铁液本身的物理热和铁液组分间化学反应产生热量而在转炉中完成炼钢过程，铁水通过氧化反应脱碳、升温、合金化的过程。它的主要任务是脱碳、脱氧、升温、去除气体和非金属夹杂、合金化。 转炉渣的作用，主要有以下五点： 1） 调整炉渣的成分、性质、和数量； 2） 吸收金属液中的非金属夹杂物； 3） 减少热损失，防止负液吸收气体；

4） 能吸收铁的蒸发物和转炉氧流下的反射铁粒； 5） 延长炉衬的寿命。

转炉的金属主要构件为：1炉壳；2支承装置；3倾动机构。

转炉工艺流程：

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按照配料要求，先把废钢等装入炉内，然后倒入铁水，并加入适量的造渣材料（如生石灰等）。加料后，把氧气喷从炉顶插入炉内，吹入氧气（纯度大于99％的高压氧气流），使它直接跟高温的铁水发生氧化反应，除去杂质。用纯氧代替空气可以克服由于空气里的氮气的影响而使钢质变脆，以及氮气排出时带走热量的缺点。在除去大部分硫、磷后，当钢水的成分和温度都达到要求时，即停止吹炼，提升喷，准备出钢。出钢时使炉体倾斜，钢水从出钢口注入钢水包里，同时加入脱氧剂进行脱氧和调节成分。钢水合格后，可以浇成钢的铸件或钢锭，钢锭可以再轧制成各种钢材。氧气顶吹转炉在炼钢过程中会产生大量棕色烟气，它的主要成分是氧化铁尘粒和高浓度的一氧化碳气体等。因此，必须加以净化回收，综合利用，以防止污染环境。从回收设备得到的氧化铁尘粒可以用来炼钢；一氧化碳可以作化工原料或燃料；烟气带出的热量可以副产水蒸气。此外，炼钢时，生成的炉渣也可以用来做钢渣水泥，含磷量较高的炉渣，可加工成磷肥。

1.4第四个流程为炉外精炼

炉外精炼：将转炉、电炉初炼的钢水转移到另一个容器（主要是钢包）中进行精炼的过程，也称“二次冶金”或钢包精炼。因此，炉外精炼把传统的炼钢过程分两步进行：

1）初炼：在氧化性气氛下进行炉料的熔化、脱磷、脱碳和合金化；

2）精炼：在真空、惰性气氛或可控气氛下进行脱氧、脱硫、去除夹杂、夹杂物变性、微调成分、控制钢水温度等。

渣洗：最简单的精炼手段；真空：目前应用的高质量

钢的精炼手段：搅拌：最基本的精炼手段；喷吹：将反应剂直接加入熔体的手段；调温：加热是调节温度的一项常用手段。 主要的精炼工艺：

LF(LadleFurnaceprocess)钢包精炼炉；

AOD(Argon-oxygendecaburizitionprocess)氩氧脱碳精炼炉; VOD(Vacuumoxygendecreaseprocess)作为真空脱气设备; RH(RuhrstahlHeraeusprocess)真空循环脱气精炼炉;

(Compositionadjustmentsbysealedargon-oxygenblowingprocess)钢包内喷吹惰性气体(Ar气)搅

拌并设顶吹吹氧和加铝丸设备的工艺；

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喂线(Insertthread)；

钢包吹氩搅拌(Ladleargonstirring)； 喷粉(powderinjection)。

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1.5第五个过程为连铸

连铸：连铸即为连续铸钢（英文，ContinuousSteelCasting）的简称，就是合格钢水在铸机中冷却成坯的过程。

连铸生产流程：连续铸造作业乃是将钢液转变成钢胚之过程。上游处理完成之钢液，以盛钢桶运送到转台，经由钢液分配器分成数股，分别注入特定形状之铸模内，开始冷却凝固成形，生成外为凝固壳、内为钢液之铸胚，接着铸胚被引拔到弧状铸道中，经二次冷却继续凝固到完全凝固。经矫直后再依订单长度切割成块，方块形即为大钢胚，板状形即为扁钢胚。此半成品视需要经钢胚表面处理后，再送轧钢厂。

1.6第六个过程为热轧

轧钢：在旋转的轧辊间改变钢坯形状的压力加工过程。轧钢又分为热轧工艺和冷轧工艺。

热轧工艺:热轧生产线上，轧坯加热变软，被辊道送入轧机，最后轧成用户要求的尺寸。轧钢是连续的不间断的作业，钢带在辊道上运行速度快，设备自动化程度高，效率也高。从平炉出来的钢锭也可以成为钢板，但首先要经过加热和初轧开坯才能送到热轧线上进行轧制，工序改用连铸坯就简单多了。热轧成品分为钢卷和锭式板两种，经过热轧后的钢轨厚度一般在几个毫米,如果用户要求钢板更薄的话，还要经过冷轧。

冷轧工艺:经过热轧厂送来的钢卷，先要经过连续三次技术处理，先要用盐酸除去氧化膜，然后才能送到冷轧机组。在冷轧机上，开卷机将钢卷打开，根据用户多种多样的要求来加工。除了板材以外，轧钢厂也生产长材，如型钢、钢轨、棒材、圆钢和线材，它的生产过程和轧钢原理与板材类似，但是使用的轧辊辊型完全不同。

2冶金新技术之富氧烧结技术

富氧烧结的主要目的在于提高烧结矿的产量和质量；改善燃料利用率；降低固体消耗；提高烧结矿铁酸钙和粘结相含量；改善烧结矿相结构；提高转鼓强度；优化低温还原粉化率和还原性指标；加速混合料中焦粉燃烧；提高垂直烧结速度；强化烧结过程；还有利于烧结过程中硫的脱除；

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FeO含量比基准期略有提高，对烧结矿的其它化学成分基本无影响；还有利于提高烧结矿强度，降低筛分指数，对改善烧结矿粒度组成有利；烧结过程富氧对降低内部循环返矿量，提高烧结矿成品率。

对其烧结反应过程影响的主导因素有两个：一是原料的化学成分,主要指铁氧化物及碱度成分CaO和SiO2。二是烧结过程中料层的温度控制，主要由混合料配碳量、点火温度、料层高度、台车速度、抽风负压、冷却方式等控制。这两个因素都与烧结过程中的氧位密切相关,最终决定烧结矿成品的是烧结矿的矿物组成和结构[1]。富氧烧结是通过提高点火助燃空气和抽入料层空气的含氧量，改善燃料燃烧条件，增强燃烧带的氧化气氛.综合已有的国内外研究成果和生产实践，对于富氧烧结在烧结生产中主要优点已达成以下共识:首先，富氧烧结能提高燃料利用率，使得烧结液相生成量增加，保温时间延长，实现高氧位烧结，使烧结矿成品率及转鼓指数都随之升高。其次，富氧烧结能提高烧结机生产效率。另外，富氧烧结可使烧结料层中的固体燃料得到充分燃烧，提高其综合燃烧特性和燃料利用率，从而降低燃耗，实现厚料层烧结[2~3]。

富氧方式有点火富氧、烧结富氧、全程富氧三种。随着富氧的增加，强度有下降趋势。这是因为由于富氧使烧结层的温度提高，烧结层中硅酸盐液相量增加，同时脆性的钙钛矿也随之增加，而且富氧量越高，增加的越多，因此,烧结矿的强度随着富氧量的增加有下降的趋势[4]。烧结矿的产，质量随着配碳量的碳增加而增加，但增加的幅度和配碳量对烧结矿中FeO影响最大，富氧量的影响最小[5]。因此不用担心富氧烧结对烧结矿中的FeO有太大的影响,下面就着重对全程富氧的国内研究现状进行分析。

韶钢360m2烧结机富氧烧结试验表明：富氧有利于烧结过程中硫的脱除；富氧后烧结矿FeO含量比基准期略有提高，其主要原因是：试验过程中工艺参数基本保持不变，富氧后使燃烧温度提高，燃烧带相对加宽，表层透气性略有下降，料层中还原性气氛增强[6]。富氧有利于烧结过程中硫的脱除，对烧结矿的其它化学成分基本无影响。富氧烧结有利于提高烧结矿强度，降低筛分指数。富氧对改善烧结矿粒度组成有利。烧结过程富氧对降低内部循环返矿量，提高烧结矿成品率有利，可使产量增加1.0％以上。富氧浓度为21％至23％时，烧结矿的各项指标达到最好[7]。攀钢采用富氧点火烧结新工艺。

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梅钢3号烧结机进行富氧烧结试验研究,梅钢3号烧结机进行富氧烧结试验研究结果表明，富氧烧结效果显著。富氧烧结改善了燃料利用率，降低了固体消耗，提高了烧结矿铁酸钙和粘结相含量，改善了烧结矿相结构，转鼓强度提高了1.52%，低温还原粉化率和还原性指标均得到了优化，分别提高了0.328%和0.6%[8]。梅钢3号烧结机富氧烧结工艺由向烧结料层吹氧和富氧点火二部分构成，烧结机氧气罩呈弧形，离点火器出口7米，通过支架罩在台车上，氧气罩上部开有一条0.5米宽的槽，用于烧结供风；氧气罩由四段组成，每段长3米（有4个氧气喷头），总长12米，喷头距料面480mm,氧气喷头出口处压力约在0.04～0.06MPa。富氧烧结在氧气压力高于4.5公斤的前提下启用，烧结操作人员通过调节阀调整氧气流量，当氧气压力低于0.45MPa时调节阀自动切断烧结供氧。

攀钢研究成功的富氧点火烧结工艺已达国内领先水平。富氧点火工艺是烧结过程的一种有效方法,可提高烧结矿单机转鼓指数,降低硫含量,减少能耗,增加台时产量。工业试验表明,当点火助燃空气的含氧浓度提高到一定的数值时,烧结矿单机转鼓指数提高,烧结矿硫含量下降,工序能耗下降每吨公斤标煤,台时产量增加[9]。

富氧烧结工业试验结果与分析：制定了适宜的富氧烧结工艺流程图，供氧保温罩的结构形式，罩中供氧方式，氧气管道吹扫方式和烧结安全用氧方案后，在烧结氧气流量1800米3/小时，料层吹氧流量1680米3/小时，烧结机速度1.70m/min，吹氧时间7分钟，罩内氧浓度22～24%，富氧点火流量120米3/小时，点火助燃空气富氧浓度2%的条件下，研究了富氧烧结的效果[10]。 参考文献

[1]岑永权摘译烧结机机头原料粒度偏析研究[J],烧结球团信息[M],1986年第12期

[2]徐景寿译福山钢铁厂烧结车间的节能措施和今后的策略[J],国外烧结球团[M],1986年第4期

[3]秋月英美.水岛号烧结机的高料层操作[J],铁钢[M],1986年第12期 [4]黄炳华.高氧位条件下铁矿粉烧结过程的物理化学分析[J].烧结球团[M],1982，7（4）

[5]李思导.细磨铁精矿烧结混合料制拉的研究[J].烧结球团[M],1988,13（6） [6]付菊英.烧结球团学[M].长沙:中南工业大学出版社,1996:1～55

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[7]李益慎.国外烧结技术发展的动向[J].武钢技术,19;(8):8～15

[8]黎明.苏联烧结厂应用的几项新技术和新工艺[J].国外钢铁[M],1986;(5):1～6

[9]徐万仁.高炉喷吹煤粉的着火特性及添加催化剂的影响[J].炼铁学会主编.1995年炼铁学术会论文集.北京:1995:95～99

[10]赵连权.用于煤气化还原反应的一种催化剂[J].燃料化学学报[R],1990；18(4):382～384

3个人体会

从这个学期的第三周到目前为止，我们学习了丰富的知识。主要的知识，有如下这些：第一次的课是对钢铁的优越性能、钢铁的发展，以及目前概况作的一个总的介绍，在以后的课里，又讲了铁矿石、焦化生产、烧结工艺、高炉炼铁、焦炭的4个作用、炉料在高炉内5个区域、造渣的4个作用非高炉炼铁以及非高炉炼铁的基本任务、转炉炼钢、转炉结构、炉外精炼及炉外工艺、连铸、热轧、冷轧等知识，张老师不仅教给我们很多的书本知识，还有很多课外知识，主要如下：铁矿石目前的一些情况、国外的一些钢铁冶金概况等，其中给我印象最深的是那个steeluniversity网站，那是个很专业的网站。因为从网上所搜到的图片或课件都没有那里面的生动、形象。唯一这个课里不足的是，有很多的都是定性的东西，需要我们花时间去记忆，定量的计算很少，但这也可能是因为它毕竟是我们专业的任选概论课。

当了解了一些本专业的知识后，不禁常常想像自己一年后，如果想要到舒适的工作环境里；如果想要一份不赖的薪水；如果想要未来的美好。现在的我，只有倍加努力的学好本专业的知识！若今后大学毕业后到钢厂里没有实实在在的能力，那结果是可想而知，不言而喻。

目前，我国钢铁业概况，我们都知道若要振兴，就必须走精细化道路，必须走高端路线，造船业和汽车制造业、建筑业的兴旺，给轧钢行业带来机遇，但是矿石的涨价等问题给我国钢铁行业带来新的困境。

面对这些问题，但作为当代冶金行业的大学的我们，献身国家钢铁事业，立志报效祖国、社会、人民，让空中，地上，水里都有我们钢铁的身影，是作为当代冶金行业的大学生我们的任重而道远的任务。当然，

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这都涉及到许许多多实实在在的问题，那么就要求我们必须得一步一个脚印，实事求是。这与我们今后的人生之路是一样的。

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