选课课号：
3YJ0502A.01
课程类别：
公选课
《冶金工程概论》课程考核
（课程论文）
题目：钢铁联合企业的主要生产环节
作 者： 学 号： 授课教师： 班 级：
田世龙
重庆科技学院冶金与材料工程学院 2014年 6 月
中国
重庆 钢铁联合企业的主要生产环节
摘要：本论文论述了钢铁冶金联合企业的主要生产环节、主要冶金技术以及炼钢炼铁的基本方法。
关键词：冶金方法 钢铁生产过程 炼钢炼铁方法
Steel company's main production sectors XU Hang Chongqing CQUST Mechanical College 401331 Abstract：This paper discues the major iron and steel metallurgy joint venture production procees, mainly metallurgical techniques and basic methods of steelmaking iron.Key words：Metallurgical Technology，Steel production proce，Steelmaking iron approach 引言：
经过了一个学期的冶金工程概论课程的学习，我对冶金有了一定的了解，本文是我从这门课中学到的冶金方面知识的小探讨。
什么是钢铁？
钢铁是铁与C（碳）、Si（硅）、Mn（锰）、P（磷）、S（硫）以及少量的其他元素所组成的合金。其中除Fe（铁）外，C的含量对钢铁的机械性能起着主要作用，故统称为铁碳合金。它是工程技术中最重要、也是最有最主要的，用量最大的金属材料。
1.钢铁冶金联合企业主要生产环节
在钢铁冶金联合企业中，主要的生产环节是烧结、高炉、炼焦炉、转炉、电弧熔炉、精炼、连续铸造、轧钢。 1.1各生产环节的内容和过程
（1）烧结。 在烧结车间中，制备铁矿石。铁矿石被压碎碾成标准化的颗粒，被烧结或粘合在一起。烧结的铁矿石随后被压碎，并按一层焦炭、一层矿石的交替方式，被加入高炉中。焦炭是是从富炭煤蒸馏出的固体残渣，极易燃烧。
（2）高炉。 在高炉中，从铁矿石中提取铁。固态的矿石和焦炭由顶部加入高炉，而高炉底部送来的一股热气（1200℃）致使几乎是100%含炭量的焦炭开始燃烧。 这便产生了碳的氧化物，它通过除氧过程来减少了氧化铁，从而分离出铁。 由燃烧产生的热量将铁和脉石（矿石中矿物的集合）熔化成液体。 脉石，由于比较轻，会漂浮至铁水表面，就是所谓的“生铁”。炉渣是熔融脉石产生的残渣，可用于其他工业用途，比如用于铺设道路或生产水泥。 （3）炼焦炉。 是煤在炼焦炉中通过干馏（即将不需要的成分气化掉）得到的可燃物质。焦炭几乎是纯碳，其结构呈多孔状，且抗碾性能很强。焦炭在高炉中燃烧，提供了熔化铁矿石所需的热量和气体。
（4）转炉。 在吹氧转炉中，生铁转换成钢铁。熔化的生铁会被倒在一层铁屑上。 碳和残渣等不需要的物质都会通过注入纯净的氧气燃烧掉，从而生产出粗钢。 然后，残渣或者炉渣就会被撇去。 粗钢(之所以称为粗钢，是因为它还必须经过进一步的精炼)然后倒入桶内。
（5）电弧熔炉。 加入电弧熔炉炉中的可以是经过选择的但未经处理的废(比如旧的机器零件），或者可以是含铁量至少为92％的经过筛选的、碾碎的、达到标准的废铁。 废铁在电弧熔炉中被熔化。这就生产出了钢水，然后进行与生铁同样的精炼和分级。 废铁包括报废的钢制包装材料、建筑材料、机器和车辆零件、或者从炼钢过程或由钢铁加工装置产生的废生铁和钢铁。针对每种不同钢种，原材料的都必须经过仔细的选择。 这种选择取决于任何废铁中金属或矿石都可能含有的“杂质”的类型。电弧熔炉磁性“废钢桶”将原料送入熔炉中。冶炼过程由强大的电弧驱动，这些电弧在电极和熔炉中的原料之间“跳动”。残渣或炉渣会从熔炉中回收。最终的产品是钢水，现在正被送入钢包炉和分级设备。 （6）精炼。 精炼（脱碳）和化学添加剂的夹杂物 这两项操作需在一个真空密封的容器中进行。 钢铁借助惰性气体－氩气在精炼桶和容器之间旋转。 这一工艺过程使得钢铁的化学成分得到高精度的调整，以得到特种钢铁。
（7）连续铸造。 这里所示的是正在铸造的扁钢锭。 钢水被不断地倒入没有底部的铸模中。 当铸模被拉动时，钢铁就开始与铸模的水冷内壁接触，并开始凝固。 然后，铸造好的金属由一连串的辊筒引导被向下拉，同时持续得到冷却。当它到达末端时，钢铁已完全凝固，并立刻被切成所需的长度。
（8）轧钢。 将坯料转变为最终成品。 此时，扁钢锭被转轧制成薄板。 扁钢锭首先在炉中被再加热。 这使它具有更好的延展性，促进拔出和成形。 紧接着，坯料通过了台架的轧辊而被“瘦身”，或者使它逐渐地变薄。 1.2各生产环节的主要设备
（1）烧结机。烧结机有效烧结面积一般应≥90m2；主机驱动装置为柔性传动或刚性传动，交流变频调速，烧结机系统漏风率≤50%；配料采用自动重量配料；有蒸汽预热或热返矿等提高料温的措施；点火器为节能型点火器；有简单的烧结矿冷却余热利用装置；有简单的整粒流程；采用PLC或模拟式检测仪表对生产过程进行自动操作、控制及管理；有废水处理设施；所有产尘点均设有除尘设施，粉尘排放浓度度≤100mg／m3；产生噪音的设备设有消声设施。
（2）高炉（400m3及以上）。无料钟炉顶，炉顶压力0.1—0.15Mpa，或双钟单室炉顶结构，炉顶压力为0.05MPa及以上；有主要参数的检测装置，高炉配料、上料、炉顶布料及热风炉操作等采用PLC等作自动控制；热风炉能保证热风温度在1000℃以上，热风炉一代寿命≥1倍高炉炉体寿命；有煤粉喷吹设施，煤比≥120kg／t—p；出铁场、原料系统有较完备的除尘设施，粉尘排放浓度≤100mg／m3。
（3）焦炉。焦炉炭化室高≥4.3m；具有主要工艺参数的检测仪表、传动设备有必要的电气联锁控制；装煤采用高压氨水消烟装置、熄焦塔设有捕尘装置。
（4）电炉。公称炉容量≥60t；普通功率（吨钢功率450～600kVA），冶炼时间100～120minn；配有必要的检测仪表，设有电极升降自动控制；配备吹氧装置；有烟气除尘设备。 （5）转炉。公称容量≥50t；采用部分铁水预处理，在转炉配套设备上具备挡渣出钢装置，溅渣护炉装置，炉令≥5000炉；配备炉前钢水快速分析系统；建立计算机系统，采用自适应统计模型进行静态过程控制或以经验模型指导操作。具备物料称量、采用PLC等进行氧气、氧枪、煤气回收、铁水预处理、炉外精炼的控制系统；配备一次、二次烟气除尘及废水处理设施；配有煤气回收系统。
（6）连铸机。具有必要的检测仪表以及继电联锁控制系统；配备钢包吹氩、保护浇注等保证铸坯质量的简易设施；配有水处理设施。
（7）钢梁轧机。可生产大型型材；推钢式加热炉；轧机配置为架开坯机，和多架横列式轧机；步进式冷床（或推钢式冷床），长尺或短冷却；普通辊式矫直机，采用热锯或冷锯定尺锯切；压力矫直机；人工落垛、打捆、贴标记。
（8）轨梁轧机。步进梁式加热炉，炉前、后设装、取料机；一架开坯机和一
2、主要冶金技术 2.1火法冶金
火法冶金是在高温条件下进行的冶金过程。矿石或精矿中的部分或全部矿物在高温下经过一系列物理化学变化，生成另一种形态的化合物或单质，分别富集在气体、液体或固体产物中，达到所要提取的金属与脉石及其它杂质分离的目的。实现火法冶金过程所需热能，通常是依靠燃料燃烧来供给，也有依靠过程中的化学反应来供给的，比如，硫化矿的氧化焙烧和熔炼就无需由燃料供热；金属热还原过程也是自热进行的。
火法冶金包括：干燥、焙解、焙烧、熔炼、精炼、蒸馏等过程。
2.2湿法冶金
湿法冶金是在溶液中进行的冶金过程。湿法冶金温度不高，一般低于100℃，现代湿法冶金中的高温高压过程，温度也不过200℃左右，极个别情况温度可达300℃。湿法冶金包括：浸出、净化、制备金属等过程。 浸出用适当的溶剂处理矿石或精矿，使要提取的金属成某种离子（阳离子或络阴离子）形态进入溶液，而脉石及其它杂质则不溶解，这样的过程叫浸出。浸出后经沉清和过滤，得到含金属（离子）的浸出液和由脉石矿物绢成的不溶残渣（浸出渣）。对某些难浸出的矿石或精矿，在浸出前常常需要进行预备处理，使被提取的金属转变为易于浸出的某种化合物或盐类。例如，转变为可溶性的硫酸盐而进行的硫酸化焙烧等，都是常用的预备处理方法。
净化在浸出过程中，常常有部分金属或非金属杂质与被提取金属一道进入溶液，从溶液中除去这些杂质的过程叫做净化。
制备金属用置换、还原、电积等方法从净化液中将金属提取出来的过程。 2.3电冶金
电冶金是利用电能提取金属的方法。根据利用电能效应的不同，电冶金又分为电热冶金和电化冶金。
电热冶金是利用电能转变为热能进行冶炼的方法。在电热冶金的过程中，按其物理化学变化的实质来说，与火法冶金过程差别不大，两者的主要区别只饲冶炼时热能来源不同。 电化冶金（电解和电积）是利用电化学反应，使金属从含金属盐类的溶液或熔体中析出。前者称为溶液电解，如锕的电解精炼和锌的电积，可列入湿法冶金一类；后者称为熔盐电解，不仅利用电能的化学效应，而且也利用电能转变为热能，借以加热金属盐类使之成为熔体，故也可列入火法冶金一类。从矿石或精矿中提取金属的生产工艺流程，常常是既有火法过程，又有湿法过程，即使是以火法为主的工艺流程，比如，硫化锅精矿的火法冶炼，最后还须要有湿法的电解精炼过程；而在湿法炼锌中，硫化锌精矿还需要用高温氧化焙烧对原料进行炼前处理。
3、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。高炉炼铁是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。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Fe2O
3、Fe3O
4、Fe2SiO
4、Fe3O4·TiO2等)还原为液态生铁。 3.1高炉炼铁
3.1.1主要过程如下：
a) 炉顶装入铁矿石、焦炭、造渣用熔剂(石灰石)。 b) 从炉子下部沿炉周的风口吹入经预热的空气。 c) 在高温下焦炭（也喷吹煤粉、重油、天然气等辅助燃料）中的碳同鼓入空气中的氧燃烧生成的一氧化碳和氢气，在炉内上升过程中除去铁矿石中的氧，从而还原得到铁。 d) 炼出的铁水从铁口放出。
e) 铁矿石中不还原的杂质和石灰石等熔剂结合生成炉渣，从渣口排出。
f) 产生的煤气从炉顶导出，经除尘后，作为热风炉、加热炉、焦炉、锅炉等的燃料。 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。
3.1.2高炉炼铁特点
（1）高炉冶炼是在炉料与氧气气流逆向运动过程中完成各种错综复杂的化学反应和物理变化的，炉内主要是还原性反应。
（2）高炉是密闭的容器，除装料、出铁、出渣及煤气外，操作人员无法直接观察到反应过程的状况，只能凭借仪器仪表间接观察炉内状况。
（3）高炉是连续的、大规模的高温生产过程，机械化和自动化水平较高。
4、炼钢
钢与生铁都是以铁元素为主，并含有少量碳、硅、锰、磷、硫等元素的铁碳合金，二者差别就是C元素的含量。 4.1炼钢的基本任务：
a) 脱碳并将其含量调整到一定范围。
b) 去除杂质，主要包括：脱磷（冷脆）、脱硫（热脆）、脱氧、去除气体（氢、氮）和非金属夹杂物（氧化物、硫化物、磷化物、氮化物等） c) 调整钢液成分和温度 d) 将钢液浇注成质量好的钢锭或钢坯。 4.2炼钢工艺主要包括：
1）铁水预处理；2)转炉或电弧炉炼钢；3)炉外精炼(二次精炼)；4)连铸。炼钢过程是个氧化过程，其去除杂质的主要手段是向熔池吹入氧气并加入造渣剂形成熔渣出来。脱碳反应是炼钢过程的主要手段，硅、锰、磷、硫等元素也通过氧化反应去除。炼钢的原料有生铁、废钢、熔剂(石灰石等)、脱氧剂(硅铁、锰铁、铝等)、合金料等。 4.3炼钢方法---转炉炼钢、电炉炼钢和平炉炼钢 4.3.1转炉炼钢
利用吹入空气或氧气对熔融的铁水进行氧化脱碳，炼出合格成分的钢锭。按炉衬材料性质有酸性、碱性之分，按吹入氧气的方式有底吹、顶吹、侧吹之分。
1） 原料：高炉经钢包送来的铁水，
2） 操作：倾斜炉体，顺序加入石灰石、熔剂、废钢、铁水，插入水冷喷嘴，喷射高纯氧产生反应：2Fe+O2→FeO ，FeO进入熔体扩散，完成脱碳、氧化吹炼。脱碳→CO→熔体沸腾，氧化加速。火焰由黄褐色→暗红色→长而明亮火焰→明显减少→液面平静→脱碳氧化结束。 4.3.2电炉炼钢：有电弧炉、感应电炉炼钢之分。
（1） 电弧炉炼钢：依靠插入金属炉料间的电极通电后，产生的电弧熔化炉料。随着炉料不断熔化，池面上升，电极上升，到最高点时，炉料已完全熔化。此时，先后进入熔化、氧化期、还原期。 A．熔化期：
金属液体与炉气接触：2Fe+O2→2FeO 炉渣中：FeO+O2→Fe2O3或Fe3O4 渣界面上：Fe2O3或Fe3O4被Fe重新还原成FeO，一部分按分配定律进入钢液的FeO与硅、锰、磷氧化并与CaO生成炉渣，放热,使炉温上升到1590℃ B．氧化期 T>1590℃ 反应：
a [C]+[O]→CO 上升的气泡会不断吸收钢液中的H
2、N2，使钢液中的含气量下降。 b 脱P: 应控制渣中FeO、CaO浓度，形成烧结的4CaOP2O3渣，并及时排渣。 C．还原期：脱氧、脱S，调整温度与成分。加入锰铁预脱氧后，加入生石灰、萤石、碳粉
FeO+C→Fe+CO FeS+CaO→Ca2S(进入渣中)+FeO 4.3.3平炉炼钢
平炉炼钢的过程通常分为补炉、装料（铁矿石、石灰和废钢）、加热、兑铁水、熔化、精炼、脱氧和出钢等几个步骤。平炉炼钢的优点 A.可大量使用废钢，而且生铁和废钢配比灵活；
B.对铁水成分的要求不像转炉那样严格，可使用转炉不能用的普通生铁； C.能炼的钢种比转炉多，质量较好 4．4连铸
连续铸钢是通过连铸机将钢液连续地铸成钢坯的工序。与模铸相比，连铸具有以下优越性：
1)简化工序、节能；2)铸坯切头率降低、金属收得率比模铸高7~12%；3)高效凝固；4)优化成型。
连铸工艺的流程为：钢液通过中间包注入结晶器内，迅速冷却成具有一定厚度的凝固壳而内部仍为液态的铸坯。铸坯下部与伸入结晶器底部的引锭杆衔接，浇注开始后，拉坯机通过引锭杆把结晶器内的铸坯以一定速度拉出。铸坯通过连铸二次冷却区时，进一步是受到喷水冷却直到完全凝固。完全凝固后的铸坯通过拉矫机矫直后，切割成规定长度，由输送辊道运出。 4.5轧钢
轧制过程是轧件与轧辊之间的摩擦力将轧件拉进不同旋转方向的轧辊之间使之产生塑性变形的过程。一般的轧钢工序可分为：加热炉 粗轧 中轧 精轧 精整。
由以上这个复杂的生产体系可以看出：要完成这个复杂的工作，在人员配备有一定的要求。完成炼钢过程，不仅需要铁矿石等这些原料，还需要人力资源。因为人力资源是“第一资源”，只要做到“知人善用，量长使用，任人唯贤，用人所长”，就能使工作效率提高。
