1、炼钢学 学习总结 钢铁冶金钢铁材料是人类社会最主要使用的结构材料，也是产量最大、应用最广泛的功能材料，在经济发展中发挥着举足轻重的作用。尽管今年来钢铁面临着陶瓷材料、高分子材料、有色金属材料（如铝）等的竞争，由于其在矿石储量、生产成本、回收再利用率、综合性能等方面所具有的明显优势，在可以预见的将来，钢铁在各类材料中的重要地位仍然不会改变。炼钢学是研究将高炉铁水（生铁） 、直接还原铁或钢铁加热、溶化，通过化学反应去除铁液中的有害杂质，配加合金并烧铸成半成品铸坯的工程科学。炼钢包括以下主要过程：1.去除钢中的碳、磷、硫、氧、氮、氢等杂质组分以及由废钢带入的混杂元素铜、锡、铅、铋等；2为了保证冶炼和
2、浇铸的顺利进行，需将钢水加热升温至 16001700；3.普通碳素钢通常需含锰、硅，低合金钢和合金钢则需含有铬、镍、鉬、鎢、钒、钛、铌、铝等，为此在炼钢过程中需向钢液配加有关合金以使之合金化；4.去除钢液中内生和外来的各类非金属夹杂物；5.将合格钢水浇铸成方坯、小方坯、圆坯、板坯等；6.节能和减少排放，包括回收转炉炼钢煤气、炼钢烟气余热利用、减少烟尘和炉渣排放以及炼钢烟尘污泥、炉渣、耐火材料等的回收利用。一、炼钢法的变迁：1.1856 年英国人 H.Bessemer 发明 酸性底吹转炉炼钢法 1879 年英国人 S.G. Thomas 发明碱性空气底吹转炉炼钢法 20 世纪 50 年代氧气顶吹
3、转炉炼钢法 1952 年氧气顶吹转炉炼钢方法，在奥地利被发明成功。 氧气底吹转炉炼钢法 了顶底复吹氧气转炉炼钢方法，2. 1856 年平炉炼钢方法（酸性炉衬）碱性平炉炼钢方法很快被开发成功 1899 年电弧炉炼钢方法也被发明成功。最早起始于 1856 年英国人 H.Bessemer 发明的酸性底吹转炉炼钢法，该方法首先解决了大规模生产液态钢的问题，奠定了近代炼钢工艺方法的基础。 （空气与铁水的直接作用，具有很快的冶炼速度，当时的主要炼钢方法。但是工艺采用的是酸性炉衬，不能造碱性炉渣，因而不能进行脱磷和脱硫。 ）1879 年英国人 S.G. Thomas 发明了碱性空气底吹转炉炼钢法，成功地解决
4、了冶炼高磷生铁的问题。由于西欧许多铁矿为高磷铁矿，直到 20 世纪 70 年代末，Thomas 炼钢法仍被法国、卢森堡、比利时等国的一些钢铁厂所采用。1856 年平炉炼钢方法也被成功发明。最早的平炉仍为酸性炉衬，但随后碱性平炉炼钢方法很快被开发成功。在当时，平炉炼钢的操作和控制较空气转炉炼钢平稳，能适应用于各种原料条件，铁水（生铁）和废钢的比例可以在很宽的范围内变化。-1899 年电弧炉炼钢方法也被发明成功。在 20 世纪 50 年代氧气顶吹转炉炼钢法发明前，平炉是世界上最主要的炼钢法。20 世纪 50 年代氧气顶吹转炉炼钢技术和钢水浇铸开始推广采用的连铸工艺对后钢铁工业的发展起到了非常重要的
5、推动作用。1952 年氧气顶吹转炉炼钢方法，在奥地利被发明成功。 （具有反应速率快、热效率高以及产出的钢的质量好、品种多等优点，该方法迅速被日本和西欧采用） 。在 20 世界 70 年代，顶吹转炉炼钢法已经取代平炉法成为主要的炼钢方法。在顶吹转炉炼钢法 迅速发展时，德、美、法等国成功发明了氧气底吹转炉炼钢法，该方法通过喷吹甲烷、重油、柴油等对喷口进行冷却，使纯氧能从炉底吹入熔池不致损坏炉底。20 世纪 80 年代中后期，西欧、日、美等相继开发成功了顶底复吹氧气转炉炼钢方法，在此法中，氧气由顶部氧枪供入，同时由炉底喷口吹入氩、氮等气体对熔池进行搅拌（也可吹入少部分氧气） 。顶底复吹氧气转炉炼钢既
6、具备顶吹转炉炼钢化渣好、废钢用量多的长处，同时又兼备氧气底吹转炉炼钢熔池搅拌好、铁和锰氧化损失少、金属喷溅少等优点，因而目前世界上较大容量的转炉绝大多数都采用了顶底复吹转炉炼钢工艺。液态金属连续浇铸专利在 1886 年就已经问世，在 1937 年德国人 S.Junghans 发明成功振动式连铸结晶器而大大减少了拉坯漏钢事故后，连铸开始在有色金属工业中被采用。1954 年，I.M.D、Halliday 开发成功了连铸结晶器“负滑脱”振动技术，这使得拉漏率被进一步大幅度减少，连铸开始在钢水浇铸中被采用。与模铸相比，连铸在节约投资、节能以及提高钢的收得率、产量和质量等方面具有明显的优势。20 世纪
7、70 年代后，西欧多国和日本的钢铁工业开始大规模采用连铸，至 20 世纪 80 年代，世界连铸比率超过模铸，至 20 世纪 80 年代末，连铸在日、欧、韩等钢铁发达国家连铸比均超过 90%,。目前，我国钢铁工业的连铸比也超过 94%。连续铸钢技术的采用不仅完全改变了旧的铸钢工序，还带动了整个钢铁厂的结构优化，因此，被许多冶金学家称之为钢铁工业的一次“技术革命” 。由于连铸生产节凑快，为了适应连铸，必须缩短炼钢冶炼时间。传统炼钢工序功能被进一步分解，铁水预处理、电炉短流程、钢水炉外精炼等重要新技术因此而快速发展。钢水预处理最初主要用于冶炼少数高级钢或用于高硫铁水辅助脱硫，脱硫剂最初主要使用镁焦、
8、二碳化钙等，随后开发成功向铁水内喷吹氧化钙二碳化钙 、Mg 等进行铁水脱硫。20 世纪 80年代日本钢铁厂开始大规模采用铁水“三脱”预处理（脱硅、脱磷、脱硫） ，在高炉出铁沟喷吹氧化铁和 CaO 进行脱硅，在铁水罐或混铁车内喷粉进行脱硫和脱磷处理。90 年代中期以后，日本钢铁厂又开始利用转炉对铁水进行脱磷处理。采用铁水“三脱”预处理和钢水炉外精炼后，转炉炼钢功能被简化为“钢水的脱碳和提温容器” ，炼钢转炉吹炼时间减少至 912 分钟。此外，炼钢产生的炉渣量也显著减少，这大幅度减轻了炼钢生产的环境负荷。传统旧式电弧炉炼钢时间长达 46 小时，采用连铸后，电炉冶炼时间必须缩短以与连铸节凑相匹配。现
9、代化的电弧炉炼钢采用了超高功率电弧炉、利用余热预热废钢、氧燃助熔等技术，电弧炉冶炼功能也由传统的溶化、脱碳、脱磷、脱硫、脱氧等简化为溶化和脱碳升温，冶炼时间缩短至 4060 分钟。与氧气转炉炼钢工艺相比，电弧炉炼钢具有建设投资少、流程短、劳动生产率高、CO2 排放量少等优点。近年来电弧炉炼钢工艺发展很快，在美国、意大利等国，电弧炉炼钢生产量已经超高氧气转炉炼钢产量。20 世纪 50 年代中、后期，DH、RH 等钢水炉外精炼方法被开发成功，最初主要用于高级钢的脱气（脱除氢、氮）精炼处理。20 世纪 70 年代后，尤其是钢铁工业大规模采用连铸技术后，钢水炉外精炼技术获得了迅速发展，精炼方式包括了吹
10、氩搅拌、喂线、氩氧精炼、电炉加热、真空处理等多种方式，功能则由最初的钢水脱气发展为加热升温、渣钢精炼脱硫和脱氧、超低碳钢脱碳、成分微调、去除夹杂物等多种功能。目前，现代化钢厂钢水炉外精炼比例已接近百分之百，原先由转炉和电炉炼钢承担的脱硫、深度脱碳、脱氧、合金化、夹杂物控制等转为主要由钢水炉外精炼工序承担。炼钢学科的起步和发展要晚于炼钢生产。在 19 世纪中期近代钢铁冶金方法发明成功后的相当长一段时间里，钢铁冶金仍是一项技艺而不是科学。钢铁冶金从技艺发展为科学，是从 20 世纪 30 年代德国人 H.Schenck、美国人 J.Chipman 等把化学热力学导入到冶金领域，用热力学方法研究冶金反
11、应开始的。20 世纪 40 年代末至 50 年代，Schenck、Chipman 等发表了大量有关炼钢反应的平衡常数、标准自由能变化等基础数据。后来又有很多人做了大量的研究和测定工作。至 20 世纪 80 年代后，与炼钢化学反应有关的标准自由能化、钢液中组元活度相互作用系数、炉渣主要组元的活度、炉渣硫酸盐和硫酸盐容量等大都有了较为可靠的热力学数据。与热力学相比，有关炼钢反应动力学的研究开始得较晚。在 20 世纪 5060 年代，动力学方面的研究主要集中在微观动力学方面，如化学反应级数、反应速度常数、反应活化能、多相反应限制性环节等方面的研究。20 世纪 70 年代后，单纯微观动力学理论已远远不
12、能适应炼钢工艺技术发展的要求，对炼钢反应宏观动力学的研究（炼钢反应器内流动、混合、扩散、传热等）开始活跃起来。G.H.Geiger、Szekely 等将化工学科的“三传” （热量传递、质量传递、动量传递）用于分析研究冶金过程的速率问题，鞭岩、濑川清等提出了冶金反应工程学的名称，并引入化学反应工程学有关反应器设计、单元操作、最优化等方法来分析研究冶金反应问题。20 世纪 90 年代后，冶金反应宏观动力学和反应工程学取得了重要进展，有关炼钢冶炼和连铸过程流体流动、传热、反应等均基本可以用数学模型加以描述并计算求解。除冶金热力学、动力学外，炼钢学科进展还表现在冶金知识与材料、计算机、电磁、环境等学科
13、知识的交叉、融合和应用上。如在氧气喷头和喷粉冶金中应用空气动力学中可压缩流体和气相输送等知识，在冶炼过程控制中广泛采用了声学、图像识别、专家系统、神经元知识，在连铸过程采用电磁、金属压力加工等知识。预计在今后相当一段时间内，炼钢热力学不好再有显著的发展，但在宏观动力学和反应工程学方面还会有一定的发展，而炼钢学科最重要的发展将会在液态的凝固加工、减少排放、排放物和废弃物再回收利用以及与信息、材料、环境等学科知识的交叉、融合和应用方面。历经 150 多年的发展历程，钢铁工业已成为高度成熟的产业。但是，钢铁工业在科技进步方面仍面临着很大的压力，这主要表现在：1.要求有更高的生产效率。钢铁冶金生产过程
14、大量消耗原材料和能源，从生态环境和可持续发展方面考虑，必须对现有生产工艺流程进行改进以提高效率，降低消耗。2.要求产品具有更高性能。钢铁材料目前面临其他材料的激烈竞争，以汽车为例，目前已先后制造出“全铝”汽车和“全塑”汽车。进一步提高钢材性能的重点是要提高钢材的强韧性以及抗疲劳破坏和抗腐蚀性能。3.要求对环境更加友好。这就是要求尽量减少废弃炉渣、烟尘、NOx、SOx、CO2 的排放，并利用冶金工艺过程处理废弃钢铁、塑料、城市垃圾等。钢铁工业面临的科技进步压力是钢铁冶金学科继续向前发展的前提和动力，而钢铁冶金学科的发展反过来又会极大地促进钢铁冶金技术的进步。近 20 年来，中国钢铁工业取得了令人
15、瞩目的发展，1996 年中国钢产量超过 1 亿 t，成为世界第一产钢国，2004 年钢产量达到 2.72 亿 t，产量超过居世界钢产量第二、三位的日本和美国钢产量的总和。除钢产量外，中国钢铁工业在装备、工艺技术水平和钢材品种质量等方面也取得了显著的进步，已达到或接近国际先进水平。中国钢铁工业对国民经济的快速发展起到了重要的支持作用，但目前在整体生产效率、能耗、高级产品性能、环境保护、重要技术研发能力等方面与发达国家相比还存在差距。今后，中国钢铁工业还将会有更大的发展，而随着钢铁工业的不断发展，中国也将会成为世界钢铁科学研究和教育的中心之一。二、炼钢基本反应刚和铁都以铁元素为基本成分，铁又被称为
16、生铁。由于含碳量的不同，导致组织结构不同，在性能上产生了较大的差异。高炉以及其他方法生产的铁含碳量高，硬而脆，冷热加工性能差，因而必须经再次冶炼才能得到良好的金属特性。一般情况下，把含碳量低于 2.11%的铁碳合金称为钢，但绝大多数的实用钢种含碳量都低于 1.2%。铁中除了含有较高的碳之外，还含有其他元素，如 Si、Mn、P 和 S 等，其中 P 和 S 对大多数钢种来说是有害杂质元素。 为了得到具有高的强度和韧性或其他特殊性能的钢，需要通过冶炼降低生铁中的碳，去除有害杂质 P 和 S，脱除冶炼过程中作为氧化剂使用而残留在钢水中的氧及混入液态钢水中的氮和氢，再根据对钢性能的要求加入适量的合金元
17、素，最后脱除各种杂质元素在钢水中生成的或卷入的夹杂物颗粒。由于钢水中杂质元素含量在冶炼过程中不断减少，钢水的熔化温度随之提高，因此为保证得到合乎成分要求的钢水并最终能够铸造成为理想形状的铸坯或钢锭，炼钢过程中要把钢水温度提高到合适的程度。综上所述，炼钢过程的基本任务可以概括为以下 9 项：1.脱碳；2.脱磷；3.脱硫；4.脱氧；5.脱氮、氢等；6.去除非金属夹杂物；7.合金化；8.升温；9.成型凝固。完成这些基本任务的方法在本书中逐一进行论述。炼钢炉内的主要反应：02(g)=0 G=-111700-6.78 T J/mol12Fe2O3= Fe(L)+O G=-159300-88.62T J/
18、mol0+ cCO(G)0+ Si (Si02)0+ Mn (MnO)50+ 2P (P205)（Ca0）+ sCO(G)铁水生铁废钢造渣剂热源 氧化剂炼钢炉1 8 2 3 1 9 2 3 K钢水钢渣图 1 炼钢过程示意图长流程与短流程现代炼钢工艺主要的流程有两种，即：以氧气转炉炼钢工艺为中心的钢铁联合企业生产流程和以电炉炼钢工艺为中心的小钢厂生产流程。通常人们习惯上把前者叫做长流程，把后者叫做短流程。长流程工艺就是：从炼铁原燃料准备开始，原料入高炉冶炼得到液态铁水，高炉铁水经过铁水预处理（或不经过）入氧气转炉吹炼，再经二次精炼（或不经过）获得合格钢水，钢水经过凝固成型工序（连铸或模铸）成坯或
19、锭，再经轧制工序最后成为合格钢材。由于这种工艺流程生产单元多，规模庞大，生产周期长，因此称此工艺流程为钢铁生产的长流程工艺（见图 2） 。可入炉矿 、 球团 、 烧结矿高炉焦炭辅料模铸转炉混铁矿铁水预处理初轧机 /开坯机均热炉转炉二次成型加热炉二次精炼冷处理加热炉热轧机加热炉热处理热轧机精轧机缓冲加热角部加热 热轧机热轧机加热炉卷起装置连铸234567图 2 高炉-转炉-轧钢流程（长流程）1-模铸钢锭冷装轧制；2-连铸坯冷装炉轧制；3-连铸坯热送轧制；4-无缺陷连铸坯；直接热装炉轧制；6-连铸坯热送轧制；7-薄带连铸短流程工艺就是：将回收再利用的废钢（或其他代用料） ，经破碎、分选加工后，经预
20、热直接加入电炉中，电炉利用电能作热源来进行冶炼，再经二次精炼，获得合格钢水，后续工序同长流程工序。由于这种工艺流程简捷，高效节能，生产环节少，生产周期短，因此此工艺流程为钢铁生产的短流程工艺（见图 3） 。又称“三位一体”流程（即由电炉-炉外精炼-连铸组成） ，或者“四个一”流程（即由电炉-炉外精炼-连铸-连轧组成） 。进入 21 世纪，在自然资源保有量不断锐减和环保状况日益恶化的背景下，社会更加关心人来今后的生存空间和可持续发展的战略问题。因此，用全新的观点改造传统的工艺流程，已成为今后社会发展的必然要求。根据资源的多样化，钢铁生产将来采用多种冶炼工艺，见图 4主原料 ：废铁直接还原铁 （
21、D R I ）热压块 （ H B I ）生铁碳化铁粒铁热铁水等电炉 连铸精炼只送连休轧制图 3 钢铁生产短流程工艺现代钢铁生产工艺流程模铸 连铸粗热轧厚板坯连铸方坯 、圆坯连铸铁矿石高炉熔融还原炉 直接还原炉铁水 直接还原铁 废钢氧气转炉电弧炉薄板坯连铸精热轧冷轧薄带连铸精炼板坯 / 大方坯炉外精炼开坯棒材 厚板薄板图 4 21 世纪钢生产的各种流程冶炼方法（按炉别可分为）：平炉钢、转炉钢、电炉钢。平炉钢是靠燃料（煤气或重油）的燃料来熔化炉料和提高钢液温度，靠炉气中的氧气和加入的铁矿石进行氧化反应。 （由于平炉钢消耗大量燃料，因此在我国已被淘汰。 ）转炉钢是把空气或氧气吹入铁液中，使铁液中的
22、C、Mn、Si、P、S 等迅速氧化，靠氧化时放出的热量来升温，而不靠燃料供热的炼钢方法。转炉钢由于节省燃料，因而是目前主要的炼钢设备。 电炉钢是电能作为热源的炼钢方法。电炉钢主要用来生产高质量的高合金钢。冶金辅助原料学 科 ： 固 体 矿 产 工 业 要 求 词 目 ： 冶 金 辅 助 原 料 英 文 ： metallurgical auxiliary material 释 文 ： 冶 金 辅 助 原 料 是 冶 金 工 业 中 用 作 熔 剂 和 耐 火 材 料 的 原 料 的 总 称 。 用 作 熔剂 的 原 料 有 石 灰 石 、 白 云 石 、 硅 石 、 萤 石 、 铁 矾 土 等
23、。 熔 剂 在 冶 金 过 程 中 用 作 造 渣的 配 料 。 有 富 含 CaO、 MgO 的 碱 性 熔 剂 ； 富 含 SiO2、 Al2O3 的 酸 性 熔 剂 ， 分 别 用 来提 高 炉 料 的 碱 度 和 酸 度 ， 使 炉 料 冶 炼 时 达 到 酸 碱 中 和 ， 渣 铁 分 离 ， 并 用 来 增 强 炉 渣的 流 动 性 ,排 除 硫 、 磷 杂 质 等 。 用 作 耐 火 材 料 的 有 菱 镁 矿 、 耐 火 粘 土 、 高 铝 粘 土 、白 云 石 、 硅 石 、 高 铝 矿 物 原 料 （ 红 柱 石 、 矽 线 石 、 蓝 晶 石 等 ） 以 及 型 砂 等
24、。 它 们 分别 用 来 做 炉 壁 、 炉 衬 的 酸 性 和 碱 性 耐 火 砖 、 铸 造 模 型 等 。 蓝 晶 石 专 用 作 不 定 型 高 级耐 火 材 料 。 1 展望：我国近几年来，生产钢的总重量居世界第一，正在由钢铁生产大国向钢铁强国转变的时期。能生产出高质量的钢材，又能节约资源，减少排放，是衡量一个国家的钢铁技术的重要参数，（如飞机、航母、坦克构架等高性能材料） 。要达到节能减排，就是要求我们的绿色制造，绿色设计中的思想方法尽量考虑产品的整个生命周期，考虑从生产产品的原料到产品使用完等回收利用问题，从而对每一道工序，尽量对其优化，从而使得整个产品不仅质量好，又能使得在生产
25、的过程和产品的使用回收再利用等整个生命周期中最大限度的实现节能减排的目标。炼铁百科名片高炉法将金属铁从含铁矿物（主要为铁的氧化物）中提炼出来的工艺过程，主要有高炉法，直接还原法，熔融还原法，等离子法。炼 铁linti ironsmelting 将 金 属 铁 从 含 铁 矿 物 （ 主 要 为 铁 的 氧 化 物 ） 中 提 炼 出 来 的 工 艺 过 程 ， 主 要 有高 炉 法 ， 直 接 还 原 法 ， 熔 融 还 原 法 ， 等 离 子 法 。 高 炉 炼 铁 是 指 把 铁 矿 石 和 焦 炭 ， 一 氧 化 碳 ， 氢 气 等 燃 料 及 熔 剂 （ 从 理 论 上 说 把 活 动
26、 性 比 铁的 金 属 和 矿 石 混 合 后 高 温 也 可 炼 出 铁 来 ） 装 入 高 炉 中 冶 炼 ,去 掉 杂 质 而 得 到 金 属 铁 （ 生 铁 ） 。 其 反 应 式 为 ： Fe2O3+3CO=3CO2+2Fe Fe2O3+3H2=3H2O+2Fe 2Fe2O3+3C=3CO2+4Fe 元 素 个 数 右 下 标 。 编 辑 本 段高 炉 炼 铁 原 理 简 介 ：高 炉 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
27、 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
28、 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 。 编 辑 本 段高 炉 炼 铁 流 程高 炉 冶 炼 是 把 铁 矿 石 还 原 成 生 铁 的 连 续 生 产 过 程 。 铁 矿
29、 石 、 焦 炭 和 熔 剂 等 固 体 原 料 按 规 定配 料 比 由 炉 顶 装 料 装 置 分 批 送 入 高 炉 ， 并 使 炉 喉 料 面 保 持 一 定 的 高 度 。 焦 炭 和 矿 石 在 炉 内 形 成交 替 分 层 结 构 。 高 炉 冶 炼 工 艺 -炉 前 操 作 :一 、 炉 前 操 作 的 任 务 1、 利 用 开 口 机 、 泥 炮 、 堵 渣 机 等 专 用 设 备 和 各 种 工 具 ， 按 规 定 的 时 间 分 别 打 开 渣 、 铁 口 ，放 出 渣 、 铁 ， 并 经 渣 铁 沟 分 别 流 人 渣 、 铁 罐 内 ， 渣 铁 出 完 后 封 堵 渣
30、 、 铁 口 ， 以 保 证 高 炉 生 产 的连 续 进 行 。 2.完 成 渣 、 铁 口 和 各 种 炉 前 专 用 设 备 的 维 护 工 作 。 3、 制 作 和 修 补 撇 渣 器 、 出 铁 主 沟 及 渣 、 铁 沟 。 4、 更 换 风 、 渣 口 等 冷 却 设 备 及 清 理 渣 铁 运 输 线 等 一 系 列 与 出 渣 出 铁 相 关 的 工 作 。 高 炉 基 本 操 作 制 度 : 高 炉 炉 况 稳 定 顺 行 ： 一 般 是 指 炉 内 的 炉 料 下 降 与 煤 气 流 上 升 均 匀 ， 炉 温 稳 定 充 沛 ， 生 铁 合格 ， 高 产 低 耗 。 操
31、 作 制 度 ： 根 据 高 炉 具 体 条 件 (如 高 炉 炉 型 、 设 备 水 平 、 原 料 条 件 、 生 产 计 划 及 品 种 指 标要 求 )制 定 的 高 炉 操 作 准 则 。 高 炉 基 本 操 作 制 度 ： 装 料 制 度 、 送 风 制 度 、 炉 缸 热 制 度 和 造 渣 制 度 。 高 炉 设 备 高 炉 ：横 断 面 为 圆 形 的 炼 铁 竖 炉 。 用 钢 板 作 炉 壳 ， 壳 内 砌 耐 火 砖 内 衬 。 高 炉 本 体 自 上 而 下 分 为 炉喉 、 炉 身 、 炉 腰 、 炉 腹 、 炉 缸 5 部 分 。 由 于 高 炉 炼 铁 技 术
32、经 济 指 标 良 好 ， 工 艺 简 单 ， 生产 量 大 ， 劳 动 生 产 效 率 高 ， 能 耗 低 等 优 点 ， 故 这 种 方 法 生 产 的 铁 占 世 界 铁 总 产 量 的 绝 大 部 分 。高 炉 生 产 时 从 炉 顶 装 入 铁 矿 石 、 焦 炭 、 造 渣 用 熔 剂 （ 石 灰 石 ） ， 从 位 于 炉 子 下 部 沿 炉 周 的 风 口吹 入 经 预 热 的 空 气 。 在 高 温 下 焦 炭 （ 有 的 高 炉 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
33、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 。 炼 出 的 铁 水 从 铁 口 放 出 。 铁 矿 石 中 未 还 原 的 杂 质 和 石 灰 石 等 熔 剂 结 合 生 成 炉 渣 ， 从渣 口 排 出 。 产 生 的 煤 气 从 炉 顶 排 出 ， 经 除 尘 后 ， 作 为 热 风 炉 、 加 热 炉 、 焦 炉 、 锅 炉 等 的 燃 料 。高 炉 冶 炼 的 主 要 产 品 是 生 铁 ， 还 有 副 产 高 炉 渣 和 高 炉 煤 气 。 高 炉 设 备 高 炉 热 风 炉 介 绍 :热 风 炉 是 为 高 炉
34、加 热 鼓 风 的 设 备 ， 是 现 代 高 炉 不 可 缺 少 的 重 要 组 成 部 分 。 提 高 风 温 可 以 通过 提 高 煤 气 热 值 、 优 化 热 风 炉 及 送 风 管 道 结 构 、 预 热 煤 气 和 助 燃 空 气 、 改 善 热 风 炉 操 作 等 技 术措 施 来 实 现 。 理 论 研 究 和 生 产 实 践 表 明 ， 采 用 优 化 的 热 风 炉 结 构 、 提 高 热 风 炉 热 效 率 、 延 长 热风 炉 寿 命 是 提 高 风 温 的 有 效 途 径 。 高 炉 设 备 铁 水 罐 车 :铁 水 罐 车 用 于 运 送 铁 水 ， 实 现 铁
35、水 在 脱 硫 跨 与 加 料 跨 之 间 的 转 移 或 放 置 在 混 铁 炉 下 ，用 于 高 炉 或 混 铁 炉 等 出 铁 。炼钢百科名片工人在炼钢炉前把炼钢用生铁放到炼钢炉内按一定工艺熔炼，即得到钢。钢的产品有钢锭、连铸坯和直接铸成各种钢铸件等。通常所讲的钢，一般是指轧制成各种钢材的钢。钢属于黑色金属但钢不完全等于黑色金属。编 辑 本 段基 本 信 息名 称 ： 炼 钢 炼 钢 车 间汉 语 拼 音lingng 英 文英 文 ： steel making; steel smelting 制 造 钢 的 过 程 或 业 务 以 及 炼 钢 设 备 编 辑 本 段炼 钢 原 料转 炉
36、炼 钢 的 原 材 料 分 为 金 属 料 、 非 金 属 料 和 气 体 。 金 属 料 包 括 铁 水 、 废 钢 、 铁合 金 ， 非 金 属 料 包 括 造 渣 料 、 熔 剂 、 冷 却 剂 ， 气 体 包 括 氧 气 、 氮 气 、 氩 气 、 二 氧 化碳 等 。 非 金 属 料 是 在 转 炉 炼 钢 过 程 中 为 了 去 除 磷 、 硫 等 杂 质 ， 控 制 好 过 程 温 度 而加 入 的 材 料 。 主 要 有 造 渣 料 （ 石 灰 、 白 云 石 ） ， 熔 剂 （ 萤 石 、 氧 化 铁 皮 ） ， 冷 却 剂（ 铁 矿 石 、 石 灰 石 、 废 钢 ） ，
37、增 碳 剂 和 燃 料 （ 焦 炭 、 石 墨 籽 、 煤 块 、 重 油 ） 。 2炼 钢 过 程造 渣造 渣 ： 调 整 钢 、 铁 生 产 中 熔 渣 成 分 、 碱 度 和 粘 度 及 其 反 应 能 力 的 操 作 。 目 的 是 通 过 钢 铁 高 炉渣 金 属 反 应 炼 出 具 有 所 要 求 成 分 和 温 度 的 金 属 。 例 如 氧 气 顶 吹 转 炉 造 渣 和 吹 氧 操 作 是 为 了生 成 有 足 够 流 动 性 和 碱 度 的 熔 渣 ， 能 够 向 金 属 液 面 中 传 递 足 够 的 氧 ， 以 便 把 硫 、 磷 降 到 计 划 钢种 的 上 限 以
38、下 ， 并 使 吹 氧 时 喷 溅 和 溢 渣 的 量 减 至 最 小 。 转 炉 低 碳 造 渣 剂 ： 白 云 石 3-8 ， 铝 凡 土 8-13 ， 石 灰 65-80 ， 粗 铝 2-4 ， 成 分 比 例CaO70-75 ， SiO22-7 ， MgO1-3 ， Al2O310-15 ， Al4-6 S 0.06 ； 低 碳 埋 弧 造 渣 剂 ： 石 灰 石 25-40 ， 白 云 石 10-30 ， 石 灰 20-45 ， 铝 凡 土 8-12 ， 粗 铝 3-7 ， CaO68-72 ， SiO25-10 ， MgO1-3 ， Al2O37-14 ， Al4-5 ， S 0.
39、01 ； 中 高 碳 埋 弧 造 渣 剂 ： 石 灰 石 10-30 ， 白 云 石 10-20 ， 石 灰 30-50 ， 铝 凡 土 8-14 ， 电 石8-12 ， 焦 炭 2-6 ， CaO65-75 ， SiO24-10 ， MgO1-3 ， Al2O37-14 ， C 固 6-8 ， S 0.08 。出 渣出 渣 ： 电 弧 炉 炼 钢 时 根 据 不 同 冶 炼 条 件 和 目 的 在 冶 炼 过 程 中 所 采 取 的 放 渣 或 扒 渣 操 作 。 如用 单 渣 法 冶 炼 时 ， 氧 化 末 期 须 扒 氧 化 渣 ； 用 双 渣 法 造 还 原 渣 时 ， 原 来 的 氧
40、 化 渣 必 须 彻 底 放 出 ，以 防 回 磷 等 。 熔 池 搅 拌熔 池 搅 拌 ： 向 金 属 熔 池 供 应 能 量 ， 使 金 属 液 和 熔 渣 产 生 运 动 ， 以 改 善 冶 金 反 应 的 动 力 学 条件 。 熔 池 搅 拌 可 藉 助 于 气 体 、 机 械 、 电 磁 感 应 等 方 法 来 实 现 。 电 炉 底 吹电 炉 底 吹 ： 通 过 置 于 炉 底 的 喷 嘴 将 N2、 Ar、 CO2、 CO、 CH4、 O2 等 气 体 根 据 工 艺 要 求吹 入 炉 内 熔 池 以 达 到 加 速 熔 化 ， 促 进 冶 金 反 应 过 程 的 目 的 。 采
41、 用 底 吹 工 艺 可 缩 短 冶 炼 时 间 ， 降低 电 耗 ， 改 善 脱 磷 、 脱 硫 操 作 ， 提 高 钢 中 残 锰 量 ， 提 高 金 属 和 合 金 收 得 率 。 并 能 使 钢 水 成 分 、温 度 更 均 匀 ， 从 而 改 善 钢 质 量 ， 降 低 成 本 ， 提 高 生 产 率 。 熔 化 期熔 化 期 ： 炼 钢 的 熔 化 期 主 要 是 对 平 炉 和 电 炉 炼 钢 而 言 。 电 弧 炉 炼 钢 从 通 电 开 始 到 炉 钢 花 伴 我 炼 钢 忙料 全 部 熔 清 为 止 、 平 炉 炼 钢 从 兑 完 铁 水 到 炉 料 全 部 化 完 为 止
42、 都 称 熔 化 期 。 熔 化 期 的 任 务 是 尽 快将 炉 料 熔 化 及 升 温 ， 并 造 好 熔 化 期 的 炉 渣 。 氧 化 期 和 脱 炭 期氧 化 期 和 脱 炭 期 ： 普 通 功 率 电 弧 炉 炼 钢 的 氧 化 期 ， 通 常 指 炉 料 溶 清 、 取 样 分 析 到 扒 完 氧 化渣 这 一 工 艺 阶 段 。 也 有 认 为 是 从 吹 氧 或 加 矿 脱 碳 开 始 的 。 氧 化 期 的 主 要 任 务 是 氧 化 钢 液 中 的 碳 、磷 ； 去 除 气 体 及 夹 杂 物 ； 使 钢 液 均 匀 加 热 升 温 。 脱 碳 是 氧 化 期 的 一 项
43、 重 要 操 作 工 艺 。 为 了 保 证钢 的 纯 净 度 ， 要 求 脱 碳 量 大 于 0.2 左 右 。 随 着 炉 外 精 炼 技 术 的 发 展 ， 电 弧 炉 的 氧 化 精 炼 大 多移 到 钢 包 或 精 炼 炉 中 进 行 。 精 炼 期精 炼 期 ： 炼 钢 过 程 通 过 造 渣 和 其 他 方 法 把 对 钢 的 质 量 有 害 的 一 些 元 素 和 化 合 物 ， 经 化 学 反应 选 入 气 相 或 排 、 浮 入 渣 中 ， 使 之 从 钢 液 中 排 除 的 工 艺 操 作 期 。 连 铸 机 出 坯还 原 期还 原 期 ： 普 通 功 率 电 弧 炉 炼
44、 钢 操 作 中 ， 通 常 把 氧 化 末 期 扒 渣 完 毕 到 出 钢 这 段 时 间 称 为 还 原期 。 其 主 要 任 务 是 造 还 原 渣 进 行 扩 散 、 脱 氧 、 脱 硫 、 控 制 化 学 成 分 和 调 整 温 度 。 目 前 高 功 率 和超 功 率 电 弧 炉 炼 钢 操 作 已 取 消 还 原 期 。 炉 外 精 炼炉 外 精 炼 ： 将 炼 钢 炉 （ 转 炉 、 电 炉 等 ） 中 初 炼 过 的 钢 液 移 到 另 一 个 容 器 中 进 行 精 炼 的 炼 钢过 程 ， 也 叫 二 次 冶 金 。 炼 钢 过 程 因 此 分 为 初 炼 和 精 炼 两
45、 步 进 行 。 初 炼 ： 炉 料 在 氧 化 性 气 氛 的 炉内 进 行 熔 化 、 脱 磷 、 脱 碳 和 主 合 金 化 。 精 炼 ： 将 初 炼 的 钢 液 在 真 空 、 惰 性 气 体 或 还 原 性 气 氛 的容 器 中 进 行 脱 气 、 脱 氧 、 脱 硫 ， 去 除 夹 杂 物 和 进 行 成 分 微 调 等 。 将 炼 钢 分 两 步 进 行 的 好 处 是 ：可 提 高 钢 的 质 量 ， 炼 钢 车 间缩 短 冶 炼 时 间 ， 简 化 工 艺 过 程 并 降 低 生 产 成 本 。 炉 外 精 炼 的 种 类 很 多 ， 大 致 可 分 为 常 压 下 炉 外
46、精 炼 和 真 空 下 炉 外 精 炼 两 类 。 按 处 理 方 式 的 不 同 ， 又 可 分 为 钢 包 处 理 型 炉 外 精 炼 及 钢 包 精 炼 型炉 外 精 炼 等 。 钢 液 搅 拌钢 液 搅 拌 ： 炉 外 精 炼 过 程 中 对 钢 液 进 行 的 搅 拌 。 它 使 钢 液 成 分 和 温 度 均 匀 化 ， 并 能 促 进 冶金 反 应 。 多 数 冶 金 反 应 过 程 是 相 界 面 反 应 ， 反 应 物 和 生 成 物 的 扩 散 速 度 是 这 些 反 应 的 限 制 性 环节 。 钢 液 在 静 止 状 态 下 ， 其 冶 金 反 应 速 度 很 慢 ，
47、如 电 炉 中 静 止 的 钢 液 脱 硫 需 30 60 分 钟 ；而 在 炉 精 炼 中 采 取 搅 拌 钢 液 的 办 法 脱 硫 只 需 3 5 分 钟 。 钢 液 在 静 止 状 态 下 ， 夹 杂 物 *上 浮 除去 ， 排 除 速 度 较 慢 ； 搅 拌 钢 液 时 ， 夹 杂 物 的 除 去 速 度 按 指 数 规 律 递 增 ， 并 与 搅 拌 强 度 、 类 型 和夹 杂 物 的 特 性 、 浓 度 有 关 。 钢 包 喂 丝钢 包 喂 丝 ： 通 过 喂 丝 机 向 钢 包 内 喂 入 用 铁 皮 包 裹 的 脱 氧 、 脱 硫 及 微 调 成 分 的 粉 剂 ， 如Ca
48、-Si 粉 、 或 直 接 喂 入 铝 线 、 碳 线 等 对 钢 水 进 行 深 脱 硫 、 钙 处 理 以 及 微 调 钢 中 碳 和 铝 等 成 分 的方 法 。 它 还 具 有 清 洁 钢 水 、 改 善 非 金 属 夹 杂 物 形 态 的 功 能 。 钢 包 处 理钢 包 处 理 ： 钢 包 处 理 型 炉 外 精 炼 的 简 称 。 其 特 点 是 精 炼 时 间 短 （ 约 10 30 分 钟 ） ， 转 炉 炼 钢精 炼 任 务 单 一 ， 没 有 补 偿 钢 水 温 度 降 低 的 加 热 装 置 ， 工 艺 操 作 简 单 ， 设 备 投 资 少 。 它 有 钢 水 脱气
49、、 脱 硫 、 成 分 控 制 和 改 变 夹 杂 物 形 态 等 装 置 。 如 真 空 循 环 脱 气 法 （ RH、 DH） ， 钢 包 真 空 吹氩 法 （ Gazid） ， 钢 包 喷 粉 处 理 法 （ IJ、 TN、 SL） 等 均 属 此 类 。转炉炼钢（converter steelmaking）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。转炉按耐火材料分为酸性和碱性，按气体吹入炉内的部位有顶吹、底吹和侧吹；按气体种类为分空气转炉和氧气转炉。碱性氧气顶吹和顶底复吹转炉由于其生产速度快、产量大，单炉产量高、成本低、投资少，为目前使用最普遍的炼钢设备。转炉主要用于生产碳钢、合金钢及铜和镍的冶炼。随 着 用 户 对 钢 材 性 能 和 质 量 的 要 求 越 来 越 高 ， 钢 材 的 应 用 范 围 越 来 越 广 ， 同 时 钢 铁 生 产 企 业也 对 提 高 产 品 产 量 和 质 量 ， 扩 大 品
