钢铁是怎样炼成的冶金工艺全流程新

1 原、燃料 1.3 辅料
铁矿石中脉石、焦炭中的灰份熔点很高(可高达 1799-2000摄氏度，高于铁的熔化温度1590摄氏 度)，因此要在高炉中添加辅料，使杂质熔点降至 1300-1400摄氏度，进而降低炉渣黏度，易于渣 铁分离。液态高炉渣可以吸收Si、Al、P、S等不 需要的夹带杂质。
辅料主要有石灰石（CaCO3） 、白云石
3炼钢（目录）
3.1 炼钢炉料 3.2 氧气转炉炼钢 3.3 电炉炼钢 3.4 炉外精炼 3.5 特殊熔炼 3.6 钢水浇注 3.7 铁和钢的铸造
3炼钢
3.1 炼钢炉料
铁元素（基本炉料）：铁水、海绵铁、废钢 熔剂（造渣、控粘度、控温）：石灰、石灰石、
铝矾土、萤石、铁矿石等 合金添加剂（按钢种需要）：常用的铁合金，
高炉产品：
主产品铁水，用于炼钢或铸造 附带产品：
炉渣。含92-95%氧化钙、氧化镁和铝、硅等，处理可用 于铺路、建筑、水泥原料等
高炉煤气。含50-60%N2，22%CO2，22%可燃气体CO， 发热值仅910大卡；
高炉煤气分级除尘的粉尘有很多细矿石，焦炭、辅料粉， 约20kg/t铁，可作为返矿用于烧结
高炉工艺正在渐进完善，焦炭降到270kg/t铁，30 年来高炉单位产能增加65%
高炉目前仍为炼铁的首选工艺
2 铁矿石还原
2.2 直接还原
通过矿石脱氧还原，生成固态海绵铁，成为直接 还原铁（DRI）或热压块铁（HBI），海绵铁中含 铁85-95%，含碳约1%，其余为脉石矿物。直接 用于电炉炼钢，但直接还原铁生产成本高
有铬、硅、锰、钼、钨、钒、钛、铁合金，常 用的脱氧剂有铝、硅等
3 炼钢
3.2 氧气转炉炼钢
转炉是喷吹纯氧的冶炼方法，现在发展为顶底 复吹转炉（BOF）
一般炉容50-400t，我国政策新建必须≥100t， 淘汰≤30t的炉子
氧气流股冲击区，温度可达2500-3000℃，出 钢温度1650-1720℃，回收转炉煤气可实现负 能炼钢。
定，粒度均匀，有利于高炉冶炼的优化和提高指标 精矿粉、富矿粉、其它粉状含铁料，取入适量的焦
炭、熔剂（石灰石、白云石）、水混匀，在烧结机 上借助焦炭燃烧，发生物理化学变化并产生一定数 量的液相，将矿粉颗粒粘结成块-烧结矿
烧结机图
球团
球团是将<0.2mm的超细分粉矿和<1mm的精矿粉， 与少量添加剂混匀及加水润湿，在造球机中流转成 球，再经过烘烧，固结成10-15mm的球团矿。
直接还原工艺上世纪50年代末开始，拟取代高炉， 至今未成，因为生产成本高于长流程;也比不过废 钢市场发展的直接用废钢
直接还原工艺分为气基还原和煤基还原
气基还原，在世界范围内只能就地用廉价的天 然气，在我国不可取
气基还原
全球直接还原铁80%用此法，其中Midrex工艺占市 场份额之首，以球团、块矿为原料，用竖炉，依逆 向原理还原矿石，还原气中含CO和55%H2，产品 为糊状直接还原铁，可在竖炉中冷却成DRI，也可 在下游热压成HBI
顶底复吹转炉炼钢工艺示意图
p87
3 炼钢
3.3 电炉炼钢
电炉炼钢主要是靠电能产生热量来熔炼，现代电 炉也吹入可燃气体和氧，以降低电耗，加速融化。 电炉一般采用100%废钢，有时也采用海绵铁或部 分铁水
工业化炼钢电炉有电弧炉和感应电炉，最先进电 炉是超高功率电炉（UNP），变压器的输入功率/
炉容≥1000KVA/t为超高功率，实现供电时间25-
40分钟，冶炼周期<1小时
90%以上电炉炼钢采用电弧炉，电弧炉可产生集 中的热源，电弧区温度达3500℃
最大电炉400吨
电弧炉分为交流和直流两种
AC-EAF 三根石墨电极，产生三个电弧区，每根电极 通过金属炉料与相邻电极之间按照顺序传导电流
尽管直接还原工艺取代高炉是研究方向，但在 世界上只占4%，我国2024年产能只有105万 吨/年
钢铁是怎样炼成的总目录
第一部分 冶炼-从矿石到钢 第二部分 钢的加工（轧制）成形 第三部分我国钢铁工业技术发展的探讨
第一部分 冶炼-从矿石到钢（目录）
1 原、燃料 2 铁矿还原 3 炼钢
1 原、燃料（目录）
（CaCO3﹒MgCO2） 、硅石（SiO2） 、矾土、
莹石、石英石Байду номын сангаас
辅料还用于铁水预处理、炼钢、炉外精炼
1.4原料的储运
炼铁汇报 P32 149XX
第一部分 冶炼-从矿石到钢（目录）
1 原、燃料 2 铁矿还原 3 炼钢
第一部分 冶炼-从矿石到钢
2 铁矿还原
铁矿还原即铁矿脱氧
方法有： 高炉炼铁 直接还原 熔融还原
废钢来源
炼钢厂、轧钢厂回收废钢（炼钢渣中的钢、连 铸的切头尾、轧钢的切废等）
从用钢铁材料的行业回收的废钢（如切削丝等） 从社会收集的旧钢铁废料，需要进行加工，除
去其中的杂质和夹带元素，如橡胶、木料、塑 料、放射性元素、铜等有色金属元素等
1 原、燃料 1.2 还原剂
高炉炼铁所需的还原剂一般有焦炭、煤、油、 煤气，产生还原工艺所需的燃气，促进高炉内 块矿、烧结矿、球团矿中氧化铁的融化和还原， 最终生产出生铁水
2 铁矿石还原(目录）
2.1 高炉炼铁 2.2 直接还原 2.3 熔融还原 2.4 铁水预处理
2.1 高炉炼铁
高炉以收集铁水和炉渣的炉缸容积来定名为 xxxxm³高炉，世界最大高炉---新日铁2#炉 6000m³，最高日产铁水1.3万吨，年产480万吨
我国最大高炉5500m³，我国010年有3200m³以 上高炉26座
选矿
方法：矿石磨碎，研磨至粉状或超细粉末状，利用矿石和 脉石不同的物理特征分离出铁精矿粉。 利用不同的密度、浮力、离心力进行螺旋分离 利用不同的吸水性进行泡沫浮选。铁矿石粉置于水中， 加入起泡剂，铁矿石随涌入的气体上浮并分离 利用不同的磁性，用磁棒吸附矿石颗粒，将其分离
烧结
精矿粉粒度0.1-6.3mm的选用烧结工艺造块 烧结矿比块矿品位高，还原及造渣性能好，成分稳
还原剂最常用和的是焦炭
焦炭
焦炭用低硫煤（肥煤和气煤）作原料 焦化工艺流程：
煤破碎、研磨、混匀—在焦炉的碳化室内 900-1200摄氏度干镏炭化16-20小时成 焦碳—推焦机将焦炭推进焦车—送到冷 却塔急冷（干熄焦） —筛选后分级使用
焦炉图
炼铁汇报p28
焦炭在高炉中的作用
高炉冶炼的还原剂
是环境友好，污染物排放少的工艺,当年受到 各国重视
宝钢两座COREX 3000炉，年产150万t/座
Corex熔融还原图
对COREX工艺的评说
COREX不一定是最佳的工艺,其缺点： （l）直接使用粉煤、粉矿的比例不能高于15％， 必须使用块状原料为主,对入炉块状原料的理化性 能有很高的要求，提高了原料成本—铁水成本
利用钢的韧性等，按用户的要求加工成各种钢 材
提取Fe元素（钢）的途径
高炉-转炉冶炼长流程途径，主要用于液体铁 水原料
电炉炼钢短流程，主要用于固体原料（废钢、 直接还原铁）
短流程比长流程节约能源60%、节水40%、减 排废水76%、减排废气86%、减排废渣72%
长流程
目前世界上用铁水作原料炼钢的占62%，用废 钢作原料炼钢的平均占34%（美国57%、欧盟 50%以上），我国不到20%，预计2024年可达 20%-25%（今天中国钢铁的年产量是美国的7 倍，而人均钢铁积蓄量只有美国的1／6）
提供冶炼所需的大部分热量
为高炉炉身内的炉料提供支撑作用
焦炭粒度大于块矿、烧结矿、球团矿，焦炭相 互间产生大量空隙，为高炉炉料提供良好的透 气性
尽管通过高炉风口可向炉内喷油（最高达 150kg/t）、喷煤（最高达230kg/t）、喷煤气、 塑料等来降低焦炭耗量，焦炭的作用在高炉冶 炼工艺中不能完全被取代
煤基还原
矿石、辅料、煤合成的原料在回转窖里加热还原， 产生海绵铁（DRI/HBI），特点：煤耗高、效率低
2 铁矿还原
2.3 熔融还原工艺
熔融还原是在没有焦炭的情况下，用铁矿生产 铁水的工艺
利用气基直接还原竖炉，将铁矿石先还原成直 接还原铁，再利用熔融气化炉(相当于高炉炉 缸)还原成铁水的两级还原工艺,
概述
钢具有优良的通用性和适用性
钢铁是现在和未来人们生活和生产用材料的第 一选择（有2000多个钢种，其中有1500多个 特殊钢种）
与其他材料比总体上性价比最适宜
钢铁是可循环资源（铁矿石是不可再生资源）
2024年我国粗钢产量68327万吨（全球粗钢产 量13亿吨）,表观消费量6.6亿吨,估计产能8.2 亿吨;2024年预计粗钢产量7.4亿吨
从铁矿石到钢及钢材的工艺
铁矿石主要是由铁-氧化合物和脉石组成，提 取铁即是还原铁矿，使铁氧分离，还原成铁水 或固体海绵铁(直接还原铁DRI），铁是Fe、C 化合物，性能局限没有韧性
钢的成分主要是铁，炼钢是去除铁中大部分的 C，并向钢水中按需加入合金元素，达到各种 特性
最理想的是把铁矿石直接还原成钢，但目前技 术上还达不到，从铁矿石----钢必须分成上述 两步走
脱S是喷入硫酸钙/碳酸镁 脱Si是添加氧化铁 脱P是添加含碳酸钙的辅料
鱼雷罐车图
p76
第一部分 冶炼-从矿石到钢（目录）
1 原、燃料 2 铁矿还原 3 炼钢
3 炼钢
钢由生铁炼成，钢有较高的机械强度和韧性，还 具有耐热、耐腐蚀、耐磨等特殊性能
钢与生铁的区别首先是在碳的含量中得到体现， 理论上一般把碳含量小于2.11%称之为钢，它的熔 点在1450-1500℃，而生铁的熔点在1100-1200℃ 在钢中碳元素和铁元素形成Fe3C固熔体，随着 碳含量的增加，其强度、硬度增加，而塑性和冲击 性降低
钢与铁的区别
项目
生铁
钢
成分
含碳量
2%～4.3%
其它元素 硅、锰、硫、磷（少量）
0.03%～2% 硅、锰（少量）
机械性能
硬而脆无韧性 可铸、不可锻
坚硬韧性大，塑性好 可铸、可锻、可压延
炼钢的任务
■把铁水、海绵铁、生铁中的碳通过氧化脱出至 规定值，使它们转化成钢， ■尽量脱除铁水、海绵铁中的有害元素P、S ■加入规定含量的合金元素达到冶炼钢种的特定 性能
(2) 要依赖稳定的焦炭床来保护炉缸，因此目前 COREX生产的冶金焦比例均高于13％
(3) 用了全氧冶炼，但按炉缸面积计算的生产率 仅为高炉的0.7～0.9；
2 铁矿还原
2.4 铁水预处理
为下游炼钢提供更好的铁水条件，去除炼钢生 产不需要的S、P、Si等杂质，都是在运送铁 水的鱼雷罐车、铁水包等内用（喷）辅料造渣 吸收这些杂质元素
1.1 黑色金属材料
1.1.1 铁矿石 1.1.2 废钢
1.2 还原剂（焦炭、媒、油、燃气） 1.3 辅料（石灰、合金添加料） 1.4 原料的储运
1.1 黑色金属材料
1.1.1 铁矿石及其准备
铁矿石是铁氧化合物与脉石混杂在一起的物质 铁矿石品位＞45%的可以直接用高炉炼铁 铁矿石品位≤45%的需选矿用烧结、球团（烧 结矿含铁56-58%，球团造块含铁68-70%）
高炉煤气压差发电（有无料钟的高炉煤气压力25mpa以上， 而用于热风炉的煤气压力只需0.25mpa）
对高炉炼铁的评说
还原进程中碳顶替铁矿石中的氧成为铁水，而炼钢 工艺则是从铁水中分离碳
高炉对原燃料要求苛刻，高炉前工序必须建焦化厂、 烧结厂和球团厂
用高炉生产1吨铁水，需要3倍数量的炉料，综合工 艺、物料运送较复杂
我国现规定淘汰450m³以下高炉，新建必须＞ 1000m³
高炉流程及主要设备图
炼铁汇报p37
高炉炼铁工艺 料柱连续由上而下，煤气由下而上，其反应如下：
向炉内送进1300℃热风，热风中的氧与加热变 红的焦炭快速反应达到2200℃行成CO
CO吸收矿石里的氧形成CO2，矿石被还原成 铁水，铁水中含4-4.7%的溶解碳，及一些不受 欢迎的夹带元素P、Si、Mn、S（主要来自焦 炭）
球团矿比块矿具有颗粒范围小、质量相对均衡、含 铁品位>60%，冷强度高耐压2800-3600n/球，透气 性好，高温还原性好，具有热膨胀性。
Φ6m的圆盘造球机
球团厂图
炼铁汇报p24
球团厂主要设备；圆盘造球机及链算机---回 转窑---环冷机
1.1 黑色金属材料
1.1.2 废钢 转炉炼钢消耗废钢比约10% 电炉炼钢消耗废钢比约100% 废钢是载能体，它有效地节能和推动co2 减排 废钢需要加工后，才适于使用