炼钢工艺及流程

炼钢工艺及流程
炼铁过程实质上是将铁从其自然形态——矿石等含铁化合物中还原出来的过程。

炼铁方法主要有高炉法、直接还原法、熔融还原法等，其原理是矿石在特定的气氛中（还原物质CO、H2、C；适宜温度等）通过物化反应获取还原后的生铁。

生铁除了少部分用于铸造外，绝大部分是作为炼钢原料。

1、高炉炼铁的冶炼原理（应用最多的）
1）高炉冶炼用的原料
主要由铁矿石、燃料（焦炭）和熔剂（石灰石）三部分组成。

通常，冶炼1吨生铁需要1.5-2.0吨铁矿石，0.4-0.6吨焦炭，0.2-0.4吨熔剂，总计需要2-3吨原料。

为了保证高炉生产的连续性，要求有足够数量的原料供应。

2）工艺流程
生铁的冶炼虽原理相同，但由于方法不同、冶炼设备不同，所以工艺流程也不同。

下面分别简单予以介绍。

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。

生铁是高炉产品（指高炉冶炼生铁），而高炉的产品不只是生铁，还有锰铁等，属于铁合金产品。

锰铁高炉不参加炼铁高炉各种指标的计算。

高炉炼铁过程中还产生副产品水渣、矿渣棉和高炉煤气等。

高炉炼铁的特点：规模大，不论是世界其它国家还是中国，高炉的容积在不断扩大，如我国宝钢高炉是4063立方米，日产生铁超过吨，炉渣4000多吨，日耗焦4000多吨。

目前国内单一性生铁厂家，高炉容积达到500左右立方米以上，但多数仍维持在100-300立方米之间，甚至仍存在100立方米以下的高耗能高污染的小高炉，其产品质量参差不齐，公布分散，不具有期规模性，更不能与国际上的钢铁厂相比。

中国宝钢集团总裁谢企华透露，中国政府已经命令高炉容积小于200立方米的小钢铁厂于2007年年底前关闭，使用技术过于陈旧的钢铁厂将在2010年之前逐步淘汰，如果钢铁价格下滑，这
个最后期限还有可能提前。

1、什么是轧机？
轧机是实现金属轧制过程的设备。

泛指完成轧材生产全过程的装备﹐包括有主要设备﹑辅助设备﹑起重运输设备和附属设备等。

但一般所说的轧机往往仅指主要设备。

2、轧机的发展史
据说在14 世纪欧洲就有轧机﹐但有记载的是1480 年意大利人达' 芬奇 (Leonardo da Vinci) 设计出轧机的草图。

1553 年法国人布律列尔(Brulier) 轧制出金和银板材﹐用以制造钱币。

此后在西班牙﹑比利时和英国相继出现轧机。

1728 年设计的生产圆棒材用的轧机为英国设计的生产圆棒材用的轧机。

英国于1766 年有了串行式小型轧机﹐19 世纪中叶﹐第一台可逆式板材轧机在英国投产﹐并轧出了船用铁板。

1848 年德国发明了万能式轧机﹐ 1853 年美国开始用三辊式的型材轧机﹐并用蒸汽机传动的升降台实现机械化。

接着美国出现了劳特式轧机。

1859 年建造了第一台连轧机。

万能式型材轧机是在1872 年出现的﹔20 世纪初制成半连续式带钢轧机﹐由两架三辊粗轧机和五架四辊精轧机组成。

中国于1871 年在福州船政局所属拉铁厂( 轧钢厂 ) 开始使用轧机﹔轧制厚15mm 以下的铁板﹐ 6 ～ 120mm 的方﹑圆钢。

1890 年汉冶萍公司汉阳铁厂装有蒸汽机拖动的横列双机架 2450mm 二辊中板轧机和蒸汽机拖动的三机架横列二辊式轨梁轧机以及350/300mm 小型轧机。

随着冶金工业的发展﹐现已有多种类型轧机。

3、轧机的主要设备有工作机座和传动装置
1）工作机座。

由轧辊﹑轧辊轴承﹑机架﹑轨座﹑轧辊调整装置﹑上轧辊平衡装置和换辊装置等组成。

a.轧辊：是使金属塑性变形的部件。

b.轧辊轴承：支承轧辊并保持轧辊在机架中的固定位置。

轧辊轴承工作负荷重而变化大﹐因此要求轴承摩擦系数小﹐具有足够的强度和刚度﹐而且要便于更换轧辊。

不同的轧机选用不同类型的轧辊轴承。

滚动轴承的刚性大﹐摩擦系数较小﹐但承压能力较小﹐且外形尺寸较大﹐多用于板带轧机工作辊。

滑动轴承有半干摩擦与液体摩擦两种。

半干摩擦轧辊轴承主要是胶木﹑铜瓦﹑尼龙瓦轴承﹐比较便宜﹐多用于型材轧机和开坯机。

液体摩擦轴承有动压﹑静压和静- 动压三种。

优点是摩擦系数比较小﹐承压能力较大﹐使用工作速度高﹐刚性好﹐缺点是油膜厚度随速度而变化。

液体摩擦轴承多用于板带轧机支承辊和其它高速轧机。

c.轧机机架：由两片“牌坊”组成以安装轧辊轴承座和轧辊调整装置﹐需有足够的强度和钢度承受轧制力。

机架形式主要有闭式和开式两种。

闭式机架是一个整体框架﹐具有较高强度和刚度﹐
主要用于轧制力较大的初轧机和板带轧机等。

开式机架由机架本体和上盖两部分组成﹐便于换辊﹐主要用于横列式型材轧机。

此外﹐还有无牌坊轧机。

d.轧机轨座：用于安装机架﹐并固定在地基上﹐又称地脚板。

承受工作机座的重力和倾翻力矩﹐同时确保工作机座安装尺寸的精度。

e.轧辊调整装置：用于调整辊缝﹐使轧件达到所要求的断面尺寸。

上辊调整装置也称“压下装置”﹐有手动﹑电动和液压三种。

手动压下装置多用在型材轧机和小的轧机上。

电动压下装置包括电动机﹑减速机﹑制动器﹑压下螺丝﹑压下螺母﹑压下位置指示器﹑球面垫块和测压仪等部件﹔它的传动效率低﹐运动部分的转动惯性大﹐反应速度慢﹐调整精度低。

70 年代以来﹐板带轧机采用 AGC( 厚度自动控制 ) 系统后﹐在新的带材冷﹑热轧机和厚板轧机上已采用液压压下装置﹐具有板材厚度偏差小和产品合格率高等优点。

f.上轧辊平衡装置：用于抬升上辊和防止轧件进出轧辊时受冲击的装置。

形式有﹕弹簧式﹑多用在型材轧机上﹔重锤式﹐常用在轧辊移
动量大的初轧机上﹔液压式﹐多用在四辊板带轧机上。

g.为提高作业率﹐要求轧机换辊迅速﹑方便。

换辊方式有C 形钩式﹑套筒式﹑小车式和整机架换辊式四种。

用前两种方式换辊靠吊车辅助操作﹐而整机架换辊需有两套机架﹐此法多用于小的轧机。

小车换辊适合于大的轧机﹐有利于自动化。

目前﹐轧机上均采用快速自动换辊装置﹐换一次轧辊只需 5 ～ 8 分钟。

2)传动装置
由电动机﹑减速机﹑齿轮座和连接轴等组成。

齿轮座将传动力矩分送到两个或几个轧辊上。

3)辅助设备包括轧制过程中一系列辅助工序的设备。

如原料准备﹑加热﹑翻钢﹑剪切﹑矫直﹑冷却﹑探伤﹑热处理﹑酸洗等设备。

4)起重运输设备吊车﹑运输车﹑辊道和移送机等。

5)附属设备有供﹑配电﹑轧辊车磨﹐润滑﹐供﹑排水﹐供燃料﹐压缩空气﹐液压﹐清除氧化铁皮﹐机修﹐电修﹐排酸﹐油﹑水﹑酸的回收﹐以及环境保护等设备。

4、轧机的命名
按轧制品种﹑轧机型式和公称尺寸来命名。

“公称尺寸”的原则对型材轧机而言﹐是以齿轮座人字齿轮节圆直径命名﹔初轧机则以轧辊公称直径命名﹔板带轧机是以工作轧辊辊身长度命名﹔钢管轧机以生产最大管径来命名。

有时也以轧机发明者的名字来命名( 如森吉米尔轧机 ) 。

5、轧机的选择
按生产的产品品种﹑规格﹑质量和产量的要求来选定成品或半成品轧机的类型和尺寸﹐并配备必要的辅助﹑起重运输和附
属设备﹐然后根据各种因素的要求最后加以平衡选定。

6、轧机动力设施
1590 年英国开始用水轮机拖动轧辊﹐直到 1790 年还有用水轮机配以石制飞轮拖动四辊式钢板轧机的 ( 图 4 水轮机拖动的钢板轧机 ) 。

1798 年英国开始用蒸汽机拖动轧机。

现代的轧机均为直流或交流电动机拖动﹐有单机拖动﹐也有通过齿轮成组拖动。

7、轧机的分类
轧机可按轧辊的排列和数目分类﹐可按机架的排列方式分类﹐也可按生产的产品分类﹐分别列于表1 轧机按轧辊的排列和数目分类﹑表 2 轧机按机架排列方式分类和表 3 轧机按生产产品分类。

8、轧机的发展
现代轧机发展的趋向是连续化﹑自动化﹑专业化﹐产品质量高﹐消耗低。

60 年代以来轧机在设计﹑研究和制造方面取得了很大的进展﹐使带材冷热轧机﹑厚板轧机﹑高速线材轧机﹑H 型材轧机和连轧管机组等性能更加完善﹐并出现了轧制速度高达每秒钟115 米的线材轧机﹑全连续式带材冷轧机﹑ 5500 毫米宽厚板轧机和连续式 H 型钢轧机等一系列先进设备。

轧机用的原料单重增大﹐液压 AGC ﹑板形控制﹑电子计算器过程控制及测试手段越来越完善﹐轧制品种不断扩大。

一些适用于连续铸轧﹑控制轧制等新轧制方法﹐以及适应新的产品质量要求和提高经济效益的各种特殊结构的轧机都在发展中。

一、棒材生产工艺流程
钢坯验收────吊装──计量── 编组── 入炉加热──φ550×1粗轧──160T热剪机切头──φ400×2+φ400×3+φ350×2中轧── 1#飞剪切头──平立交替精轧机φ300×6 ── 2#倍尺飞剪── 夹送辊── 冷床── 300T冷剪定尺── 检验──称重──打包收集── 入库
二、高线生产工艺流程
钢坯验收──编组── 排钢── 加热── 出钢── 粗轧 1#飞剪──中轧── 2#飞剪── 预精轧── 预水冷──3#飞剪──精轧──穿水冷却── 吐丝──风冷── 集卷── 检验── 切头尾── 打包── 称重──卸卷── 入库
三、高棒生产工艺流程
钢坯验收──编组── 入炉加热──钢坯出炉── 粗轧（φ600×6）──1#飞剪── 中轧（φ520×4+φ425×2）──2#飞剪──精轧（φ425×4+φ365×2）── 穿水冷却── 3#飞剪──挑短尺── 检验──计数── 打捆── 称重──挂牌── 入库
四、热轧、冷轧无缝钢管的工艺流程：
两种工艺流程概述
热轧（挤压无缝钢管）：圆管坯→加热→穿孔→三辊斜轧、连轧或挤压→脱管→定径（或减径）→冷却→坯管→矫直→水压试验（或探伤）→标记→
入库。

冷拔（轧）无缝钢管：圆圆管坯→加热→穿孔→打头→退火→酸洗→涂油（镀铜）→多道次冷拔（冷轧）→坯管→热处理→矫直→水压试验（探伤）→标记→入库。

炼钢工艺流程1、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，以便把硫、磷降到计划钢种的上限以下，并使吹氧时喷溅和溢渣的量减至最小。

2、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，原来的氧化渣必须彻底放出，以防回磷等。

3、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。

4、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。

5、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。

6、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。

7、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。

8、还原期：
普通功率电弧炉炼钢操作中，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。

9、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，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。

10、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，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。

11、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-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。

12、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），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、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。

13、钢包精炼：
钢包精炼型炉外精炼的简称。

其特点是比钢包处理的精炼时间长（约60～180分钟），具有多种精炼功能，有补偿钢水温度降低的加热装置，适于各类高合金钢和特殊性能钢种（如超纯钢种）的精炼。

真空吹氧脱碳法（VOD）、真空电弧加热脱气法（VAD）、钢包精炼法（ASEA-SKF）、封闭式吹氩成分微调法（CAS）等，均属此类；与此类似的还有氩氧脱碳法（AOD）。

14、惰性气体处理:
向钢液中吹入惰性气体，这种气体本
身不参与冶金反应，但从钢水中上升的每个小气泡都相当于一个“小真空室”（气泡中H2、N2、CO的分压接近于零），具有“气洗”作用。

炉外精炼法生产不锈钢的原理，就是应用不同的CO分压下碳铬和温度之间的平衡关系。

用惰性气体加氧进行精炼脱碳，可以降低碳氧反应中CO分压，在较低温度的条件下，碳含量降低而铬不被氧化。

15、预合金化：
向钢液加入一种或几种合金元素，使其达到成品钢成分规格要求的操作过程称为合金化。

多数情况下脱氧和合金化是同时进行的，加
入钢中的脱氧剂一部分消耗于钢的脱氧，转化为脱氧产物排出；另一部则为钢水所吸收，起合金化作用。

在脱氧操作未全部完成前，与脱氧剂同时加入的合金被钢水吸收所起到的合金化作用称为预合金化。

16、成分控制：
保证成品钢成分全部符合标准要求的操作。

成分控制贯穿于从配料到出钢的各个环节，但重点是合金化时对合金元素成分的控制。

对优质钢往往要求把成分精确地控制在一个狭窄的范围内；一般在不影响钢性能的前提下，按中、下限控制。

17、增硅：
吹炼终点时，钢液中含硅量极低。

为达到各钢号对硅含量的要求，必须以合金料形式加入一定量的硅。

它除了用作脱氧剂消耗部分外，还使钢液中的硅增加。

增硅量要经过准确计算，不可超过吹炼钢种所允许的范围。

18、终点控制：
氧气转炉炼钢吹炼终点（吹氧结束）时使金属的化学成分和温度同时达到计划钢种出钢要求而进行的控制。

终点控制有增碳法和拉碳法两种方法。

19、出钢：
钢液的温度和成分达到所炼钢种的规定要求时将钢水放出的操作。

出钢时要注意防止熔渣流入钢包。

用于调整钢水温度、成分和脱氧用的添加剂在出钢过程中加入钢包或出钢流中。