钢铁冶金概述

铁与C（2.5%-4.5%)、Si、Mn、P、S组成的合金，主要由高炉生产
❖ 普通生铁：炼钢生铁和铸造生铁。炼钢生铁供转炉、 电炉炼钢使用。铸造生铁则主要用于生产耐压铸件。
❖ 合金生铁：硅铁、锰铁。作为炼钢的辅助材料，如 脱氧剂、合金元素添加剂。
普通生铁
炼钢生铁[Si]≤1.25%
铸造生铁 1.25%≤[Si]≤4.25%
❖ 鱼肠剑，一名鱼藏剑，据传是铸剑大师欧冶子为越王所制， 经雨洒雷击，得天地精华，制成了五口剑，分别是湛卢、纯 钧、胜邪、鱼肠和巨阙。
现代钢铁生产的一般流程
❖ 长流程： 铁矿石—高炉—铁水—转炉—钢水—浇注— 钢坯—轧钢—钢材
❖ 短流程： 废钢等—电炉—钢水—浇注—轧钢—钢材
现代钢铁生产的一般流程
1.2.2 高炉冶炼产品
❖ 一般来说，生铁和钢的化学成分主要差别是含碳 量。钢中含碳量最高不超过2.11%。
❖ 高炉生铁含碳量在2.5~4.5%范围，铸铁中不超过 5.0%（此时Fe3C含量约占75%，当铸铁中Fe3C达 100%时，其含碳量为6.67%）。当铸铁中C>5.0% 时，铸铁甚脆，没有实用价值。而含碳量在 1.6~2.5%之间的钢铁材料，由于缺乏实用性，一 般不进行工业生产。
2.1.2 高炉冶炼对焦炭质量的要求
❖ (1)含碳量高，灰分低 ❖ (2)含硫等有害杂质要少 ❖ (3)成分稳定 ❖ (4)挥发分含量适合 ❖ (5)强度高，块度均匀
2.1.2 高炉冶炼对焦炭质量的要求
焦炉
2.2 喷吹用燃料
❖ 向高炉内喷吹的辅助燃料可代替部分焦炭， 大幅度降低焦比。目前喷吹的燃料已占高炉 全部燃料用量的10~30%，有的达40%。在 日本和德国一般维持在10%左右，他们更着 重于提高喷吹效率。
鱼肠剑
❖ 据《吴越春秋》，公子姬光备办酒席宴请吴王僚。当时,吴王 僚穿了三重铁甲，但仍然未能防住公子姬光的精心算计,酒喝 到畅快的时候，公子姬光假装脚有毛病，出门让专诸把鱼肠 剑放到烤鱼的肚子里,把鱼献上去.然后，专诸擘烤鱼推匕首 进行刺杀行动。专诸固然是个胆大的刺客，而那柄精巧的鱼 肠剑竟然锋利到了不可思议的程度，经它一刺，吴王僚不但 透胸断骨，而且被贯穿了铁甲，直达后背。一代枭雄随风而 去，公子姬光上台，这才引出了以后的吴灭楚，越亡吴的精 彩故事。
❖ 高炉还可生产特殊生铁，如锰铁、硅铁、镜铁（含 10~25%Mn）、硅镜铁（含9~13%Si， 18~24%Mn）等，主要用作炼钢脱氧剂和合金化 剂。
1.2.2 高炉冶炼产品
❖ 二、高炉渣
❖ 由于冶炼矿石品位、焦比及焦炭灰分的不同，我国 大中型高炉的单位生铁渣量在0.3~0.5t之间。高炉 渣主要成分是Ca、Mg、Si、Al的氧化物，其工业 用途广泛。如在炉前急冷粒化成水渣，作成水泥和 建筑材料；酸性渣还可在炉前用蒸汽吹成渣棉，作 绝热材料。
❖ 渣铁聚集区
高炉炉内状况
风口前碳的燃烧示意
1.2.2 高炉冶炼产品
高炉冶炼的主要产品是生铁。副 产品为炉渣和高炉煤气。
1.2.2 高炉冶炼产品
❖ 一 生铁：
普通生铁和合金生铁。生铁是Fe与C及其它一 些元素的合金。通常，生铁含Fe 94%左右，C 4% 左右。其余为Si、Mn、P、S等少量元素。
❖ (2)还原剂：焦炭中的固定碳和它燃烧后生成的 CO都是铁矿石还原所需的还原剂。
❖ (3)料柱骨架：高炉内是充满着炉料和熔融渣、铁 的一个料柱，焦炭约占料柱体积的1/3~1/2，对料 柱透气性具有决定性的影响。特别是在高炉下部， 矿石、熔剂已经熔化、造渣，变成液态渣和铁， 只有焦炭仍保持固态，为渣、铁滴落和煤气上升 以及炉缸内的渣、铁正常流通和排出提供必要条 件，使冶炼过程得以顺利进行。焦炭的这一作用 目前尚不能为其他燃料所代替。
❖ 例如铁元素广泛地分布在地壳的岩石和土壤中，有的比较 集中，形成天然的富铁矿；有的比较分散，形成贫铁矿， 用于冶炼既困难又不经济。随着选矿和冶炼技术的发展， 矿石的来源和范围不断扩大。如含铁较低的贫矿，经过富 选也可用来炼铁；过去认为不能冶炼的攀枝花钒钛磁铁矿， 已成为重要的炼铁原料。
❖ 矿石中除了用来提取金属的有用矿物外，还含有一些工业 上没有提炼价值的矿物或岩石，统称为脉石，应在选矿和 其它处理过程中尽量去除。
❖ 高炉煤气是钢铁联合企业的重要二次能源，主要用 作热风炉燃料，还可供动力、炼焦、烧结、炼钢、 轧钢等部门使用。
1.3 高炉炼铁原料
❖ 原料是高炉冶炼的物质基础，其质量 对冶炼过程及冶炼效果影响极大。目 前，炼铁的发展趋势之一就是采用精 料。
1.3.1 铁矿石分类及特性
一、矿石和脉石
❖ 矿石是矿物的集合体。在当前科学技术条件下，能从中经 济合理地提炼出金属来的矿物才称为矿石。矿石的概念是 相对的。
中性 高Al熔剂，主要为：含Al2O3高的铁矿（只在降低炉渣流动 性时使用）
第二章 高炉用燃料
❖2.1 高炉冶炼对焦炭质量的要求
❖ 2.1.1 焦炭在高炉冶炼中的作用 ❖ 2.1.2 高炉冶炼对焦炭质量的要求
❖2.2 喷吹用燃料
2.1.1 焦炭在高炉冶炼中的作用
❖ (1)发热剂（燃料）：燃烧后发热，产生冶炼所需 热量。
钢 铁 工 业 发展
型钢
棒线材
重轨
桥梁用钢
奥运鸟巢
板卷
冷轧镀锌板
船板钢
钢管
1.2 高炉生产工艺过程及产品
❖1.2.1 高炉生产工艺过程 ❖1.2.2 高炉冶炼产品
现代炼铁方法
高炉炼铁法：
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。由于高炉炼铁 受能源焦炭的限制，在一些缺乏焦煤资源 的国家和地区，经过长期的研制和实践， 也逐步形成了不同形式的非高炉炼铁法。
1.2.2 高炉冶炼产品
❖ 炼钢生铁作为转炉热装炼钢的原料，约占生铁产量 的80~90%。铸造生铁，又称为翻砂铁或灰口铁， 用于铸件生产。其主要特点是含硅较高，在 1.25~4.25%之间。硅在生铁中能促进石墨化，即 使化合碳游离成石墨碳，增强铸件的韧性和耐冲击 性并易于切削加工。铸造生铁约占生铁产量的10% 左右。
成分
理论含铁 实际富矿 最低工业 冶炼性能
量%
含铁%
品位%
磁
Fe3O4
72.4
45~70
20~25 P，S↑难还
原
赤
Fe2O3
70
55~60
30
P，S↓易还
原
褐 n Fe2O3.mH2O 55.2~66.1 37~55
30
P ↑易还原
菱
FeCO3
48.2
30~40
25
P，S↓熔烧
后易还原
1.3.2 铁矿石的准备处理
宝钢高炉全貌
高炉炼铁过程
1.2.1 高炉生产工艺过程
❖ 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Fe氧2S化iO物4、或F矿e3物O4状·T态iO（2等如）F还e2O原3为、液Fe态3O生4、铁。
❖ 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。
1.3.2 铁矿石的准备处理
❖ 破碎筛分
❖ 破碎和筛分是铁矿石准备处理工作中的基本环节，通过破 碎和筛分使铁矿石的粒度达到“小、匀、净”的标准。
❖ 破碎的常要设备有：颚式、锥式、辊式破碎机，球磨机和 棒磨机。筛分的常用设备有固定条筛、圆筒筛、振动筛等。
❖ 焙烧
❖ 焙烧是在适当的气氛中，使铁矿石加热到低于其熔点的温 度，在固态下发生的物理化学过程。
铁矿全景图
鞍矿公司东鞍山铁矿 鞍矿公司眼前山铁矿
1.3.1 铁矿石分类及特性
二、天然铁矿石的分类及特征
❖ 天然铁矿石按其主要矿物分为磁铁矿、赤铁矿、褐 铁矿和菱铁矿等几种，主要矿物组成及特征见表2-1
表2-1 常见铁（锰）矿石的组成及特征
各类铁矿石图
磁铁矿
褐铁矿
赤铁矿
菱铁矿
表2-2 铁矿石种类及质量评价
❖
CaO/SiO2=1.0~1.2
❖ 可去除生铁中有害杂质硫，提高生铁质量。
1.3.3 熔剂
❖ （1）作用： ❖ 形成低熔点易流动的炉渣、脱S（碱性熔剂） ❖ （2）种类：
使用条件及作用 碱性 铁矿中脉石为酸性氧化物，包括：石灰石、白云石、石灰
铁矿中脉石为碱性氧化物，主要为：SiO2（只在炉况失常 酸性 时使用—（Al2O3）≥18%或排碱时）
铁熔焦 矿 石剂炭
上料机
喷吹 燃料 燃料罐
高炉
热风
冷风
空气
热风炉
鼓风机
炉渣
生铁
煤气
水
渣
铸炼特
渣
棉
造钢殊
除尘
净煤气
生生生
铁铁铁
建
绝
筑
热
炉 尘
材
材
料
料
其它用途
1.2.1 高炉生产工艺过程
❖ 高炉炼铁生产非常复杂，除了1高炉本体以外，还 包括有2上料系统、3送风系统 、4煤气净化系统、 5渣铁处理系统、6喷吹燃料系统。通常，辅助系统 的建设投资是高炉本体的4~5倍。
❖ 生产中，各个系统互相配合、互相制约，形成一个 连续的、大规模的高温生产过程。高炉开炉之后， 整个系统必须日以继夜地连续生产，除了计划检修 和特殊事故暂时休风外，一般要到一代寿命终了时 才停炉 。
1.2.1 高炉生产工艺过程