冶金工程概论

序号：146选课课号：(2012-2013-2)-BG11191-900132-1 课程类别：公选课《冶金工程概论》课程考核（课程论文）题目：冶金技术与能源利用作者：学号：授课教师：班级：重庆科技学院冶金与材料工程学院二零一三年五月中国重庆冶金技术与能源利用摘要冶金工业自新中国成立60年来.其发展速度非常迅速，在国内各个地区都有发展。

在其发展的过程中，也给我们国家带来了非常可观的效益，是我们国家的国际地位和经济地位得到了提升。

冶金工业就是衡量一个国家发达的标志。

但如今，能源问题日益严峻，钢铁冶炼耗能逐渐加大，面对钢铁企业的可持续发展，国内外钢铁企业不断开发应用新技术新工艺，推行钢铁冶金行业的清洁生产，在能源结构调整、冶金工艺优化以及废弃物综合利用方面收到了良好的效果，实现了经济效益、社会效益和环境效益协调统一。

关键字：冶金技术钢铁企业能源利用概述冶金工业遍布全国，不论是大连、天津、上海等沿海城市，还是内地的包头、太原、武汉、重庆、攀枝花等地，都有大型高铁企业的发展。

而且，辽宁、黑龙江、山东、河南、四川、贵州、甘肃等地也建设了一批大型氧化铝厂、电解铝厂和铝材加工厂。

而在湖南、江西、贵州、广西等地亦有大型的有色金属生产基地建立。

所以说，钢铁和金属工业发展对国家来说非常重要，它的发展影面积广。

其中和冶金有关的就有军事工业、建材工业、汽车工业、制药工业、煤炭工业、航天工业、钢铁工业、科技实验、兵器工业和电子工业等不下10种工业，所以说，国家的发展离不开冶金工业的发展。

那么，对于冶金工业在开发和生产的同时而无法利用的能量，我们就应该向办法利用起来。

冶金工业的的确确是耗能大户，但是它带来的利益和所消耗的能源是成正比的，它的发展必须进行下去。

所以，我们需要做的就是如何通过技术的改进达到节约能源消耗和对余能的利用。

例如，钢铁工业中的热能和煤粉无法充分利用完全，还有就是高炉炉顶的余压等，这些都是我们可以利用的余能。

随着工业的发展，节能技术的不断完善，这方面的发展前景已经无法和余能利用技术的开发相比了。

这个是从难易程度上来分析的，打个比方，为了同一个目的，有2个方向可以考虑，人们为了提高成效，先选择了在其中之一。

在大量的人力物力的支持下，这方面很快就取得了不错的成效，但是随时间的流逝和开发的完善，想在这个方面再次取得较大的成就非常的困难。

与其这样，不如把这些投资投入另外未考虑的那个方向，取得的成效一定远大于在前一个方向上的成就。

这就是现在冶金工业遇见的问题，节能技术几乎无孔不入的被开发者们利用在了一切可利用的地方，但是余能利用技术却没多少人去开发。

在这种情况下，着力于余能利用技术的开发所得的效益远大于节能技术的开发。

现在针对余能的利用，已经有了多个成功的实例，例如：高炉炉顶余压发电，干熄焦，热结矿余热回收系统等。

这些技术的成功，大大挺高了国家和人民的效益，也减少了对地球对国家对人民的资源的浪费。

正文1.关于钢铁冶金联合企业的主要生产环节：1．1.冶炼原料原料是高炉冶炼的物质基础，精料是高炉操作稳定顺行，获得高产、优质、低耗及长寿的基本保证。

原料主要是铁矿石，铁矿石的开采方式主要有露天开采、地下开采和液体开采。

铁矿石的富选过程包括破碎、磨碎、筛分和分级和选别作业。

铁矿粉造块的方法主要分为烧结法和球团法。

高炉冶炼用的原料主要有铁矿石(天然富矿和人造富矿)、燃料(焦炭与喷吹燃料)、熔剂(石灰石和白云石等)。

冶炼一吨生铁大概需要品位为63%的铁矿石1.60至1.65吨，0.3至0.6吨焦炭，0.2至0.4吨熔剂。

1.2．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Fe2O3、Fe3O4、Fe2SiO4、Fe3O4·TiO2等)还原为液态生铁。

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。

高炉炼铁特点：a）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。

b）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。

c）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。

3.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。

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。

炼钢工艺主要包括：铁水预处理；转炉或电弧炉炼钢；炉外精炼(二次精炼)；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)合金材料等。

2.冶金工业的能源问题：2.1.能源和资源比例结构调整在钢铁联合企业中，在铁前系统的成本和能耗占企业成本和能耗的70％左右，作好这一环节的资源和能源比例结构调整有重要意义。

对于这一环节，一切围绕高炉生产展开。

首先，铁前认真贯彻精料方针，不断优化炉料结构，实现人炉料“高、净、匀、稳”。

提高高炉熟料比，保证高炉全精料人炉，改善高炉炉料结构，为高炉增产、节焦提供了物质基础。

相应地，焦化厂提高焦碳质量、稳定尺寸、降低灰分，烧结厂降低烧结矿的含粉率，稳定碱度、提高人炉矿品位；炼铁厂不断优选矿种、开发合理经济的炉料配比，取消熔剂人炉，铁水炉前就地实施脱硅、脱硫、脱磷的“三脱”技术，提高铁水质量保证炼钢工序实现精料。

如安阳钢厂炉料结构凋整取得良好效果，300m³高炉渣铁比348.31kg／t，同比降低75．41 kg／t；380m³高炉为380．5 kg／t，同比降低25．28 kg／t，减少了渣铁的排放和综台利用，取得了很好的经济效益环境效益。

2．2.能源替代面对世界资源日趋枯竭，污染日趋严重，我们不得不为钢铁生产寻求其它形式的能源．用其它形式的能源或废弃物替代或部分替代当今钢铁生产过程中使用的石油、天然气和煤等不可群生的能源，对企业、对社会、对环境，都有不可替代的促进作用.目前，已有一些研究人员着手氢还原铁矿石的研究，改变当今铁矿石的还原主要依赖于焦碳造成大量温室效应的状况，而技术上更为成熟的是高炉喷吹废塑料技术。

塑料的用途遍及生产、生活领域，每年产生数量极大的废塑料．经多年的研究和实践，证明高炉喷吹翅料是处理废塑料的有效手段，而且对高炉炼铁有良好的经济效益，可以节能降耗。

可以说，高炉喷吹塑料是一项兼顾社会效益、环境效益和生产效益的新技术．废塑料的成分是高分子碳氢化合物，是炼铁生产的良好还原剂和发热剂。

2.3.二次能源(废弃物)的综合利用钢铁工业能耗高、工序多、流程长的特点，使得生产过程中产生大量的废弃物和污染物，如各种煤气、炉渣和粉尘等，而且大部分产物具有大量的显热，约占总能耗的29～39％，其中炼焦废气摄热、焦碳显热、烧结矿显热、烧结烟气显热、高炉煤气显热等占有很大比例，有的环节含有大量的余压能源，如高炉顶压操作。

总之，综合利用各环节的二次能源及废气物是节能降耗、减少污染、实施清洁生产的必要措施。

由此，出现了高炉TRT技术、干熄焦技术及炉渣处理等先进技术。

2.3.1.高炉余压利用一高炉煤气余压透平发电技术(TRT技术)现代钢铁厂炼铁高炉大都采用高压炉顶操作来提高冶金强度和产量，从炉顶排放出的高炉煤气具有较高的压力和温度，为促进这些可燃废气的综合利用，通常采用目前国内外公认的先进的高炉煤气余压透平发电冶金节能装置。

TRT技术是利用一台透平膨胀机在减压阀前作功，将煤气的压力能和热能转化为机械能并驱动发电机发电的一种能量回收装置。

TRT在运行中不需要燃烧，不改变原高炉煤气的品质和正常使用，却回收了相当可观的能量(约占高炉煤气鼓风机所需能量的30％)，同时又具有净化煤气，减少噪音，改善煤气炉顶压力控制品质的作用，更为可贵的是它本身不产生新的污染，发电成本极低。

因此，TRT是典型的高效：谛能环保装置。

目前，随着高炉向大型化和高压炉顶方向发展以及干式除尘装置的应用，TRT也正朝着干式和干湿两用型轴流反动式的方向发展。

在国内，宝钢应用TRT技术较为成熟，平均吨铁回收电力34kw·h，处于世界先进水平。

2.3.2 焦碳余热利用一干熄焦技术钢铁生产中余热利用主要放在余热资源率较高、余热回收技术成熟的干熄焦余热、烧结矿显热、热风炉烟气余热回收等几方面，在这里介绍一下成熟而先进的干熄焦技术。

干熄焦(CDQ)是通过循环风机将冷的惰性气体(通常为氮气)鼓人干熄炉内与炽热红焦换热后将焦碳冷却，而吸收了红焦热量的惰性气体将热量传给锅炉产生蒸汽，最终冷却后的惰性气体经风机鼓人干熄炉循环使用．其主要流程包括焦碳流程、惰性气体流程、锅炉汽水流程、除尘流程等．与水熄焦相比，干熄焦具有明显的节能、环保和改善焦碳质量的作用．干熄每吨红焦所回收的显热可产生0．4～0.5 t中压蒸汽[4]，且减少了湿熄焦所需的熄焦水量，又可以改善周围环境，清除水汽及有害气体对设备和建筑物的腐蚀，清除和控制有毒、有害物的排放，提高焦碳质量．使其机械强度提高、真密度增大、耐磨性改善，反应性降低。

2.3.3.炉渣的处理钢铁冶金生产离不开炉渣，包括高炉渣、转炉渣、电炉渣和铁合金渣等。

传统思想认为，冶金渣是废弃物，但随着钢铁技术的发展和环境保护意识的提高，人们转变了对渣的认识，渣实质上是冶金生产过程中的一个中问产品。

因此，人们不断地研究开发出各种新技术工艺综合利用备种冶金渣。

下面着重介绍一种处理高炉渣的新技术——干式成粒法。

干式成粒法是建立在熔渣经变速旋转杯或盘雾化成粒的基础上，熔渣从流渣道送至旋转杯的中心，借助离心力将其抛至边缘，同时被冷却，为防止颗粒与室壁粘连，渣颗粒在飞向水冷墙壁之前必须完全固化，水玲炉壁的作用是增强冷却和固化效果，提高成粒质量和数量。