钢铁生产过程简要介绍

钢铁生产过程简要介绍二〇一六年三月
钢铁生产过程简要介绍
钢铁的基本生产过程，是首先获得铁矿石和焦煤等原料，然后把它们在炼铁高炉内炼制成生铁；下一步再以生铁为原料，用不同的炼钢炉冶炼成钢；钢要铸成钢锭或连铸坯形状，再送到轧钢机进行轧制加工，或者经过锻造，最终成为可用的各种形状的钢材。

一、铁矿石开采和加工
从地球诞生的那一天开始，铁元素凝聚成的矿藏就非常不均衡地分布于世界各地。

铁元素是以化合物的状态存在于自然界中，尤其是以氧化铁的状态存在量特别多。

在理论上来说，凡是含有铁元素或铁化合物的矿石都可以叫做铁矿石。

但是在工业上或者商业上来说，铁矿石不但是要含有铁的成份，而且必须有比较高的铁含量，才有利用的价值。

有较好冶炼性能和利用价值的，主要是赤铁矿和磁铁矿两种。

赤铁矿石
呈暗红色或棕色的是赤铁矿，它的主要成份为三氧化二铁Fe2O3，比重大约5.26，多数含Fe在70％以下，含O多于30％，是最主要的铁矿石种类。

磁铁矿石
呈黑灰色或夹杂金属光泽的是磁铁矿，它的主要成份为四氧化三铁Fe3O4，比重大约5.15左右，理论最高含Fe可达72.4％，含O 最少27.6％，具有磁性，也是主要的铁矿石种类。

有的铁矿石埋藏浅，采用露天开采，犹如给地球开天窗一般地挖大坑，开采成本相对低一些。

有些深部的铁矿只能用井下巷道开采，与采掘地下煤炭的方法相类似。

马鞍山钢铁公司南山露天铁矿，使用铁路电机车运输
露天铁矿用电铲与大型矿车运输的联合采矿作业
首钢迁安水厂铁矿使用的130吨电传动1600马力矿车，有6米多高
但是世界上含铁达到66％以上的矿石不多，很多铁矿的“品位”（也就是含铁量）较低，可能也就是30％到50％之间，原矿石里的石头成分太高，是不能直接用于炼铁的。

所以为了提高矿石原料当中的含铁量，要利用机械设备去除部分石头杂质，进一步富集含铁的成分，这就是要进行“破碎”和“选矿”，其中的选矿环节都要大量用水。

选矿车间景象——球磨机和螺旋分级机
照片中这样略小规模的赤铁矿选场，每天可加工2000—3000吨含铁60％左右“铁精矿”。

铁精矿呈粉状，一般称为铁矿粉，含铁量高的可以达到62—66％。

选后得到的铁矿粉
这样的矿粉还不能直接装进高炉里冶炼，就象人们只在取暖炉里烧型煤一样，必须人为地再把它们“捏”成块状，增加透气和还原性。

国际上通行的办法是二次加工制造“烧结矿”和“球团矿”，这两样“人造
块矿”同时提高了抗压强度，有利于高炉冶炼。

铁精粉原料中加入的燃料，经过高温点火后，燃烧放出大量热量，使料层中矿物产生熔融，随着燃烧层下移和冷空气的通过，在1000—1100℃生成的熔融液相被冷却而再结晶，凝固成具有网孔结构的大块烧结矿。

多孔隙的烧结矿
球团矿的加工是先如同摇元宵一样，把精矿粉混合配料进行“造球”，然后也是上机焙烧，其规格没有烧结矿那么大。

焙烧后的球团矿
烧结矿和球团矿就是可以加入高炉进行冶炼的矿石原料。

二、采煤炼焦炭
现在世界上95％以上的钢铁生产，还在使用300年前英国人达比发明的焦炭炼铁方法，所以炼铁要有焦炭，主要是当燃料用，同时焦炭也是还原剂，没有它就不能从氧化铁里置换出铁。

焦炭不是矿物，而是要用特定的几种煤混合“炼制”出来，一般的配比是肥煤25—30％，焦煤30—35％，然后装入炼焦炉里炭化12—24小时后，形成坚硬多孔的焦炭。

焦炭成品
焦炭外观与煤还是有几分相像的，但是它的热值很高，比煤纯净，几乎就是纯碳，而且重量要比煤轻一半以上，因为绝大部分杂质都被清除掉了。

三、高炉炼铁
高炉炼铁是将铁矿石与燃料（焦炭有双重作用，一当燃料，二作还原剂）、配料石灰石等，在高炉中熔化，使它在高温状态下发生还原反应，从氧化铁里还原出基本是以铁元素为主的、含部分碳的“生铁”，也就是铁水。

炼铁厂高炉外观
高炉出铁水
铁水注入到铁水包内，运输去炼钢厂，或送到铸铁机
如果铁水不直接送去炼钢，还可以铸造成生铁块，储存或到市场上销售。

铸造成型的生铁块
不过生铁块由于含碳量超过2％以上，所以很脆，落地就会摔断。

直接用生铁可以铸造出各种铸铁产品，例如柴油机曲轴、铸铁管等。

四、炼铁成钢
铁与钢性质上的根本区别，就是含碳量，含碳量低于2％才是真正的“钢”。

通常所说的“炼钢”就是在高温冶炼过程中使生铁脱碳，把铁变成钢。

常用的炼钢设备是转炉或电炉。

向氧气转炉内倒入铁水和废钢
转炉炼钢的原料包括85％左右的铁水、10—15％的废钢两类，再吹进氧气助燃，不用加任何燃料，依靠炽热铁水自身的物理热能很短时间内就把钢炼好了。

150吨转炉炼钢景象
而电炉炼钢要依靠外部的能源（电能）加热熔化废钢和生铁块，它不用铁水炼钢。

大功率电弧炉在炼钢
电炉出钢，钢水倒入钢包
五、铸造钢坯
目前除了生产特殊钢、大型铸钢件还需要少量铸造钢锭，用于锻造加工以外，国内外大批量生产普通钢铁基本废弃了铸造钢锭——开坯——轧材的旧工艺，绝大多数采用把钢水铸造成钢坯、再去轧材的办法，称为“连铸”。

如果不等钢坯降温、中途不落地、直接送进轧钢机，可以“一火成材”制造出需要的钢材产品。

如果中途冷却钢坯，落地保存，钢坯就可以成为市场销售的商品。

钢水正在浇入连铸机
连铸机效率高，可以设计同步生产3—8根方坯
火焰切割方钢坯
连铸大板坯
少量企业更为先进，能够采用先进的“近终型”连铸方法，直接把钢水铸成很薄的钢带坯，或型钢坯，减少轧钢机加工的环节，更加节省能源，增加效益。

碳素结构钢方坯成品
首钢京唐钢铁公司的大板坯
六、钢坯轧制成材
普通钢材的种类繁多，常见的有各种型钢、螺纹钢、钢板、带钢、钢管等，有的要热加工，有的需要冷加工，因此都要使用轧制钢材的设备，称为“轧钢机”。

我们以热轧棒材（圆钢）和热轧钢卷两个例子做简单说明。

钢坯再加热到接近1000度
安阳钢铁公司260mm连续棒材轧钢机
在轧机的碾压下，钢坯由粗变细，越来越接近产品最终直径，送入棒材冷床进行降温。

棒材多数用于加工机械结构件等。

如果在最后一架棒材成品轧钢机上使用花纹轧辊，就可以生产出螺纹钢，也就是名为“钢筋”的建筑结构用材。

圆钢在冷床上降温，颜色由红变黑
棒材成品堆成稳固的垛型
国标三级螺纹钢，主要用于绑扎灌注钢筋混凝土结构
生产卷状钢材要使用热卷连轧机。

先轧出热卷，此后进一步用冷轧的方法加工出光洁度较高的冷轧钢卷，以及再加工成涂镀板卷。

这种薄钢材由于中间没有断头，非常有利于象做服装那样，在钢板上套裁切割，做出各种家用电器钢板、汽车外壳等变形复杂的产品。

首钢京唐钢铁公司2250热连轧机在生产卷板
热轧薄钢板以卷状交货
首钢京唐钢铁公司冷轧厂的冷轧卷产品
七、锻造钢材
根据不同的需要，有一部分特殊性能、或特殊形状的钢材，是无法用生产大批量产品的轧钢机加工出来的，而要采用小批量、甚至仅仅生产一两件的数量进行生产。

因此，炼钢后需要铸造若干个钢锭，然后经过加热，在模锻机、液压机等特种加工设备上制成异形特种钢材。

特别需要说明的是，这一类钢材有一半以上并不是在钢铁企业里
生产出来的，它们的产地是大中型机械工厂。

我们以锻造大型风力发电机主轴件为例，来简要形象地说明锻造钢材生产。

锻造毛坯（钢锭）经过加热后出炉
用4000吨锻造水压机加工大型轴件
锻造出的风力发电机主轴
我们看到经过怎样的“千锤百炼”过程，钢铁产品终于诞生了。

钢铁生产工艺流程
炼焦生产流程：炼焦作业是将焦煤经混合，破碎后加入炼焦炉内经干馏后产生热焦碳及粗焦炉气之制程。

资源来源：台湾中钢公司网站。

烧结生产流程：烧结作业系将粉铁矿，各类助熔剂及细焦炭经由混拌、造粒后，经由布料系统加入烧结机，由点火炉点燃细焦炭，经由抽气风车抽风完成烧结反应，高热之烧结矿经破碎冷却、筛选后，送往高炉作为冶炼铁水之主要原料。

资源来源：台湾中钢公司网站。

高炉生产流程：高炉作业是将铁矿石、焦炭及助熔剂由高炉顶部加入炉内，再由炉下部鼓风嘴鼓入高温热风，产生还原气体，还原铁矿石，产生熔融铁水与熔渣之炼铁制程。

资源来源：台湾中钢公司网站。

转炉生产流程：炼钢厂先将熔铣送前处理站作脱硫脱磷处理，经转炉吹炼后，再依订单钢种特性及品质需求，送二次精炼处理站(RH真空脱气处理站、Ladle Injection盛桶吹射处理站、VOD真空吹氧脱碳处理站、STN搅拌站等)进行各种处理，调整钢液成份，最后送大钢胚及扁钢胚连续铸造机，浇铸成红热钢胚半成品，经检验、研磨或烧除表面缺陷，或直接送下游轧制成条钢、线材、钢板、钢卷及钢片等成品。

资源来源：台湾中钢公司网站。

连铸生产流程：连续铸造作业乃是将钢液转变成钢胚之过程。

上游处理完成之钢液，以盛钢桶运送到转台，经由钢液分配器分成数股，分别注入特定形状之铸模内，开始冷却凝固成形，生成外为凝固壳、内为钢液之铸胚，接着铸胚被引拔到弧状铸道中，经二次冷却继续凝固到完全凝固。

经矫直后再依订单长度切割成块，方块形即为大钢胚，板状形即为扁钢胚。

此半成品视需要经钢胚表面处理后，再送轧钢厂轧延。

资源来源：台湾中钢公司网站。

热轧生产流程。

资源来源：台湾中钢公司网站。

热轧生产流程>第一热轧钢带生产流程：热轧钢带工场主要制程是将扁钢胚加热后,经粗轧机及精轧机轧延成钢带,并以层流冷却系统喷水冷却至适当温度,再由盘卷机卷成粗钢卷。

资源来源：台湾中钢公司网站。

热轧生产流程>一号调质重卷线布置图：主要功能为将原料钢卷上线解卷、调质轧延、分切、重卷及包装为成品H.R COIL 或H.R BAND〔HR BAND 未调质轧延〕。

资源来源：台湾中钢公司网站。

热轧生产流程>二号调质重卷线布置图：主要功能为将原料钢卷上线解卷、调质轧延、分切、重卷及包装为成品H.R COIL 或H.R BAND〔HR BAND 未调质轧延〕。

资源来源：台湾中钢公司网站。

热轧生产流程>酸洗涂油线设备布置图：主要功能为将原料钢卷上线解卷、焊接、整平、酸洗、调质轧延、切边、涂油、分切及包装为成品酸洗钢卷。

资源来源：台湾中钢公司网站
热轧生产流程>第二热轧钢带生产流程：热轧钢带工场主要制程是将扁钢胚加热后,经粗轧机及精轧机轧延成钢带,并以层流冷却系统喷水冷却至适当温度,再由盘卷机卷成粗钢卷。

资源来源：台湾中钢公司网站。

热轧生产流程>三号调质重卷线布置图：主要功能为将原料钢卷上线解卷、调质轧延、分切、重卷及包装为成品H.R COIL 或H.R BAND〔HR BAND 未调质轧延〕。

资源来源：台湾中钢公司网站。

热轧生产流程>四号调质重卷线布置图：主要功能为将原料钢卷上线解卷、调质轧延、分切、重卷及包装为成品H.R COIL 或H.R BAND〔HR BAND 未调质轧延〕。

第一酸洗冷轧线：第一酸洗冷轧线接收热轧钢卷，经过解卷、焊接、整平、盐酸酸洗、裁边之后，再经由串列式冷轧机轧延成厚度较薄之冷轧钢卷。

资源来源：台湾中钢公司网站
第二酸洗冷轧线：第二酸洗冷轧线是利用张力整平机及酸洗去除热轧钢卷锈皮，清洗、烘干去除钢带表面残酸，由裁边机将钢带裁至下游产线所需宽度及经四站六重式轧延机将热轧钢卷轧至客户所需厚度，并藉自动板形控制器来改善钢带板形，是一连续式酸洗冷轧制程产线。

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热轧生产流程>热轧厚板剪切线布置图：主要功能为将原料钢卷上线解卷、切边、切片、整平、堆叠、及包装为成品钢板叠(HR PLATE)。

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连续热浸镀锌线：热浸镀锌线是一条连续性生产线，酸洗冷轧后钢卷送入本产线经过焊接、表面清洗及退火之后进入锌槽镀锌(GI材)或再加热产生锌铁合金(GA材)，接着再经过调质轧延及张力整平，最后再依不同需求实施后处理或涂油作业。

资源来源：台湾中钢公司网站。

第一连续退火线：第一连续退火线包括清洗、退火、调质及精整等制程。

钢带经由焊接机焊接后，进入退火炉退火，而退火炉依不同钢种赋予不同退火温度，使其达到应有的机械性质，最后再依客户订单赋予钢带表面粗糙度、涂油量、分切及包装。

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第二连续退火线：第二连续退火线包括清洗、退火、调质及精整等制程。

先将冷轧后钢带表面残留之轧延油洗净，再将其加热至700～850℃，以去除钢带内部应力，并且使其再结晶及调整组织内固溶碳含量，以确保机械性质的稳定，再利用调质轧延以消除降伏点伸长，改善其材质及平坦度，并赋予钢带所需之表面粗糙度。

最后依客户订单将钢带涂防锈油、分切及包装。

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封盒退火炉：封盒退火炉之功能系将冷轧钢卷在H2或HN气氛下,进行钢卷之再结晶及光辉退火。

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电解清洗线：电解清洗线接收冷轧钢卷，经过解卷、焊接以及电解碱洗，产制电解清洗钢卷。

连续涂覆线：连续涂覆线有两项主要产品，电磁钢卷及彩色钢卷。

生产电磁钢卷的作业是接收第一连续退火线之母材后，经过清洗、水性绝缘涂料涂覆、烘焙、冷却的制程。

生产彩色钢卷作业是接收冷轧母材后，经过清洗及磷酸皮膜处理、底漆涂覆、面漆涂覆、烘焙、冷却的制程。

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电磁钢片涂覆线：电磁钢片涂覆线是设计专为生产电磁钢卷的产线。

生产电磁钢卷的作业是接收第一连续退火线之母材后经过清洗，涂上水性绝缘涂料、烘焙、冷却的制程。

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电气镀锌线：电气镀锌生产作业是将冷轧钢卷经由前段进料区、清洗与酸洗区、电镀区、后处理区、抗指纹涂覆区及后段出料区，产出电气镀锌钢卷成品。

资源来源：台湾中钢公
调质线：制程及功能： 1. 改变退火后钢卷的机械性质，并消除降伏点伸长。

2. 赋与钢带表面符合订单之粗糙度。

3. 修正入料钢卷的不良板形。

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重卷线：重卷线功能系将退火及调质后冷轧钢卷施以涂油、重卷及分切制程之后，加以包装入库。

资源来源：台湾中钢公司网站。

往复式冷轧机：往复式冷轧机接收热轧酸洗钢卷(未退火与预退火)，经过解卷、穿引之后，再经由六重式冷轧机轧延成厚度较薄之冷轧钢卷。

资源来源：台湾中钢公司网站
水平式退火涂覆线：水平式退火涂覆线包括清洗、退火、涂覆及切边等制程。

钢带经由焊接机焊接后，进入退火炉退火，而退火炉依不同钢种赋予不同退火温度，使其达到应有的铁损值，再依客户订单涂覆不同之水性绝缘涂料，
涂膜厚度，分切及包装。

资源来源：台湾中钢公司网站。