钢铁生产工艺流程简介

钢铁冶金概论
绪论
1.1 1.2 1.3 1.4 冶金基本概念 钢铁生产工艺流程简介 钢铁产品及副产品 钢铁工业能耗及主要污染
冶金基本概念
• 冶金:一门研究如何经济地从矿山或其它原料中 提取金属或金属化合物，并用各种方法加工制成 具有一定性能的金属材料的科学。 • 冶金学： 提取冶金：研究如何从矿石中提取金属或 金属氧化物的过程，由于该过程伴有化学反应， 故又称化学冶金。 物理冶金：通过成型加工制备有一定性能 的金属或合金材料。 又分钢铁冶金(也叫黑色冶金)和有色冶金。
• 冶金方法： 火法冶金：在高温下矿石经熔炼与精练反应 及熔化作业使其中的金属和杂质分开,获得 较纯 金属的过程。 湿法冶金：在常温或低于100°C下，用溶 剂处理矿石或精矿，使所要提取的金属溶解于溶 液中，而其它杂质不溶解，然后再从溶液中将金 属提取和分离出来的过程。 电冶金：利用电能提取和精练金属的方法。 电能冶金：利用电能转变成热能，在高温 下提炼金属。本质上与火法冶金相同。 电化学冶金：
一炉钢冶炼工艺过程：
• 随着脱碳反应的进行，钢液中的碳含量减少， 脱碳速度减小，进入吹炼末期，烟气量减少，烟 气中CO含量减少，升起烟罩烟气放散。此时造 渣料已全部熔化，碱度较高，硫被大量脱除。当 碳和温度达到出钢要求时，提升氧枪，摇下炉体， 测温取样化验，成分和温度合格后，向后摇炉出 钢，同时向钢包内加入铁合金进行脱氧合金化操 作。整个吹氧时间十几分钟。
整理上式得出精矿产率（γ）的计算式： γ=（α-θ）/（β- θ）×100﹪
式中 α——原矿品位，﹪ β——精矿品位，﹪ θ——尾矿品位，﹪ （3）金属回收率。是指精矿中金属的重量与原矿中该金属 重量之比，用百分数表示。金属回收率ε为： ε = γ×β/ α×100 ﹪ （4）选矿比。原矿重量与精矿重量的比值，即选一吨精矿 所需处理原矿的吨数。
• 空气污染：烧结厂废气 4000～6000m3/t， SO2,500~1500mg/m3， 含尘量：机头1～5g/m3，机尾5～ 10g/m3。 高炉煤气：2000～3000m3/t，含尘量 5～40g/m3，含CO26~30%。 炼钢厂： 转炉粉尘10kg/t，转炉炉气 150m3/t， 含尘量 80~150g/m3，电炉粉尘2～ 19kg/t。 • 钢铁渣污染：从矿石开采、冶炼倒加工都有废渣 产生，其中高炉渣300～600kg/t铁， • 转炉渣120～150kg/t钢。
含尘污水的处理
• 处理工艺流程：
分级 浓缩 脱水 干燥 水力漩流器 立式沉淀池 真空吸滤机 分级：含尘污水从切线方向进入漩流器，大颗粒烟尘在旋转中 被到 器壁沉降下来，小颗粒烟尘随水流向沉淀池。 浓缩：在沉淀池内烟尘缓慢沉降到底部成为泥浆，澄清的水从顶部 溢出再循环使用。为了促进沉降常加入硫酸铵、聚丙烯酰铵等助 凝剂。 脱水：浓缩后的泥浆含水50－70％，采用真空吸滤机脱水。 干燥：脱水后的泥浆送干燥炉或自然干燥后供给用户。
• 2.1.2 铁矿石分类及对其评价 • 目前铁矿石主要有磁铁矿石、赤铁矿石、褐铁 矿石和菱铁矿石等 。各种矿石的组成见表2-1 （课本22页）。 • 对铁矿石的评价： • （1）铁矿石品位（含铁量）。他决定着冶炼 的经济性，是衡量铁矿石质量的重要指标。矿石 品位越高，脉石含量越少，冶炼时所需熔剂量和 形成渣两就少，因而能耗相应降低，产量增加。 • （2）脉石成分。 •
煤气除尘系统
氧气转炉炼钢
• 炼钢过程的基本任务： 1、脱碳； 2、脱磷，脱硫； 3、脱氧； 4、去气、去夹杂； 5、升温。 完成上述任务所采取的方法: 1、氧化； 2、造渣； 3、加热； 4、加铁合金。
• 转炉炼钢所用原材料：
1、金属料：铁水（70～100％）、废钢、铁块 （10～30％） 铁合金 ：硅铁、锰铁等； 2、造渣材料：石灰60~80kg/t，白云石，萤石； 3、氧化剂：氧气60～70m3/t，铁矿石，铁皮； 4、冷却剂：废钢，铁皮，铁矿石，烧结矿，除尘 污泥球等； 5、增碳剂：焦炭，碳化硅，低磷硫铁块。
•
从矿山开采了出的矿石，其含量和化学成分波动很大， 粒度大小相差悬殊，有的大至几百毫米，有的则成粉末。 从物理和化学性质来看，大部分矿石都不能满足高炉冶炼 的要求，入炉前须经过一系列的加工处理，其处理工艺流 程如图2－1。
• 矿石破碎与筛分的目的：按高炉冶炼要求提供适宜粒度以 及满足贫矿选分处理对粒度的需要。 • 矿石混匀的目的：稳定入炉矿石的化学成分。 • 矿石混匀的方法：平铺直取，即将不同成分的矿石一层一 层地铺在地上，达到一定高度后，沿垂直断面截取，由于 同时截取多层矿石，从而达到混匀的目的。
球团法
• 球团生产：
生产工艺包括生球形成和焙烧固结两个主要作业。 生球形成：把精矿粉、粘结剂等混合料加水润湿在 圆盘造球机内滚动成球。 球团焙烧固结：生球通过高温焙烧而固结，过程包 括：干燥、预热、焙烧固结、均热和冷却五个阶段，然后 排出，整个过程在炉内一次完成。 球团焙烧设备：带式焙烧机、连篦机－回转窑、竖 炉，如图所示。 除尘系统采用布袋除尘器。
铁矿粉造块
天然富矿和精矿粉都不能直接入高炉冶炼, 为了满足冶炼和环保的要求,必须制成块矿。 • 造快方法：烧结法和球团法。 • 块矿的性能优于天然富矿，还原性好，有 合适的强度和较高的软熔温度。造快生产中配 加一定量的溶剂，高炉冶炼过程中可不加或少 加溶剂，减少焦炭消耗。造快过程中还可以去 除矿山中某些杂质。 •
• 吹炼工艺制度： • 一炉钢冶炼工艺过程：
装入制度 供氧制度 造渣制度 温度制度 终点控制 脱氧合金化
一炉钢冶炼工艺过程：
上炉钢、渣出完后将转炉向加料侧倾动30－45°， 把废钢和铁水装入炉内，摇正炉体开始降氧枪吹氧，同 时从炉口上方加入第一批造渣材料(石灰、白云石、氧 化铁皮等)，约全部料的1/2~2/3,吹炼的前3 ~4分钟为吹 炼前期，此时熔池内温度低于1400°C，主要是Si、 Mn Mn氧化，C只是少量氧化，也叫硅锰氧化期，此期烟气 C 中CO含量低，故烟气放散不回收。 • 随着吹炼的进行，硅锰氧化掉大部分，温度升至 1470°C以上，碳开始激烈氧化，进入吹炼中期，也叫 碳氧化期。碳氧化速度很快（038％/min·t）,此时降低 枪位加强熔池搅拌，加速脱碳，并降下烟罩回收煤气； 此时第一批料已全部熔化，加入剩余的第二批料，熔池 温度较低，磷被大量脱除。 •
• （3）杂质元素。有害元素如：S、P、K、F、Na、 Zn等。有益元素如：Mn、Cr、Ni、V、Ti、Nb等 。 • （4）矿石的还原性。矿石中与铁结合的氧被 还原剂夺取的难易程度，称为还愿性。冶炼易还 原的矿石，可降低碳素燃料的消耗量。它与矿物 组成、致密程度、气孔率等有关。 • （5）矿石的高温性能。要求矿石具有较高的 荷重软化温度和熔融滴下温度，且两者的温差 要 小。 • （6）矿石的强度与粒度组成。 • （7）矿石成分的稳定性。
第三章 高炉炼铁
• 高炉冶炼是一个连续的生产过程，全过程在 炉料自上而下，煤气自下而上的相互接触过程中 完成。炉料按一定批料从炉顶装入炉内，从风口 鼓入由热风炉加热到1000－1300°C热风，炉料 中焦炭在风口前燃烧，产生高温和还原性气体， 在炉内上升过程中加热缓慢下降的炉料，并还原 铁矿石中的氧化物为金属铁。矿山升至一定温度 后软化，熔融滴落，矿山中未被还原的物质形成 熔渣，实现渣铁分离。渣铁聚集于炉缸内，发生 诸多反应，最后调整成分和温度达到终点，定期 从炉内排放炉渣和铁水。上升的煤气流将能量传 给炉料而使温度降低，最终形成高炉煤气从炉顶 导出管排出，进入除尘系统。
矿石处理工艺流程
图2－1
富 混 矿 天 匀 然
高
块 矿
→
矿 石
→
焙 烧
→
→
炉
→ 碎→
分
破
筛
贫 磨 矿
筛 选
造 矿
人 块 造
→ 矿 →
→
分
→
→
→
矿
富
2.3 铁矿石的富选
• 从矿山开采出的铁矿石，不仅含有铁矿物， 而且含有其它矿物、脉石及又害物质。选 矿的目的就是将铁矿石中的含铁矿物与脉 石等分离，提高铁矿石品位，降低有害杂 质含量，并尽可能的综合回收其有用矿物。
烧结法
烧结生产：
生产程序：将准备好的精矿粉、燃料、熔剂、返矿 等按不同比例送到混合机内混匀、加水润湿造球。混好 的料由布料器铺到烧结机台阶上点火烧结。烧好的烧结 矿经冷却、破碎和筛分，成品烧结矿送往高炉，筛下物 作为返矿或做垫底料。烧结过程产生的废气经除尘器除 尘后由风机抽入烟囱排入大气。 烧结废气中除N2外以CO2为主，也有少量的CO及 自由氧。 烧结设备：主要为带式烧结机，它由烧结机本体、 布料设备、点火器和抽风除尘系统组成。如图所示 烧结机的大小按其有效抽风面积（有效长度X台车 宽度） m2表示。
高炉煤气26～30 1～3.0 10~14 56~58 0.2~0.6 3300~4200 2000~3000 转炉煤气50~70 0.5~2.0 14~15 10~20 － 7500~11000 150
80 70
钢铁工业能耗及主要污染
• 能 耗: 占全国总能耗的10~11%.对全国能 源供应平衡有着举足轻重的影响。 • 能源结构：煤70.5%,电力21.6%,重油6.7%, 天然气1.1%。 • 主要污染： 废水污染：钢铁工业用水量占全国工业用水 量的19％，废水排放量占 全国工业废水排放量的 11.3%，废水 中含多种污染物：挥发酚，氰化物， 石油类，悬浮物，耗氧，六价铬，砷， 铅。
• 2.3.1 选矿工艺 • （1）选别前准备。包括破碎、筛分、磨 矿和分级。 • （2）宣别作业。 • （3）选别后的脱水。精矿脱水通常由浓 缩、过滤和干燥三个过程组成。
选矿工艺流程
原 矿
αβγθ
• 2.3.2 选矿的工艺指标 • （1）精矿品位。即产品中改金属的重量 与产品中两笔，用百分数表示。如铁精矿 品位为65%，就是一精矿中含0.65吨金属铁。 • （2）精矿产率。 是指精矿与入选原矿 重量之比，用百分数表示。通过选矿前后 金属平衡来计算： • 100×α/100= γ×β/100+(100-γ)×θ/100
• 主要冶金过程
• 干燥：除去水份，干燥温度400~600°C。 • 焙烧：将矿山置于适当的气氛下，加热至低于它 的熔点温度，发生氧化、还原或其它化学变化的 过程。 • 煅烧： • 烧结和球团：将粉矿经加热焙烧，固结成多孔块 状或球状的物料。 • 熔炼：在高温下通过氧化还原反应使矿山中金属 和杂质分离为两个液相，即金属液和熔渣的过程， 也叫冶炼。 • 精练：进一步处理所得到含有少量杂质的粗金属， 以提高其纯度。
第二章 高炉冶炼用原料
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 铁矿石 铁矿石的开采 铁矿石的富选 铁矿石造块*** 燃料及熔剂
2.1 铁矿石
• 2.1.1 矿物、矿石及脉石 • 矿石与岩石都是矿物的集合体,可由单一矿物 或多种矿物组成。 • 按所含有用矿物矿石可分为简单矿石和复合 矿石两种。 • 矿石有金属矿石和非金属矿石之分。金属矿 是指在现代技术型机条件下可从中提取金属的矿 石，且以所含金属种类来命名,如铜矿石…… • 根据宽石品位不同,一般分为富矿石呵贫矿石.
钢铁生产工艺流程简介
•
矿石 矿山开采 Fe3O4,Fe2O3
精矿分 选矿 造块
烧结矿球团矿 高炉炼铁
铁水
•
• • 转炉
磨矿，筛分 磁选，浮选，重选 钢水 连铸机
烧结，球团
还原
钢水 炉外精 炼
连铸坯 加热炉 煤气 重 油 煤 轧机 钢材
燃
铁水 废钢
电炉
钢铁产品Hale Waihona Puke Baidu副产品
产品：生铁，炼钢生铁占90％； 铸造生铁占10％； 钢 副产品：炉渣：高炉渣：300～600Kg/t铁，可用于制造水泥添加料， 隔热材料等； 炼钢（转炉）渣：120~150Kg/t钢，可用于烧结，炼铁，制 造水泥，制砖，铺路等。 煤气： 成分及性能表： 成分，％ 发热值 产量 利用率 CO H2 CO2 N2 CH4 KJ/m3 m3/t产品 ％
车间二次除尘
•
新型转炉车间除对转炉烟气除尘外，还要对整 个车间和各个产生烟气和粉尘的部位进行除尘， 称为二次除尘。如转炉周围、铁水预处理间、混 铁车倒罐间、修包间、散状料皮带通廊、卸料和 转运处等处都应该进行除尘。由于这些部位的烟 气温度较低，一般使用布袋除尘器除尘。