冶金概論16章整理課件

1、2022/10/7/18:35:221第一章 1.1.1 冶金學(xué)冶金學(xué)是一門研究如何經(jīng)濟(jì)地從礦石或其它原料中提取金屬或金屬化合物，并用一定加工方法制成具有一定性能的金屬材料的科學(xué)。由于礦石性能不同，提取金屬的原理、工藝過(guò)程和設(shè)備不同，從而形成專門的冶金學(xué)科冶金學(xué)(Metallurgy)。冶金學(xué)研究所涉及的內(nèi)容：金屬的制取，金屬的加工，金屬性能的改進(jìn)對(duì)金屬成分、組織結(jié)構(gòu)、性能和相關(guān)理論的研究。冶金學(xué)的分類冶金學(xué)按研究的領(lǐng)域分：提取冶金學(xué)（化學(xué)冶金學(xué)）和物理冶金學(xué)(physical metallurgy)（材料的加工成型，通過(guò)控制其組成、結(jié)構(gòu)使已提取的金屬具有某種性能）。提取冶金（extracti

2、ve metallurgy）：從礦石中提取金屬及金屬化合物的過(guò)程，因其中進(jìn)行很多化學(xué)反應(yīng)，又稱化學(xué)冶金（chemical metallurgy）。2022/10/7/18:35:222按所冶煉金屬類型分： (Nonferrous metallurgy) (Ferrous metallurgy) 按冶金工藝過(guò)程不同分：提取冶金的分類2022/10/7/18:35:2231.1.2 火法冶金主要過(guò)程簡(jiǎn)介干燥：去水，溫度為400600。焙燒：以改變?cè)辖M成為目的的、在低于礦石熔點(diǎn)溫度下、在特定氣氛中進(jìn)行的冶金過(guò)程。煅燒：在空氣中以去CO2和水為目的的冶金過(guò)程。燒結(jié)與球團(tuán)：以獲得特定礦物組成、結(jié)構(gòu)及性

3、能的造塊。熔煉：還原氧化物，提取粗金屬。精煉：氧化雜質(zhì)，獲得純金屬。鑄造：液態(tài)金屬凝固成固態(tài)。 1.2.1 鋼鐵材料鋼鐵是使用最多的金屬材料 原因：儲(chǔ)量大；冶煉加工容易；綜合性能好預(yù)計(jì)未來(lái)幾年鋼鐵產(chǎn)品在各行業(yè)中占的比例2022/10/7/18:35:2241.2.3 鋼鐵冶煉技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)史遠(yuǎn)古至13世紀(jì)末：半熔融狀態(tài)的鐵塊海綿鐵(sponge iron)；13世紀(jì)末至19世紀(jì)中葉：熔融狀態(tài)的生鐵粗鋼，形成兩步法煉鋼；19世紀(jì)中期至今 ：1856年英國(guó)人發(fā)明了空氣底吹酸性轉(zhuǎn)爐煉鋼法； 1864年法國(guó)人發(fā)明了平爐煉鋼法(OH)；1874年發(fā)明了空氣底吹堿性轉(zhuǎn)爐煉鋼法；20世紀(jì)初發(fā)明了電弧爐煉鋼(EA

4、F)；20世紀(jì)中葉氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐（LD法）。1.2.2 鋼與生鐵的區(qū)別1.2.3 我國(guó)鋼鐵工業(yè)的發(fā)展1996年，突破1億噸；1999年，產(chǎn)量世界第一；2003年，突破2億噸，世界唯一年產(chǎn)鋼超過(guò)2億噸的國(guó)家；2004年，產(chǎn)量?jī)|噸；2005年，產(chǎn)量?jī)|噸；2006年，產(chǎn)量?jī)|噸。2022/10/7/18:35:225燒結(jié)/球團(tuán) 高爐轉(zhuǎn)爐連鑄機(jī)軋機(jī)直接還原或熔融還原電爐連鑄機(jī)軋機(jī) 非高爐煉鐵鋼鐵生產(chǎn)的兩個(gè)典型流程高爐煉鐵長(zhǎng)流程短流程鋼鐵冶煉的任務(wù)是把鐵礦石冶煉成合格的鋼。 2022/10/7/18:35:226鋼鐵生產(chǎn)的典型工藝（長(zhǎng)流程）2022/10/7/18:35:227鋼鐵工業(yè)的特點(diǎn)生產(chǎn)規(guī)模大，物流

5、吞吐大，每噸鋼涉及的物流將是5-6噸。資源密集、能耗密集。在鋼鐵聯(lián)合企業(yè)內(nèi)，每噸鋼降消耗噸左右的標(biāo)準(zhǔn)煤、噸左右鐵礦石、3-8噸左右新水；制造流程工序多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜制造流程中伴隨大量物質(zhì)/能量排放，形成復(fù)雜的環(huán)境界面1.4 鋼鐵產(chǎn)品及副產(chǎn)品產(chǎn)品生鐵鋼鐵合金(Ferroalloy) 副產(chǎn)品爐渣(Slag)煤氣(Gas)生鐵它是鐵和碳及少量硅。錳、硫、磷等元素組成的合金，主要由高爐生產(chǎn)，按其用途可分為煉鋼生鐵和鑄造生鐵。 2022/10/7/18:35:228鐵合金鐵合金是指鐵與一種或幾種元素組成的中間合金，主要用于煉鋼脫氧或作為合金添加劑，當(dāng)采用金屬熱還原法生產(chǎn)其它鐵合金和有色金屬時(shí)作還原劑(詳見(jiàn)第

6、七章)。如：硅鐵、錳鐵。爐渣爐渣是爐料在冶煉過(guò)程中不能進(jìn)到生鐵和鋼中的氧化物、硫化物等形成的熔融體。其主要成分是CaO、MgO、SiO2、Al2O3等。根據(jù)冶煉方法的不同，鋼鐵生產(chǎn)產(chǎn)生的爐渣分為高爐渣和煉鋼渣，按爐渣中含有不同的化學(xué)成分又可分為堿性渣和酸性渣。 煤氣鋼鐵生產(chǎn)中還能獲得大量的可燃?xì)怏w，高爐煉鐵可產(chǎn)生高爐煤氣，轉(zhuǎn)爐煉鋼可獲得轉(zhuǎn)爐煤氣，煉焦時(shí)可得焦?fàn)t煤氣等。煤氣主要成分：CO、H2、CO2、N2、CH4 2022/10/7/18:35:229鋼鐵工業(yè)是能源消耗的大戶，約占全國(guó)總能源消耗量的1011。鋼鐵生產(chǎn)所用能源主要有煤炭、燃料油(重油)、天然氣、電力等。 煤占鋼鐵生產(chǎn)中燃料消耗的

7、70%，鋼鐵工業(yè)用煤量已超過(guò)煤炭總產(chǎn)量的15。煤在鋼鐵企業(yè)主要用來(lái)煉焦和自備電廠發(fā)電、蒸汽機(jī)車燒煤、燒工業(yè)鍋爐及部分窯爐，少部分制成粉煤用于高爐噴吹及燒結(jié)生產(chǎn)。 1.5.1 鋼鐵生產(chǎn)用能源1.5.2 鋼鐵工業(yè)能耗我國(guó)鋼鐵工業(yè)的能源消耗中，鋼鐵冶煉是耗能最高的工序，占鋼鐵工業(yè)能耗的6070。其主要耗于煉鐵系統(tǒng)，焦化、燒結(jié)、球團(tuán)、煉鐵等工序。 2022/10/7/18:35:22102004年重點(diǎn)鋼鐵企業(yè)工序能耗比較(千克標(biāo)準(zhǔn)煤/t) 指標(biāo)燒結(jié)焦化煉鐵轉(zhuǎn)爐電爐平均值66.38142.21466.2026.57209.891999年國(guó)際先進(jìn)水平58.89128.1437.93-8.88198.6差值

8、7.4914.1128.2735.4511.29指標(biāo)燒結(jié)球團(tuán)焦化煉鐵轉(zhuǎn)爐電爐軋鋼噸鋼綜合能耗平均值66.3842.00142.21466.2026.57209.8992.91761先進(jìn)值52.0619.2288.13395.41-3.77146.3153.68565落后值108.6083.30229.15591.8175.23325.44286.891103差值56.5464.08141.02196.4079.00179.23233.215382022/10/7/18:35:22111.5.3 節(jié)能途徑改進(jìn)生產(chǎn)工藝及操作，更新和改造耗能高的設(shè)備。降低能源損失（“廢料”、煤氣、熱能、壓力能），減

9、少生產(chǎn)工序。 回收利用散失熱量。 加強(qiáng)企業(yè)能源管理，加強(qiáng)能源利用技術(shù)的研究工作，提高操作技術(shù)水平，充分發(fā)揮現(xiàn)有設(shè)備能力，以節(jié)能為目標(biāo)合理組織生產(chǎn)。1.6 冶金用耐火材料鋼鐵冶金的技術(shù)進(jìn)步和過(guò)程溫度的提高分不開(kāi)，耐火材料的發(fā)展與鋼鐵冶金的技術(shù)進(jìn)步緊密相關(guān)。耐火材料產(chǎn)品絕大部分（6080%）用于冶金行業(yè)。耐火材料在冶金中的應(yīng)用有：高溫爐管坩堝、容器熱電偶絕緣管熱電偶保護(hù)管爐膛耐火材料爐膛保溫材料2022/10/7/18:35:2212 耐火材料定義耐火材料是耐火度不低于1580的無(wú)機(jī)非金屬材料。 ISO定義：耐火材料是耐火度至少為1500 的非金屬材料或制品（但不排除含有一定比例的金屬）。在高溫爐

10、（高爐、熱風(fēng)爐、轉(zhuǎn)爐、各種加熱爐）中，爐膛是用耐火材料砌成的。對(duì)耐火材料的要求是：有足夠高的耐火度，合理的形狀，質(zhì)地致密，高溫下有一定強(qiáng)度，無(wú)明顯揮發(fā)現(xiàn)象以及不與爐內(nèi)工作氣氛發(fā)生反應(yīng)等。1.6.2 耐火材料分類按化學(xué)成分：氧化物、非氧化物、復(fù)合系按形態(tài)：定形、不定形按耐火度分：普通15801770 ; 高級(jí)17702000 ; 特級(jí)2000 以上按制作工藝分：泥漿澆注；可塑成型2022/10/7/18:35:22131.7 環(huán)境保護(hù)鋼鐵廠產(chǎn)生的各種污染物有：大氣污染物質(zhì)污水固體廢棄物大氣污染物質(zhì)SOX：是通過(guò)原料、燃料中硫磺成分的燃燒而產(chǎn)生的。燒結(jié)工廠等為其主要發(fā)生源。 NOX：通過(guò)燃燒后發(fā)生

11、。燒結(jié)工廠等為其主要發(fā)生源。煤塵：通過(guò)燃燒后發(fā)生。燒結(jié)爐、各加熱爐為其發(fā)生源。粉塵：從燃料原料的輸送、處理過(guò)程，及儲(chǔ)藏場(chǎng)中產(chǎn)生。煉鐵、煉鋼工程為其主要發(fā)生源。 2022/10/7/18:35:2214鋼鐵工業(yè)用水主要是冷卻水，其次是煤氣洗滌水，以及沖洗設(shè)備、地面及除塵用水等。 污水中含有下列污染物：固體懸浮物（SS Solid suspension）：從排氣集塵、高溫物質(zhì)的直接冷卻等過(guò)程中產(chǎn)生。油：由各種機(jī)械等所使用的油所發(fā)生的漏泄及冷軋工程使用軋制機(jī)的機(jī)油等原因而產(chǎn)生?；瘜W(xué)需氧量（COD Chemical oxygen demand）：從煤炭干餾時(shí)的氨水，及冷軋、電鍍廢水中產(chǎn)生。酸、堿：從冷

12、軋工程的酸洗工程、電鍍工程等的脫脂工程中產(chǎn)生。污水固體廢棄物爐渣：從高爐、鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐、電爐、二次精煉設(shè)備等的冶煉工程中產(chǎn)生。污泥：在各種水處理過(guò)程中產(chǎn)生。灰塵：從各種干式集塵機(jī)中產(chǎn)生。2022/10/7/18:35:2215鋼鐵生產(chǎn)中產(chǎn)生的污染物(1)2022/10/7/18:35:2216鋼鐵生產(chǎn)中產(chǎn)生的污染物(2)2022/10/7/18:35:2217第二章 高爐煉鐵 2.1.1.1 幾個(gè)基本概念1 礦物(Minerals)：地殼中具有均一內(nèi)部結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成及一定物理、化學(xué)性質(zhì)的天然化合物或自然元素稱為礦物。其中能夠?yàn)槿祟惱玫姆Q為有用礦物。 2 礦石(Ore)：在現(xiàn)代的技術(shù)經(jīng)濟(jì)條

13、件下，能以工業(yè)規(guī)模從中提取金屬、金屬化合物或其它產(chǎn)品的礦物稱為礦石。3 礦石的品位(Ore grade)：礦石中有用成分的質(zhì)量百分含量，稱為該礦石的品位。4 脈石(Gauge)：礦石中沒(méi)有用的成分稱為脈石，一般在冶煉過(guò)程中需要去除。2022/10/7/18:35:22185、富礦(high-grade ore)：含鐵品位50%的鐵礦石 赤鐵礦：理論含鐵量70% 磁鐵礦：理論含鐵量72.4% 菱鐵礦：理論含鐵量48 . 3% 褐鐵礦：理論含鐵量55 . 266.1% 6、貧礦(lean ore)：實(shí)際含鐵量低于理論含鐵量70%的鐵礦石稱貧礦（必須經(jīng)過(guò)選礦后使用）7、塊礦(lump ore)和粉礦

14、(fine ore)扣除CO2和結(jié)晶水富礦破碎、篩分塊礦(510mm),上限粉礦（5mm）供燒結(jié)廠生產(chǎn)燒結(jié)礦大中型高爐45mm中小型高爐6080%浮選磁鐵礦 細(xì)磨 -200目6080%磁選褐鐵礦 先磁化焙燒 后細(xì)磨 磁選菱鐵礦 細(xì)磨 -200目6080%浮選2022/10/7/18:35:22202.1.1.2 主要原料高爐冶煉用的原料主要有鐵礦石（天然富礦和人造富礦）、燃料(fuel)（焦炭和噴吹燃料）、熔劑(flux)（石灰石與白云石等）。冶煉1t生鐵大約需要礦石，焦炭(coke)，熔劑。高爐冶煉是連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程，必須盡可能為其提供數(shù)量充足、品味高、強(qiáng)度好、粒度均勻粉末少、有害雜質(zhì)少及性能穩(wěn)

15、定的原料。鐵礦石處理工藝流程礦石(ore)破碎(crush)篩分(screen)富礦(high-grade ore)混勻(mix)高爐；礦石破碎篩分貧礦 (lean ore)磨礦 (grinding)篩分選礦 造塊人造富礦高爐2022/10/7/18:35:2221燃料焦炭的作用：發(fā)熱劑、還原劑及料柱骨架。 粒度：大型高爐 4060mm； 中型高爐 2540mm； 小型高爐 1525mm；噴吹燃料： 固體（無(wú)煙煤與煙煤粉） 液體（重油、煤焦油） 氣體（天然氣或焦?fàn)t煤氣）熔劑熔劑主要使用石灰石(calcite) 和白云石(dolomite)；熔劑的要求：有效成分含量高（CaO+MgO）；有害雜質(zhì)

16、S、P低；粒度均勻，強(qiáng)度好，粉末少。熔劑的作用：助熔，改善流動(dòng)性，使渣鐵容易分離；脫硫（焦炭和礦石中S）。2022/10/7/18:35:22222.1.2 燒結(jié)(sintering)將各種粉狀鐵礦粉，配入適宜的燃料和熔劑，均勻混合，然后放在燒結(jié)機(jī)點(diǎn)火燒結(jié)。在燃料燃燒產(chǎn)生高溫和一系列物理化學(xué)變化作用下，部分混合料顆粒表面發(fā)生軟化熔融，產(chǎn)生一定數(shù)量的液相，并潤(rùn)濕其它未融化的礦石顆粒。冷卻后，液相將礦粉顆粒粘結(jié)成塊。這一過(guò)程叫是燒結(jié)，所的到的塊礦叫燒結(jié)礦。燒結(jié)生產(chǎn)的必要性 在自然界中，能直接用于高爐冶煉的富礦越來(lái)越少，使得人們不得不開(kāi)采貧礦（含鐵品位2540%），但貧礦直接入爐是不經(jīng)濟(jì)的，仍須經(jīng)過(guò)

17、選礦提高其品位。要選礦，必須對(duì)礦石進(jìn)行破碎研磨，因此鐵礦粉選礦后粒度組成不符合高爐冶煉的要求，必須經(jīng)過(guò)造塊后方可用于冶煉。燒結(jié)礦的優(yōu)點(diǎn) 燒結(jié)礦是人工制造的礦石，它比天然礦石有許多優(yōu)點(diǎn)，通常含鐵量高，粒度組成均勻，氣孔率大，成分穩(wěn)定，還原性能好。另外，含堿性熔劑，高爐造渣性能好，具有良好的冶金性能。高爐使用燒結(jié)礦，可提高產(chǎn)量，降低燃料消耗。燒結(jié)工藝流程232022/10/7/18:35:2224燒結(jié)過(guò)程示意圖燒結(jié)料層有明顯的分層，依次出現(xiàn)燒結(jié)礦層、燃燒層、預(yù)熱和干燥 層、過(guò)濕層，然后又 相繼消失，最后剩下 燒結(jié)礦層。燒結(jié)過(guò)程的主要反應(yīng)燃燒反應(yīng)：C+O2，燒結(jié)廢氣中以CO2為主，存在少量CO，還有

18、一些自由氧和氮。 2C+O2=2CO； C+O2=CO2分解反應(yīng)： 結(jié)晶水的分解：褐鐵礦（mFe2O3nH2O） 高嶺土（Al2O3 2SiO22H2O) 熔劑分解：CaCO3=CaO+CO2(750以上) MgCO3=MgO+CO2(720)2022/10/7/18:35:2225燒結(jié)過(guò)程的主要反應(yīng)還原與再氧化反應(yīng)：Fe、Mn等 靠近燃料顆粒處：3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2; Fe3O4+CO=3FeO+CO2; 遠(yuǎn)離燃料顆粒處：2Fe3O4+1/2O2=3Fe2O3; 3FeO+1/2O2=Fe3O4.氣化反應(yīng)：脫硫8595。 FeS2+11/2O2=Fe2O3+4SO2 2F

19、eS+7/2O2=Fe2O3+2SO2燒結(jié)礦的形成燒結(jié)礦是一種由多種礦物組成的復(fù)合體。由含鐵礦物和脈石礦物組成的液相粘結(jié)在一起組成。含鐵礦物有磁鐵礦、方鐵礦（或浮氏體）、赤鐵礦粘結(jié)相主要有鐵橄欖石、鈣鐵橄欖石、硅灰石、硅酸二鈣、硅酸三鈣、鐵酸鈣、鈣鐵灰石及少量反應(yīng)不全的游離石英和石灰。2022/10/7/18:35:2226礦物名SiO2CaOMgOAl2O3Fe2O3Fe3O4熔點(diǎn)（）1730257027992042156515972022/10/7/18:35:2227 燒結(jié)礦質(zhì)量指標(biāo) 燒結(jié)礦質(zhì)量對(duì)高爐冶煉有重大影響，改善其質(zhì)量是“精料”的主要措施。 對(duì)其質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)主要有化學(xué)成分、物理性

20、能、冶金性能等。 化學(xué)成分 高爐要求燒結(jié)礦化學(xué)成分穩(wěn)定，波動(dòng)小，有害雜質(zhì)少。 主要包括TFe、FeO、S、堿度（CaO/SiO2）。 目前武鋼入爐燒結(jié)礦品位在55%56%左右，一級(jí)品允許波動(dòng)范圍為；堿度在左右，一級(jí)品允許波動(dòng)范圍為；S含量一級(jí)品0.08%。2022/10/7/18:35:2228 物理性能 包括機(jī)械強(qiáng)度和粒度組成等。高爐要求燒結(jié)礦機(jī)械強(qiáng)度高，粉末少，粒度均勻。 燒結(jié)礦粒度小于5mm的稱之為粉末。粉末含量對(duì)高爐料柱透氣性影響很大。粉末含量高，高爐透氣性差，導(dǎo)致?tīng)t況不順，可能引起崩料或懸料。 反應(yīng)機(jī)械強(qiáng)度的指標(biāo)為：轉(zhuǎn)鼓指數(shù)、抗磨指數(shù)、篩分指數(shù)。 目前武鋼燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度大約在79%

21、80%左右。高溫冶金性能 低溫還原粉化率（RDI Reduction Degradation Index ）：是指燒結(jié)礦在高爐上部約500還原氣氛下抗粉化的能力。 粒級(jí)越小越好。 還原度（RI）：是指燒結(jié)礦在900 還原氣氛下被還原成Fe的能力。還原度越高越好2022/10/7/18:35:2229 天然塊礦(生礦)氧化球團(tuán)酸性爐料堿性爐料: 高堿度燒結(jié)礦保證高爐爐渣堿度CaO/SiO2=11.25高爐爐料結(jié)構(gòu)精礦粉：用于生產(chǎn)氧化球團(tuán)粉礦+精礦粉：用于生產(chǎn)高堿度燒結(jié)礦氧化球團(tuán): 品位高（TFe6267%） 粒度均勻(915mm) 強(qiáng)度高(150200kg) 還原性好高堿度燒結(jié)礦：堿度(CaO/

22、SiO2 機(jī)械強(qiáng)度好 冶金性能好: 還原性能,低溫還原粉化性能,軟熔性能燒結(jié)機(jī)世界上90%以上燒結(jié)礦由抽風(fēng)帶式燒結(jié)機(jī)生產(chǎn)，其主要設(shè)備為燒結(jié)臺(tái)車。2022/10/7/18:35:2230 氧化球團(tuán): 品位高, 粒度均勻(915mm), 強(qiáng)度高(150200kg), 還原性好， 是一種優(yōu)質(zhì)的煉鐵原料品種TFeFeOCaOSiO2MgOAl2O3MnOSR巴西球團(tuán)65.811.610.473.670.730.490.13國(guó)產(chǎn)球團(tuán)63.210.171.226.010.480.760.20國(guó)產(chǎn)球團(tuán)64.201.881.333.661.591.510.080.030.36燒結(jié)礦56.337.8010.22

23、5.372.452.230.270.0231.90南非塊礦63.260.761.332.490.531.510.150.030.53巴西塊礦66.624.230.707.940.231.110.09海南塊礦52.171.10.3513.30.020.80.050.520.032.1.3 球團(tuán)將準(zhǔn)備好的原料(細(xì)磨精礦或其他細(xì)磨粉狀物料、添加劑等)，按一定比例經(jīng)過(guò)配料、混勻制成一定尺寸的小球，然后采用干燥焙燒或其他方法使其發(fā)生一系列的物理化學(xué)變化而硬化固結(jié)這一過(guò)程即為球團(tuán)生產(chǎn)過(guò)程其產(chǎn)品即為球團(tuán)礦。球團(tuán)礦生產(chǎn)的工藝流程一般包括原料準(zhǔn)備、配料、混合、造球、干燥和焙燒、冷卻、成品和返礦處理等工序。 20

24、22/10/7/18:35:2231生產(chǎn)球團(tuán)礦的原料(1) 磁鐵精礦粉: TFe=6069% (Fe3O4理論品位72.4%) 粒度-200目(0.074mm)7080%（2）粘結(jié)劑：膨潤(rùn)土(SiO266.7%, Al2O328.3%, H2O5%): 0.52.5%粘結(jié)劑的作用: (1) 吸收水分 (2) 改善精礦粉造球性能 (3) 提高生球強(qiáng)度 (4) 提高生球爆裂溫度2022/10/7/18:35:2232950氧化: 保持足夠氧化時(shí)間, 使整個(gè)球團(tuán)充分氧化11501250長(zhǎng)大: Fe2O3晶體再結(jié)晶長(zhǎng)大, 球團(tuán)強(qiáng)度迅速提高1100: 溫度低于1100, Fe2O3再結(jié)晶緩慢,球團(tuán)強(qiáng)度差

25、 1300: 溫度高于1300,Fe2O3開(kāi)始分解Fe2O3Fe3O4 若升溫過(guò)快, 外層Fe2O3迅速長(zhǎng)大, 阻礙O2向中心擴(kuò)散, 形成分層結(jié)構(gòu),球團(tuán)強(qiáng)度差. 900: 2Fe3O4 + 1/2O2-3Fe2O3 1100: Fe2O3晶粒長(zhǎng)大形成強(qiáng)大的晶橋2022/10/7/18:35:22336, 8, 10, 16 m2豎爐, 8m2日產(chǎn)1000噸球團(tuán)礦 8m2豎爐焙燒室有效高度(即從爐口到排礦器中心線之間的距離)7.510 m, 焙燒室有效容積6090m3 爐口平均有效寬度1.7m,長(zhǎng)度 燃燒室容積6065m3優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)材質(zhì)無(wú)特殊要求缺點(diǎn)：?jiǎn)螤t產(chǎn)量低，只適用于磁精粉球團(tuán)焙燒

26、由于豎爐內(nèi)氣體流難控制，焙燒不均勻造成球團(tuán)礦質(zhì)量不均勻2022/10/7/18:35:2234優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單，可以處理各種礦石，生產(chǎn)各種球團(tuán)礦缺點(diǎn)：易結(jié)圈2022/10/7/18:35:2235鼓風(fēng)干燥抽風(fēng)干燥預(yù)熱焙燒均熱鼓風(fēng) 冷卻一冷二冷優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單，控制方便，可以處理各種礦石，生產(chǎn)能力大缺點(diǎn)：上下層質(zhì)量不均，臺(tái)車易損，需要高溫合金，流程復(fù)雜帶式焙燒機(jī)2022/10/7/18:35:2236高爐冶煉過(guò)程及特點(diǎn)現(xiàn)代高爐生產(chǎn)過(guò)程是一個(gè)龐大的生產(chǎn)體系，除高爐本體外，還有供料、送風(fēng)、煤氣凈化除塵、噴吹燃料和渣鐵處理等系統(tǒng)。高爐煉鐵的本質(zhì) 傳質(zhì)過(guò)程：礦石中的O2- O2- 進(jìn)入煤氣中，實(shí)現(xiàn)鐵與氧的分

27、離 傳熱過(guò)程：煤氣攜帶的熱量傳給爐料，使?fàn)t料熔化成渣鐵，實(shí)現(xiàn)渣鐵分離O2-(礦）CO CO22022/10/7/18:35:2237高爐結(jié)構(gòu)高爐是由耐火材料砌筑而成豎式圓筒形爐體，外有鋼板制成爐殼加固密封，內(nèi)嵌冷卻器保護(hù)，爐子自上而下依次分為爐喉、爐身、爐腰、爐腹和爐缸五部分。爐缸部分設(shè)有風(fēng)口、鐵口和渣口，爐喉以上為裝料裝置和煤氣封蓋及導(dǎo)出管。2022/10/7/18:35:2238高爐爐內(nèi)爐料狀況及反應(yīng)2022/10/7/18:35:22392.2.2 燃燒反應(yīng)爐頂加入的焦炭，其中風(fēng)口前燃燒的碳量約占入爐總碳量的65%75%，是在風(fēng)口前與鼓風(fēng)中的O2燃燒，1721參加直接還原反應(yīng)，10左右溶

28、解進(jìn)入鐵水。燃燒反應(yīng)的作用： 為高爐冶煉過(guò)程提供主要熱源；為還原反應(yīng)提供CO、H2等還原劑；為爐料下降提供必要的空間。燃燒反應(yīng)燃燒反應(yīng)的機(jī)理一般認(rèn)為分兩步進(jìn)行：風(fēng)口前碳素的燃燒是不完全燃燒，生成CO并放出熱量。 由于鼓風(fēng)中總含有一定的水蒸氣，灼熱的C與H2O發(fā)生下列反應(yīng)： C+H2O=CO+H2 -124390kJ 實(shí)際生產(chǎn)中的條件下，風(fēng)口前碳素燃燒的最終產(chǎn)物由CO、H2、N2組成。2022/10/7/18:35:2240回旋區(qū)及燃燒帶回旋區(qū)：風(fēng)口前產(chǎn)生焦炭和煤氣流回旋運(yùn)動(dòng)的區(qū)域稱為回旋區(qū)。回旋區(qū)和中間層組成焦炭在爐缸內(nèi)進(jìn)行燃燒反應(yīng)的區(qū)域稱為燃燒帶。實(shí)踐中常以CO2降至12的位置定為燃燒帶界限

29、。大型高爐的燃燒帶長(zhǎng)度在10001500mm左右?；靖拍钸€原反應(yīng) 還原劑奪取金屬氧化物中的氧，使之變?yōu)榻饘倩蛟摻饘俚蛢r(jià)氧化物的反應(yīng)。 高爐煉鐵常用的還原劑主要有CO、H2和固體碳。 鐵氧化物的還原順序 遵循逐級(jí)還原的原則。 當(dāng)溫度小于570時(shí)，按Fe2O3Fe3O4Fe的順序還原。 當(dāng)溫度大于570時(shí)，按Fe2O3Fe3O4 FeOFe的順序還原。2022/10/7/18:35:22412.2.3.2 高爐內(nèi)鐵氧化物的還原用CO和H2還原鐵氧化物 用CO和H2還原鐵氧化物，生成CO2和H2O還原反應(yīng)叫間接還原。 用CO作還原劑的還原反應(yīng)主要在高爐內(nèi)小于800的區(qū)域進(jìn)行。 用H2作還原劑的還原

30、反應(yīng)主要在高爐內(nèi)8001100的區(qū)域進(jìn)行。用固體碳還原鐵氧化物 用固體碳還原鐵氧化物，生成CO的還原反應(yīng)叫直接還原。 在高爐內(nèi)具有實(shí)際意義的只有FeO+C=Fe+CO的反應(yīng)。 直接還原要通過(guò)氣相進(jìn)行反應(yīng)，其反應(yīng)過(guò)程如下：直接還原一般在大于1100的區(qū)域進(jìn)行，8001100區(qū)域?yàn)橹苯舆€原與間接還原同時(shí)存在區(qū)，低于800的區(qū)域是間接還原區(qū)。 2022/10/7/18:35:2242錳的還原 高爐內(nèi)錳氧化物的還原由高級(jí)向低級(jí)逐級(jí)還原直到金屬錳，順序?yàn)椋簭腗nO2到MnO可通過(guò)間接還原進(jìn)行還原反應(yīng)。MnO還原成Mn只能靠直接還原取得。MnO的直接還原是吸熱反應(yīng)。高爐爐溫是錳還原的重要條件，其次適當(dāng)提高

31、爐渣堿度，增加MnO的活度，也有利于錳的直接還原。還原出來(lái)的錳可溶于生鐵或生成Mn3C溶于生鐵。 硅的還原硅的還原只能在高爐下部高溫區(qū)(1300以上)以直接還原的形式進(jìn)行： SiO2+2CSi2CO -628297kJSiO2在還原時(shí)要吸收大量熱量，硅在高爐內(nèi)只有少量被還原。 還原出來(lái)的硅可溶于生鐵或生成FeSi再溶于生鐵。 較高的爐溫和較低的爐渣堿度有利于硅的還原。 鐵水中的含硅量可作為衡量爐溫水平的標(biāo)志。2022/10/7/18:35:2243磷的還原 磷酸鐵(FeO)3P2O58H2O又稱藍(lán)鐵礦，藍(lán)鐵礦結(jié)晶水分解后，形成多微孔的結(jié)構(gòu)較易還原，反應(yīng)式為： 磷酸鈣（主要存在形式）在高爐內(nèi)首先

32、進(jìn)入爐渣，在11001300時(shí)用碳作還原劑還原磷，其還原率能達(dá)60；當(dāng)有SiO2存在時(shí)，可以加速磷的還原： 磷在高爐冶煉條件下，全部被還原以Fe2P形態(tài)溶于生鐵。2022/10/7/18:35:2244FeO + C = Fe + CO 650kcal/kgFeMnO + C = Mn + CO 1248kcal/kgMnSiO2+ 2C = Si + 2CO 5360 kcal/kgSi2Ca3(PO4)2+3SiO2+10C = 3Ca2SiO4+4P +10CO5471kcal/kg P鐵水主要成分：C、Si、Mn、P、S、 元素 收得率 鐵 99.7% 錳 4060% （煉鋼生鐵） 7

33、0%（鑄造生鐵） 磷 100%鉛、鋅、砷的還原 還原出來(lái)的鉛（密度3）易沉積于爐底，滲入磚縫，破壞爐底；部分鉛在高爐內(nèi)易揮發(fā)上升，遇到CO2和H2O將被氧化，隨爐料一起下降時(shí)又被還原，在爐內(nèi)循環(huán)。還原出來(lái)的鋅，在爐內(nèi)揮發(fā)、氧化、體積增大使?fàn)t墻破壞，或凝附于爐墻形成爐瘤。還原出來(lái)的砷，與鐵化合影響鋼鐵性能，使鋼冷脆，焊接性能大大降低。2022/10/7/18:35:2245生鐵的生成與滲碳過(guò)程 生鐵的生成：滲碳和已還原的元素進(jìn)入生鐵中，得到含F(xiàn)e、C、Si、Mn、P、S等元素的生鐵。 滲碳過(guò)程 固體海綿鐵發(fā)生滲碳過(guò)程： （滲C有限，不到1）在1400左右時(shí)，與熾熱的焦炭繼續(xù)進(jìn)行固相滲碳。熔化后的

34、金屬鐵與焦炭發(fā)生滲碳反應(yīng)：3Fe液+C焦=Fe3C液。 2.2.4 高爐爐渣與脫硫 高爐爐渣是鐵礦石中的脈石和焦炭(燃料)中的灰分等與熔劑相互作用生成低熔點(diǎn)的化合物，形成非金屬的液相。高爐爐渣的成分高爐爐渣作用成渣過(guò)程生鐵去硫2022/10/7/18:35:22462.2.4.1 高爐爐渣的成分高爐爐渣的來(lái)源：礦石中的脈石、焦炭(燃料)中的灰分、熔劑中的氧化物、被侵蝕的爐襯等。高爐爐渣的成分：氧化物為主，且含量最多的是SiO2、CaO、Al2O3、MgO。 爐渣中氧化物的種類：堿性氧化物、酸性氧化物和中性氧化物。以堿性氧化物為主的爐渣稱堿性爐渣；以酸性氧化物為主的爐渣稱酸性爐渣。 爐渣的堿度(

35、R)：爐渣中堿性氧化物和酸性氧化物的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)之比表示爐渣堿度： 高爐爐渣堿度一般表示式：R=w(CaO)w (SiO2) 爐渣的堿度根據(jù)高爐原料和冶煉產(chǎn)品的不同，一般在之間。 2022/10/7/18:35:22472.2.4.2 成渣過(guò)程 （1）焦炭在風(fēng)口處完全燃燒，灰分進(jìn)入爐渣。 （2）石灰石在下降過(guò)程中，分解的CaO在滴落帶，被初渣溶解，參與造渣。 （3）礦石在塊狀帶固相反應(yīng)生成了低熔點(diǎn)的化合物沿焦炭縫隙流下，分離出初渣。隨后渣中(FeO)不斷還原進(jìn)入鐵中，至滴落帶，爐渣以滴狀下落，渣中FeO已降到23。 （4）滴落的初渣成分不斷變化，初渣開(kāi)始是自然堿度，以后隨著SiO2的還原，石灰石

36、渣化并加入焦炭灰分，經(jīng)過(guò)堿度波動(dòng)之后形成終渣。 成渣過(guò)程中，軟熔帶對(duì)爐內(nèi)料柱透氣性影響很大，習(xí)慣上把這一帶叫成渣帶。 2.2.4.2 高爐爐渣的作用分離渣鐵，具有良好的流動(dòng)性，能順利排出爐外。具有足夠的脫硫能力，盡可能降低生鐵含硫量，保證冶煉出合格的生鐵。具有調(diào)整生鐵成分，保證生鐵質(zhì)量的作用。保護(hù)爐襯，具有較高熔點(diǎn)的爐渣，易附著于爐襯上，形成“渣皮”，保護(hù)爐襯，維持生產(chǎn)。2022/10/7/18:35:22482.2.4.3 生鐵去硫硫的來(lái)源：礦石、焦炭、熔劑和噴吹燃料中的硫分。爐料中焦炭帶入的硫最多，占7080。冶煉每噸生鐵由爐料帶入的總硫量稱硫負(fù)荷。爐渣去硫 爐渣去硫反應(yīng)： FeS+(Ca

37、O)=(CaS)+(FeO) 生成的FeO在高溫下與焦炭作用： (FeO)+C=Fe+CO-Q 總的脫硫反應(yīng)可寫(xiě)成： FeS+(CaO)+C=(CaS)+Fe+CO-Q 爐外脫硫 高爐常用的爐外脫硫劑是蘇打粉(Na2CO3)。反應(yīng)式為： Na2CO3+FeS=Na2S+FeO+CO2-Q 還有石灰、白云石、電石、復(fù)合脫硫劑等。2022/10/7/18:35:2249高爐中鐵水脫硫反應(yīng)： 高爐渣的主要組成：CaO、MgO、 SiO2、 Al2O3、FeO、MnO、S燒結(jié)礦：CaO、 SiO2、MgO、Al2O3、S球團(tuán)礦、塊礦： SiO2、Al2O3、S焦炭、煤粉：SiO2、Al2O3、S高爐中

38、8085%的S來(lái)自焦炭和煤粉主要成分： CaO SiO2 Al2O3 MgO FeO MnO CaS 3540 3540 0.450.850.851.25w (Mn)一組二組三組0.40.4 1.01.02.0w (P)特級(jí)一級(jí)二級(jí)三級(jí)0.100.100.150.150.250.250.40w (S)特類一類二類三類0.020.020.030.030.050.050.07鐵水溫度在14501550。按照Si含量的不同，將高爐鐵水分為煉鋼生鐵(w Si1.25%)和鑄造生鐵(w Si1.25%)。煉鋼生鐵中C含量在3.74.3%之間。我國(guó)生鐵產(chǎn)品國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 2022/10/7/18:35:2257

39、2.3.1.1 高爐內(nèi)型高爐是一個(gè)豎立圓筒形爐子，其內(nèi)部工作空間形狀稱為高爐內(nèi)型，即通過(guò)高爐中心線的剖面輪廓。高爐內(nèi)型一般由爐缸、爐腹、爐腰、爐身和爐喉五段組成。爐型設(shè)計(jì)合理，能促進(jìn)高爐冶煉指標(biāo)的改善和延長(zhǎng)高爐的使用壽命，故爐型是高爐最基本的工藝參數(shù)?，F(xiàn)代高爐向大型化發(fā)展，合理爐型總的趨勢(shì)是矮胖化。超大型高爐 ：Vu3000m3大型高爐：Vu15002500m3中型高爐 ：Vu6001000m3小型高爐：Vu 300m3以下我國(guó)第一座超大型高爐是1985年9月15日建成投產(chǎn)的寶鋼1號(hào)高爐4063m3。到目前為止，我國(guó)已經(jīng)建成投產(chǎn)32004350m3超大型高爐近20座，5000m3級(jí)超大型高爐有

40、河北曹妃甸首鋼京唐鋼鐵公司的2座5500m3高爐、沙鋼5860m3。一座4000m3級(jí)高爐日產(chǎn)生鐵量達(dá)到10000 以上。2022/10/7/18:35:22582.3.1.2 爐頂裝料裝置高爐爐頂裝料設(shè)備的作用是按冶煉要求，向爐內(nèi)合理布料，同時(shí)要嚴(yán)密封住爐內(nèi)荒煤氣不逸出爐外。常用的爐頂裝料設(shè)備主要有鐘式爐頂和溜槽式（亦稱無(wú)鐘式）爐頂。2.3.2.2 送風(fēng)系統(tǒng)高爐送風(fēng)系統(tǒng)包括高爐鼓風(fēng)機(jī)、冷風(fēng)管路、熱風(fēng)爐、熱風(fēng)管路、風(fēng)口以及管路上的各種閥門等。蓄熱式熱風(fēng)爐由拱頂、 燃燒室和蓄熱室等幾 部分構(gòu)成。蓄熱式熱 風(fēng)爐呈周期性工作， 一個(gè)工作周期有燃燒 期、送風(fēng)期和切爐期 三個(gè)過(guò)程。一般一座 高爐有三至四

41、座熱風(fēng)爐。由熱風(fēng)爐送出的熱風(fēng)通過(guò)熱風(fēng)總管送到高爐，再經(jīng)熱風(fēng)圍管和送風(fēng)支管，將熱風(fēng)均勻的分配到每個(gè)風(fēng)口，以便爐內(nèi)焦炭和噴吹燃料進(jìn)行燃燒。熱風(fēng)圍管由鋼結(jié)構(gòu)本體、耐火內(nèi)襯、吊掛裝置和下部電葫蘆單軌梁組成。風(fēng)口裝置主要由風(fēng)口大套、中套和風(fēng)口小套組成。熱風(fēng)圍管及風(fēng)口2022/10/7/18:35:2259渣鐵分離器爐頂煤氣溫度：200250 爐頂煤氣壓力：爐頂煤氣成分： CO：2026%、 CO2：1622%、 N2：5460%、 H2：3%、 CH4：0.8%。1水渣溝;2水渣槽及放散筒;3分配器;4脫水轉(zhuǎn)鼓;5鼓內(nèi)膠帶運(yùn)輸機(jī)6鼓外膠帶運(yùn)輸機(jī);7水渣成品貯存槽;8集水斗;9冷卻水池;10泵站11脫水轉(zhuǎn)

42、鼓的細(xì)篩網(wǎng);12軸向刮板;13吹掃用壓縮空氣;14沖洗水轉(zhuǎn)鼓脫水法工藝流程602022/10/7/18:35:2261 第三章 鐵水預(yù)處理工藝鐵水預(yù)處理是指鐵水進(jìn)入煉鋼爐之前對(duì)其進(jìn)行脫除雜質(zhì)元素或從鐵水中回收有價(jià)值元素的一種工藝。鐵水預(yù)處理可分為普通鐵水預(yù)處理和特殊鐵水預(yù)處理，前者有脫硫、脫硅、脫磷或同時(shí)脫磷脫硫；后者有鐵水提釩、提鈮等。 鐵水在進(jìn)入轉(zhuǎn)爐前，為除去某些有害元素的處理過(guò)程。 預(yù)脫硫：電石、石灰、金屬鎂等爐外脫硫劑 預(yù)脫硅：鐵水溝、盛鐵水容器中噴吹氧化劑 預(yù)脫磷：盛鐵水容器中噴吹氧化劑 鐵水預(yù)處理按需要可在鐵水溝、盛鐵水容器(鐵水包、魚(yú)雷罐)或轉(zhuǎn)爐中時(shí)行。 簡(jiǎn)化煉鋼過(guò)程，提高鋼的質(zhì)

43、量2022/10/7/18:35:2262鐵水預(yù)處理的化學(xué)冶金學(xué)意義化學(xué)冶金學(xué)意義： 創(chuàng)造最佳的冶金反應(yīng)環(huán)境!鋼鐵冶金工藝優(yōu)化： 高爐分離脈石、還原鐵礦石 鐵水預(yù)處理脫硅、脫磷、脫硫 轉(zhuǎn)爐脫碳、升溫 鋼水爐外精煉去夾雜、合金化鐵水預(yù)處理(脫硫)的優(yōu)越性(1) 滿足用戶對(duì)超低硫、磷鋼的需求，發(fā)展高附加值鋼種：如：船板鋼、油井管鋼：S、P12001300，且保持穩(wěn)定，以利于爐子熱行，迅 速成渣。有鐵水預(yù)處理工藝， 鐵水溫度應(yīng)適當(dāng)提高。3.4.1.2 廢鋼廢鋼是電爐煉鋼的基本原料，用量占鋼鐵料的7090。對(duì)轉(zhuǎn)爐來(lái)說(shuō)，既是金屬料也是冷卻劑。合金鋼廢鋼應(yīng)按所含合金分組堆放。應(yīng)嚴(yán)防混入有害雜質(zhì)和危險(xiǎn)品，并

44、減少帶入的泥沙、耐火材料和爐渣等。對(duì)外形尺寸和單重過(guò)大的 廢鋼，應(yīng)預(yù)先進(jìn)行解體和 切割；對(duì)輕薄料要打包或 壓塊，以縮短裝料時(shí)間。3.4.1.3 鐵合金煉鋼中廣泛使用的各種脫氧和合金化元素與鐵的合金。如Fe-Mn、Fe-Si、Fe-Cr；以及復(fù)合脫氧劑，如硅錳合金、硅鈣合金、硅錳鋁合金；還有鋁、錳、鎳等金屬。鐵合金應(yīng)合理選用以降低成本，使用前應(yīng)烘烤以減少氣體帶入。另外要純凈，不得混有其它夾雜物，塊度要適當(dāng)。2022/10/7/18:35:22823.4.2.2 氧化劑氧氣。煉鋼中氧的重要來(lái)源。一般要求氧氣純度應(yīng)大于98，冶煉低氮鋼種時(shí)，應(yīng)大于。還應(yīng)脫除水分。鐵礦石、氧化鐵皮。鐵礦石要求含鐵高，S

45、iO2、P和水分少，使用前要加熱。氧化鐵皮要求雜質(zhì)少，不含油污和水分，使用前必須烘烤。輔助材料3.4.2.1 造渣材料石灰（CaO）。堿性煉鋼方法的基本造渣材料，有強(qiáng)的脫磷、脫硫能力，對(duì)爐襯危害小。石灰要求含有效CaO大于8085，含S和SiO2低，塊度小而均勻，且無(wú)細(xì)粉；生燒過(guò)燒率要??；不能潮解，應(yīng)保持干燥、新鮮。螢石（CaF2）。熔點(diǎn)低（1418 ），能使CaO熔點(diǎn)顯著降低，加速化渣，改善渣的流動(dòng)性。螢石要求：CaF285%。白云石（MgO）。增加渣中Mg含量，以減少爐襯中MgO向爐渣中轉(zhuǎn)移，且能促進(jìn)前期化渣。2022/10/7/18:35:22833.4.2.3 冷卻劑廢鋼。冷卻效果穩(wěn)定

46、、噴濺少，價(jià)格低。富鐵礦、團(tuán)礦、燒結(jié)礦和氧化鐵皮。利用它們所含F(xiàn)exOy氧化金屬中的雜質(zhì)時(shí)，需要吸收大量的熱而起到冷卻的作用。石灰石。缺少以上冷卻劑時(shí)，可以使用，CaCO3分解時(shí)吸收大量熱量。3.4.2.4 還原劑和增碳劑電爐煉鋼使用的還原劑和增碳劑有石墨電極、木炭、焦炭、電石、硅鐵、硅鈣、鋁等。氧氣轉(zhuǎn)爐冶煉中、高碳鋼時(shí)，一般用含灰分很少的石油焦作增碳劑。3.6 轉(zhuǎn)爐煉鋼3.6.1 氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼的發(fā)展3.6.2 頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼的設(shè)備3.6.3 復(fù)吹轉(zhuǎn)爐吹煉工藝2022/10/7/18:35:22843.6.1 氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼的發(fā)展現(xiàn)代轉(zhuǎn)爐煉鋼的發(fā)展大致分四個(gè)時(shí)期：1）頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)的創(chuàng)立(1

47、9481956) 標(biāo)志性技術(shù)：拉瓦爾型超音速頂吹噴槍。2）頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)的成熟與完善(19561967) 標(biāo)志性技術(shù)：轉(zhuǎn)爐大型化；副槍動(dòng)態(tài)控制技術(shù)3）氧氣煉鋼技術(shù)的繁榮與發(fā)展(19671993) 標(biāo)志性技術(shù)：氧氣底吹轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)； 轉(zhuǎn)爐復(fù)合吹煉工藝技術(shù)4）現(xiàn)代轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)(1993) 標(biāo)志性技術(shù)： 濺渣護(hù)爐工藝； 干法除塵與煤氣回收技術(shù) 2022/10/7/18:35:2285頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐 轉(zhuǎn)爐復(fù)合吹煉工藝最初是沿襲頂吹和底吹兩種吹煉工藝逐步發(fā)展完善：即在頂吹轉(zhuǎn)爐底部噴吹惰性氣體和在底吹轉(zhuǎn)爐上部安裝頂吹氧槍。 實(shí)踐證明，復(fù)吹轉(zhuǎn)爐基本保留了頂吹轉(zhuǎn)爐和底吹轉(zhuǎn)爐的優(yōu)點(diǎn)，避免各自的缺點(diǎn)，成為當(dāng)代轉(zhuǎn)爐

48、的基本操作工藝。3.6.2 頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼的設(shè)備頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼的設(shè)備由4個(gè)系統(tǒng)組成，每個(gè)系統(tǒng)又由各自的設(shè)備組成。煉鋼容器的爐子系統(tǒng)；提供煉鋼所需的氧氣和底部攪拌氣體的供氣系統(tǒng)；提供煉鋼所需的金屬料和造渣材料的供料系統(tǒng)；對(duì)高溫含塵煙氣進(jìn)行降溫除塵處理，并回收余熱和煤氣的煙氣處理系統(tǒng)。2022/10/7/18:35:22863.6.2.1 爐子系統(tǒng)爐子系統(tǒng)由轉(zhuǎn)爐托圈耳軸傾動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，是裝入原料進(jìn)行吹煉的容器。它由圓臺(tái)形爐帽圓筒形爐身和球缺形或截錐形爐底三部分組成在爐帽與爐身連接處 有出鋼口。3.6.2.2 供氣系統(tǒng)供氧系統(tǒng)由制氧機(jī)儲(chǔ)氣罐壓氧機(jī)輸氣管道及閥門、氧槍和底部供氣元件組成。氧槍是供氧設(shè)

49、備中的關(guān)鍵部件。由槍身和噴頭組成。槍身是由三種不同直徑的無(wú)縫鋼管套裝而成，通水冷卻。噴頭用導(dǎo)熱良好的紫銅制成，孔形狀一般采用拉瓦爾管的形狀，大型轉(zhuǎn)爐普遍應(yīng)用了三孔四孔五孔噴頭。頂?shù)讖?fù)吹技術(shù)的關(guān)鍵部件是復(fù)吹轉(zhuǎn)爐的底部供氣元件。底部供氣元件分為兩大類，即噴嘴型和磚型。底部供氣元件2022/10/7/18:35:22873.6.2.3 供料系統(tǒng)1）鐵水供應(yīng)2）廢鋼供應(yīng)3）造渣劑供應(yīng)1）鐵水供應(yīng)混鐵車（魚(yú)雷罐車）方式流程為：高爐鐵水魚(yú)雷罐車鐵水罐轉(zhuǎn)爐。這種供應(yīng)方式投資省鐵水溫降小和有較好的生產(chǎn)環(huán)境。適合于大型高爐向大型轉(zhuǎn)爐（100t以上）供應(yīng)鐵水。向轉(zhuǎn)爐供應(yīng)廢鋼一般采用廢鋼槽方式。流程：磁盤(pán)吊車裝槽橋

50、式吊車+廢鋼槽轉(zhuǎn)爐。2）廢鋼供應(yīng)轉(zhuǎn)爐的造渣劑采用以下的供應(yīng)方式：地下儲(chǔ)料倉(cāng)膠帶運(yùn)輸機(jī)高位料倉(cāng)稱量漏斗匯總漏斗溜槽 轉(zhuǎn)爐。下圖還給出了 向鋼包中加入 鐵合金的主要 設(shè)備。3） 造渣劑供應(yīng)2022/10/7/18:35:22883.6.2.4 煙氣處理系統(tǒng)轉(zhuǎn)爐爐內(nèi)的氣體稱為爐氣，爐氣離開(kāi)爐口進(jìn)入煙罩后稱為煙氣。氧氣轉(zhuǎn)爐在吹煉期間產(chǎn)生大量含塵爐氣，其溫度高達(dá)14001600，爐氣中含有大量CO和含鐵60左右的粉塵。 轉(zhuǎn)爐爐氣的處理方法主要有燃燒法和未燃燒法。未燃法是在爐口上方采用可以升降的活動(dòng)煙罩，使?fàn)t氣在收集過(guò)程中盡量不與空氣接觸，經(jīng)降溫除塵凈化后，通過(guò)風(fēng)機(jī)抽入煤氣回收系統(tǒng)中。3.6.3 復(fù)吹轉(zhuǎn)爐

51、吹煉工藝3.6.3.1 吹煉工藝流程一爐鋼的冶煉過(guò)程是指從裝料到倒盡渣為止。頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼的冶煉周期一般是3040min。其中的純吹氧時(shí)間約1520min。2022/10/7/18:35:22893.6.3.2 吹煉過(guò)程元素的變化根據(jù)C的氧化速度不同，煉鋼過(guò)程可分為三個(gè)時(shí)期。氧化初期，脫碳速度由小變大。由于氧化初期熔池溫度低，SiMn氧化量多，消耗了大部分的氧，C的氧化受到限制。脫碳速度dC/dt=-k1t，與吹煉時(shí)間成正比。這一時(shí)期稱吹煉初期，又叫硅錳氧化期，時(shí)間從開(kāi)吹到約45min。氧化中期Si、Mn氧化結(jié)束，熔池溫度升高，供給的氧幾乎全部用于脫碳。脫碳速度達(dá)到最大且?guī)缀醪蛔儭＿@一時(shí)期稱

52、為吹煉中期，又叫碳氧化期，wc=3.0%-3.5%時(shí)進(jìn)入吹煉中期。氧化后期隨著碳含量下降，在鋼液與氣相的邊界層中,碳的濃度梯度逐漸下降，使得脫碳速度越來(lái)越小。脫碳速度由大變小。這一時(shí)期稱吹煉末期，又叫碳氧化后期。除碳外其他元素變化不大，主要進(jìn)行終點(diǎn)操作。當(dāng)wc0.3%-0.7%時(shí)，進(jìn)入吹煉末期。2022/10/7/18:35:23903.6.3.3 吹煉工藝制度 頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼，根據(jù)底吹氣體種類的不同，可分為底部吹入非氧化性氣體的復(fù)吹工藝和底部吹入氧化性氣體的復(fù)吹工藝。我國(guó)采用的是前一種工藝進(jìn)行復(fù)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼，即底部吹入氮?dú)狻鍤鈦?lái)攪拌熔池。氧氣頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝包括裝料供氧底部供氣、造渣溫

53、度及終點(diǎn)控制脫氧及合金化等內(nèi)容。 1 裝料制度1）裝料次序一般來(lái)說(shuō)是先裝廢鋼后兌鐵水，防止加入鐵水時(shí)造成噴濺。到了爐役后期，或者廢鋼裝入量比較多的轉(zhuǎn)爐，可以先兌鐵水，后加廢鋼。2）裝入量不同噸位的轉(zhuǎn)爐以及一座轉(zhuǎn)爐在不同的生產(chǎn)條件下，都有其不同的合理金屬裝入量。裝入量過(guò)小，產(chǎn)量低，熔池淺，氧流易直接沖擊爐底，造成爐底破壞。裝入量過(guò)大,熔池?cái)嚢璨怀浞郑禑挄r(shí)間增加，易造成噴濺。2022/10/7/18:35:23912 供氧制度當(dāng)氧氣射流作用在金屬熔池上時(shí)，一部分氧氣被金屬液吸收，參與煉鋼反應(yīng)，來(lái)不及反應(yīng)的氧氣沿沖擊坑表面產(chǎn)生反射流動(dòng)，另外由C-O反應(yīng)產(chǎn)生的CO氣體上升排除，使沖擊坑壁面附近的金屬

54、液向上運(yùn)動(dòng)，造成沖擊坑四周的金屬液不斷向沖擊 坑底部補(bǔ)充，從而產(chǎn) 生了循環(huán)流動(dòng)。在實(shí)際吹煉中，噴頭結(jié)構(gòu)氧氣工作壓力和流量通常保持一定，所以可以通過(guò)控制槍位來(lái)控制吹煉過(guò)程向熔池中的供氧和熔池的攪拌。槍位指噴頭到靜止金屬熔 池液面的距離。高槍位指 該距離大，低槍位指該距 離小。硬吹是氧槍槍位低或氧壓 高時(shí)的供氧方式。軟吹為槍位高或氧壓低時(shí) 的供氧方式。2022/10/7/18:35:23923 造渣制度造渣的要求氧氣轉(zhuǎn)爐的冶煉周期短，必須做到快速成渣，使?fàn)t渣盡快具有適當(dāng)?shù)膲A度、氧化性和流動(dòng)性，以便迅速把金屬中的雜質(zhì)去除。避免爐渣溢出和噴濺，減少原材料的損失。在生產(chǎn)中，一般根據(jù)鐵水成分和所煉鋼種來(lái)確

55、定造渣方法，包括單渣法、雙渣法和雙渣留渣法。4 溫度控制在吹煉過(guò)程中，升溫應(yīng)均衡，在前期和中期，為了脫磷，溫度可控制低些，但應(yīng)保證爐渣中石灰的溶解，以形成具有一定堿度的爐渣。前期結(jié)束時(shí)溫度可控制在14501550中期控制在15001600到吹煉后期應(yīng)均勻升溫，達(dá)到鋼種要求的出鋼溫度。2022/10/7/18:35:23935 終點(diǎn)控制和出鋼終點(diǎn)控制內(nèi)容包括鋼水成分CPS含量應(yīng)滿足出鋼要求，鋼水溫度應(yīng)達(dá)到出鋼溫度。在終點(diǎn)都要測(cè)溫取樣，如果兩者之一不滿足出鋼要求，就要進(jìn)行補(bǔ)吹。補(bǔ)吹會(huì)產(chǎn)生一些不良影響如鐵損增加，氣體含量增高，爐襯侵蝕嚴(yán)重。補(bǔ)吹應(yīng)盡量避免。鋼水成分和溫度達(dá)到出鋼要求后，便可搖爐將鋼水

56、通過(guò)出鋼口倒入鋼包中。為了減少轉(zhuǎn)爐內(nèi)的爐渣進(jìn)入鋼包，影響鋼水成分，應(yīng)采用擋渣技術(shù)和在鋼包中加入小粒石灰基粉劑提高鋼包頂渣堿度和降低渣中FeO含量。常用的擋渣方法是用擋渣球擋渣和氣動(dòng)擋渣。為了減少鋼水進(jìn)入鋼包時(shí)的熱量損失，降低出鋼溫度，應(yīng)對(duì)鋼包進(jìn)行烘烤，達(dá)到紅包出鋼。 出鋼操作2022/10/7/18:35:2394脫氧和合金化在轉(zhuǎn)爐煉鋼中，到達(dá)吹煉終點(diǎn)時(shí)，鋼水含氧量一般比較高（wO為0.02%0.08%），為了保證鋼的質(zhì)量和順利澆注，必須對(duì)鋼水進(jìn)行脫氧。為了使鋼達(dá)到性能要求，還需向鋼水中加入合金元素，即所謂合金化操作。6 濺渣護(hù)爐操作在出完鋼后，利用高壓N2將轉(zhuǎn)爐內(nèi)的爐渣濺到爐壁上，形成一定厚

57、度的濺渣層，作為下一爐煉鋼的爐襯，這一工藝稱濺渣護(hù)爐。采用這一工藝，減少了爐襯的侵蝕速度，大幅度提高轉(zhuǎn)爐爐齡。濺渣護(hù)爐工藝主要涉及到吹N2、爐渣和爐襯。對(duì)濺渣護(hù)爐效果有重要影響的工藝參數(shù)有供N2參數(shù)、爐渣性質(zhì)及渣量和鎂碳磚中的含碳量。2022/10/7/18:35:2395第四章 電爐煉鋼 4.1 電爐煉鋼概述電爐是采用電能作為熱源進(jìn)行煉鋼的爐子的統(tǒng)稱。傳統(tǒng)電弧爐是以廢鋼為主要原料，以三相交流電作電源，利用電流通過(guò)石墨電極與金屬料之間產(chǎn)生電弧的高溫來(lái)加熱、熔化爐料，是用來(lái)產(chǎn)生特殊鋼和高合金鋼的主要方法。電爐鋼除了將在傳統(tǒng)的特殊鋼和高合金鋼領(lǐng)域繼續(xù)保持其相對(duì)優(yōu)勢(shì)外，正在普鋼領(lǐng)域表現(xiàn)出強(qiáng)勁的競(jìng)爭(zhēng)態(tài)

58、勢(shì)。電弧爐近于球形體，從減少散熱表面積出發(fā)，以球形為最好?，F(xiàn)代電弧爐爐體中部是圓桶形，爐底為弧形，爐頂為拱形。作為發(fā)熱體，電極端部的三電弧位于爐內(nèi)中心部位。 三電 極分布在等邊三角形頂點(diǎn)上。電爐爐型2022/10/7/18:35:23964.2 現(xiàn)代煉鋼電弧爐的構(gòu)造爐體爐體傾動(dòng)裝置水冷爐蓋電極升降裝置爐體電爐爐體主要由爐殼、爐門、偏心底出鋼機(jī)構(gòu)、小爐底（直流電弧爐）等組成。爐體傾動(dòng)裝置爐體傾動(dòng)裝置是用作爐體出鋼和流渣時(shí)實(shí)現(xiàn)爐體傾動(dòng)。爐體傾動(dòng)是在爐底兩側(cè)設(shè)置一對(duì)圓弧軌道，通過(guò)液壓裝置趨動(dòng)爐體傾動(dòng)。在加料冶煉時(shí)靠機(jī)械設(shè)備維持爐子在水平位置。水冷爐蓋主要用來(lái)關(guān)閉電爐。水冷爐蓋由鋼結(jié)構(gòu)框架和管式冷卻盤(pán)

59、組成，此結(jié)構(gòu)同時(shí)支撐管式抽氣彎管，冷卻盤(pán)由位于外徑的供水管供水。爐蓋中心孔設(shè)一個(gè)錐形套環(huán)用來(lái)放置帶孔的耐火材料圈，電極穿過(guò)此孔做升降運(yùn)動(dòng)。爐蓋提升通過(guò)四點(diǎn)連接件與提升爐蓋的懸梁相連，通過(guò)電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)或液壓缸帶動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)提升爐蓋。2022/10/7/18:35:23974.3 電弧爐的電氣設(shè)備高壓電源與 隔離開(kāi)關(guān)；高壓短路器；電抗器；變壓器；短網(wǎng)；電極電極橫臂升降裝置電極橫臂升降裝置由支撐橫臂的立柱、立柱導(dǎo)向裝置（鑄鋼結(jié)構(gòu)）、電極升降液壓缸以及鎖定裝置組成。控制電極升降的液壓缸裝在立柱內(nèi)，缸體固定在立柱導(dǎo)向裝置上。電極升降是由電極升降調(diào)節(jié)系統(tǒng)所控制的比例閥來(lái)調(diào)節(jié)，從而控制冶煉電流。 2022/10

60、/7/18:35:2398高壓電源與隔離開(kāi)關(guān)：高壓電源一般為10110KV；隔離開(kāi)關(guān)主要用于電爐設(shè)備檢修時(shí)，斷開(kāi)高壓電源，有時(shí)也用來(lái)進(jìn)行切換操作。高壓斷路器：它的作用是使高壓電路在負(fù)載下接通或斷開(kāi)，并作為保護(hù)開(kāi)關(guān)在電氣設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)切斷高壓電路。電抗器：串聯(lián)在變壓器高壓側(cè)，其作用是增加電路中感抗，以達(dá)到穩(wěn)定電弧和限制短路電流的目的。電氣設(shè)備的作用電氣設(shè)備的作用變壓器：電弧爐的主要電氣設(shè)備，其作用使降低輸入電壓（一般為200527V），產(chǎn)生大的電流（幾千到幾萬(wàn)安培），供給電弧爐。短網(wǎng)：從變壓器低壓側(cè)的引出線至電極的一段線路，約有1020m，截面積大，通過(guò)電流大。電極：將變壓器輸入的電流引入