高炉转炉流程图ppt课件.ppt

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1、2022年7月30日2钢铁生产主流程钢铁生产主流程2.1 高炉炼铁高炉炼铁转炉炼钢流程转炉炼钢流程2.2 废钢废钢电炉炼钢流程电炉炼钢流程2.3 钢的炉外精炼钢的炉外精炼2.4 钢的连续浇铸钢的连续浇铸2.5 长型材加工长型材加工2.6 扁平材加工扁平材加工2.7 钢材的深加工钢材的深加工2.8 物流和总图运输物流和总图运输2022年7月30日2.1 高炉高炉炼铁炼铁转炉转炉炼钢炼钢流程流程铁矿石铁矿石还原剂还原剂(焦炭、煤焦炭、煤)熔剂熔剂(石灰石、白云石石灰石、白云石)燃烧或电热燃烧或电热直接还原炉直接还原炉高炉高炉熔融还原炉熔融还原炉铁水铁水海绵铁海绵铁转炉转炉电炉电炉钢钢 水水炉外精炼

2、炉外精炼连铸或模铸连铸或模铸钢坯或钢锭钢坯或钢锭轧轧 机机成品钢材成品钢材2022年7月30日北京科技大学冶金与生态工程学院 p目前，钢铁联合企业的主要生产流程还是目前，钢铁联合企业的主要生产流程还是 传统流程传统流程：采矿采矿 选矿选矿 铁矿石铁矿石 原料预处理原料预处理 高炉炼铁高炉炼铁 转炉炼钢转炉炼钢 炉外精炼炉外精炼 连续铸钢连续铸钢 轧钢轧钢 成品钢材成品钢材 p短流程短流程Mini-Mill：海绵铁或废钢海绵铁或废钢 电炉炼钢电炉炼钢 炉外精炼炉外精炼 连续铸钢连续铸钢 轧钢轧钢 成品钢材成品钢材2.1 高炉炼铁高炉炼铁转炉炼钢流程转炉炼钢流程2022年7月30日2.1 高炉炼铁

3、高炉炼铁转炉炼钢流程转炉炼钢流程2022年7月30日2.1 高炉炼铁高炉炼铁转炉炼钢流程转炉炼钢流程矿矿山山 天天然然富富(块)矿矿选选矿矿 烧烧结结 烧烧结结矿矿粉粉矿矿高高炉炉 铁铁水水 转转炉炉 钢钢水水 连连铸铸 钢钢坯坯 轧轧钢钢 钢钢材材球球团团 球球团团矿矿煤煤矿矿 焦焦化化 焦焦 炭炭矿矿山山石石灰灰石石2022年7月30日北京科技大学冶金与生态工程学院 2.1.1 高炉炼铁用原料、燃料高炉炼铁用原料、燃料p原料是高炉冶炼的基础。原料是高炉冶炼的基础。“ 精料精料”是高炉稳定、是高炉稳定、顺行、优质、低耗、高产、长寿的主要条件。因顺行、优质、低耗、高产、长寿的主要条件。因此在高

4、炉炼铁生产中，要求尽可能精的原料。此在高炉炼铁生产中，要求尽可能精的原料。p高炉炼铁原料：铁矿石、燃料和熔剂高炉炼铁原料：铁矿石、燃料和熔剂n铁矿石：天然富矿，人造富矿铁矿石：天然富矿，人造富矿(1.62.0 t/THM)n燃料：焦炭，喷吹燃料燃料：焦炭，喷吹燃料(如煤粉如煤粉)(0.40.6 t/THM)n熔剂：石灰石，白云石熔剂：石灰石，白云石(0.20.4 t/THM)2.1 高炉炼铁高炉炼铁转炉炼钢流程转炉炼钢流程2022年7月30日2.1.1 高炉炼铁用原料、燃料高炉炼铁用原料、燃料(1) 铁矿石铁矿石 能从中提取铁或铁的化合物的矿物。能从中提取铁或铁的化合物的矿物。n富铁矿：可直接

5、冶炼的，如富铁矿：可直接冶炼的，如: 含铁含铁50%的天然的天然(富富)铁矿。铁矿。n贫铁矿：品位太低，需经选矿加工富集的铁矿石。贫铁矿：品位太低，需经选矿加工富集的铁矿石。n铁精矿：经选矿加工处理后获得的高品位铁矿石，通铁精矿：经选矿加工处理后获得的高品位铁矿石，通常为粉矿，粒度常为粉矿，粒度 200目左右。目左右。n脉石：矿中没有利用价值的矿物，通常在矿石处理过脉石：矿中没有利用价值的矿物，通常在矿石处理过程被废弃。程被废弃。p我国铁矿石资源特点：我国铁矿石资源特点：分布分布“ 广广”、品位、品位“ 贫贫”、成分、成分“ 杂杂”2.1 高炉炼铁高炉炼铁转炉炼钢流程转炉炼钢流程2022年7月

6、30日北京科技大学冶金与生态工程学院 2.1.1 高炉炼铁用原料、燃料高炉炼铁用原料、燃料p铁矿石分类及特征铁矿石分类及特征：n赤铁矿：赤铁矿：Fe2O3，理论含铁量理论含铁量70%、含氧、含氧30%，暗红，暗红色，还原性好，含色，还原性好，含P、S、As少。又称为红矿。少。又称为红矿。n磁铁矿：磁铁矿：Fe3O4，理论含铁量理论含铁量72.4%、含氧、含氧27.6%，灰，灰色或黑灰色结构致密，坚硬有磁性，还原性差，含色或黑灰色结构致密，坚硬有磁性，还原性差，含P、S较高，如我国海南岛、内蒙古白云鄂博矿。较高，如我国海南岛、内蒙古白云鄂博矿。n褐铁矿：褐铁矿：mFe2O3 nH2O，理论含铁量

7、理论含铁量5566%，暗褐，暗褐色或黑色，结构疏松，还原性好色或黑色，结构疏松，还原性好。我国这种矿石不多。我国这种矿石不多。n菱铁矿：菱铁矿：FeCO3，含铁含铁48.2%，灰色或黄褐色，焙烧，灰色或黄褐色，焙烧后含铁量提高，变得多孔，还原性好。后含铁量提高，变得多孔，还原性好。2.1 高炉炼铁高炉炼铁转炉炼钢流程转炉炼钢流程2022年7月30日2.1.1 高炉炼铁用原料、燃料高炉炼铁用原料、燃料p高炉炼铁对铁矿石要求高炉炼铁对铁矿石要求：n品位品位高： 即铁矿石含铁量高n脉石成分少脉石成分少，且以碱性为主： CaO、MgO多较好n有害杂质少有害杂质少，有益元素适中： 特别S、P少n还原性好

8、还原性好： 易还原n高温冶金性能好高温冶金性能好n强度高、粒度均匀强度高、粒度均匀n化学成分稳定化学成分稳定2.1 高炉炼铁高炉炼铁转炉炼钢流程转炉炼钢流程2022年7月30日2.1.1 高炉炼铁用原料、燃料高炉炼铁用原料、燃料p人造富矿人造富矿：烧结矿烧结矿 球团矿球团矿n烧结矿：铁矿粉烧结矿：铁矿粉(精矿粉、富矿粉、含铁粉尘和烟尘精矿粉、富矿粉、含铁粉尘和烟尘)。加入适量的燃料和熔剂烧结成块矿。加入适量的燃料和熔剂烧结成块矿。优点：可利用粉矿，扩大矿源，冶金性能好优点：可利用粉矿，扩大矿源，冶金性能好n球团矿：把润湿的精矿粉和少量添加剂混合，在造球球团矿：把润湿的精矿粉和少量添加剂混合，在

9、造球机中滚成机中滚成815mm的圆球，再经过干燥和焙烧，使生的圆球，再经过干燥和焙烧，使生球固结，成为适合高炉使用的含铁原料。球固结，成为适合高炉使用的含铁原料。2.1 高炉炼铁高炉炼铁转炉炼钢流程转炉炼钢流程 富 矿 混 匀 天 然 富 (块 )矿 高 炉矿 石 破 碎 筛 分 富 矿 粉 贫 矿 磨 矿 筛 分 选 矿 造 块 人 造 富 矿 高 炉2022年7月30日2.1.1 高炉炼铁用原料、燃料高炉炼铁用原料、燃料(2) 燃料：燃料：燃料燃烧给高炉炼铁提供热量和还原剂燃料燃烧给高炉炼铁提供热量和还原剂n焦炭焦炭：高炉消耗的热量高炉消耗的热量7080%来自焦炭来自焦炭作用作用：发热剂、

10、还原剂、料柱骨架：发热剂、还原剂、料柱骨架对焦炭质量要求对焦炭质量要求：灰分低：灰分低，S、P杂质少杂质少，强度高、粒强度高、粒度均匀、粉末少度均匀、粉末少，成分稳定，挥发分适当。成分稳定，挥发分适当。n喷吹燃料喷吹燃料(风口风口)：煤粉、重油、天然气煤粉、重油、天然气目的：代替焦炭目的：代替焦炭(代替部分焦炭提供热能和化学能代替部分焦炭提供热能和化学能)对煤粉要求对煤粉要求：灰分含量低、固定碳高、含硫低、可磨：灰分含量低、固定碳高、含硫低、可磨性好、粒度细、燃烧性好、爆炸性弱。性好、粒度细、燃烧性好、爆炸性弱。2.1 高炉炼铁高炉炼铁转炉炼钢流程转炉炼钢流程2022年7月30日2.1 高炉炼

11、铁高炉炼铁转炉炼钢流程转炉炼钢流程p炼焦工艺炼焦工艺流程流程： 煤洗煤洗煤配煤配煤炼焦炼焦熄焦熄焦焦炭焦炭高炉2022年7月30日2.1.1 高炉炼铁用原料、燃料高炉炼铁用原料、燃料(3) 熔剂熔剂n目的：目的： 形成低熔点的化合物，并能达到完全熔化，且形成低熔点的化合物，并能达到完全熔化，且具有良好的流动性，使渣铁容易分离具有良好的流动性，使渣铁容易分离，并有利于脱硫，并有利于脱硫。n熔剂种类：熔剂种类：碱性熔剂：石灰石、石灰、白云石碱性熔剂：石灰石、石灰、白云石(酸性熔剂：石英、硅石酸性熔剂：石英、硅石)n对碱性熔剂要求对碱性熔剂要求： 有效成分含量高。碱性氧化物含量高，酸性氧化有效成分含

12、量高。碱性氧化物含量高，酸性氧化物含量低物含量低；S、P含量低含量低；粒度均匀，强度好，粉粒度均匀，强度好，粉末少。末少。2.1 高炉炼铁高炉炼铁转炉炼钢流程转炉炼钢流程2022年7月30日2.1.2 铁矿粉造块铁矿粉造块(1) 粉矿造块的意义粉矿造块的意义我国的铁矿大部分是贫矿，必须经过选矿与我国的铁矿大部分是贫矿，必须经过选矿与造块之后才能入高炉。造块之后才能入高炉。n富矿越来越少，不得不大量利用贫矿。富矿越来越少，不得不大量利用贫矿。n富矿开采过程产生大量粉矿，粉矿不能直接入高炉富矿开采过程产生大量粉矿，粉矿不能直接入高炉冶炼。冶炼。n充分利用工业废品，如：高炉炉尘、轧钢铁皮、均充分利用

13、工业废品，如：高炉炉尘、轧钢铁皮、均热炉炉渣等。热炉炉渣等。n改善和控制含铁原料的冶金性能。改善和控制含铁原料的冶金性能。2.1 高炉炼铁高炉炼铁转炉炼钢流程转炉炼钢流程2022年7月30日2.1.2 铁矿粉造块铁矿粉造块p造块方法：烧结法和球团法造块方法：烧结法和球团法 配加熔剂，去除有害杂质。配加熔剂，去除有害杂质。p人造富矿或熟料：粉矿经造块后获得的烧结矿人造富矿或熟料：粉矿经造块后获得的烧结矿和球团矿和球团矿(冶金性能高于天然富块矿冶金性能高于天然富块矿)统称人造统称人造富矿或熟料。富矿或熟料。我国鞍钢、首钢、本钢我国鞍钢、首钢、本钢 95%。2.1 高炉炼铁高炉炼铁转炉炼钢流程转炉炼

14、钢流程2022年7月30日2.1.2 铁矿粉造块铁矿粉造块(2) 烧结矿生产烧结矿生产 将矿粉将矿粉(富矿粉或精矿粉富矿粉或精矿粉)、燃料、燃料(焦末或无烟煤焦末或无烟煤)、熔、熔剂剂(石灰粉、石灰石粉、白云石粉等石灰粉、石灰石粉、白云石粉等)按一定比例混合，然按一定比例混合，然后放在烧结机上点火进行烧结，利用其中燃料燃烧所产生后放在烧结机上点火进行烧结，利用其中燃料燃烧所产生的热量，使局部生成液相，将矿粉粘结在一起，形成坚实的热量，使局部生成液相，将矿粉粘结在一起，形成坚实而多孔的烧结矿。而多孔的烧结矿。p烧结工艺流程烧结工艺流程：原料准备原料准备配料配料混合混合铺底料铺底料布料布料点火点火

15、烧结烧结冷却冷却破碎破碎筛分筛分成品烧结矿成品烧结矿高炉高炉2.1 高炉炼铁高炉炼铁转炉炼钢流程转炉炼钢流程2022年7月30日2022年7月30日2.1 高炉炼铁高炉炼铁转炉炼钢流程转炉炼钢流程钢铁厂烧结工艺流程钢铁厂烧结工艺流程2022年7月30日2.1.2 铁矿粉造块铁矿粉造块(2) 烧结矿生产烧结矿生产p抽风烧结设备及产品抽风烧结设备及产品：n烧结机本体：布料设备、点火器和抽风除尘系统组成烧结机本体：布料设备、点火器和抽风除尘系统组成n有效抽风面积有效抽风面积 = 台车有效长度台车有效长度 宽度宽度n料层厚度：料层厚度：300 400 mm，目前最高已达目前最高已达 700 mmn点火

16、温度：点火温度：1050 1300，时间，时间0.5 2.0 minn抽风负压：抽风负压：900 1200 mmH2O柱柱n能耗：能耗：64.3 kg标准煤标准煤 t烧结矿烧结矿n还原性：目前低温烧结生产的铁酸钙型烧结矿，还原性好，强度还原性：目前低温烧结生产的铁酸钙型烧结矿，还原性好，强度也较高。也较高。n碱度碱度：自熔性自熔性:1.01.4；熔剂性熔剂性:1.4；高碱度高碱度:1.8 2.52.1 高炉炼铁高炉炼铁转炉炼钢流程转炉炼钢流程2022年7月30日2.1.2 铁矿粉造块铁矿粉造块(3) 球团矿生产球团矿生产 将精矿粉、熔剂和少量粘结剂，在造球机中滚成直径将精矿粉、熔剂和少量粘结剂

17、，在造球机中滚成直径815mm的生球，然后干燥、焙烧固结成型，成为具有良的生球，然后干燥、焙烧固结成型，成为具有良好冶金性能的含铁原料。好冶金性能的含铁原料。p发展球团矿原因发展球团矿原因：n过细精矿粉不易烧结易于成球过细精矿粉不易烧结易于成球；n球团矿粒度均匀、微气孔多、还原性好、强度高、易球团矿粒度均匀、微气孔多、还原性好、强度高、易于贮存于贮存(冶金性能好冶金性能好)；n可生产氧化球团可生产氧化球团、预还原球团、金属化球团等。预还原球团、金属化球团等。2.1 高炉炼铁高炉炼铁转炉炼钢流程转炉炼钢流程2022年7月30日北京科技大学冶金与生态工程学院 2.1 高炉炼铁高炉炼铁转炉炼钢流程转

18、炉炼钢流程球球团团矿矿生生产产工工艺艺流流程程2022年7月30日2.1.3 高炉炼铁原理及工艺高炉炼铁原理及工艺高炉炼铁是现代钢铁联合企业的重要部门：高炉炼铁是现代钢铁联合企业的重要部门：n高炉冶炼产品高炉冶炼产品 生铁或铁水是炼钢的原料；生铁或铁水是炼钢的原料；n高炉产生的大量煤气是重要的二次能源；高炉产生的大量煤气是重要的二次能源；n高炉是原材料和能量的巨大消耗者：能耗占高炉是原材料和能量的巨大消耗者：能耗占1/31/2，消耗焦炭消耗焦炭80%。p高炉本体及附属系统高炉本体及附属系统：高炉本体高炉本体、供料系统供料系统、送风系统送风系统、煤气净化除尘煤气净化除尘系统系统、燃料喷吹系统燃料

19、喷吹系统和和渣铁处理系统渣铁处理系统等等2.1 高炉炼铁高炉炼铁转炉炼钢流程转炉炼钢流程2022年7月30日2.1 高炉炼铁高炉炼铁转炉炼钢流程转炉炼钢流程高炉生产工艺流程高炉生产工艺流程 供供 料料 系系煤煤气气净净化化除除尘尘系系统统 统统送送风风系系统统、喷喷吹吹系系统统 渣渣铁铁 处处理理 系系统统炉喉炉缸炉腹炉身炉腰热热风风 (、)喷喷吹吹物物 (煤粉、 重油、 天然气) 生生铁铁 炉炉渣渣煤煤气气：CO、 CO2、 H2、 N2 (干)炉炉尘尘：铁铁矿矿石石：烧结矿 球团矿 生块矿熔熔剂剂：石灰石废废铁铁 (碎铁)焦焦炭炭2022年7月30日2.1 高炉炼铁高炉炼铁转炉炼钢流程转炉

20、炼钢流程2022年7月30日北京科技大学冶金与生态工程学院 2022年7月30日2.1.3 高炉炼铁原理及工艺高炉炼铁原理及工艺(1) 高炉冶炼过程及其特点高炉冶炼过程及其特点p高炉冶炼特点：高炉冶炼特点：n逆流反应器：在逆流反应器：在逆流逆流(炉料下降及煤气上升炉料下降及煤气上升)过程中，完成过程中，完成复杂的物理化学反应；复杂的物理化学反应；n“ 黑箱黑箱”过程：在过程：在投入投入(装料装料)及及产出产出(铁、渣、煤气铁、渣、煤气)之之外，无法直接观察炉内反应过程；外，无法直接观察炉内反应过程；n生产过程的连续性：维持高炉生产过程的连续性：维持高炉顺行顺行(保证煤气流合理分布保证煤气流合理

21、分布及炉料均匀下降及炉料均匀下降)是冶炼过程的关键。是冶炼过程的关键。(热效率高，生产能热效率高，生产能力大；机械化和自动化水平较高力大；机械化和自动化水平较高)2.1 高炉炼铁高炉炼铁转炉炼钢流程转炉炼钢流程2022年7月30日2.1.3 高炉炼铁原理及工艺高炉炼铁原理及工艺(1) 高炉冶炼过程及其特点高炉冶炼过程及其特点p高炉冶炼三大过程：高炉冶炼三大过程：n还原过程还原过程： 实现矿石中金属元素实现矿石中金属元素(主要是主要是Fe)和氧元素的化学分离；和氧元素的化学分离；n造渣过程造渣过程： 实现已还原的金属与脉石的熔融态机械分离；实现已还原的金属与脉石的熔融态机械分离；n传热及渣铁反应

22、过程传热及渣铁反应过程： 实现成分及温度均合格的液态铁水。实现成分及温度均合格的液态铁水。2.1 高炉炼铁高炉炼铁转炉炼钢流程转炉炼钢流程2022年7月30日2.1.3 高炉炼铁原理及工艺高炉炼铁原理及工艺(2) 高炉冶炼过程主要反应高炉冶炼过程主要反应p燃烧反应：燃烧反应：风口回旋区风口回旋区(燃烧带燃烧带)n作用作用：提供热源；提供热源；提供还原剂提供还原剂CO；提供炉料下降的空间。提供炉料下降的空间。n燃烧带燃烧带：风口前碳被氧化而气化的区域：风口前碳被氧化而气化的区域, 又叫又叫风口回旋风口回旋(循环循环)区区。它是高炉内唯一的氧化区域。它是高炉内唯一的氧化区域, 又称又称氧化带氧化带

23、。 n焦炭焦炭75%以上以上C到达风口前燃烧，其它参与还原、气化、到达风口前燃烧，其它参与还原、气化、渗渗C。n风口区为高温风口区为高温、过剩过剩C, 离开燃烧带的碳氧化物全为离开燃烧带的碳氧化物全为CO !2.1 高炉炼铁高炉炼铁转炉炼钢流程转炉炼钢流程2022年7月30日2.1.3 高炉炼铁原理及工艺高炉炼铁原理及工艺(2) 高炉冶炼过程主要反应高炉冶炼过程主要反应p燃烧反应：燃烧反应：风口回旋区风口回旋区(燃烧带燃烧带)n燃烧反应及其产物燃烧反应及其产物：C + O2 = CO2 + 33388 kJ/kgC(7980kcal)，完全燃烧；完全燃烧；C+1/2O2=CO+9791kJ/k

24、gC(2340kcal),不完全燃烧不完全燃烧, C过剩过剩O不不足足；CO2+C=2CO 13806kJ/kgC( 3300kcal), 碳气化反应碳气化反应(强烈吸强烈吸热热)。C + H2O = H2 + CO 6911 kJ/kgH2O最终最终燃烧燃烧产物产物：CO，H2，N22.1 高炉炼铁高炉炼铁转炉炼钢流程转炉炼钢流程2022年7月30日2.1.3 高炉炼铁原理及工艺高炉炼铁原理及工艺(2) 高炉冶炼过程主要反应高炉冶炼过程主要反应p铁氧化物还原反应：铁氧化物还原反应：n间接还原：间接还原：逐级还原性逐级还原性：3Fe2O3 + CO(H2) = 2Fe3O4 + CO2(H2O

25、) Fe3O4 + CO(H2) = 3FeO + CO2(H2O)FeO + CO(H2) = Fe + CO2(H2O) 放热反应！放热反应！n直接还原直接还原：FeO+C = Fe+CO Q高温区高温区强烈强烈吸热反应！吸热反应！ ( CO2 + C =2CO ) ( FeO + CO=Fe+CO2 )2.1 高炉炼铁高炉炼铁转炉炼钢流程转炉炼钢流程2022年7月30日2.1.3 高炉炼铁原理及工艺高炉炼铁原理及工艺(2) 高炉冶炼过程主要反应高炉冶炼过程主要反应p非铁氧化物还原反应：非铁氧化物还原反应：n全部直接还原：全部直接还原：全部吸热全部吸热Si的还原：的还原： SiO2 + 2

26、C = Si + 2CO QMn的还原：的还原： (MnO) + C = Mn + CO QP的还原：的还原：2Ca3(PO4)2+3SiO2+10C=3Ca2SiO4+4P+10CO Ti还原：还原： TiO2 + 2C = Ti + 2CO QV的还原：的还原：V2O5 + 5C = 2V + 5CO Q2.1 高炉炼铁高炉炼铁转炉炼钢流程转炉炼钢流程2022年7月30日2.1.3 高炉炼铁原理及工艺高炉炼铁原理及工艺(2) 高炉冶炼过程主要反应高炉冶炼过程主要反应p脱硫反应：脱硫反应：nFeS+(CaO)+C = (CaS)+Fe+CO 4660kJ/kgSn有利于脱硫有利于脱硫的因素：

27、的因素：温度：温度：T ，炉渣脱硫能力炉渣脱硫能力 炉渣碱度：炉渣碱度：R , 即即 炉渣内碱性氧化物炉渣内碱性氧化物量量, 有利于脱硫有利于脱硫气氛影响气氛影响(还原还原)：还原性气氛，渣中还原性气氛，渣中(FeO) LS 提高铁水中提高铁水中S的活度系数的活度系数 fS：铁水中铁水中C、Si、P LS 2.1 高炉炼铁高炉炼铁转炉炼钢流程转炉炼钢流程2022年7月30日2.1.3 高炉炼铁原理及工艺高炉炼铁原理及工艺(2) 高炉冶炼过程主要反应高炉冶炼过程主要反应p渗碳反应与铁水形成：渗碳反应与铁水形成：n液液铁渗碳铁渗碳：3Fe液液 + C焦焦 = Fe3C液液固固 液反应，渗碳速度快，

28、渗碳量大，可液反应，渗碳速度快，渗碳量大，可达终点达终点C水平水平3.04.5%。n铁水形成铁水形成：渗碳、合金元素还原溶入，熔点下降，成液态。渗碳、合金元素还原溶入，熔点下降，成液态。2.1 高炉炼铁高炉炼铁转炉炼钢流程转炉炼钢流程2022年7月30日2.1.3 高炉炼铁原理及工艺高炉炼铁原理及工艺(3) 高炉造渣过程高炉造渣过程p“ 三分炼铁，七分炼渣三分炼铁，七分炼渣” 固相反应和矿石软化：固相反应和矿石软化：初渣的形成：熔融状态，流动性差，初渣的形成：熔融状态，流动性差，FeO 1030%。中间渣：滴落下降过程中的成分、温度都不断变化的炉中间渣：滴落下降过程中的成分、温度都不断变化的炉

29、渣。渣。终渣：渣、铁口定期排出的炉渣终渣：渣、铁口定期排出的炉渣。FeO最低最低0.5%。2.1 高炉炼铁高炉炼铁转炉炼钢流程转炉炼钢流程2022年7月30日2.1.4 高炉生产主要技术经济指标高炉生产主要技术经济指标p质量指标：质量指标：n生铁合格率：生铁化学成分符合国家标准的总量占生铁生铁合格率：生铁化学成分符合国家标准的总量占生铁总产量的百分数。它是衡量生铁质量的指标。总产量的百分数。它是衡量生铁质量的指标。 V = 生铁日产量生铁日产量(P) 有效容积有效容积(Vu)，t/m3 dp产量指标：产量指标：n高炉有效容积利用系数高炉有效容积利用系数( V)：指每指每m3高炉有效容积，每高炉

30、有效容积，每昼夜生产的合格生铁量。昼夜生产的合格生铁量。n休风率：高炉休风时间休风率：高炉休风时间(不包括计划大、中、小修不包括计划大、中、小修)占日占日历工作时间的百分数。历工作时间的百分数。2.1 高炉炼铁高炉炼铁转炉炼钢流程转炉炼钢流程2022年7月30日2.1.4 高炉生产主要技术经济指标高炉生产主要技术经济指标p能源指标：能源指标：n焦比焦比K：每炼一吨生铁消耗的干焦炭量，单位每炼一吨生铁消耗的干焦炭量，单位kg/tFe煤煤(油油)比：每炼一吨生铁所喷吹的煤粉比：每炼一吨生铁所喷吹的煤粉(重油重油)量，单位量，单位kg/tFe煤粉煤粉(重油重油)置换比：喷吹置换比：喷吹1kg煤粉煤粉

31、(重油重油)所能代替的焦炭所能代替的焦炭kg数数n燃料比：生产一吨生铁消耗的燃料总量，即等于焦比燃料比：生产一吨生铁消耗的燃料总量，即等于焦比+煤比煤比+油比油比n综合焦比：焦比综合焦比：焦比 + 煤比煤比 煤粉置换比煤粉置换比+油比油比 重油置换比重油置换比2.1 高炉炼铁高炉炼铁转炉炼钢流程转炉炼钢流程2022年7月30日2.1.4 高炉生产主要技术经济指标高炉生产主要技术经济指标p强化指标：强化指标：n冶炼强度冶炼强度I：每立方米高炉有效容积，每昼夜燃烧的焦每立方米高炉有效容积，每昼夜燃烧的焦炭量，炭量，t/m3 d V = I Kp经济指标：经济指标：n生铁成本：生产每吨合格生铁所需原

32、料、燃料、材料、生铁成本：生产每吨合格生铁所需原料、燃料、材料、动力、人工等一切费用的总和，元动力、人工等一切费用的总和，元/tFen炉龄炉龄(高炉一代寿命高炉一代寿命)：从高炉点火到停炉大修之间实际：从高炉点火到停炉大修之间实际运行的时间或单位运行的时间或单位m3有效容积生产的生铁总产量有效容积生产的生铁总产量2.1 高炉炼铁高炉炼铁转炉炼钢流程转炉炼钢流程2022年7月30日高炉炼铁设备高炉炼铁设备高炉炼铁新技术高炉炼铁新技术(1)强化用氧强化用氧(2)喷吹燃料喷吹燃料(3)环境保护和热能利用环境保护和热能利用非高炉炼铁非高炉炼铁 2022年7月30日北京科技大学冶金与生态工程学院 高炉炼

33、铁设备高炉炼铁设备2022年7月30日北京科技大学冶金与生态工程学院 高炉炼铁设备高炉炼铁设备2022年7月30日北京科技大学冶金与生态工程学院 高炉炼铁设备高炉炼铁设备2022年7月30日 第一次课程作业第一次课程作业 1.冶金的基本概念冶金的基本概念,钢与铁的主要区别钢与铁的主要区别? 2.一般工业产品生产流程图一般工业产品生产流程图;钢材料生产与国民经济的关钢材料生产与国民经济的关系系 3.炼铁生产用的原料、燃料炼铁生产用的原料、燃料,生铁主要技术经济指标生铁主要技术经济指标? 4.高炉炼铁的特点及主要化学反应高炉炼铁的特点及主要化学反应5.5.某高炉容积某高炉容积2000m2000m3

34、 3，年产，年产150150万吨炼钢生铁，消耗万吨炼钢生铁，消耗6060万万吨焦炭，每吨生铁喷吹煤粉吨焦炭，每吨生铁喷吹煤粉150kg150kg，置换比为，置换比为0.90.9，计算高，计算高炉炉有效容积利用系数有效容积利用系数、焦比焦比、燃料比燃料比、综合焦比综合焦比及及冶炼强冶炼强度度各为多少？各为多少？2022年7月30日2.1 高炉炼铁高炉炼铁转炉炼钢流程转炉炼钢流程2.1.5 转转炉炉炼炼钢钢生生产产转炉装铁水转炉装铁水转炉炉体转炉炉体2022年7月30日2.1.5 转炉炼钢生产转炉炼钢生产(1) 炼钢用原材料炼钢用原材料p主原料主原料(钢铁料钢铁料)：生铁生铁：铁水、冷生铁废钢废钢

35、：本厂、外购p辅原料辅原料：造渣剂造渣剂：石灰、石灰石、萤石、白云石、合成渣料冷却剂冷却剂(氧化剂氧化剂)：铁矿石、氧化铁皮、球团、烧结矿脱氧剂脱氧剂(合金料合金料)：FeSi、MnFe、Al合金等2.1 高炉炼铁高炉炼铁转炉炼钢流程转炉炼钢流程2022年7月30日2.1.5 转炉炼钢生产转炉炼钢生产(2) 炼钢基本原理炼钢基本原理 炼钢基本任务炼钢基本任务四脱四脱(C、P、S、O)、二去二去(气、夹)、升温升温、合金化合金化n脱C：(区分钢铁)，C ，硬度、强度、脆性 n脱S、P：有害元素，S热脆，P冷脆n脱O：钢中氧含量过多变脆n去气、夹杂：气(H、N)，非金属夹杂(氧、硫、氮、硫、磷化合

36、物)n升温、合金化p完成任务措施完成任务措施：n供氧、造渣、升温、加脱氧剂、加合金料2.1 高炉炼铁高炉炼铁转炉炼钢流程转炉炼钢流程2022年7月30日2.1.5 转炉炼钢生产转炉炼钢生产(2) 炼钢基本原理炼钢基本原理 炼钢炉渣炼钢炉渣p炉渣作用炉渣作用：n控制氧化还原过程n输送氧n吸收夹杂，防止吸气n其它作用：不利不利：侵蚀炉衬、降低炉衬寿命 降低金属回收率：炼钢渣 (FeO) 20 %2.1 高炉炼铁高炉炼铁转炉炼钢流程转炉炼钢流程2022年7月30日2.1.5 转炉炼钢生产转炉炼钢生产p炉渣来源炉渣来源：n杂质氧化n炉衬侵蚀n造渣材料、脉石n废钢带入泥沙p炉渣组成炉渣组成： 氧化物、硫

37、化物、氟化物n基本体系：CaO SiO2 FeOn碱性渣(碱度CaO/SiO2=2.54.0)、酸性渣氧化性渣(FeO高)、还原性渣2.1 高炉炼铁高炉炼铁转炉炼钢流程转炉炼钢流程2022年7月30日2.1.5 转炉炼钢生产转炉炼钢生产p炼钢炉渣性质炼钢炉渣性质：n碱度碱度： CaO/SiO2 n氧化性氧化性：炉渣向金属熔池传氧的能力O = O渣，平 O实O 0，氧化渣； O 1530， C Si Mn P Fen1530 t 1400， Si C V Mn P Fent 1400， Si V Mn C P Fe2.1 高炉炼铁高炉炼铁转炉炼钢流程转炉炼钢流程2022年7月30日2.1.5 转

38、炉炼钢生产转炉炼钢生产 炼钢过程中元素的氧化与还原炼钢过程中元素的氧化与还原nFe的氧化的氧化：炼钢初期直接氧化：O2 + 2Fe = 2(FeO)间接氧化：O + Fe = (FeO)传 氧：炉渣 (FeO) 金属液nSi的氧化与还原的氧化与还原： 炼钢前期全部氧化、强烈放热Si + O2 = (SiO2) 直接氧化(氧流直接吹入金属熔池)Si+2(FeO) = (SiO2)+2Fe间接氧化(渣金界面)成渣：(SiO2) + 2(FeO) = (2FeOSiO2)(2FeOSiO2) + 2(CaO) = (2CaOSiO2) + 2(FeO)2.1 高炉炼铁高炉炼铁转炉炼钢流程转炉炼钢流程

39、2022年7月30日nMn的氧化的氧化：冶炼前期大量氧化，但氧化程度比Si低间接氧化： Mn+(FeO) = (MnO)+Fe主要反应n脱碳反应脱碳反应：作用作用：a.将碳氧化脱除到所炼钢种要求；b.产生沸腾 增强搅拌，增大反应接触面，加速传质传热，改善动力学条件，均匀温度、成分，有利于气体夹杂物的排除；c.CO通过渣层产生气渣金属三相乳化液。形式形式：a.C+1/2O2 = COb.C+(FeO) = Fe+COc.C+O = CO (主要反应)2.1 高炉炼铁高炉炼铁转炉炼钢流程转炉炼钢流程一定一定T、P下，碳氧下，碳氧浓度积浓度积m为为Const.C% O% = m = Cp.139 图

40、图8 12022年7月30日 炼钢过程中元素的氧化与还原炼钢过程中元素的氧化与还原n脱磷反应脱磷反应：P害处：害处：a.冷脆；冷脆；b.偏析度大。偏析度大。P越低越好，钢越低越好，钢 P 0.04%，高炉不能脱高炉不能脱P，炼钢造炼钢造渣目的之一是脱渣目的之一是脱P。脱脱P地点：地点：炉渣炉渣 金属界面：金属界面：加石灰加石灰2P+5(FeO)+4(CaO) = (4CaOP2O5)+5Fe脱脱P有利条件：有利条件： a.提高炉渣碱度提高炉渣碱度： (CaO) b.提高炉渣氧化性提高炉渣氧化性： (FeO) c.较低熔池温度较低熔池温度： 脱磷为放热反应脱磷为放热反应 d.加大渣量加大渣量：降

41、低渣中降低渣中(P2O5)浓度浓度2.1 高炉炼铁高炉炼铁转炉炼钢流程转炉炼钢流程2022年7月30日 炼钢过程中元素的氧化与还原炼钢过程中元素的氧化与还原n脱硫反应脱硫反应：炼钢脱硫能力、成本高，不宜提倡炼钢脱硫能力、成本高，不宜提倡S害处：害处： 钢中钢中FeS：无限溶于液体铁中无限溶于液体铁中，几乎不溶于几乎不溶于固态铁中固态铁中。降温时，降温时，FeS与与Fe形成低熔点形成低熔点(985)共晶体，共晶体，轧制时，形成晶界轧制时，形成晶界“ 偏析偏析” 热热脆脆脱脱S反应反应：炉渣脱硫炉渣脱硫总反应式：总反应式：FeS + (CaO) = (CaS) + (FeO)脱脱S有利条件：有利条

42、件： a.提高碱度：提高碱度： 但需保证炉渣具有良好的流动性但需保证炉渣具有良好的流动性 b.高温：脱硫为吸热反应高温：脱硫为吸热反应 c.低低(FeO)并加速化渣并加速化渣 d.大渣量大渣量：大渣量或多次放渣造新渣，稀释大渣量或多次放渣造新渣，稀释(CaS)浓度浓度炼钢脱硫不利方面炼钢脱硫不利方面：增加炼钢时间，降低生产率；：增加炼钢时间，降低生产率；消耗热量消耗热量；降低金属回收率降低金属回收率。2.1 高炉炼铁高炉炼铁转炉炼钢流程转炉炼钢流程2022年7月30日(2) 炼钢基本原理炼钢基本原理 脱氧和合金化脱氧和合金化n脱氧：脱氧：脱氧目的脱氧目的：氧害处氧害处：a.破坏钢锭合理结构；b

43、.降低钢的机械性能(液、固态溶解度差)；c.加强热脆倾向。脱氧方法脱氧方法：沉淀脱氧、扩散脱氧、真空脱氧 脱氧剂：硅铁、锰铁、铝及硅钙等复合脱氧剂(沉淀)n合金化合金化：加入某一种或几种合金元素，使其在钢中的含量达到成品钢的规格的操作过程。与脱氧同时进行。 不氧化元素：Ni、Mo、Cu，装料时加入 弱氧化元素：W、Cr、Mn，以铁合金加入炉内或钢包 易氧化元素：Al、Ti、Si、B、V、Nb，脱氧好后加入2.1 高炉炼铁高炉炼铁转炉炼钢流程转炉炼钢流程2022年7月30日2.1.5 转炉炼钢生产转炉炼钢生产(3) 氧气顶吹转炉炼钢氧气顶吹转炉炼钢 氧气顶吹转炉炼钢特点氧气顶吹转炉炼钢特点n生产

44、率高生产率高：n原料适应性强：n冶炼的钢质量好、品种多：n基建投资少，建设速度快；n热效率高，成本低热效率高，成本低；n利于自动化生产和开展综合利用。不足之处不足之处：金属损失大；氧利用率不高；脱S、P能力不强LD -Linz and Donawitz2.1 高炉炼铁高炉炼铁转炉炼钢流程转炉炼钢流程2022年7月30日北京科技大学冶金与生态工程学院 2022年7月30日2022年7月30日北京科技大学冶金与生态工程学院 2022年7月30日2022年7月30日北京科技大学冶金与生态工程学院 2022年7月30日2.1.5 转炉炼钢生产转炉炼钢生产(3) 氧气顶吹转炉炼钢氧气顶吹转炉炼钢 氧气顶

45、吹转炉车间设备及布置氧气顶吹转炉车间设备及布置n顶吹转炉炼钢车间顶吹转炉炼钢车间：包括原料系统；加料加料、冶炼冶炼和浇浇注注系统；钢锭模准备系统；此外还包括炉渣处理、除尘、动力系统等。 a.原料跨：主要组织铁水和废钢的供应 b.转炉跨：布置转炉及其倾动机构、氧枪及副枪等 c.浇注跨：将钢水通过钢锭模车或连铸机，浇注成钢锭或钢坯2.1 高炉炼铁高炉炼铁转炉炼钢流程转炉炼钢流程2022年7月30日2.1 高炉炼铁高炉炼铁转炉炼钢流程转炉炼钢流程2022年7月30日北京科技大学冶金与生态工程学院 2.1 高炉炼铁高炉炼铁转炉炼钢流程转炉炼钢流程氧气氧气顶吹顶吹转炉转炉炼钢炼钢主体主体设备设备及氧及氧

46、枪枪2022年7月30日p原料供应设备原料供应设备n铁水供应设备铁水供应设备：供应充足及时，铁水成分均匀、温度稳定，称量准确铁水供应方式铁水供应方式： a.BF 铁水罐车 混铁炉 铁水罐 称量 转炉 b.BF 铁水罐车 铁水罐 称量 转炉 c.BF 混铁车 铁水罐 称量 转炉n废钢供应设备废钢供应设备：n散状料供应设散状料供应设备：n铁合金供应设备铁合金供应设备：2.1 高炉炼铁高炉炼铁转炉炼钢流程转炉炼钢流程2022年7月30日p转炉主体设备转炉主体设备n炉体设备炉体设备：转炉炉体、炉体支撑装置、倾动装置n炉体支撑系统炉体支撑系统：n倾动机构倾动机构：p氧枪及升降装置、副枪装置氧枪及升降装置

47、、副枪装置n氧枪及升降、换枪装置氧枪及升降、换枪装置： 拉瓦尔形，35孔喷头(紫铜)n副枪装置副枪装置：快速、间断检测吹炼过程中熔池温度、碳、氧含量信息，取样p烟气净化处理设备烟气净化处理设备n煤气处理煤气处理：燃烧法、未燃法2.1 高炉炼铁高炉炼铁转炉炼钢流程转炉炼钢流程2022年7月30日2.1.5 转炉炼钢生产转炉炼钢生产(3) 氧气顶吹转炉炼钢氧气顶吹转炉炼钢 氧气顶吹转炉的供氧特征氧气顶吹转炉的供氧特征n硬吹硬吹：枪位较低或较高氧压(氧流对液面有较高冲击力，金属液被冲成一深坑)，氧流冲击面积较小。 特点特点：金属液强烈循环，提高脱碳速度，渣中FeO含量低，不利化渣。n软吹软吹：枪位较

48、高或较低氧压，冲击面积大： 特点特点：熔池搅拌较弱，脱碳速度较低，渣中FeO含量高，有利化渣。所以前期枪位较高。2.1 高炉炼铁高炉炼铁转炉炼钢流程转炉炼钢流程2022年7月30日(3) 氧气顶吹转炉炼钢氧气顶吹转炉炼钢 氧气顶吹转炉的操作过程氧气顶吹转炉的操作过程a.补炉补炉、装料装料：先装废钢，再装铁水b.吹炼吹炼： 吹O2，加一批渣料。吹炼过程分三期：初期：Si、Mn氧化期(23min)，Fe氧化、P氧化中期：C氧化期，温度FeO，炉渣起泡。加二批渣料后期：Fe取代C被氧化，渣中FeO，钢液中O浓度当判断达到终点T和C时，提升氧枪，停止供氧c.出钢出钢： 成分、温度合格时，摇炉出钢(预脱

49、氧)，倒渣n转炉吹炼周期吹炼周期3045 min，吹炼时间吹炼时间1520 min 。2.1 高炉炼铁高炉炼铁转炉炼钢流程转炉炼钢流程2022年7月30日北京科技大学冶金与生态工程学院 2022年7月30日北京科技大学冶金与生态工程学院 2022年7月30日北京科技大学冶金与生态工程学院 2022年7月30日北京科技大学冶金与生态工程学院 2022年7月30日北京科技大学冶金与生态工程学院 氧气顶吹转炉计算机控制氧气顶吹转炉计算机控制n静态控制静态控制：按物料、热平衡计算铁水、废钢、造渣材料加入量动态控制动态控制：在静态控制的基础上，进行吹炼过程修正。 氧气顶吹转炉炼钢产品氧气顶吹转炉炼钢产品

50、n钢坯(锭)： 轧钢原材料(吨钢耗吨钢耗O25060Nm3)炉渣： 铺路基，有待进一步综合利用研究煤气： 余热可直接利用(烧锅炉)回收回收：煤气(CO：5565%)：5060Nm3/THM炉尘：1020 kg (含铁6070%，FeO、Fe2O3)蒸汽：4060 kg/THM2.1 高炉炼铁高炉炼铁转炉炼钢流程转炉炼钢流程2022年7月30日2.1.5 转炉炼钢生产转炉炼钢生产(4) 氧气底吹转炉炼钢氧气底吹转炉炼钢p底吹转炉结构底吹转炉结构pp.181182n在顶吹转炉炉底装有喷嘴，即可拆卸式的活动炉底在顶吹转炉炉底装有喷嘴，即可拆卸式的活动炉底n喷嘴结构喷嘴结构：内管内管：吹O2或O2与石