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1、钢铁是怎样炼成的？,（钢铁冶炼工艺）,材料122 王鸿达,1,t课件,一. 钢铁的相关知识,钢铁: 是以Fe和C为主要组成元素，同时还含有Si、Mn、P、S等杂质元素的合金。包含生铁与钢。 生铁: 碳质量分数较高（wc2.11%），杂质元素的含量也较高的铁碳合金，生铁硬度高、性脆，很少直接使用。 炼钢生铁：硅的质量分数较低（wSi1.25%3.2%），断口呈灰黑色，用作铸造的原料。钢: 碳的质量分数较低（wc 2.11%），杂质元素的含量也较低的铁碳合金，钢一般具有较好的强韧性，是常用的金属材料。 钢材: 钢锭或钢坯经压力加工成各种形状规格的钢材,2,t课件,二. 铁矿的相关成分,3,t课件,
2、三. 钢铁的生产概述,钢铁生产流程大致分为：选矿、烧结、炼焦、高炉(炼铁)、电炉或转炉(炼钢)、连铸、轧制等过程；辅助系统有：制氧/制氮、循环水系统、烟气除尘及煤气回收等。这里将分别介绍这些流程以及各流程里所用到的主要设备，还有这些设备的基本控制要求，主要用到的自动化产品等等。希望通过这些内容，能让大家对钢铁行业的流程及产业链有个大概的了解。,4,t课件,四. 钢铁生产的工艺流程,5,t课件,五. 高炉炼铁生产工艺流程,6,t课件,1、选矿,铁矿石： 是主要的炼铁原料，有磁铁矿“Fe3O4”、赤铁矿“Fe2O3”、褐铁矿 “2Fe2O33H2O”、菱铁矿“FeCO3”。铁矿石中除铁的化合物外，
3、 还含有硅、锰、磷、硫等的化合物。磁铁矿选矿：主要有多级磁选或干湿磁选联合。赤铁矿选矿：主要有重选、浮选和强磁选或是多种选矿并用，也有磁化 焙烧后弱磁选。褐铁矿选矿：主要有水洗：如广东韶关大宝山褐铁矿；重选：主要是摇 床、跳汰；磁选：电磁或永磁强磁场选矿。 菱铁矿选矿：主要有弱磁强磁浮选组合工艺。,7,t课件,2、烧结和炼焦,烧结：为了保证供给高炉的铁矿石中铁含量均匀，并且保证高炉的透气性，需要把选矿工艺产出的铁精矿制成10-25mm的块状原料。铁矿粉造块目前主要有两种方法：烧结法和球团法。两种方法所获得的块矿分别为烧结矿和球团矿。 炼焦：高炉生产前的准备除了准备铁矿石（烧结矿和球团矿）外，还
4、需要准备好必需的燃料-焦炭。焦炭是高炉冶炼的主要燃料，焦炭在风口前燃烧放出大量热量并产生煤气，煤气在上升过程中将热量传给炉料，使高炉内的各种物理化学反应得以进行。,8,t课件,3、高炉炼铁,高炉炼铁生产：是冶金(钢铁)工业最主要的环节。高炉冶炼是把铁矿石还原成生铁的连续生产过程。铁矿石、焦炭和熔剂等固体原料按规定配料比由炉顶装料装置分批送入高炉，并使炉喉料面保持一定的高度。焦炭和矿石在炉内形成交替分层结构。矿石料在下降过程中逐步被还原、熔化成铁和渣，聚集在炉缸中，定期从铁口、渣口放出。 高炉生产是连续进行的。一代高炉（从开炉到大修停炉为一代）能连续生产几年到十几年。 高炉炼铁目的：将矿石中的铁
5、元素提取出来，生产出来的主要产品为铁水。付产品有：水渣、矿渣棉和高炉煤气等。,9,t课件,六. 转炉冶炼工艺流程简介,10,t课件,高炉炼铁主要工艺设备简介,高炉是炼铁的主要设备。高炉热风炉是为高炉加热鼓风的设备。铁水罐车用于运送铁水，实现铁水在脱硫跨与加料跨之间的转移或放置在混铁炉下，用于高炉或混铁炉等出铁。 高炉系统常用到的自动化设备： 组态软件、变频器、工控机、总线及通讯产品等。,11,t课件,转炉炼钢,转炉炼钢是把氧气鼓入熔融的生铁里，使杂质硅、锰等氧化。在氧 化的过程中放出大量的热量 （含1%的硅可使生铁的温度升高200摄 氏度），可使炉内达到足够高的温度。因此转炉炼钢不需要另外使
6、用燃料。炼钢的基本任务是脱碳、脱磷、脱硫、脱氧，去除有害气 体和非金属夹杂物，提高温度和调整成分。归纳为：“四脱”（碳、 氧、磷和硫），“二去”（去气和去夹杂），“二调整”（成分和温度）。 采用的主要技术手段为：供氧，造渣，升温，加脱氧剂和合金化操作。转炉炼钢目的： 将生铁里的碳及其它杂质（如：硅、锰）等氧化， 产出比铁的物理、化学性能与力学性能更好的钢。 炼钢方法：目前炼钢方法主要有氧气顶吹转炉炼钢和电炉炼钢等；,12,t课件,转炉炼钢原理简介,转炉炼钢是在转炉里进行。转炉的外形就像个梨，内壁有耐火砖，炉侧有许多小孔（风口），压缩空气从这些小孔里吹炉内，又叫做侧吹转炉。开始时，转炉处于水平，
7、向内注入1300摄氏度的液态生铁，并加入一定量的生石灰，然后鼓入空气并转动转炉使它直立起来。这时液态生铁表面剧烈的反应，使铁、硅、锰氧化 (FeO,SiO2 , MnO,) 生成炉渣，利用熔化的钢铁和炉渣的对流作用，使反应遍及整个炉内。几分钟后，当钢液中只剩下少量的硅与锰时，碳开始氧化，生成一氧化碳（放热）使钢液剧烈沸腾。炉口由于溢出的一氧化炭的燃烧而出现巨大的火焰。最后，磷也发生氧化并进一步生成磷酸亚铁。磷酸亚铁再跟生石灰反应生成稳定的磷酸钙和硫化钙，一起成为炉渣。当磷与硫逐渐减少，火焰退落，炉口出现四氧化三铁的褐色蒸汽时，表明钢已炼成。这时应立即停止鼓风，并把转炉转到水平位置，把钢水倾至钢
8、水包里，再加脱氧剂进行脱氧。整个过程只需15分钟左右。如果氧气是从炉底吹 入，那就是底吹转炉；氧气从顶部吹入，就是顶吹转炉。,13,t课件,14,t课件,转炉炼钢主要工艺设备简介,转炉 :炉体可转动，用于吹炼钢或吹炼锍的冶金炉。转炉炉体用钢板 制成，呈圆筒形，内衬耐火材料，吹炼时靠化学反应热加热， 不需外加热源，是最重要的炼钢设备，也可用于铜、镍冶炼。 AOD精炼炉:即氩氧脱碳精炼炉，是一项用于不锈钢冶炼的专有工艺。VOD精炼炉 :是在真空状态下进行吹氧脱碳的炉外精炼炉，它以精炼 铬镍不锈钢、超低碳钢、超纯铁素体不锈钢及纯铁为主。LF精炼炉是具有加热和搅拌功能的钢包精炼炉。加热一般通过电极加
9、热，搅拌是通过底部透气砖进行的。氧枪是转炉供氧的主要设备，它是由喷头、枪身和尾部结构组成。 目前应用最多的是多孔的拉瓦尔型喷头。转炉倾炉系统倾炉系统:变频调速(变频器+电机+减速机+大齿轮) 倾炉机构：倾炉机构由轨道、倾炉油缸、摇架平台、水平支撑 机构和支座等组成。,15,t课件,连铸,连铸：转炉生产出来的钢水经过精炼炉精炼以 后，需要将钢水铸造成不同类型、不同 规格的钢坯。连铸工段就是将精炼后的 钢水连续铸造成钢坯的生产工序，主要 设备包括回转台、中间包，结晶器、拉 矫机等。 连铸的目的: 将钢水铸造成钢坯。,16,t课件,连铸的工艺流程,17,t课件,轧制,轧制：从炼钢厂出来的钢坯还仅仅是
10、半成品，必须到轧钢厂去进行轧制以后，才能成为合格的产品。热轧后的成品分为钢卷和锭式板两种，经过热轧后的钢材厚度一般在几个毫米,如果用户要求钢板更薄的话，还要经过冷轧。连轧的目的： 将连铸后的钢坯轧制成客户需要规格的钢材。,18,t课件,轨、板、管、线材轧制流程,19,t课件,轧制工艺原理简介 :,从炼钢厂送过来的连铸坯，首先是进入加热炉，然后经过初轧机反复轧制之后，进入精轧机。轧钢属于金属压力加工，说简单点，轧钢板就像压面条，经过擀面杖的多次挤压与推进，面就越擀越薄。在热轧生产线上，轧坯加热变软，被辊道送入轧机，最后轧成用户要求的尺寸。轧钢是连续的不间断的作业，钢带在辊道上运行速度快，设备自动
11、化程度高，效率也高。从平炉出来的钢锭也可以成为钢板，但首先要经过加热和初轧开坯才能送到热轧线上进行轧制，工序改用连铸坯就简单多了，一般连铸坯的厚度为，先经过除磷到初轧，经辊道进入精轧轧机，精轧机由架辊式轧机组成，机前装有测速辊和飞剪，切除板面头部。精轧机的速度可以达到。热轧成品分为钢卷和锭式板两种，经过热轧后的钢轨厚度一般在几个毫米,如果用户要求钢板更薄的话，还要经过冷轧。,20,t课件,热轧 、冷轧生产工艺:,热轧生产工艺流程 ：板坯由炼钢连铸车间的连铸机出坯辊道直接送到热轧车间板坯库，直接热装的钢坯送至加热炉的装炉辊道装炉加热，不能直接热装的钢坯由吊车吊入保温坑，保温后由吊车吊运至上料台架
12、，然后经加热炉装炉辊道装炉加热，并留有直接轧制的可能。连铸板坯由连铸车间通过板坯上料辊道或板坯卸料辊道运入板坯库，当板坯到达入口点前，有关该板坯的技术数据已由连铸车间的计算机系统送到了热轧厂的计算机系统，并在监视器上显示板坯有关数据，以便工作人员进行无缺陷合格板坯的核对和接收。另外，通过过跨台车运来的人工检查清理后的板坯也需核对和验收，并输入计算机。进入板坯库的板坯，由板坯库计算机管理系统根据轧制计划确定其流向。 冷轧的工艺 ：冷轧的工艺，简单地说就是将热轧来的原料板轧制成用户所要求的尺寸（板凸度）与形状（板形），同时满足性能（热处理）与表面质量（涂镀、精整）要求，是冶金行业的深加工工序，要求
13、很高。冷轧工艺包括几部分：一般讲，主要分为酸洗、多机架连轧机、热处理线（包括罩式炉和连退），单机架和双机架平整线，表面防腐处理的镀锌线、彩涂线，及精整线等，此外依据生产的产品不同还会有：镀锌线、冷轧硅钢和彩涂线，冷轧是把热轧的板卷再次加工成具有高附加值的产品。,21,t课件,钢材产品及其用途,钢材种类：有钢板、型钢、钢管、钢丝等； 生产方法：主要有轧制（分冷轧与热轧）、拉拔、挤压、锻造等方法。钢板：钢锭或钢坯轧制成钢板。钢板可镀锌、镀锡、镀铅、等表面处理。中厚板：5mm；中板厚度为35mm，一般采用热轧。薄板：的厚度小于3mm，坯料为热轧中厚板，采用冷轧。钢带：成卷供应，采用冷轧 。型钢：采用
14、型材轧机轧制而成。有圆钢、扁钢、六角钢、八角钢、工字钢、槽钢、角钢、T字钢等。普通型钢主要用于建筑、 桥梁、车辆等，优质型钢主要 用于机械零件、工具等。钢丝：采用直径为69mm的热轧线材（盘条）拉拔而成。退火的低碳钢丝可用于捆扎物体、也可编织成各种用品；高碳钢丝可制成各种弹簧，或用多根钢丝捻成合股的钢丝绳和钢索，用于吊索、电线、电缆、固定物体等。 钢管：分无缝管与焊管。无缝管：管采用斜轧穿孔机将实心钢坯穿孔后，再经冷拔或热轧而制成。无缝钢 管主要用于石油、化工等行业有缝管：用钢板或钢带卷压成形，然后焊接而成。缝钢管应用广泛，主要用于自 来水管、煤气管等,22,t课件,END,THANK YOU !,23,t课件,
