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1、1,鋼 鐵 冶 金 概 論,2,緒論,1.1 冶金基本概念1.2 鋼鐵生產(chǎn)工藝流程簡介1.3 鋼鐵產(chǎn)品及副產(chǎn)品1.4 鋼鐵工業(yè)能耗及主要污染,3,冶金基本概念,冶金:一門研究如何經(jīng)濟地從礦山或其它原料中提取金屬或金屬化合物，并用各種方法加工制成具有一定性能的金屬材料的科學(xué)。冶金學(xué)： 提取冶金：研究如何從礦石中提取金屬或金屬氧化物的過程，由于該過程伴有化學(xué)反應(yīng)，故又稱化學(xué)冶金。 物理冶金：通過成型加工制備有一定性能的金屬或合金材料。 又分鋼鐵冶金(也叫黑色冶金)和有色冶金。,4,冶金方法： 火法冶金：在高溫下礦石經(jīng)熔煉與精練反應(yīng)及熔化作業(yè)使其中的金屬和雜質(zhì)分開,獲得 較純金屬的過程。 濕法冶金：

2、在常溫或低于100C下，用溶劑處理礦石或精礦，使所要提取的金屬溶解于溶液中，而其它雜質(zhì)不溶解，然后再從溶液中將金屬提取和分離出來的過程。 電冶金：利用電能提取和精練金屬的方法。 電能冶金：利用電能轉(zhuǎn)變成熱能，在高溫下提煉金屬。本質(zhì)上與火法冶金相同。 電化學(xué)冶金：,5,主要冶金過程干燥：除去水份，干燥溫度400600C。焙燒：將礦山置于適當(dāng)?shù)臍夥障?，加熱至低于它的熔點溫度，發(fā)生氧化、還原或其它化學(xué)變化的過程。煅燒：燒結(jié)和球團：將粉礦經(jīng)加熱焙燒，固結(jié)成多孔塊狀或球狀的物料。熔煉：在高溫下通過氧化還原反應(yīng)使礦山中金屬和雜質(zhì)分離為兩個液相，即金屬液和熔渣的過程，也叫冶煉。精練：進一步處理所得到含有少量

3、雜質(zhì)的粗金屬，以提高其純度。,6,鋼鐵生產(chǎn)工藝流程簡介,礦石 精礦分 燒結(jié)礦球團礦 鐵水 Fe3O4,Fe2O3 磨礦，篩分 燒結(jié)，球團 還原 磁選，浮選，重選,選礦,造塊,高爐煉鐵,礦山開采,轉(zhuǎn)爐,爐外精煉,加熱爐,軋機,電爐,連鑄機,鋼水 鋼水 連鑄坯,燃煤氣 重油 煤,鋼材,鐵水廢鋼,7,鋼鐵產(chǎn)品及副產(chǎn)品,產(chǎn)品：生鐵，煉鋼生鐵占90； 鑄造生鐵占10； 鋼副產(chǎn)品：爐渣：高爐渣：300600Kg/t鐵，可用于制造水泥添加料， 隔熱材料等； 煉鋼（轉(zhuǎn)爐）渣：120150Kg/t鋼，可用于燒結(jié)，煉鐵，制 造水泥，制磚，鋪路等。 煤氣： 成分及性能表： 成分， 發(fā)熱值 產(chǎn)量 利用率 CO H2

4、CO2 N2 CH4 KJ/m3 m3/t產(chǎn)品 高爐煤氣2630 13.0 1014 5658 0.20.6 33004200 20003000 80轉(zhuǎn)爐煤氣5070 0.52.0 1415 1020 750011000 150 70,8,鋼鐵工業(yè)能耗及主要污染,能 耗: 占全國總能耗的1011%.對全國能 源供應(yīng)平衡有著舉足輕重的影響。能源結(jié)構(gòu)：煤70.5%,電力21.6%,重油6.7%, 天然氣1.1%。主要污染： 廢水污染：鋼鐵工業(yè)用水量占全國工業(yè)用水 量的19，廢水排放量占 全國工業(yè)廢水排放量的11.3%，廢水 中含多種污染物：揮發(fā)酚，氰化物，石油類，懸浮物，耗氧，六價鉻，砷， 鉛。,

5、9,空氣污染：燒結(jié)廠廢氣 40006000m3/t， SO2,5001500mg/m3， 含塵量：機頭15g/m3，機尾510g/m3。 高爐煤氣：20003000m3/t，含塵量 540g/m3，含CO2630%。 煉鋼廠： 轉(zhuǎn)爐粉塵10kg/t，轉(zhuǎn)爐爐氣150m3/t， 含塵量 80150g/m3，電爐粉塵219kg/t。鋼鐵渣污染：從礦石開采、冶煉倒加工都有廢渣產(chǎn)生，其中高爐渣300600kg/t鐵， 轉(zhuǎn)爐渣120150kg/t鋼。,10,第二章 高爐冶煉用原料,2.1 鐵礦石2.2 鐵礦石的開采2.3 鐵礦石的富選2.4 鐵礦石造塊*2.5 燃料及熔劑,11,2.1 鐵礦石,2.1.1

6、 礦物、礦石及脈石 礦石與巖石都是礦物的集合體,可由單一礦物或多種礦物組成。 按所含有用礦物礦石可分為簡單礦石和復(fù)合礦石兩種。 礦石有金屬礦石和非金屬礦石之分。金屬礦是指在現(xiàn)代技術(shù)型機條件下可從中提取金屬的礦石，且以所含金屬種類來命名,如銅礦石 根據(jù)寬石品位不同,一般分為富礦石呵貧礦石.,12,2.1.2 鐵礦石分類及對其評價 目前鐵礦石主要有磁鐵礦石、赤鐵礦石、褐鐵礦石和菱鐵礦石等 。各種礦石的組成見表2-1（課本22頁）。 對鐵礦石的評價： （1）鐵礦石品位（含鐵量）。他決定著冶煉的經(jīng)濟性，是衡量鐵礦石質(zhì)量的重要指標。礦石品位越高，脈石含量越少，冶煉時所需熔劑量和形成渣兩就少，因而能耗相應(yīng)

7、降低，產(chǎn)量增加。 （2）脈石成分。,13,（3）雜質(zhì)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）礦石的還原性。礦石中與鐵結(jié)合的氧被還原劑奪取的難易程度，稱為還愿性。冶煉易還原的礦石，可降低碳素燃料的消耗量。它與礦物組成、致密程度、氣孔率等有關(guān)。 （5）礦石的高溫性能。要求礦石具有較高的荷重軟化溫度和熔融滴下溫度，且兩者的溫差 要小。 （6）礦石的強度與粒度組成。 （7）礦石成分的穩(wěn)定性。,14,從礦山開采了出的礦石，其含量和化學(xué)成分波動很大，粒度大小相差懸殊，有的大至幾百毫米，有的則成粉末。從物理和化學(xué)性質(zhì)來看，大部分礦石都不能滿足

8、高爐冶煉的要求，入爐前須經(jīng)過一系列的加工處理，其處理工藝流程如圖21。礦石破碎與篩分的目的：按高爐冶煉要求提供適宜粒度以及滿足貧礦選分處理對粒度的需要。礦石混勻的目的：穩(wěn)定入爐礦石的化學(xué)成分。礦石混勻的方法：平鋪直取，即將不同成分的礦石一層一層地鋪在地上，達到一定高度后，沿垂直斷面截取，由于同時截取多層礦石，從而達到混勻的目的。,15,礦石處理工藝流程,圖21,富礦,混勻,焙燒,天然塊礦,高爐,磨礦,篩分,選礦,造塊,人造富礦,礦石,破碎,篩分,貧礦,16,2.3 鐵礦石的富選,從礦山開采出的鐵礦石，不僅含有鐵礦物，而且含有其它礦物、脈石及又害物質(zhì)。選礦的目的就是將鐵礦石中的含鐵礦物與脈石等分

9、離，提高鐵礦石品位，降低有害雜質(zhì)含量，并盡可能的綜合回收其有用礦物。,17,2.3.1 選礦工藝 （1）選別前準備。包括破碎、篩分、磨礦和分級。 （2）宣別作業(yè)。 （3）選別后的脫水。精礦脫水通常由濃縮、過濾和干燥三個過程組成。,18,選礦工藝流程,原礦,19,2.3.2 選礦的工藝指標 （1）精礦品位。即產(chǎn)品中改金屬的重量與產(chǎn)品中兩筆，用百分數(shù)表示。如鐵精礦品位為65%，就是一精礦中含0.65噸金屬鐵。 （2）精礦產(chǎn)率。 是指精礦與入選原礦重量之比，用百分數(shù)表示。通過選礦前后金屬平衡來計算：100/100= /100+(100-)/100,20,整理上式得出精礦產(chǎn)率（）的計算式： =（-）/

10、（- ）100式中 原礦品位， 精礦品位， 尾礦品位，（3）金屬回收率。是指精礦中金屬的重量與原礦中該金屬重量之比，用百分數(shù)表示。金屬回收率為： = / 100 （4）選礦比。原礦重量與精礦重量的比值，即選一噸精礦所需處理原礦的噸數(shù)。,21,鐵礦粉造塊,天然富礦和精礦粉都不能直接入高爐冶煉,為了滿足冶煉和環(huán)保的要求,必須制成塊礦。 造快方法：燒結(jié)法和球團法。 塊礦的性能優(yōu)于天然富礦，還原性好，有合適的強度和較高的軟熔溫度。造快生產(chǎn)中配加一定量的溶劑，高爐冶煉過程中可不加或少加溶劑，減少焦炭消耗。造快過程中還可以去除礦山中某些雜質(zhì)。,22,燒結(jié)法,燒結(jié)生產(chǎn)： 生產(chǎn)程序：將準備好的精礦粉、燃料、熔

11、劑、返礦 等按不同比例送到混合機內(nèi)混勻、加水潤濕造球?；旌玫牧嫌刹剂掀麂伒綗Y(jié)機臺階上點火燒結(jié)。燒好的燒結(jié)礦經(jīng)冷卻、破碎和篩分，成品燒結(jié)礦送往高爐，篩下物作為返礦或做墊底料。燒結(jié)過程產(chǎn)生的廢氣經(jīng)除塵器除塵后由風(fēng)機抽入煙囪排入大氣。 燒結(jié)廢氣中除N2外以CO2為主，也有少量的CO及自由氧。 燒結(jié)設(shè)備：主要為帶式燒結(jié)機，它由燒結(jié)機本體、布料設(shè)備、點火器和抽風(fēng)除塵系統(tǒng)組成。如圖所示 燒結(jié)機的大小按其有效抽風(fēng)面積（有效長度X臺車寬度） m2表示。,23,24,球團生產(chǎn)： 生產(chǎn)工藝包括生球形成和焙燒固結(jié)兩個主要作業(yè)。 生球形成：把精礦粉、粘結(jié)劑等混合料加水潤濕在圓盤造球機內(nèi)滾動成球。 球團焙燒固結(jié)：生球

12、通過高溫焙燒而固結(jié)，過程包括：干燥、預(yù)熱、焙燒固結(jié)、均熱和冷卻五個階段，然后排出，整個過程在爐內(nèi)一次完成。 球團焙燒設(shè)備：帶式焙燒機、連篦機回轉(zhuǎn)窯、豎爐，如圖所示。 除塵系統(tǒng)采用布袋除塵器。,球團法,25,26,27,28,第三章 高爐煉鐵,高爐冶煉是一個連續(xù)的生產(chǎn)過程，全過程在爐料自上而下，煤氣自下而上的相互接觸過程中完成。爐料按一定批料從爐頂裝入爐內(nèi)，從風(fēng)口鼓入由熱風(fēng)爐加熱到10001300C熱風(fēng)，爐料中焦炭在風(fēng)口前燃燒，產(chǎn)生高溫和還原性氣體，在爐內(nèi)上升過程中加熱緩慢下降的爐料，并還原鐵礦石中的氧化物為金屬鐵。礦山升至一定溫度后軟化，熔融滴落，礦山中未被還原的物質(zhì)形成熔渣，實現(xiàn)渣鐵分離。渣

13、鐵聚集于爐缸內(nèi)，發(fā)生諸多反應(yīng)，最后調(diào)整成分和溫度達到終點，定期從爐內(nèi)排放爐渣和鐵水。上升的煤氣流將能量傳給爐料而使溫度降低，最終形成高爐煤氣從爐頂導(dǎo)出管排出，進入除塵系統(tǒng)。,29,煤氣除塵系統(tǒng),30,氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼,煉鋼過程的基本任務(wù)： 1、脫碳； 2、脫磷，脫硫； 3、脫氧； 4、去氣、去夾雜； 5、升溫。 完成上述任務(wù)所采取的方法: 1、氧化； 2、造渣； 3、加熱； 4、加鐵合金。,31,轉(zhuǎn)爐煉鋼所用原材料： 1、金屬料：鐵水（70100）、廢鋼、鐵塊 （1030） 鐵合金 ：硅鐵、錳鐵等； 2、造渣材料：石灰6080kg/t，白云石，螢石； 3、氧化劑：氧氣6070m3/t，鐵礦石，鐵皮

14、； 4、冷卻劑：廢鋼，鐵皮，鐵礦石，燒結(jié)礦，除塵 污泥球等； 5、增碳劑：焦炭，碳化硅，低磷硫鐵塊。,32,吹煉工藝制度：一爐鋼冶煉工藝過程： 裝入制度 供氧制度 造渣制度 溫度制度 終點控制 脫氧合金化,33,一爐鋼冶煉工藝過程：,上爐鋼、渣出完后將轉(zhuǎn)爐向加料側(cè)傾動3045，把廢鋼和鐵水裝入爐內(nèi)，搖正爐體開始降氧槍吹氧，同時從爐口上方加入第一批造渣材料(石灰、白云石、氧化鐵皮等)，約全部料的1/22/3,吹煉的前3 4分鐘為吹煉前期，此時熔池內(nèi)溫度低于1400C，主要是Si、Mn氧化，C只是少量氧化，也叫硅錳氧化期，此期煙氣中CO含量低，故煙氣放散不回收。 隨著吹煉的進行，硅錳氧化掉大部分，

15、溫度升至1470C以上，碳開始激烈氧化，進入吹煉中期，也叫碳氧化期。碳氧化速度很快（038/mint）,此時降低槍位加強熔池攪拌，加速脫碳，并降下煙罩回收煤氣；此時第一批料已全部熔化，加入剩余的第二批料，熔池溫度較低，磷被大量脫除。,34,一爐鋼冶煉工藝過程：,隨著脫碳反應(yīng)的進行，鋼液中的碳含量減少，脫碳速度減小，進入吹煉末期，煙氣量減少，煙氣中CO含量減少，升起煙罩煙氣放散。此時造渣料已全部熔化，堿度較高，硫被大量脫除。當(dāng)碳和溫度達到出鋼要求時，提升氧槍，搖下爐體，測溫取樣化驗，成分和溫度合格后，向后搖爐出鋼，同時向鋼包內(nèi)加入鐵合金進行脫氧合金化操作。整個吹氧時間十幾分鐘。,35,含塵污水的

16、處理,處理工藝流程： 分級 濃縮 脫水 干燥水力漩流器 立式沉淀池 真空吸濾機分級：含塵污水從切線方向進入漩流器，大顆粒煙塵在旋轉(zhuǎn)中 被到器壁沉降下來，小顆粒煙塵隨水流向沉淀池。濃縮：在沉淀池內(nèi)煙塵緩慢沉降到底部成為泥漿，澄清的水從頂部溢出再循環(huán)使用。為了促進沉降常加入硫酸銨、聚丙烯酰銨等助凝劑。脫水：濃縮后的泥漿含水5070，采用真空吸濾機脫水。干燥：脫水后的泥漿送干燥爐或自然干燥后供給用戶。,36,車間二次除塵,新型轉(zhuǎn)爐車間除對轉(zhuǎn)爐煙氣除塵外，還要對整個車間和各個產(chǎn)生煙氣和粉塵的部位進行除塵，稱為二次除塵。如轉(zhuǎn)爐周圍、鐵水預(yù)處理間、混鐵車倒罐間、修包間、散狀料皮帶通廊、卸料和轉(zhuǎn)運處等處都應(yīng)該進行除塵。由于這些部位的煙氣溫度較低，一般使用布袋除塵器除塵。,37,電爐煉鋼除塵問題,電爐煙氣溫度比較低，一般使用布袋除塵器除塵。 電爐除塵的難處在于煙氣的收集比較困難，因為爐頂上設(shè)備較多，只能采用爐頂大煙罩法收集。又因為煙罩至爐蓋距離較大，混入大量空氣，致使完全收集的難度增大，效果差。,