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钢铁冶金概论绪论1.1冶金基本概念1.2钢铁生产工艺流程简介1.3钢铁产品及副产品1.4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：•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。钢铁生产工艺流程简介•矿石精矿分烧结矿球团矿铁水•Fe3O4,Fe2O3磨矿，筛分烧结，球团还原•磁选，浮选，重选•选矿造块高炉炼铁矿山开采转炉炉外精炼加热炉轧机电炉连铸机钢水钢水连铸坯燃煤气重油煤钢材铁水废钢钢铁产品及副产品产品：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COH2CO2N2CH4KJ/m3m3/t产品％高炉煤气26～301～3.010~1456~580.2~0.63300~42002000~300080转炉煤气50~700.5~2.014~1510~20－7500~1100015070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。•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。第二章高炉冶炼用原料2.1铁矿石2.2铁矿石的开采2.3铁矿石的富选2.4铁矿石造块***2.5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.•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。••（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。•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。矿石处理工艺流程图2－1富矿混匀焙烧天然块矿高炉磨矿筛分选矿造块人造富矿矿石破碎筛分贫矿→→→→→→→→→←→→→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。•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。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。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。•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。球团法第三章高炉炼铁•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。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。•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氧化，C只是少量氧化，也叫硅锰氧化期，此期烟气中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。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。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。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。电炉炼钢除尘问题电炉烟气温度比较低，一般使用布袋除尘器除尘。电炉除尘的难处在于烟气的收集比较困难，因为炉顶上设备较多，只能采用炉顶大烟罩法收集。又因为烟罩至炉盖距离较大，混入大量空气，致使完全收集的难度增大，效果差。