搜索
钢铁生产技术系列讲座吴引淳主要内容第一部分：钢铁生产基本知识钢铁生产工艺流程第二部分：我国钢铁工业发展方向钢铁工业发展与否取决于国民经济的发展水平世界主要产钢国家过去100年(1901~2000)的发展情况我国对钢铁需求的判断加强技术创新，走清洁生产、可持续发展之路，确保在世界范围内的竞争优势第一部分：钢铁生产基本知识钢铁是现代生产和科学技术中应用最广的金属材料，特别是钢，在金属材料的用量中约85%以上。这是由于钢的强度高，韧性好，容易加工和焊接，是优良的结构材料。不同含碳量的碳素钢和加入一定量各种合金元素的合金钢，通过热处理可以分别获得不同的机械性能和一系列的特殊性能，如耐热性、耐腐蚀性、耐磨性和优良的电磁性能等。而且，作为钢的基体的铁元素在地壳中的蕴藏量在金属元素中仅次于铝，容易从矿石中提取加工。•钢铁工业是指以黑色金属(铁、铬、锰3种金属元素)作为主要开采、冶炼及压延加工对象的工业产业。现代钢铁工业是个庞大的工业生产系统，主要生产部门包括采矿、选矿、烧结球团、炼铁、炼钢、轧钢等；还包括大量的辅助生产部门，如焦化、耐火材料、炭素、机修、动力、运输等。铁矿石与辅料烧结煤炼焦高炉铁水预处理转炉炉外处理连铸终轧成型辅助料辅助料钢铁生产工艺流程图•短流程工艺薄带坯连铸直轧在薄带材生产中的发展坯厚：20—100mm宽度：900—1600mm关键技术：结晶器及相关技术一、钢铁工业发展与否取决于国民经济的发展水平二、世界主要产钢国家过去100年的发展情况三、我国对钢铁需求的判断四、加强技术创新、走清洁生产、可持续发展的道路第二部分：我国钢铁工业的发展方向一、钢铁工业发展与否取决于国民经济的发展水平1．不要光说钢铁工业如何发展而要讲钢铁工业如何适应国民经济发展的要求来发展l国民经济必然发展l钢铁工业也必然以适应国民经济发展的要求而发展2．钢铁仍然是不可替代的功能性、结构性基础性材料l生产能力、效率、资源的优势l性能价格比优势l不可完全替代3．我国钢铁工业在入世后，仍然具有参与国际竞争的优势l已是第一位产钢大国，对世界钢产量有主导作用2002年产钢18225万吨，生铁17075万吨，连铸坯16885万吨，钢材19278万吨钢产量净增3122万吨连铸坯净增3333万吨生铁净增2370万吨钢材净增3049万吨均是世界钢铁发展史上最高纪录也是2002年世界钢产量增长的主导力量2003年1－4月份比2002年1－4月增产钢6573万吨1066万吨+19.35％生铁6126万吨900万吨+17.23％连铸坯6192万吨1127万吨+22.26％钢材6926万吨1002万吨+16.92％继续成为世界钢铁生产发展的主流l中国钢铁工业主要技术与装备已跻身世界先进水平高炉：大型化、长寿化、大喷煤、利用系数转炉：生产效率、炉龄、负能炼钢连铸：高效化、紧凑化轧钢：连轧自控：检测、智能化l在相当长时间内，仍具有成本优势l已有了一定的应对反倾销、实施反倾销、保护措施等非常条件下进行国际竞争的能力l有持续增长的国内市场需求的强大后盾二、世界主要产钢国家过去100年(1901~2000)的发展情况国家项目世界美国苏联（独联体）日本德国中国1．100年钢产量（亿吨）335.3570.955.938.3423.7619.482．钢产量达到1亿吨（年数）554128(1.3~1.6亿吨18年)260.4亿吨31年51.美、日、德都是在完成工业革命2、3阶段进入信息革命时代的条件下，生产这么多钢铁的。2.美、日、苏超过亿吨钢产量的时间均大于25年。苏联1.3～1.6亿吨/年的时间长达18年。说明无特殊情况，不必担心会出现巅峰――低谷的大波折。3.钢铁在GDP中比重是下降的，但GDP大大增长，钢铁绝对量并未减少。三、我国对钢铁需求的判断总的前提是我国经济必将持续发展钢铁工业适应国民经济发展的要求也必将发展1.关于钢产量顶峰的预测l发展速度越快、顶峰数值越高。一是我国经济增长如保持7％以上。钢的年需求量增加会保持1000～3000万吨的速度二是按赶上美国2000年水平的时间计算（前提我国钢产量与美国比差51.5亿）如20年赶上，平均年产钢为2.52亿吨。高峰年可能达到3.0亿吨/年如果25年或30年赶上平均2.1亿吨/年和1.7亿吨/年高峰年约2.5亿吨/年和2.1亿吨/年。（这里把钢质量提高与我国人口比美国多的有利、不利因素作了平衡，不光是考虑过去100年钢产量的差值）l国民经济结构调整中，钢材消费大的行业发展速度的快慢l进口钢材数量的影响注意：只要政府宏观调控有力，能适时采用保障措施。进口量不会突破需求量的15％，目前情况下，想超过此比例，进口材的运输都会出现困难。2.我国经济发展的市场潜力十分巨大l农村城镇化率比美国低30个百分点以上，住宅建设将继续加强l农业机械化水平与发达国家比差距更大。l高速公路不足美国的1/4，汽车产量不足1/5l造船吨位是韩、日的零头发展是市场潜力的本质原因，积极财经政策只是阶段影响。四、加强技术创新，走清洁生产、可持续发展之路，确保在世界范围内的竞争优势1.必须从清洁生产总体的角度来全面提高企业竞争能力。l清洁生产是可持续发展的核心l清洁生产界定在产品和生产过程两个范围内l清洁生产包含产品设计；原材料开采、运输、加工；清洁制造；排放物无害化、资源化处理；产品利用、回收5个环节，必须抓好！l清洁制造是清洁生产的关键重点是最低的消耗、最高的生产效率、最高的质量合格率、“零排放”的目标这四个重点。2.技术创新是企业实现清洁生产，全面提高竞争力的根本动力l技术创新的主要方向实现钢铁生产高效、低耗、优质、无污染必须从流程总体化优的角度推动技术创新仍应抓住连铸技术优化完善这个流程优化的关键大力促进薄板坯连铸连轧流程的优化—提高连铸生产效率和质量仍是发展的“瓶颈”高效结晶器的研究开发，提高铸速。全数字液压非正弦振动与结晶器液面控制l当前技术创新的几个重点接近凝固温度的浇铸技术孕育形核生产高等轴晶比的铸坯适应薄板坯连铸钢水质量要求的精炼技术凝固末端测定与铸坯动态轻压下计算机在线铸坯质量判定电磁连铸技术（磁约束结晶器、电磁束流、电磁搅拌、电磁制动）—努力优化均热装备与工艺，适应不同品种生产要求—研究铁素体轧制、无头轧制技术及与连铸、加热的衔接匹配—稳定生产超薄规格薄板的轧制工艺与装备优化关注、推动薄带坯连铸直轧在薄带材生产中的发展加快研究推广各类高效化生产技术系统“精料”（铁前精料、炼钢前铁水废钢预处理、铸坯优质轧钢）快速、长寿技术（高炉、高压、高温操作；转炉溅渣长寿、全程复吹；高效精炼技术；连轧优化技术）全面实现钢铁生产的智能化完善基础自动化配置全面采用数字装备工艺、过程、管理、决策、营销一体化的计算机体系的发展3.建立以自己开发为主的技术创新思路l软件不可能完全靠引进掌握关键软件技术很难商业化引进软件与关键技术，还需进行再开发才能应用l中国已日益成为世界钢铁技术创新的中心，有责任立足自主开发，推动世界钢铁科技进步。4.提高采用新技术的风险意识在当前形势下，我们必须清醒地看到中国钢铁生产的高速增长有巨大市场潜力作为支撑条件,因而是不容置疑的。也已为过去100年（尤其是近50年）世界主要产钢大国，也是主要经济大国的历程所证实。我们不要把主要精力放在关注年钢产量顶峰是多少的讨论上，而应树立清洁生产的整体观念。抓住技术创新这一关键，扎扎实实地提高企业竞争能力，牢固占领中国市场，并逐步向国际市场进军！钢与生铁的性能比较性能材料机械性能冷热加工性能焊接性能铸造性能刚性耐腐蚀性能熔化温度生铁差差差好好较好1100--1150钢好好好差差较差1450—1530生铁：硬而脆，热、冷加工性能和焊接性能差钢：强度、韧性都较高，有良好的冷、热加工性能和焊接性能。生铁和钢的化学成分材料化学成分(％)CSiMnPS普通炼钢生铁3.5~4.50.6~1.60.2~0.80.1~0.40.03~0.07碳素镇静钢0.06~1.50.12~0.370.25~0.80≤0.045≤0.050铁与钢的根本区别是其含碳量：一般规定：C≥1.7％为生铁C≤1.7％为钢炼钢的基本任务1.把金属中的碳氧化到一定范围----脱C2.去除金属中的有害元素磷和硫----脱P和脱S磷高------引起钢的“冷脆”硫高------引起钢的“热脆”3.去除金属中有害气体(H、N)和夹杂物----去气、去夹杂“H”-----引起钢“白点”“N”-----引起钢的”时效“4.脱去钢中多余的氧并调正钢水成分-----脱氧与合金化5.升高钢水温度到要求的出钢温度-----升温6.把钢水浇注成合格的钢坯总之，炼钢的基本任务是：四脱(脱C、脱P、脱S、脱O)、二去(去气、去夹杂)升温合金化铸成合格钢坯完成炼钢任务的方法1.氧化2.造渣3.升温4.加入脱氧剂与合金料5.浇注•炼钢化学反应•1、脱碳反应：[C]+[O]=CO↑•2、脱磷反应：2[P]+5(FeO)+4(CaO)=(4CaO·P2O5)+5[Fe]要求：高(CaO)含量；高(FeO)含量；较大渣量；较低温度；•3、脱硫反应：(FeS)+(CaO)=(CaS)+(FeO)要求：高(CaO)含量；较高温度；较大渣量；较低(FeO)含量；•4、脱氧反应：•[O]+[Mn]=(MnO)2[O]+[Si]=(SiO2)3[O]+2[Al]=Al2O3•炼钢原材料：•1、金属料：铁水、废钢、铁合金；•2、造渣材料：石灰、莹石、白云石、铁皮、合成造渣材料；•3、氧化剂：氧气、铁矿石、氧化铁皮；•4、冷却剂：废钢、氧化铁皮、白云石、石灰；•5、还原剂与增碳剂：硅铁、锰铁、硅锰合金、铝、其他铁合金、碳粉；钢铁工业的发展史l人类首先使用的铁是陨铁-----公元前1400---1500年(埃及的金字塔和我国出土的商代的铁刃)；生产方法：块铁法：木炭+矿石温度低，约1000℃产品几乎不含C、Si、Mn柔软可锻，夹杂多随着生产的发展：鼓风机的应用，炉子加高；则炉温升高，铁水渗碳；炼出了生铁；生铁+矿石+燃料---抄钢-----可锻熟铁现代炼钢法的发展酸性空气底吹转炉炼钢法-----贝塞麦炉1855年，英国人，亨利.贝塞麦发明产量大增：美国1810年为710吨，1871年为45000吨缺点：酸性炉衬，不能去除P、S，吹入大量N气，热损失大碱性空气底吹转炉炼钢法-----托马斯炉1878年，英国人，托马斯解决了高磷铁水的问题，但吹入了大量N气，热损失大平炉炼钢法----1864年法籍德国人马丁与德籍英国人西门子合作在法国建造了平炉，解决了大量废钢的问题，保持了半个世纪电炉炼钢法----1878年，法国人耶鲁，氧气顶吹转炉炼钢法----LD炉，1952年，瑞士人R-杜勒，在奥地利的Linz和Donawits建成。顶底复吹转炉法----进一歩解决了熔池搅动问题BOF(顶底复吹转炉)顶吹氧O2副枪底吹N2/Ar计算机控制炼钢返回连铸与模铸的比较连铸机型式连铸工艺概述钢包回转台及长水口安装支撑回转升降（长水口安装）加盖保温称量中间包冶金稳压贮存分流净化钢液精炼（喂丝等）调温（等离子）结晶器与保护浇铸结晶器在线调宽伸入式水口保护渣性能结晶器振动非正弦振动：振动速度慢、上升时间长、下降速度快、下降时间短。二冷段气雾喷水与拉矫气雾喷水扇形段调整多点拉矫高效结晶器的研究开发，提高铸速。全数字液压非正弦振动与结晶器液面控制接近凝固温度的浇铸技术电磁连铸技术（磁约束结晶器、电磁束流、电磁搅拌、电磁制动）适应薄板坯连铸钢水质量要求的精炼技术凝固末端测定与铸坯动态轻压下计算机在线铸坯质量判定孕育形核生产高等轴晶比的铸坯改进铸坯质量的新技术凝固末端测定与铸坯动态轻压下•采矿矿山开采是指用人工或机械对有利用价值的天然矿物资源的开采。根据矿床埋藏深度的不同和技术经济合理性的要求，矿山开采分为露天开采和地下开采两种方式。下图为铁矿开采示意图。•露天开采：采用采掘设备在敞露的条件下，以山坡露天或凹陷露天的方式，一个阶段一个阶段地向下剥离岩石和采出有用矿