2-1高炉转炉流程

2019年8月31日2钢铁生产主流程2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2.2废钢∕电炉炼钢流程2.3钢的炉外精炼2.4钢的连续浇铸2.5长型材加工2.6扁平材加工2.7钢材的深加工2.8物流和总图运输2019年8月31日2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程铁矿石还原剂(焦炭、煤)熔剂(石灰石、白云石)燃烧或电热直接还原炉高炉熔融还原炉铁水海绵铁转炉电炉钢水炉外精炼连铸或模铸钢坯或钢锭轧机成品钢材2019年8月31日北京科技大学冶金与生态工程学院目前，钢铁联合企业的主要生产流程还是传统流程：采矿选矿铁矿石原料预处理高炉炼铁转炉炼钢炉外精炼连续铸钢轧钢成品钢材短流程Mini-Mill：海绵铁或废钢电炉炼钢炉外精炼连续铸钢轧钢成品钢材2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2019年8月31日2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2019年8月31日2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程矿山天然富(块)矿选矿烧结烧结矿粉矿高炉铁水转炉钢水连铸钢坯轧钢钢材球团球团矿煤矿焦化焦炭矿山石灰石2019年8月31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原料是高炉冶炼的基础。“精料”是高炉稳定、顺行、优质、低耗、高产、长寿的主要条件。因此在高炉炼铁生产中，要求尽可能精的原料。高炉炼铁原料：铁矿石、燃料和熔剂铁矿石：天然富矿，人造富矿(1.6~2.0t/THM)燃料：焦炭，喷吹燃料(如煤粉)(0.4~0.6t/THM)熔剂：石灰石，白云石(0.2~0.4t/THM)2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2019年8月31日2.1.1高炉炼铁用原料、燃料(1)铁矿石能从中提取铁或铁的化合物的矿物。富铁矿：可直接冶炼的，如:含铁50%的天然(富)铁矿。贫铁矿：品位太低，需经选矿加工富集的铁矿石。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200目左右。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。我国铁矿石资源特点：分布“广”、品位“贫”、成分“杂”2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2019年8月31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铁矿石分类及特征：赤铁矿：Fe2O3，理论含铁量70%、含氧30%，暗红色，还原性好，含P、S、As少。又称为红矿。磁铁矿：Fe3O4，理论含铁量72.4%、含氧27.6%，灰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。褐铁矿：mFe2O3nH2O，理论含铁量55~66%，暗褐色或黑色，结构疏松，还原性好。我国这种矿石不多。菱铁矿：FeCO3，含铁48.2%，灰色或黄褐色，焙烧后含铁量提高，变得多孔，还原性好。2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2019年8月31日2.1.1高炉炼铁用原料、燃料高炉炼铁对铁矿石要求：品位高：即铁矿石含铁量高脉石成分少，且以碱性为主：CaO、MgO多较好有害杂质少，有益元素适中：特别S、P少还原性好：易还原高温冶金性能好强度高、粒度均匀化学成分稳定2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2019年8月31日2.1.1高炉炼铁用原料、燃料人造富矿：烧结矿球团矿烧结矿：铁矿粉(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。优点：可利用粉矿，扩大矿源，冶金性能好球团矿：把润湿的精矿粉和少量添加剂混合，在造球机中滚成8~15mm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。2.1高炉炼铁∕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2019年8月31日2.1.1高炉炼铁用原料、燃料(2)燃料：燃料燃烧给高炉炼铁提供热量和还原剂焦炭：高炉消耗的热量70~80%来自焦炭作用：发热剂、还原剂、料柱骨架对焦炭质量要求：灰分低，S、P杂质少，强度高、粒度均匀、粉末少，成分稳定，挥发分适当。喷吹燃料(风口)：煤粉、重油、天然气目的：代替焦炭(代替部分焦炭提供热能和化学能)对煤粉要求：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。2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2019年8月31日2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程炼焦工艺流程：煤洗煤配煤炼焦熄焦焦炭高炉2019年8月31日2.1.1高炉炼铁用原料、燃料(3)熔剂目的：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，并有利于脱硫。熔剂种类：碱性熔剂：石灰石、石灰、白云石(酸性熔剂：石英、硅石)对碱性熔剂要求：有效成分含量高。碱性氧化物含量高，酸性氧化物含量低；S、P含量低；粒度均匀，强度好，粉末少。2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2019年8月31日2.1.2铁矿粉造块(1)粉矿造块的意义我国的铁矿大部分是贫矿，必须经过选矿与造块之后才能入高炉。富矿越来越少，不得不大量利用贫矿。富矿开采过程产生大量粉矿，粉矿不能直接入高炉冶炼。充分利用工业废品，如：高炉炉尘、轧钢铁皮、均热炉炉渣等。改善和控制含铁原料的冶金性能。2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2019年8月31日2.1.2铁矿粉造块造块方法：烧结法和球团法配加熔剂，去除有害杂质。人造富矿或熟料：粉矿经造块后获得的烧结矿和球团矿(冶金性能高于天然富块矿)统称人造富矿或熟料。我国鞍钢、首钢、本钢95%。2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2019年8月31日2.1.2铁矿粉造块(2)烧结矿生产将矿粉(富矿粉或精矿粉)、燃料(焦末或无烟煤)、熔剂(石灰粉、石灰石粉、白云石粉等)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。烧结工艺流程：原料准备→配料→混合→铺底料→布料→点火→烧结→冷却→破碎→筛分→成品烧结矿→高炉2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2019年8月31日2019年8月31日2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程钢铁厂烧结工艺流程2019年8月31日2.1.2铁矿粉造块(2)烧结矿生产抽风烧结设备及产品：烧结机本体：布料设备、点火器和抽风除尘系统组成有效抽风面积=台车有效长度宽度料层厚度：300~400mm，目前最高已达700mm点火温度：1050~1300℃，时间0.5~2.0min抽风负压：900~1200mmH2O柱能耗：64.3kg标准煤t烧结矿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。碱度：自熔性:1.0~1.4；熔剂性:1.4；高碱度:1.8~2.52.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2019年8月31日2.1.2铁矿粉造块(3)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8~15mm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。发展球团矿原因：过细精矿粉不易烧结易于成球；球团矿粒度均匀、微气孔多、还原性好、强度高、易于贮存(冶金性能好)；可生产氧化球团、预还原球团、金属化球团等。2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2019年8月31日北京科技大学冶金与生态工程学院2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程球团矿生产工艺流程2019年8月31日2.1.3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：高炉冶炼产品生铁或铁水是炼钢的原料；高炉产生的大量煤气是重要的二次能源；高炉是原材料和能量的巨大消耗者：能耗占1/3~1/2，消耗焦炭80%。高炉本体及附属系统：高炉本体、供料系统、送风系统、煤气净化除尘系统、燃料喷吹系统和渣铁处理系统等2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2019年8月31日2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程高炉生产工艺流程供料系煤气净化除尘系统统送风系统、喷吹系统渣铁处理系统炉喉炉缸炉腹炉身炉腰热风(、)喷吹物(煤粉、重油、天然气)生铁炉渣煤气：CO、CO2、H2、N2(干)炉尘：铁矿石：烧结矿球团矿生块矿熔剂：石灰石废铁(碎铁)焦炭2019年8月31日2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2019年8月31日北京科技大学冶金与生态工程学院2019年8月31日北京科技大学冶金与生态工程学院2019年8月31日2.1.3高炉炼铁原理及工艺(1)高炉冶炼过程及其特点高炉冶炼特点：逆流反应器：在逆流(炉料下降及煤气上升)过程中，完成复杂的物理化学反应；“黑箱”过程：在投入(装料)及产出(铁、渣、煤气)之外，无法直接观察炉内反应过程；生产过程的连续性：维持高炉顺行(保证煤气流合理分布及炉料均匀下降)是冶炼过程的关键。(热效率高，生产能力大；机械化和自动化水平较高)2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2019年8月31日2.1.3高炉炼铁原理及工艺(1)高炉冶炼过程及其特点高炉冶炼三大过程：还原过程：实现矿石中金属元素(主要是Fe)和氧元素的化学分离；造渣过程：实现已还原的金属与脉石的熔融态机械分离；传热及渣铁反应过程：实现成分及温度均合格的液态铁水。2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2019年8月31日2.1.3高炉炼铁原理及工艺(2)高炉冶炼过程主要反应燃烧反应：风口回旋区(燃烧带)作用：提供热源；提供还原剂CO；提供炉料下降的空间。燃烧带：风口前碳被氧化而气化的区域,又叫风口回旋(循环)区。它是高炉内唯一的氧化区域,又称氧化带。焦炭75%以上C到达风口前燃烧，其它参与还原、气化、渗C。风口区为高温、过剩C,离开燃烧带的碳氧化物全为CO!2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2019年8月31日2.1.3高炉炼铁原理及工艺(2)高炉冶炼过程主要反应燃烧反应：风口回旋区(燃烧带)燃烧反应及其产物：C+O2==CO2+33388kJ/kgC(7980kcal)，完全燃烧；C+1/2O2==CO+9791kJ/kgC(2340kcal),不完全燃烧,C过剩O不足；CO2+C==2CO13806kJ/kgC(3300kcal),碳气化反应(强烈吸热)。C+H2O==H2+CO6911kJ/kgH2O最终燃烧产物：CO，H2，N22.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2019年8月31日2.1.3高炉炼铁原理及工艺(2)高炉冶炼过程主要反应铁氧化物还原反应：间接还原：逐级还原性：3Fe2O3+CO(H2)==2Fe3O4+CO2(H2O)Fe3O4+CO(H2)===3FeO+CO2(H2O)FeO+CO(H2)====Fe+CO2(H2O)放热反应！直接还原：FeO+C===Fe+COQ高温区强烈吸热反应！(CO2+C=2CO)(FeO+CO=Fe+CO2)2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2019年8月31日2.1.3高炉炼铁原理及工艺(2)高炉冶炼过程主要反应非铁氧化物还原反应：全部直接还原：全部吸热Si的还原：SiO2+2C====Si+2COQMn的还原：(MnO)+C===[Mn]+COQP的还原：2Ca3(PO4)2+3SiO2+10C=3Ca2SiO4+4P+10COTi还原：TiO2+2C====[Ti]+2COQV的还原：V2O5+5C====2[V]+5COQ2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2019年8月31日2.1.3高炉炼铁原理及工艺(2)高炉冶炼过程主要反应脱硫反应：[FeS]+(CaO)+C===(CaS)+Fe+CO4660kJ/kgS有利于脱硫的因素：温度：T，炉渣脱硫能力炉渣碱度：R,即炉渣内碱性氧化物量,有利于脱硫气氛影响(还原)：还原性气氛，渣中(FeO)LS提高铁水中[S]的活度系数f[S]：铁水中C、Si、PLS2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2019年8月31日2.1.3高炉炼铁原理及工艺(2)高炉冶炼过程主要反应渗碳反应与铁水形成：液铁渗碳：3Fe液+C焦===Fe3C液固液反应，渗碳速度快，渗碳量大，可达终点[C]水平3.0~4.5%。铁水形成：渗碳、合金元素还原溶入，熔点下降，成液态。2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2019年8月31日2.1.3高炉炼铁原理及工