钢铁生产工艺流程

钢铁生产工艺流程钢铁生产有着悠久的历史，从春秋时期开始，人们便开始了冶炼。当然，那个时候的工艺落后，但当时的人们就已经知道“百炼成钢”，铁中的碳在多次高温煅烧下含量变得越来越低，从而产生了钢。现代钢铁企业的主要生产流程大致为铁矿石原料经过烧结、球团处理后，采用高炉生产铁水，经铁水预处理后，由转炉炼钢、炉外精炼至合格成分钢水，然后连铸浇铸成钢坯，钢坯经过轧制，制成各类成品。一般来说，高炉的主要任务是分离脉石、还原铁矿石，铁水预处理主要是完成脱硅、脱磷、脱硫，转炉则进行脱碳、升温，而钢水炉外精炼则进行去气体、去夹杂、合金化等。在钢铁生产工艺中烧结和球团是两种不同的造块方法，但是他们都是将细粒（粉状）物料通过反应变成块状物料，并在物理性能和化学组成上能满足下一步加工要求。烧结是将矿料经过烧结台车燃烧、粉碎、冷却、筛选等工艺造块的方法。球团时先将粉矿加适量的水分和粘结剂制成粘度均匀、具有足够强度的生球，经干燥、预热后在氧化气氛中焙烧，使生球结团，制成球团矿。烧结矿和球团矿经过不同的筛选过程，得到的成品会在炼铁中得到使用。烧结过程中产生的粉尘必须经过除尘处理，得到的粉尘属于矿料粉末，会进行回收再次加工。烧结产生的余热可以进行发电。现在高炉的炉料一般为高碱度烧结矿加酸性球团矿，这样既可以保证炉料的透气性，又可以避免炉料碱度过高难熔，并可以获得良好的冶金性能。炼铁是将铁矿石冶炼成铁水的过程。高炉炼铁工艺很大程度上取决于操作制度，其中包括装料制度、送风制度、造渣制度及热制度。铁矿石、焦炭和熔剂等按规定配料比由炉顶装料装置分批送入高炉，并使炉内料面保持一定高度。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，定时从铁口、渣口放出。在炼铁过程中，从高炉下部的风口吹进热风（1000-1300℃），喷入燃料。在高温下焦炭中的碳和喷吹物中的碳生产的一氧化碳将铁矿石中的氧夺取出来，得到铁。铁矿石通过还原反应炼出生铁，铁水通过出铁口放出，矿石中的脉石、焦炭及喷吹物中的灰分与加入炉内的石灰石等熔剂结合生产炉渣，从出渣口排出。熔渣可以回收用作水泥生产的原料。煤气从炉顶导出，经除尘后，另作他用。高炉生产是连续进行的，一般情况下，现代一代高炉能连续生产十五年到几十年。冶炼好的铁水经过鱼雷罐车拉至炼钢厂进行炼钢。炼钢主要是在转炉中进行的，以铁水、废钢、铁合金为主要原料，通过氧化反应脱碳、升温、合金化的过程。其他炼钢方法还有电弧炉炼钢及一些特种冶炼，如感应炉炼钢、等离子冶炼、电渣重熔冶炼等。炼钢的主要任务是脱硫、脱氧、脱磷、脱碳，去除有害气体和非金属夹杂物，提高温度和调整成分。转炉炼钢的过程为：装料，把炉体向前方倾斜，先装入废钢，接着装入铁水，然后使炉体直立。吹炼开始后，一边吹氧一边投入氧化铁皮、矿石、石灰等辅助材料。当氧气喷枪降至设定位置时开始喷吹氧气。吹炼时高亮度的浓烟火焰从炉口排出，吹炼中期是脱碳反应最强烈的时期，氧的脱碳速率接近100%。采用副枪动态控制，在排气量逐渐减少、达到预定吹炼终点的几分钟前，降下副枪，测定熔池中的含碳量和温度，预测达到目标含碳量和目标温度的时间，然后吹炼到终点出钢。出钢时向炉内及钢水包中添加脱氧剂，出钢后再把炉体倒向装料侧排渣，一炉钢的冶炼才结束。液态金属转变为固体金属的过程就是凝固过程，凝固过程主要是晶体或晶粒的生成和长大过程，所以也称结晶。从微观来看，凝固是金属原子从无序状态到有序状态的转变，也就是液体中无规则的原子集团转变为按一定规则排列的固态结晶体，一般发生在过冷液体中。对于纯金属均匀形核，由于结构起伏在一定几率下形胚，由于能量起伏克服形核功晶胚形成晶核，当晶胚半径大于临界半径时，晶胚就能够稳定晶核，凝固过程就不需要外界提供能量了。对于非均匀形核，晶核可以依附固相质点结晶，液态金属就可以在较小的过冷度下凝固。从宏观来看，它是把液体金属储藏的显热和结晶潜热传输到外界，使液体转变为有一定形状的固态。钢凝固的工艺方法有钢锭模浇铸和连续铸锭，凝固的产品就是钢锭或连铸坯。对连铸而言，炼钢的最终目的是生产合格的连铸坯，因此如何将液态金属转化为合格的连铸坯是炼钢生产中的重要一环。连铸是20世纪50年代发展起来的一项新型铸钢技术，是指直接将钢水通过连铸装置铸成各种规格钢坯的自动控制过程。它与传统的钢模铸锭法相比，可省去钢模铸锭装置和价格昂贵的初轧开坯装置，具有节约能源、提高产品质量和成材率、降低成本等优点。现代化连铸机的主要技术特征：1）大容量中间包和流场优化。2）结晶器液面自动控制。3）结晶器专家系统和漏钢预报。4）结晶器液压振动。5）电磁搅拌。6）动态二次冷却控制。7）动态轻压下。为防止钢水在结晶器内氧化和减少铸坯与结晶器表面的摩擦，通常要在结晶器钢水液面上覆盖一定厚度的保护渣，它还起到使钢水表面散热稳定的作用。通过测量保护渣层面上的热辐射来控制保护渣的加入量。钢水从钢水包中流入中间包，在这一过程中，钢水是缓慢下降的，所以这时如果还有废渣存在，则会浮在上部，不会进入结晶器中，这也保证了钢坯的质量。连铸坯从结晶器拉出后，其坯壳较薄，中间仍是钢水，尚需喷水继续冷却，通常根据钢种、铸坯厚度、拉速来控制二次冷却水量。二次冷却水量调节系统中的主要设备是微型计算机，它利用钢坯的热传导方程作为数学模型，并用铸坯表面温度作为反馈信号来对二次冷却水量进行控制。二次冷却水量控制合适，可避免铸坯产生裂纹。钢坯出来后会进行飞剪切割，喷码记录。切割的目的是为了便于运送，喷码记录则是为了钢坯跟踪。连铸中很重要的一件东西就是保护渣了，保护渣在连铸中起到防粘，散热的作用。由于连铸的出现，使钢锭成为了历史，被钢坯取而代之。铸成的钢坯可以进行轧钢生产。轧钢是连铸的下一道工序，它是在旋转的轧辊间改变钢坯形状的压力加工过程。轧钢的目的与其他压力加工一样，一方面是为了得到需要的形状，例如：钢板，带钢，线材以及各种型钢等；另一方面是为了改善钢的内部质量，我们常见的汽车板、桥梁钢、锅炉钢、管线钢、螺纹钢、钢筋、电工硅钢、镀锌板、镀锡板包括火车轮都是通过轧钢工艺加工出来的。轧钢方法按轧制温度不同可分为热轧与冷轧；按轧制时轧件与轧辊的相对运动关系不同可分为纵轧，横轧和斜轧；按轧制产品的成型特点还可分为一般轧制和特殊轧制。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150～250ｍｍ，先经过除磷到初轧，经辊道进入精轧轧机，精轧机由7架4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23ｍ/ｓ。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。与热轧相比，冷轧厂的加工线比较分散，冷轧产品主要有普通冷轧板、涂镀层板也就是镀锡板、镀锌板和彩涂板。经过热轧厂送来的钢卷，先要经过连续三次技术处理，先要用盐酸除去氧化膜，然后才能送到冷轧机组。在冷轧机上，开卷机将钢卷打开，然后将钢带引入五机架连轧机轧成薄带卷。从五机架上出来的还有不同规格的普通钢带卷，它是根据用户多种多样的要求来加工的，可以加工为镀锌板，彩涂板等。冷轧和热轧没有严格意义上的优劣之分，仅仅是生产工艺不同而已，往往会根据实际用途和技术能力进行冷热轧加工。现代钢铁生产工艺在很大程度上实现了自动化，企业对于人员的需求数量在不断减少，但是需求质量在不断增高，因为现代的自动化设备需要技术型人才，而不是苦力。所以技术尤为重要。其次，现在的大型企业中，由始至终，高炉、炼钢炼铁设备、轧钢设备、保护渣等都是洋品牌，自己东西少之又少，所以我们不仅需要先进设备的操作者，也需要先进设备的研发者，生产者，更需要技术的革新者。再者，我国钢铁产业存在产能过剩，结构布局不合理，缺乏国际竞争力等问题，这需要钢铁行业的政治家力挽狂澜，不断改善钢铁行业，引导钢铁行业良好发展。这样钢铁生产工艺才会不断地先进着，钢铁生产才会有活力，我国的钢铁工业才会自强于世界，同时也为人类钢铁实业贡献更大的力量。参考：《钢铁冶金原理》《金属学与热处理》《钢铁冶金学（炼铁部分）》《钢铁冶金—炼钢学》《材料加工技术》BOFLD碱性氧气转炉EAF电弧炉LF钢包精炼炉VD真空脱气VC真空浇铸RH真空脱气循环WF喂丝CC连铸VOD真空吹氧脱碳法AOD氩氧精炼炉