钢铁冶炼工艺-教材

钢铁冶炼工艺内容简介本书共分13章，系统地介绍了冶炼概述、高炉原燃料、高炉冶炼原理、高炉冶炼工艺、高炉炉况判断及炉况异常的处理、高炉技术的发展、炼钢原材料、炼钢基本原理、铁水预处理、转炉炼钢工艺、转炉炉衬材料及维护、电炉冶炼工艺、炼钢技术的发展等内容，较全面地反映了目前国内外钢铁冶炼新技术、新工艺及发展趋势等。书中每章均附有复习思考题，十分适合教学使用。本书为高等职业院校冶金专业学生的教学用书，也可作为冶金企业进行职工培训的教材和供冶金工程技术人员参考。前言本书是根据职业技术院校冶金技术专业“钢铁冶炼工艺”课程教学基本要求编写的教学用书，是在充分了解我国钢铁工业生产现状、分析了炼铁炼钢岗位能力要求的基础上，精选内容编写而成。全书以炼铁、炼钢的生产工艺为主线，也兼顾基本原理，突出生产现场实际应用性。书中系统地介绍了高炉原燃料、高炉冶炼原理、高炉冶炼工艺、高炉炉况判断及炉况异常的处理、高炉技术的发展、炼钢原材料、炼钢基本原理、铁水预处理、转炉炼钢工艺、转炉炉衬材料及维护、电炉冶炼工艺、炼钢技术的发展等内容，较全面地反映了目前国内外钢铁冶炼新技术、新工艺及发展趋势等。本书也可作为冶金企业进行职工培训的教材和供冶金工程技术人员参考。本书由武汉工程职业技术学院陈胜清、周秋松主编，王展宏主审。由于时间仓促，加之编者水平所限，书中不足之处，敬请读者批评指正。编作者2006年12月目录第一章概述...................................................................................................3第二章炼铁原材料........................................................................................10第三章高炉冶炼原理....................................................................................25第四章高炉冶炼工艺....................................................................................38第五章高炉炉况判断及炉况异常的处理........................................................92第六章高炉技术的发展............................................................................109第七章炼钢的原材料................................................................................118第八章炼钢基本原理................................................................................134第九章铁水预处理....................................................................................147第十章转炉炼钢工艺................................................................................158第十一章转炉炉衬材料及维护.................................................................191第十二章电炉冶炼工艺............................................................................202第十三章炼钢技术的发展.........................................................................246一、炼钢工艺方面........................................................................................2463．多段炼钢少渣吹炼..................................................................................2476．连续炼钢.................................................................................................248二、电炉炼钢方面........................................................................................2493．超高功率电弧炉......................................................................................2504．电弧炉偏心炉底出钢...............................................................................2513第一章概述【本章学习要点】本章学习炼铁、炼钢工业的发展简史，炼铁产品及炼铁技术经济指标，铁和钢的区别，炼钢的基本任务和炼钢技术经济指标。一、钢铁工业发展简史1、我国炼铁工业的发展简史我国是世界上用铁最早的国家之一。我国古代冶炼技术有过辉煌的历史。早在2500年前的春秋、战国时期，就已生产和使用铁器，逐步由青铜时代过渡到铁器时代。公元前513年，赵国铸的“刑鼎”就是我国掌握冶炼液态铁和铸造技术的见证。而欧洲各国推迟到14世纪才炼出液态生铁。冶炼技术在我国的发展，表现了我国古代劳动人民的伟大创造力，有力地促进了我国封建社会的经济繁荣。欧洲的冶炼技术也是从中国输入的。但是，到了l8世纪，特别是腐朽的清王朝，炼铁业和其他行业一样发展非常缓慢。与此同时，欧洲爆发了工业革命。19世纪英国和俄国首先把高炉鼓风动力改为蒸汽机，使炼铁炉的规模不断扩大。不久英国又用高炉煤气把鼓风预热，逐渐产生了现代高炉的雏形。当高炉生产向着大型化、机械化、电气化方向发展，冶炼技术不断完善的时候，中国却正处在落后的封建统治时代，发展迟缓，一直到19世纪末，不得不转而从欧洲输入近代炼铁技术。1891年，清末洋务派首领张之洞首次在汉阳建造了两座日产lOOt生铁的高炉，迈出了我国近代炼铁的第一步。之后，先后在鞍山、本溪、石景山、太原、马鞍山、唐山等地修建了高炉。l943年是我国解放前钢铁产量最高的一年(包括东三省在内)，生铁产量180万t，钢产量90万t，居世界第十六位。后来由于战争的破坏，到了1949年，生铁年产量仅为25万t，钢年产量l5.8万t。新中国成立后，我国于l953年生铁产量就达到了190万t，当时超过了历史最高水平。1957年生铁产量达到了597万t，高炉利用系数达到了l．321，我国在这一指标上跨入世界先进行列(美国当时高炉利用系数为1.0)。1958年生铁产量为l364万t，1978年突破了3000万t，1988年达到了6000万t，1993年生铁产量为8000万t，跃居世界第二位，1995年生铁产量为1亿t，居世界第一位。1998年生铁产量为l.2亿t，2005年生铁产量约3亿t。2、现代炼钢方法及其发展趋势从1855年英国冶金学家亨利·贝塞麦发明酸性空气底吹转炉炼钢方法至今，现代炼钢生产在不断探索中发展了一个半世纪。现代炼钢方法主要有氧气转炉炼钢法、电炉炼钢法。平炉炼钢法由于用重油、成本高、冶炼周期长、热效率低等致命弱点，已基本上被淘汰。氧气转炉炼钢法以氧气顶吹转炉炼钢法为主，同时还有底吹氧气转炉炼钢法、顶底复合吹炼氧气转炉炼钢法。l996年我国钢产量已达到一亿多吨，其中氧气转炉炼钢法所炼钢约占70％。2005年我国粗钢产量已达到3.49亿吨，其中氧气转炉炼钢法所炼钢约占75％。电炉炼钢法以交流电弧炉炼钢为主，同时也有少部分直流电弧炉炼钢、感应炉炼钢及电渣重熔等。纵观国内外炼钢方法的发展，以上三种主要炼钢方法的总发展趋势是：转炉炼钢法大力发展，成为最主要的炼钢方法；电炉炼钢法稳步发展、长兴不衰；平炉炼钢法则被淘汰。目前炼钢的生产流程主要有以下两种：铁水→铁水预处理→氧气转炉→初炼钢水→炉外精炼→连铸机→连铸坯废钢→电弧炉→初炼钢水→炉外精炼→连铸机→连铸坯二、高炉冶炼产品4高炉冶炼过程是一系列复杂的物理化学过程的总和。有炉料的挥发与分解，铁氧化物和其他物质的还原，生铁与炉渣的形成，燃料燃烧，热交换和炉料与煤气运动等。这些过程不是单独进行的，而是在相互制约下数个过程同时进行的。基本过程是燃料在炉缸风口前燃烧形成高温还原煤气，煤气不停地向上运动，与不断下降的炉料相互作用，其温度、数量和化学成分逐渐发生变化，最后从炉顶逸出炉外。炉料在不断下降过程中，由于受到高温还原煤气的加热和化学作用，其物理形态和化学成分逐渐发生变化，最后在炉缸里形成液态渣铁，从渣铁口排出炉外。高炉冶炼的主要产品是生铁，副产品是炉渣、煤气和一定量的炉尘(瓦斯灰)。1．生铁生铁组成以铁为主，此外含碳质量分数为2．5％～4．5％，并有少量的硅、锰、磷、硫等元素。生铁质硬而脆，缺乏韧性，不能延压成型，机械加工性能及焊接性能不好，但含硅高的生铁(灰口铁)的铸造及切削性能良好。生铁按用途又可分为普通生铁和合金生铁，前者包括炼钢生铁和铸造生铁，后者主要是锰铁和硅铁。合金生铁作为炼钢的辅助材料，如脱氧剂、合金元素添加剂。普通生铁占高炉冶炼产品的98％以上，而炼钢生铁又占我国目前普通生铁的80％以上，随着工业化水平的提高，这个比例还将继续提高。我国现行生铁标准如下表所示。表1-1炼钢生铁国家标准(GB717—82)表1-2铸造生铁国家标准(GB718—82)52．炉渣炉渣是高炉冶炼的副产品。矿石中的脉石和熔剂、燃料灰分等熔化后组成炉渣，其主要成分为Ca0、Mg0、Si02、Al203及少量的Mn0、Fe0、S等。炉渣有许多用途，常用做水泥原料及隔热、建材、铺路等材料。每吨生铁的炉渣量由过去的700-1000kg，降低至l50-300kg。3．煤气高炉煤气的化学成分为C0、C02、H2、N2及少量的CH4。由于煤气中含有可燃成分C0、H2和CH4,经除尘脱水后作为燃料，其发热值约(800～900)×4.18168kJ／m3随着高炉能量利用的改善而降低，每吨铁可产煤气2000～3000m3。高炉煤气是无色、无味的气体，有毒易爆炸。应加强煤气的使用管理。4．炉尘炉尘是随高炉煤气逸出的细粒炉料，经除尘处理与煤气分离。炉尘含铁、碳、Ca0等有用物质，可作为烧结的原料，每吨铁产炉尘为l0～100kg，炉尘随着原料条件的改善而减少。三、高炉生产主要技术经济指标高炉生产的技术水平和经济效果可以用技术经济指标来衡量。其主要技术经济指标有以下各项。1．高炉有效容积利用系数（）式中——每立方米高炉有效容积在一昼夜内生产铁的吨数；P——高炉一昼夜生产的合格生铁；——高炉有效容积，指炉缸、炉腹、炉腰、炉身、炉喉五段之和。高炉有效容积利用系数是衡量高炉生产强化程度的指标。越高，高炉生产率越高，每天所产生铁越多。目前我国高炉有效容积利用系数为(1．8～2．5)t／(m3·d)，高的可达3．0t／(m3·d)以上。2．焦比(K)和燃料比(Kf)6式中K——生产一吨生铁消耗的焦炭量；Q——高炉一昼夜消耗的干焦量。式中——冶炼一吨生铁消耗的焦炭和喷吹燃料的数量之和；——