【正文】 燒掉，只花１０分鐘就把１０～１５噸鐵水煉成鋼。碳被氧化成 CO氣體，直接從鐵液中逸出；硅和錳被氧化生成 SiO2和 MnO2進(jìn)入熔渣。 ? 煉鋼的基本過程是氧化。非金屬夾雜物包括氧化物、硫化物、磷化物、氮化物以及它們所形成的復(fù)雜化合物。 概述 ? 2去除雜質(zhì)，主要包括： ? （ 1） 脫磷、脫硫：對絕大多數(shù)鋼種來說， P、 S均為有害雜質(zhì)。 ? 所謂煉鋼，就是通過冶煉降低生鐵中的碳和去除有害雜質(zhì)，再根據(jù)對鋼性能的要求加入適量的合金元素，使其成為具有高強(qiáng)度、高韌性或其它特殊性能的鋼。逸出煤氣經(jīng)除塵后，部分煤氣調(diào)溫到 800850℃ ，再輸入上部的預(yù)還原豎爐供礦石預(yù)還原使用，多余的部分煤氣則外供給其它用戶。氧氣將燃燒成 CO并放出熱量。 ? 圖 27 Corex 法示意圖 ? 1熔融氣化爐； ? 2預(yù)還原豎爐； ? 3煤倉； ? 4熱旋風(fēng)除塵器； ? 5煤氣冷卻器； ? 6爐頂煤氣冷卻器； ? 7鐵礦石； ? 8煤及石灰； ? 9外供煤氣； ? 10氧； ? 11鐵水及爐渣； ? 12原料氣； ? 13冷卻氣； ? 14還原氣； ? 15爐頂煤氣。二步法熔融還原在預(yù)還原爐內(nèi)進(jìn)行鐵礦石預(yù)還原，然后進(jìn)入終還原器內(nèi)進(jìn)一步還原和使渣鐵熔化分離，并產(chǎn)生還原性氣體供預(yù)還原使用。這樣它對原料、燃料的要求不像直接還原煉鐵法那樣嚴(yán)格。但此法適應(yīng)性大，是惟一能直接冶煉 SO2含量高的貧鐵礦的方法?；剞D(zhuǎn)內(nèi)反應(yīng)溫度應(yīng)控制在 1100℃ 以下，經(jīng) 810h完成還原反應(yīng)后出窯。窯緩慢旋轉(zhuǎn)使礦和煤在被加熱和還原的同時(shí)向出料端移動(dòng)。 ? 直接還原法煤基回轉(zhuǎn)窯中應(yīng)用最廣泛，而且最具有代表性的一種方法就是 SL/RN法。 ? 煤燃燒所需要的空氣通過風(fēng)管沿軸向吹入窯中，風(fēng)管安裝在沿窯長方向的不同部位。此法還原鐵礦石可按不同的作業(yè)溫度生產(chǎn)海綿鐵、粒鐵及液態(tài)鐵水，但以低溫作業(yè)的回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)海綿鐵最有意義。直接還原后的廢氣中仍含有大量的 CO和 H2（約占 70%），通過洗滌器從新返回到重整爐，然后進(jìn)入豎爐循環(huán)使用。 ? CH4 ＋ H2O →CO ＋ 3H2 (天然氣裂化反應(yīng) ) ? 球團(tuán)礦或天然塊礦從爐頂通過布料器（或多個(gè)加料管）合理地布入爐中，在還原區(qū)與 CO、 H2進(jìn)行還原反應(yīng)。它由供料系統(tǒng)、還原豎爐、煙氣處理、天然氣重整爐組成。天然氣和液化石油氣主要使用蒸汽轉(zhuǎn)化，生成CO 和 H2；重油使用氧氣部分氧化法將碳?xì)浠衔镛D(zhuǎn)化為 CO和 H2。 ? 直接還原法煉鐵法對于還原性和軟化溫度也有嚴(yán)格要求。直接還原鐵的生產(chǎn)主要在天然氣資源豐富的地區(qū)，拉丁美洲國家生產(chǎn)的海綿鐵占全世界產(chǎn)量的一半以上。原來只能使用雜質(zhì)少且品位高的天然富礦，現(xiàn)在高品位鐵精礦粉制造的球團(tuán)礦，其脈石含量可以降低到不需要在還原生產(chǎn)中脫除，使直接還原技術(shù)簡化，而且產(chǎn)量提高。 ? （ 3）廢鋼（多數(shù)是從社會(huì)收集的廢鋼）中往往含有某些對鋼性能不利的有色金屬，如銅、錫、砷、鉛等，無論用氧化熔煉或還原熔煉都無法去除它們。由于低溫還原，得到的直接還原鐵未能充分滲碳，因而含碳較低 (2%),屬于鋼的成分。在液態(tài)鐵滴穿過焦炭區(qū)時(shí)，滲入的碳量繼續(xù)增加，最終達(dá)到飽和狀態(tài)。 ? （ 3）生鐵的形成 ? 剛從鐵礦石還原出來的金屬鐵呈固體多孔狀，幾乎不含碳，稱為海綿鐵。它在滴落過程中不斷與煤氣和焦炭接觸，連續(xù)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，逐漸失去 FeO和 MnO，同時(shí)吸收焦炭灰分及上升煤氣中所攜帶的物質(zhì)。 ? 間接還原的特點(diǎn)之一是反應(yīng)可逆。鐵礦石在下降過程中，從 400℃ 開始就被 CO和 H2按 Fe2O3→Fe 3O4→FeO→Fe 逐步從高價(jià)鐵還原到低價(jià)鐵，直到金屬鐵，當(dāng)?shù)V石進(jìn)入高溫區(qū)（ 850℃ 1000℃ ）后，又被固體碳還原。礦石中未被還原的物質(zhì)形成熔渣，實(shí)現(xiàn)渣鐵分離。 ? 同時(shí)，由于下部的焦炭燃燒產(chǎn)生空隙，上面的焦炭、礦石和熔劑在爐體內(nèi)緩慢下降，速度大約為 。在高爐底部的爐缸和爐腹中裝滿焦炭。爐殼用含錳的高強(qiáng)度低合金鋼制作，安裝有性能好的含鉻耐熱鑄鐵、球墨鑄鐵或銅質(zhì)立式冷卻器，或銅質(zhì)的臥式冷卻器。加熱到 1000℃ 以上的熱風(fēng)，經(jīng)銅質(zhì)水冷風(fēng)口送入爐內(nèi)，供焦炭燃燒形成高溫煤氣?，F(xiàn)代高爐內(nèi)型一般由圓柱體和截頭圓錐體組成，由下而上分為爐缸、爐腹、爐腰、爐身和爐喉五段。為了強(qiáng)化高爐冶煉和向高爐噴吹補(bǔ)充燃料，常將制氧機(jī)生產(chǎn)的氧氣加入鼓風(fēng)中，使鼓風(fēng)的含氧量達(dá)到 22%30%。高爐最常用的是堿性熔性，即石灰石和白云石等。 ? 所謂噴吹煤粉，就是將不能煉焦的煤磨成細(xì)粉，與鼓風(fēng)一起通過風(fēng)口噴入爐缸的燃燒帶，如同焦炭一樣，煤粉在燃燒帶內(nèi)與鼓風(fēng)中的氧反應(yīng)形成煤氣并放出熱量，所以噴吹煤粉可以代替焦炭的還原劑和熱源兩個(gè)作用，但是不能代替焦炭的料柱骨架作用。在高爐煉鐵中，焦炭起三種作用： (1)提供冶煉所需的熱量； (2)還原礦石所需的還原劑； (3)在高溫區(qū)，焦炭是惟一的固體物，是支撐料柱的骨架和使氣流暢通的透氣通路。燒結(jié)礦生產(chǎn)的流程見圖 22。 ? 所謂燒結(jié)，就是將精礦粉、富礦粉（小于 8mm）與配入的熔劑粉（小于 3mm的石灰石粉和白云石粉）和燃料粉（焦粉或無煙煤粉）組成混合料，同時(shí)加入一定量的水，將混合料制成小球。在自然界中，有工業(yè)開采價(jià)值的菱鐵礦比其它三種礦石要少，含鐵量不高，但受熱分解放出CO2后，不僅含鐵量顯著提高，而且也變得疏松多孔，易還原。赤鐵礦石廣泛分布于自然界中，常形成巨大的礦床，就世界范圍而言，其儲(chǔ)量最多（占鐵礦石總儲(chǔ)量的 %），是煉鐵的最主要鐵礦石資源。 表 21 常用鐵礦石的分類、組成及性能 礦石名稱 礦物及化學(xué)式 密度(t/m3) 顏色 含 Fe量 ,% 強(qiáng)度 還原性 磁鐵礦石 Fe3O4 黑色或灰色 4070 堅(jiān)硬致密 難還原 赤鐵礦石 Fe2O3 紅色至淺灰色 5560 軟，易破碎 易還原 褐鐵礦石 (m=13,n=14). 黃褐暗褐或絨黑色 3755 疏松 易還原 菱鐵礦石 FeCO3 灰色帶黃褐色 3040 易破碎 焙燒后易還原 ? (1)磁鐵礦石 主要礦物是磁鐵礦，呈黑色金屬光澤，磁性強(qiáng)（復(fù)合礦可通過磁選富集鐵分），在自然界中純磁鐵礦礦石較少，常含有 TiO2及 V2O3組成復(fù)合礦石，即釩鈦磁鐵礦，由于受氧化作用，磁鐵礦易被氧化成赤鐵礦，有的仍保留著磁鐵礦石的結(jié)晶形態(tài)，但無磁性，被稱為假象赤鐵礦或半假象赤鐵礦。 高爐煉鐵法 ? 2 原料 ? 高爐煉鐵使用的原料是塊狀的鐵礦石、燃料、熔劑和鼓風(fēng)形態(tài)的空氣。因而在可以預(yù)見的將來，高爐煉鐵仍然是煉鐵的主力軍。 ? 煉鐵方法主要有高爐法、直接還原法、熔融還原法等，其原理是礦石在特定的氣氛中（還原物質(zhì) CO、 H C；適宜溫度等）通過物化反應(yīng)獲取還原后的生鐵。 鐵的生產(chǎn)工藝 ? 鐵的化學(xué)性質(zhì)較為活潑 ,自然界中的鐵都是以鐵的化合物形式存在的。從此鋼鐵冶煉就開始了一直沿用至今的二步冶煉法：第一步，從礦石中冶煉出生鐵，第二步把生鐵精煉成鋼。其含碳量極低，所以塑性較高，經(jīng)鍛打成型，制成器具，在此時(shí)期，冶煉工場在出產(chǎn)鐵礦石和木材豐富的山區(qū)非常發(fā)達(dá)。 表 11 鋼和生鐵中主要元素的含量（ %） 元素 碳（ C) 硅 (Si) 錳 (Mn) 磷（ P） 硫（ S） 生鐵 2 鋼 2 生鐵含碳量高，其性質(zhì)硬而脆，不能鍛造，它主要用于鑄造電動(dòng)機(jī)外殼，變速箱殼體，機(jī)床體與支架以及其它機(jī)械零件。 ? 高純度的鐵是很柔軟的，沒有多少使用價(jià)值。而二十多年來的事實(shí)表明：鋼鐵生產(chǎn)需求接近飽和，世界產(chǎn)鋼量沒有顯著增長，但是也沒有萎縮；鋼鐵生產(chǎn)技術(shù)和冶金工程科學(xué)仍在不斷更新，新技術(shù)層出不窮；鋼鐵材料品種繼續(xù)增多，鋼的性能和品質(zhì)有大幅度提高。黑色金屬冶金技術(shù) 鋼鐵知識(shí)講座 李 鵬 2023年 7月 主要內(nèi)容 ? 一：鋼鐵基礎(chǔ)知識(shí) ? 二：鋼鐵的冶煉 ? 三：鋼鐵行業(yè)的產(chǎn)業(yè)政策 一 鋼鐵基礎(chǔ)知識(shí) ? 黑色金屬包括鐵、鉻、錳三種。 ? 自從 1980年阿爾溫 〃 托夫勒（《第三次浪潮》的作者，美國未來學(xué)家）到處鼓吹鋼鐵是夕陽工業(yè)以來，使人們產(chǎn)生了一種錯(cuò)覺，似乎發(fā)展信息產(chǎn)業(yè)必須壓縮鋼鐵工業(yè)，鋼鐵生產(chǎn)技術(shù)沒有必要，也不可能繼續(xù)發(fā)展。固態(tài)鐵的密度是 7870Kg/m3。鋼鐵中常見元素的含量見表 11,分類見圖 11。 ? (1) 13世紀(jì)末以前，古代人的冶煉方法十分簡單，利用自然地形將鐵礦石與木炭一起放入稱為地窯爐的爐膛內(nèi)，加熱冶煉，因不能獲得熔化礦石的高溫，僅能制成半熔融狀態(tài)的鐵塊，其中混雜有相當(dāng)多的氧化鐵渣，稱為海綿鐵。后來將生鐵作原料和礦石、木炭一起在爐內(nèi)再進(jìn)行冶煉，得到性能比生鐵好的粗鋼（也叫熟鐵）。建立了作為生鐵精煉爐的轉(zhuǎn)爐、平爐、電爐的煉鋼法。煉鐵就是從鐵礦石中提取鐵及有用元素形成生鐵的過程。 ? 1 概述 ? 高爐煉鐵是一種古老的冶煉方法，高生產(chǎn)率、低消耗、低成本是它的最大優(yōu)勢 ,加上不斷地吸收新技術(shù)，高爐煉鐵法仍然不斷地在發(fā)展。高爐的壽命很多都達(dá)到了 1015年。各種礦石的組成及性能見表 21。主要礦物為赤鐵礦，無磁性，但組織疏松，易破碎，還原性優(yōu)于磁鐵礦。它是含鐵的碳酸鹽。燒結(jié)礦和球團(tuán)礦統(tǒng)稱人造富礦。在高溫下，混合料中的一些熔化溫度低的礦物轉(zhuǎn)變成液體，這些液體將周圍的礦粉溶入 ,形成新的礦物質(zhì)，當(dāng)溫度降低時(shí)，液體冷凝析出晶體，并將周圍顆粒較大而沒有溶入液體的礦粒粘結(jié)在一起，形成大塊的多孔蜂窩狀的燒結(jié)礦。 ? （ 2）燃料 ? 燃料是高爐冶煉不可缺少的基本原料之一，幾乎所有高爐都使用焦炭作燃料。因些，向高爐噴吹補(bǔ)充燃料，特別是噴吹煤粉來替代部分焦炭，就是 20世紀(jì)高爐煉鐵技術(shù)進(jìn)步最成功的一項(xiàng)。 ? 熔劑按其性質(zhì)可分為堿性和酸性兩種。 ? （ 4）鼓風(fēng) ? 鼓風(fēng)是經(jīng)風(fēng)機(jī)壓縮后具有很高壓強(qiáng)的空氣，在現(xiàn)代大高爐上鼓風(fēng)壓強(qiáng)可達(dá) 。高爐是一個(gè)豎立的圓筒形爐子，其內(nèi)部工作空間的形狀稱為高爐內(nèi)型，即通過高爐中心線的剖面輪廓。在高爐下部爐缸的上沿，沿圓周均勻地布臵了若干個(gè)風(fēng)口（ 100m3小高爐有 810個(gè)， 4000m3以上的大高爐則有 3642 個(gè)）。 ? 現(xiàn)代高爐采用優(yōu)質(zhì)耐火材料，例如爐底、爐缸部位用微碳孔碳磚，爐身下部和爐腰部位用鋁碳磚或碳化硅磚，其它部位用優(yōu)質(zhì)高鋁磚和高致密度的粘土磚等作爐襯。 ? 爐料從受料斗進(jìn)入爐腔。 ? 由于底部焦炭很厚