【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 過(guò)風(fēng)管沿軸向吹入窯中，風(fēng)管安裝在沿窯長(zhǎng)方向的不同部位。煤不但是還原劑，同時(shí)還提供所需要的熱量。 ? 沿窯長(zhǎng)方向分兩個(gè)區(qū)：預(yù)熱區(qū) 煤燃燒將原料的混合物加熱至還原溫度；還原區(qū) 煤進(jìn)一步燃燒為生產(chǎn)海綿鐵提供熱量。通過(guò)控制向窯內(nèi)吹入的空氣量和噴煤量，可以有效控制窯內(nèi)的反應(yīng)。 ? 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。 SL/RN是由美國(guó)、德國(guó)、加拿大的 4家創(chuàng)立此法的各公司名字的字首縮與而成的。圖 26為SL/RN法工藝流程。 圖 26 SL/RN法工藝流程 ? 原料（鐵礦石、煤粒、熔劑）從窯尾加入圓形回轉(zhuǎn)窯中。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)。窯頭外設(shè)有燒嘴燃燒燃料。形成的廢氣則由窯尾排出。 ? 爐料與爐氣呈逆向運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，爐料在預(yù)熱段被加熱，使水分蒸發(fā)和石灰石分解，達(dá)到 800℃ 后，煤中的固體碳開(kāi)始還原鐵礦石中的氧化鐵，直到獲得海綿鐵或鐵料，而碳則轉(zhuǎn)變成 CO氣體， CO在氧化區(qū)被燃燒成 CO2，放出熱量以滿(mǎn)足還原反應(yīng)的要求，產(chǎn)品排出窯后進(jìn)入回轉(zhuǎn)冷卻筒冷卻得到海綿鐵或粒鐵，也可熱送電爐直接煉鋼?；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。回轉(zhuǎn)窯所產(chǎn)生的廢氣從進(jìn)料端吸走，高溫廢氣可余熱利用。 ? 若爐料在回轉(zhuǎn)窯中經(jīng)過(guò)預(yù)熱和還原后，再進(jìn)一步提高溫度（ 1250℃ ）進(jìn)入粒鐵帶，金屬鐵與爐渣開(kāi)始軟化，在半熔化狀態(tài)下金屬鐵由小顆粒堆集成卵狀粒鐵，爐料出爐后經(jīng)水淬冷卻后很容易用磁選或重選把粒鐵與脈石分開(kāi)，這就是回轉(zhuǎn)窯粒鐵法。此法由于作業(yè)率低、產(chǎn)量小、耐火材料消耗高等重在缺點(diǎn)，近年來(lái)逐漸被淘汰。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。 熔融還原法 ? 1 概述 ? 熔融還原法是指不以焦炭為燃料，以煤炭為主要能源，使用天然富礦、人造富礦（燒結(jié)礦或球團(tuán)礦）取代高爐生產(chǎn)液態(tài)生鐵的方法。 ? 熔融還原煉鐵法與直接還原煉鐵法不同，熔融還原的發(fā)展目標(biāo)是代替高爐煉鐵法，產(chǎn)品是與高爐鐵水性質(zhì)相近的液態(tài)生質(zhì)，仍是轉(zhuǎn)爐煉鋼的原料；而直接還原煉鐵法產(chǎn)品是海綿鐵，代替廢鋼供電爐煉鋼使用。 ? 熔融還原的特點(diǎn)是在煉鐵過(guò)程中，使?fàn)t渣和生鐵熔化而分離，從而可以脫除煤灰分和礦石的脈石。這樣它對(duì)原料、燃料的要求不像直接還原煉鐵法那樣嚴(yán)格。因此，熔融還原煉鐵法是具有相當(dāng)?shù)木範(fàn)幠芰蛷V闊的前景的煉鐵方法。 ? 2 工藝流程 ? 熔融還原發(fā)展過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)兩種方法：一步法和二步法。一步法熔融還原是在一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)完成鐵礦石還原和渣鐵分離全部過(guò)程的方法。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。在眾多的試驗(yàn)中，一步法都沒(méi)有獲得成功，從 20世紀(jì) 70年代始，國(guó)內(nèi)外研究開(kāi)發(fā)的大多數(shù)是二步法。 ? Corex 法是奧地利和德國(guó)于 20世紀(jì) 70年代末聯(lián)合開(kāi)發(fā)的，是目前惟一已形成生產(chǎn)能力的熔融還原煉鐵法，而且其投資、生產(chǎn)成本、鐵水質(zhì)量等幾個(gè)方面已經(jīng)基本上可以與傳統(tǒng)的焦炭高爐煉鐵法相竟?fàn)帯? ? Corex 法由預(yù)還原豎爐子和熔融制氣爐（也稱(chēng)為終還原爐或熔融氣化爐）串聯(lián)，再加上煤氣除塵和調(diào)溫系統(tǒng)組成，它的工藝流程如圖 27所示。 ? 圖 27 Corex 法示意圖 ? 1熔融氣化爐； ? 2預(yù)還原豎爐； ? 3煤倉(cāng)； ? 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。 ? Corex法的預(yù)還原豎爐類(lèi)似于 Midrex直接還原煉鐵法的豎爐，采用天然富塊礦或球團(tuán)礦作為含鐵料，從熔融制氣爐來(lái)的還原煤氣（ CO+H2之和大于 95%，以 CO為主）將鐵礦石預(yù)還原，由于豎爐是高效率的還原反應(yīng)器，在短時(shí)間內(nèi)金屬化率就可達(dá)到 90%以上。然后由下部的的螺旋給料器將金屬化的爐料連續(xù)均勻地輸入熔融制氣爐。 ? 熔融制氣爐類(lèi)似于高爐的爐腹和爐缸部位，在上部連續(xù)均勻地輸入金屬氧化物的同時(shí)，煤塊亦從上部加入，而從其下部爐缸風(fēng)口鼓入氧氣。氧氣將燃燒成 CO并放出熱量。落下的爐料中殘余的氧化鐵在這里得到最終還原。還原的金屬鐵滲碳，爐料熔化而使渣鐵分離。形成的煤氣上升，從熔融制氣爐上部逸出。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(hù)。 鋼的生產(chǎn)工藝 ? 概述 ? 轉(zhuǎn)爐煉鋼法 ? 平爐煉鋼法 ? 電爐煉鋼法 ? 鋼和鐵都是以鐵元素為基本成分的鐵碳合金。生鐵和鋼所以在性能上有較大的差異，主要原因是由于含碳量的不同使鐵碳合金的組織結(jié)構(gòu)不同而造成的。生鐵除了含有較高的碳外，還含有一定量的的其它雜質(zhì)。 ? 所謂煉鋼，就是通過(guò)冶煉降低生鐵中的碳和去除有害雜質(zhì)，再根據(jù)對(duì)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。因此，煉鋼的基本任務(wù)可歸納為： ? 1 脫碳并將其含量調(diào)整到一定范圍。碳含量不但是引起生鐵和鋼性能差異的決定性因素，同樣也是控制鋼性能的最主要元素。鋼中含碳量增加，則硬度、強(qiáng)度、脆性都將提高，而延展性能將下降。 概述 ? 2去除雜質(zhì)，主要包括： ? （ 1） 脫磷、脫硫：對(duì)絕大多數(shù)鋼種來(lái)說(shuō)， P、 S均為有害雜質(zhì)。 P可引起鋼的冷脆，而 S則引起鋼的熱脆。 ? （ 2 ）脫氧：由于在氧化精煉過(guò)程中，會(huì)鋼液中溶入一定量的氧，它將大大影響鋼的質(zhì)量。一般是向鋼液中加入比鐵有更大親氧力的元素來(lái)降低鋼中的含氧量（如 Al、 Si、Mn等合金） ? （ 3） 去除氣體和非金屬夾雜物：鋼中氣體主要是指溶解在鋼中的氫和氟。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。在一般煉鋼方法中，主要靠碳 氧反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生 CO氣泡的逸出，所引起的熔池沸騰來(lái)降低鋼中氣體和非金屬夾雜物。 ? 3 調(diào)整鋼液成分和溫度。為保證鋼的各種物理、化學(xué)性能還應(yīng)加入適量的合金元素使其含量達(dá)到規(guī)定。 ? 煉鋼的基本過(guò)程是氧化。向鐵液中吹入純氧或加入鐵礦石使鐵被氧化。生成的 FeO溶解在鐵液中，與鐵液中其它元素發(fā)生反應(yīng)。鐵液中的 FeO越多，各種元素被氧化得越劇烈。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。 ? 鐵液中的含碳量降低到一定程度時(shí)，氧化即告完成，鐵液煉成了鋼液。此時(shí)，鋼液中剩余相當(dāng)多的 FeO，因此要在煉鋼爐中和盛鋼桶中加入適量的錳鐵、硅鐵和鋁等脫氧劑進(jìn)行脫氧，來(lái)還原鋼液中的 FeO，以改善鋼的力學(xué)性能。 ? 煉鋼方法主要有轉(zhuǎn)爐法、平爐法、電爐法等。 轉(zhuǎn)爐煉鋼 ? 1 概述 ? 貝塞麥于１８５６年發(fā)明了梨形可動(dòng)式轉(zhuǎn)爐，將熔化的生鐵放入轉(zhuǎn)爐內(nèi)，吹進(jìn)高壓空氣，使生鐵中所含的硅、錳、碳、磷燃燒掉，只花１０分鐘就把１０～１５噸鐵水煉成鋼。若是用攪拌法需幾天時(shí)間才能完成。但是，貝塞麥發(fā)明的轉(zhuǎn)爐是酸性轉(zhuǎn)爐，在酸性轉(zhuǎn)爐環(huán)境中，磷很難被氧化除掉。１８７９年，托馬斯提出了堿性轉(zhuǎn)爐煉鋼法，即采用白云石高溫?zé)傻氖炝希旌辖褂妥龀蓧A性的耐火磚爐襯，冶煉過(guò)程中吹入空氣并加入生石灰。這樣便使整個(gè)反應(yīng)在堿性高溫條件下進(jìn)行，被氧化的磷與石灰結(jié)合起來(lái)，殘留于渣內(nèi)而不返回鋼內(nèi)，脫磷問(wèn)題因此得以解決。 ? 20世紀(jì)中葉，由于制氧機(jī)的制造成功，成本低廉的氧氣在工業(yè)中大量使用，氧氣煉鋼的技術(shù)迅速發(fā)展起來(lái)。 ? 氧氣煉鋼法分為氧氣斜吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法、臥式轉(zhuǎn)爐雙管吹氧法、純氧頂吹的轉(zhuǎn)爐煉鋼法等。 ? 氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐是目前的主要辦法，國(guó)外稱(chēng) LD轉(zhuǎn)爐，美國(guó)稱(chēng)BOF爐。氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法反應(yīng)速度快，生產(chǎn)率高，不需要燃料 ,熱效率高，成為冶金史上發(fā)展最迅速的新技術(shù)，并逐漸取代平爐成為煉鋼方法的主流。與通用的平爐比較，投資少于平爐４０％～５０％；效率高于平爐３～５倍，所需勞力少，占用場(chǎng)地小，煉鋼時(shí)間短，鋼的成本低，質(zhì)量高。純氧頂吹煉鋼法出現(xiàn)后，世界鋼產(chǎn)量急劇增長(zhǎng)，各種高質(zhì)量的特種鋼也煉制出來(lái)。 ? 下面主要介紹頂吹轉(zhuǎn)爐工藝技術(shù)。 ? 2 設(shè)備 ? （ 1）轉(zhuǎn)爐主體設(shè)備 ? 轉(zhuǎn)爐主體設(shè)備是實(shí)現(xiàn)煉鋼工藝的主要設(shè)備，它由爐體、爐體支撐裝臵和爐體傾動(dòng)機(jī)構(gòu)等組成，見(jiàn)圖 28。 圖 28 轉(zhuǎn)爐爐體結(jié)構(gòu) 1爐殼； 2擋渣板； 3托圈； 4軸承及軸承座； 5支撐系統(tǒng)； 6耳軸； 7制動(dòng)裝臵； 8減速機(jī)； 9電機(jī)及制動(dòng)器 ? 爐殼：由錐形爐帽、圓筒形爐身及球形爐底三部分組成。各部分用鋼板成型后再焊接成整體。鋼板厚度主要取決于爐子容量，爐殼和損壞主要是產(chǎn)生裂紋和變形。因此，要求爐殼材質(zhì)有良好的焊接性能和抗蠕變性能。為防止?fàn)t帽變形，近年來(lái)廣泛采用水冷爐口。 ? 托圈：其主要作用是支撐爐體，傳遞傾動(dòng)力矩。大、中型轉(zhuǎn)爐托圈，一般用鋼板焊接成箱式結(jié)構(gòu)，可通水冷卻。托圈與耳軸連成整體，轉(zhuǎn)爐則坐落在托圈上。 ? 耳軸：轉(zhuǎn)爐工藝要求爐體應(yīng)能正反旋轉(zhuǎn) 3600，在不 同操作期間，爐子要處于不同的傾動(dòng)角度。為此，轉(zhuǎn)爐有兩根旋轉(zhuǎn)耳軸，一側(cè)耳軸與傾動(dòng)機(jī)構(gòu)相連而帶動(dòng)爐子旋轉(zhuǎn)。 ? 傾動(dòng)機(jī)構(gòu)：其作用是傾動(dòng)爐體，以滿(mǎn)足兌鐵水、加廢鋼、取樣、出鋼和倒渣等操作的要求。 ? （ 2）供氧系統(tǒng)設(shè)備 ? 煉鋼時(shí)用氧量極大，要求供氧及時(shí)、氧壓穩(wěn)定、安全可靠。供氧系統(tǒng)由輸氧管道、閥門(mén)和向轉(zhuǎn)爐吹氧的吹氧管裝臵等設(shè)備組成。結(jié)構(gòu)如圖 29所示。 圖 29 吹氧管基本結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 1吊環(huán)； 2中心管； 3中層管； 4上托座； 5外層管； 6下托座； 7噴頭 ? 吹氧管是槍身、槍尾與噴頭組成。 ? 槍尾與進(jìn)水管、出水管和進(jìn)氧管相連，槍尾的另一端與槍身的三層套管連接，槍尾還有與升降小車(chē)固定的裝卡結(jié)構(gòu)，在它的端部有更換氧槍時(shí)吊掛用的吊環(huán)。 ? 槍身是三根同心管。 ? 內(nèi)層管通氧氣，上端用壓緊密封裝臵牢固地裝在槍尾，下端焊接在噴頭上。 ? 外層管牢固地固定在槍尾和槍頭之間。當(dāng)外層管承受爐內(nèi)外顯著的溫差變化而產(chǎn)生膨脹和收縮時(shí)，內(nèi)層管上的壓緊密封裝臵允許內(nèi)層管在其中自由豎直伸縮移動(dòng)。 ? 中間管是分離流過(guò)氧槍的進(jìn)、出水之間的隔板，冷卻水由內(nèi)層管和中間管之間的環(huán)狀通路進(jìn)入，下降至噴頭后轉(zhuǎn)180176。經(jīng)中間管與外層管形成的環(huán)狀通路上升至槍尾流出。 ? 3 工藝流程 ? 氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼，就是利用氧氣將鐵水中的碳、硅、錳、磷