【正文】 工藝靈活性大，能有效地除去硫、磷等雜質(zhì)，爐溫容易控制，設備占地面積小，適于優(yōu)質(zhì)合金鋼的熔煉。 ? 利用電極電弧產(chǎn)生的高溫熔煉礦石和金屬的電爐。感應加熱時產(chǎn)生的渦流，對熔體有攪動作用，使鋼的成分均勻一致。 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 （ 1）電爐煉鋼的分類及功用 ? 電爐煉鋼是用電作為熱源進行鋼鐵冶煉的方法，它有兩種形式：一是電弧爐，一是感應爐。 電爐煉鋼 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 電弧爐煉鋼： 利用石墨電極和金屬爐料之間形成的電弧高溫加熱和熔化金屬 ， 金屬熔化后加入鐵礦石 、 熔劑等 ，并吹氧 ， 以加速鋼中的碳 、硅 、 錳 、 磷等元素的氧化 。 ? 國外 150t以上的電爐幾乎都用于冶煉普通鋼 ， 許多國家電爐鋼產(chǎn)量的 60～80％ 均為低碳鋼 。 ? 以廢鋼為原料的電爐煉鋼 ， 比之高爐轉(zhuǎn)爐法基建投資少 ， 同時由于直接還原的發(fā)展 ， 為電爐提供金屬化球團代替大部分廢鋼 ， 因此就大大地推動了電爐煉鋼 。 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 轉(zhuǎn)爐的結構圖 氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 ? 電爐煉鋼法主要利用電弧熱 ， 在電弧作用區(qū) ， 溫度高達 4000℃ 。 ? 在一定限度內(nèi) ， 爐容量越大 ， 經(jīng)濟效果越好 ， 因此頂吹轉(zhuǎn)爐迅速走向大型化 。 這種轉(zhuǎn)爐如吹的是高壓工業(yè)純氧 ， 反應更為劇烈 ， 能進一步提高生產(chǎn)效率和鋼的質(zhì)量 。 如果空氣是從爐低吹入 ， 那就是低吹轉(zhuǎn)爐 。 這時應立即停止鼓風 ， 并把轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)到水平位置 ，把鋼水傾至鋼水包里 ， 再加脫氧劑進行脫氧 。磷酸亞鐵再跟生石灰反應生成穩(wěn)定的磷酸鈣和硫化鈣 ， 一起成為爐渣 。 爐口由于溢出的一氧化炭的燃燒而出現(xiàn)巨大的火焰 。 這時液態(tài)生鐵表面劇烈的反應 ， 使鐵 、 硅 、 錳氧化 (FeO,SiO2 , MnO) 生成爐渣 ，利用熔化的鋼鐵和爐渣的對流作用 ， 使反應遍及整個爐內(nèi) 。 轉(zhuǎn)爐的外形就像個梨 ， 內(nèi)壁有耐火磚 ，爐側有許多小孔 （ 風口 ） ， 壓縮空氣從這些小孔里吹爐內(nèi) ， 又叫做側吹轉(zhuǎn)爐 。 因此轉(zhuǎn)爐煉鋼不需要另外使用燃料 。 把空氣鼓入熔融的生鐵里 ， 使雜質(zhì)硅 、 錳等氧化 。 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 堿性平爐煉鋼：以液態(tài)生鐵或廢鋼為原料；利用爐氣和礦石供氧；以氣體或液體燃料供熱 。 一個年產(chǎn)1200萬噸鋼的鋼廠 ， 只要建成六個 250~300t的純氧頂吹轉(zhuǎn)爐就夠了 ，如果修建平爐卻需要 500t的大型平爐 30~40座 。 近年來 ， 除澆鑄大型鑄件或供水壓機等成材的大鋼錠 ， 平爐煉鋼仍在發(fā)揮其作用外 ， 由于純氧頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼技術的發(fā)展 ， 轉(zhuǎn)爐鋼的產(chǎn)量大幅度增長 ， 世界各國平爐鋼產(chǎn)量才逐年下降 。 進而發(fā)展成為風行世界的主要煉鋼方法 。 也就是今天的平爐 ， 并用于煉鋼生產(chǎn) ， 平爐煉鋼法 ， 擴大了原料的來源 ， 生鐵 ， 廢鋼 、 鐵屑 、 熟鐵 、 鐵礦石均可 。 ?隨后 ， 又出現(xiàn)了蓄熱式爐 ， 由于這種煉鋼爐形狀低平又有一個平展的熔池 ， 所以被稱為 “ 平爐 ” 。 同時除去其中的其他有害雜質(zhì) 。 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 ?煉鋼技術的發(fā)展 ， 已有 200多年的歷史 。 造渣除 P、 S： 脫氧：消除鋼中的氧化雜質(zhì) ， 提高鋼的質(zhì)量 。 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 煉鋼的基本過程： 鐵元素的氧化： 2〔 Fe〕 ＋ ｛ O2｝ ＝ 2（ FeO） 〔 Si〕 〔 Mn〕 〔 P〕 〔 C〕 ＋ ( F e O） （ SiO2） （ MnO） （ P2O5） （ CO） ＋ 〔 Fe〕 鐵元素的再還原： 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 2P + 5FeO + 4CaO = 5Fe + 4CaO ? 目前各國采用的煉鋼方法有轉(zhuǎn)爐煉鋼、電爐煉鋼和平爐煉鋼等，而主要發(fā)展趨勢為純氧頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼。逸出煤氣經(jīng)除塵后，部分煤氣調(diào)溫到 800850℃ ，再輸入上部的預還原豎爐供礦石預還原使用，多余的部分煤氣則外供給其它用戶。還原的金屬鐵滲碳，爐料熔化而使渣鐵分離。氧氣將其燃燒成 CO并放出熱量。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。 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 1熔融氣化爐； 2預還原豎爐； 3煤倉； 4熱旋風除塵器； 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 法是奧地利和德國于 20世紀 70年代末聯(lián)合開發(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)量等幾個方面已經(jīng)基本上可以與傳統(tǒng)的焦炭高爐煉鐵法相竟爭。二步法熔融還原在預還原爐內(nèi)進行鐵礦石預還原，然后進入終還原器內(nèi)進一步還原和使渣鐵熔化分離，并產(chǎn)生還原性氣體供預還原使用。 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 工藝流程 ? 熔融還原發(fā)展過程中出現(xiàn)過兩種方法：一步法和二步法。這樣它對原料、燃料的要求不像直接還原煉鐵法那樣嚴格。 ? 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。 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 ， 近年來逐漸被淘汰 。 回轉(zhuǎn)窯所產(chǎn)生的廢氣從進料端吸走 ， 高溫廢氣可余熱利用 。 ? 爐料與爐氣呈逆向運動 ， 在運動過程中 ， 爐料在預熱段被加熱 ， 使水分蒸發(fā)和石灰石分解 ， 達到 800℃ 后 ， 煤中的固體碳開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， 放出熱量以滿足還原反應的要求 ， 產(chǎn)品排出窯后進入回轉(zhuǎn)冷卻筒冷卻得到海綿鐵或粒鐵 ， 也可熱送電爐直接煉鋼 。 窯頭外設有燒嘴燃燒燃料 。 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 ? 原料 （ 鐵礦石 、 煤粒 、 熔劑 ） 從窯尾加入圓形回轉(zhuǎn)窯中 。 ? 直接還原法煤基回轉(zhuǎn)窯中應用最廣泛，而且最具有代表性的一種方法就是SL/RN法。 ? 沿窯長方向分兩個區(qū)：預熱區(qū) 煤燃燒將原料的混合物加熱至還原溫度；還原區(qū) 煤進一步燃燒為生產(chǎn)海綿鐵提供熱量。 ? 煤燃燒所需要的空氣通過風管沿軸向吹入窯中，風管安裝在沿窯長方向的不同部位。 ? 此法的重要設備是回轉(zhuǎn)窯。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。煤基法使用的煤還要求灰分含量低（ 25%）和含硫量低 (%)。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，然后進入豎爐循環(huán)使用。爐料在爐內(nèi)停留約 6小時，含鐵礦石被 CO和 H2還原，被還原的海綿鐵的金屬鐵含量在 92%以上。 ? CH4 ＋ H2O →CO ＋ 3H2 (天然氣裂化反應 ) ? 球團礦或天然塊礦從爐頂通過布料器（或多個加料管）合理地布入爐中，在還原區(qū)與 CO、 H2進行還原反應。圖 24是它的生產(chǎn)流程示意圖。它由供料系統(tǒng)、還原豎爐、煙氣處理、天然氣重整爐組成。 ? 氣基法的典型代表是 Midrex法。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氫化合物轉(zhuǎn)化為 CO和 H2。 幾種主要的直接還原煉鐵法 ? 根據(jù)使用的燃料不同，直接還原煉鐵法分為兩大類：用煤氣作氣體還原劑和載熱體的氣基法；以固體煤作為還原劑和熱源的煤基法。 ? 直接還原法煉鐵法對于還原性和軟化溫度也有嚴格要求。所以直接還原煉鐵法使用的礦石要求 SiO Al2O3等的含量＜ 3% 5%。 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 。 海綿鐵的穩(wěn)定增長和電爐煉鋼的增長有顯著關系 。 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 ， 使直接還原技術簡化 ， 而且產(chǎn)量提高 。因而需要加入直接還原鐵來稀釋它們。 ? （ 3）廢鋼（多數(shù)是從社會收集的廢鋼）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。 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 ? 直接還原煉鐵法已有百余年的歷史，先后提出各種不同的工藝方法 400余種，但是真正成為工業(yè)生產(chǎn)方法的只有少數(shù)幾種，而且是到 20世紀 60年代才有重大突破，這是因為： ? （ 1）冶金焦的價格大幅度上漲，而石油、天然氣大量開發(fā)使用，特別是高效率天然氣轉(zhuǎn)化法的應用，提供了直接還原煉鐵法需要的還原煤氣，解決能源的來源和價格問題。 電爐精煉的主要任務是熔化脫除雜質(zhì)和調(diào)整鋼的成分 ， 而不是氧化脫碳 。 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 。 Fe2O3＋ 3CO＝ 2Fe＋ 3CO2 高溫 CO還原氧化鐵 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 煉鐵： 鐵礦石（化合態(tài)） →鐵單質(zhì)（游離態(tài)） （ 1）基本反應原理： 3CO+ Fe2O3=====2Fe+3CO2 高溫 利用氧化還原反應，在高溫下，用還原劑（主要是 CO)從鐵礦石中還原出鐵。 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 鞍鋼 2023立方米高爐外景圖 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 鐵氧化物的生成與分解是逐級進行的，當溫度＞ 570℃ 時，稱為高溫轉(zhuǎn)變： 當溫度＜ 570℃ 時，稱為低溫轉(zhuǎn)變： 高爐內(nèi)主要還原劑是 CO、 C（在噴吹燃料時煤氣中 H2含量明顯增加），還原基本分為 間接還原 與 直接還原 兩大類。 ? 渣鐵處理系統(tǒng)： 處理好從渣鐵口排放的高溫液態(tài)渣鐵是保證高爐正常生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié) ， 它包括爐前出鐵場及設備 ， 渣鐵輸送設備 、 鑄鐵機 ， 鐵水爐外處理設備 ， 水渣場等 。 ? 燃料噴吹系統(tǒng)： 為緩解焦煤資源短缺而采用的噴出燃料技術已普及，它包括煤粉制備、儲存、空壓機、高壓泵及一系列管道閥門輸送設備及噴槍等。 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 ? 原料系統(tǒng)： 煉鐵原料主要包括鐵礦石、焦炭、石灰石（和白云石）、錳礦石和一些鐵礦石的替代品。 除塵系統(tǒng) 。 送風系統(tǒng) 。 煉鐵產(chǎn)品及副產(chǎn)品： ? 煉鋼的目的 ：除去生鐵中多余的碳和大量雜質(zhì)元素 ， 使其化學成分達到鋼的要求 。 爐渣 （ 副產(chǎn)品 ） ：含 SiO CaO和 Al2O3的鋁硅酸鹽 ， 主要用于生產(chǎn)水泥 。 建立了作為生鐵精煉爐的轉(zhuǎn)爐 、 平爐 、 電爐的煉鋼法 。 第二個發(fā)展階段 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 第三個發(fā)展階段 19世紀中期至今 ， 以生鐵為原料在高溫下精煉成鋼 ， 一直是鋼鐵生產(chǎn)的主要方法 。 后來將生鐵作原料和礦石 、 木炭一起在爐內(nèi)再進行冶煉 ， 得到性能比生鐵好的粗鋼 （ 也叫熟鐵 ）