【正文】 則坐落在托圈上。 ? 托圈：其主要作用是支撐爐體，傳遞傾動(dòng)力矩。因此，要求爐殼材質(zhì)有良好的焊接性能和抗蠕變性能。各部分用鋼板成型后再焊接成整體。 ? 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，見圖 28。純氧頂吹煉鋼法出現(xiàn)后，世界鋼產(chǎn)量急劇增長，各種高質(zhì)量的特種鋼也煉制出來。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。 ? 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。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，殘留于渣內(nèi)而不返回鋼內(nèi)，脫磷問題因此得以解決。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。 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。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，來還原鋼液中的 FeO，以改善鋼的力學(xué)性能。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。生成的 FeO溶解在鐵液中，與鐵液中其它元素發(fā)生反應(yīng)。 ? 煉鋼的基本過程是氧化。 ? 3 調(diào)整鋼液成分和溫度。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。 ? （ 2 ）脫氧：由于在氧化精煉過程中，會(huì)鋼液中溶入一定量的氧，它將大大影響鋼的質(zhì)量。 概述 ? 2去除雜質(zhì)，主要包括： ? （ 1） 脫磷、脫硫：對(duì)絕大多數(shù)鋼種來說， P、 S均為有害雜質(zhì)。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。 ? 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(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。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。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。還原的金屬鐵滲碳，爐料熔化而使渣鐵分離。氧氣將燃燒成 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。 ? 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。 ? Corex 法是奧地利和德國于 20世紀(jì) 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(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)?。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。 ? 2 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(duì)原料、燃料的要求不像直接還原煉鐵法那樣嚴(yán)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(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。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。 ? 若爐料在回轉(zhuǎn)窯中經(jīng)過預(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，這就是回轉(zhuǎn)窯粒鐵法?；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。形成的廢氣則由窯尾排出。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)。圖 26為SL/RN法工藝流程。 ? 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。 ? 沿窯長方向分兩個(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。 ? 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。 ? 此法的重要設(shè)備是回轉(zhuǎn)窯，它的示意圖如圖 25所示。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(jìn)入豎爐循環(huán)使用。爐料在爐內(nèi)停留約 6小時(shí)，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(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)。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?xì)浠衔镛D(zhuǎn)化為 CO和 H2。 ? 3 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(duì)于還原性和軟化溫度也有嚴(yán)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(guān)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(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。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(huì)收集的廢鋼）中往往含有某些對(duì)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。 ? 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(jì) 60年代才有重大突破，這是因?yàn)椋? ? （ 1）冶金焦的價(jià)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(yīng)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(jià)格問題。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。 ? 生鐵形成過程中，還伴隨著有害元素硫，磷等的去除。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)。隨著爐料從還原地帶向下方運(yùn)動(dòng)，煤氣中 CO分解形成的碳黑具有很高的活性，它附著或覺積在海綿鐵表面的孔隙里，使其滲 C，形成鐵的碳化物。 ? （ 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。隨著成分的變化，爐渣的熔點(diǎn)逐步升高，但它進(jìn)入了高溫區(qū)，有足夠的熱量對(duì)它加熱，保證它透過爐內(nèi)的焦炭區(qū)，而匯集在爐缸中，在鐵液的上面形成渣層。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)。 ? （ 2）造渣過程 ? 造渣過程是物料尚處在固體狀態(tài)下就開始的。 ? 間接還原的特點(diǎn)之一是反應(yīng)可逆。以FeO與 CO為例，反應(yīng)式是： ? FeO ┼ CO ─ Fe ┼ CO 2 ? 鐵的直接還原是指利用固體碳和鐵氧化物反應(yīng)生成鐵的過程。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。上升的高爐煤氣流，由于將能量傳給爐料而溫度不斷下降，最終形成高爐煤氣從爐頂導(dǎo)出管排出。礦石中未被還原的物質(zhì)形成熔渣，實(shí)現(xiàn)渣鐵分離。海綿鐵在 10001100℃ 的高溫下溶入大量的碳，因而鐵的熔點(diǎn)下降，形成了生鐵。 ? 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 。 ? 從風(fēng)口鼓入的熱風(fēng)溫度高達(dá) 10001300℃ ，爐料中焦炭在風(fēng)口前燃燒，迅速產(chǎn)生大量的熱，使風(fēng)口附近爐腔中心溫度高達(dá) 1800℃ 以上。在高爐底部的爐缸和爐腹中裝滿焦炭。如圖 24所示。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。在風(fēng)口和鐵口之間還設(shè)有渣口以排放部分爐渣，減輕鐵口負(fù)擔(dān)。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。 ? 圖 23 高爐的結(jié)構(gòu) ? 1爐底耐火材料； ? 2爐殼； ? 3生產(chǎn)后爐內(nèi)磚襯侵蝕線； ? 4爐喉鋼磚； ? 5煤氣導(dǎo)出管； ? 6爐體夸襯； ? 7帶凸臺(tái)鑲磚冷卻壁； ? 8鑲磚冷卻壁； ? 9爐底碳磚； ? 10爐底水冷管； ? 11光面冷卻壁； ? 12耐熱基墩； ? 13基座 ? 在高爐爐頂設(shè)有裝料裝臵，通過它將冶煉用的爐料（由焦炭和礦石按一定比例組成）按批裝入爐內(nèi)?，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。 ? 3 主要設(shè)備 ? 高爐是用焦炭、鐵礦石和熔劑煉鐵的一種豎式的反應(yīng)爐（如圖 23）。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%。為充分利用鋼鐵工業(yè)廢棄物，有些高爐用高堿度的轉(zhuǎn)爐鋼渣代替堿性熔劑。高爐最常用的是堿性熔性，即石灰石和白云石等。 ? （ 3）熔劑 ? 礦石中的脈石與焦炭中的灰分，其主要成分是酸性氧化物，它們的熔點(diǎn)均較高（ SiO2 1713℃ ,Al2O3 2050℃ ），在高爐冶煉條件下很難熔化，為使其形成低熔點(diǎn)物質(zhì)，需加入一定數(shù)量助熔劑（簡稱熔劑），以形成許