【正文】 （熔劑：石灰石） 煉鐵的主要反應(yīng)過程 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 現(xiàn)象： ____________________ 方程式： _________________ 固體由紅變黑 ,石灰水變渾濁。 （ 3）設(shè)備：高爐 （ 2）原料： 鐵礦石、焦炭、石灰石 、空氣 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 C+O2=CO2 CO2+C=2CO 3CO+Fe2O3 =2Fe+3CO2 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 非高爐煉鐵法 1. 直接還原煉鐵法 直接還原法 是指在鐵礦石熔化溫度下把鐵礦石還原成海綿鐵的煉鐵生產(chǎn)過程 ， 產(chǎn)品叫直接還原鐵或海綿鐵 。 礦石中的脈石成分既不能熔化造渣脫除 ， 也不能被還原 ， 因而直接還原鐵中幾乎保留了鐵礦石中的全部脈石雜質(zhì) ， 實(shí)際生產(chǎn)中仍需要用電爐精煉成鋼 。 直接還原法 電爐串聯(lián)生產(chǎn)鋼 ， 形成了一個(gè)新的鋼鐵冶金生產(chǎn)工藝流程 。 ? （ 2）電爐煉鋼迅速發(fā)展，超高功率新技術(shù)的應(yīng)用使電爐煉鋼得到高速發(fā)展，合格的廢鋼供應(yīng)不足，大大擴(kuò)展了直接還原鐵的需求。而隨著廢鋼的循環(huán)利用，它們在鋼中的含量會越積越多。 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 ? （ 4） 選礦技術(shù)的提高 ， 擴(kuò)大了直接還原煉鐵法的礦石資源 。 ? 從本世紀(jì) 70年代中期以來 ， 世界鋼產(chǎn)量一直在 7億噸左右 ， 而海綿鐵的產(chǎn)量卻逐年增加工廠 ， 60年代年產(chǎn)幾十萬噸到 1997年已發(fā)展到年產(chǎn) 3620萬噸 。 少量金屬化率較低的直接還原鐵還可用于高爐 ， 以提高產(chǎn)量和降低焦比 。 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 含鐵原料 ? 品位的高低是最重要的品質(zhì)，由于直接還原鐵大多用于電爐煉鋼，它的殘留脈石會使電爐煉鋼電耗升高，生產(chǎn)率降低，爐襯壽命縮短，危害較大。危害電爐鋼品質(zhì)的有害元素，如銅、砷等則因?yàn)殡姞t鋼品種不同而有不同的要求。因?yàn)檫€原性是影響直接還原煉鐵法生產(chǎn)率的最重要因素，因此這種方法只使用還原性好的球團(tuán)礦或塊礦。 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 （ 1）氣基法 ? 氣基法中的煤氣常用天然氣、焦?fàn)t煤氣、液化石油氣、重油等轉(zhuǎn)化制造。 ? 目前為止，無論從產(chǎn)量還是產(chǎn)能上看，氣基法占主導(dǎo)地位，約占 90%左右。 Midrex氣基法屬豎爐法，為美國米德萊克斯（ Midrex）公司所發(fā)明，是目前最完善、生產(chǎn)能力最強(qiáng)、使用最普遍的直接還原煉鐵法。這種方法生產(chǎn)的海綿鐵占直接還原煉鐵法生產(chǎn)海綿鐵總量的 60%以上。 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 ? 天然氣進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐內(nèi)，在鎳基觸媒的催化下，通過天然氣裂化反應(yīng)將其轉(zhuǎn)化成煤氣和氫氣。還原氣入爐時(shí)溫度為 750900℃ ，送入距豎爐頂部 2/3處的還原帶。然后海綿鐵進(jìn)入下部沒有磚襯的冷卻帶，用專門的冷卻氣或爐頂氣冷卻，冷卻到 30℃ 時(shí)排出爐外，可保證海綿鐵在大氣中不再氧化，細(xì)碎的產(chǎn)品可壓制成塊存放，供電爐熔煉使用。反應(yīng)方程式為； ? Fe2O3 ＋ 3H2 →2Fe ＋ 3H2O ? Fe2O3 ＋ 3CO →2Fe ＋ 3CO2 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 （ 2）煤基法 ? 煤基法使用的煤以煙煤為宜，這種煤能夠與 CO2反應(yīng)生成 CO（生產(chǎn)中稱這種性能叫煤的反應(yīng)性），煤中灰分的熔化溫度一般要求在 1150℃ 以上，即高于直接還原法操作溫度 50100℃ ，以避免析出的灰分與爐料和爐墻發(fā)生粘連，造成生產(chǎn)操作故障。 ? 回轉(zhuǎn)窯法是煤基法中最重要、最有價(jià)值、應(yīng)用較廣的工藝?；剞D(zhuǎn)窯的優(yōu)點(diǎn)是能夠直接使用固體煤作為能源，能有效地除去某些雜質(zhì)；缺點(diǎn)是生產(chǎn)率低，熱效率也低，所以應(yīng)用范圍不廣泛，僅適用于天然氣等資源匱乏地區(qū)。 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 ? 窯體稍有傾斜（ 4%的斜度），窯中裝有耐火襯，在窯頭、窯中、窯尾設(shè)有耐火材料擋圈以增加爐料停留時(shí)間。煤不但是還原劑，同時(shí)還提供所需要的熱量。通過控制向窯內(nèi)吹入的空氣量和噴煤量，可以有效控制窯內(nèi)的反應(yīng)。 SL/RN是由美國、德國、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。 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 。 形成的廢氣則由窯尾排出 。 回轉(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 。 ? 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 。 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 ? 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。 ? 熔融還原的特點(diǎn)是在煉鐵過程中，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。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。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程的方法。在眾多的試驗(yàn)中，一步法都沒有獲得成功，從20世紀(jì) 70年代始，國內(nèi)外研究開發(fā)的大多數(shù)是二步法。 ? Corex 法由預(yù)還原豎爐子和熔融制氣爐（也稱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。 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 ? Corex法的預(yù)還原豎爐類似于 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。 ? 熔融制氣爐類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。落下的爐料中殘余的氧化鐵在這里得到最終還原。形成的煤氣上升，從熔融制氣爐上部逸出。 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 平爐煉鋼過程 ? 煉鋼的方法有很多種，其基本原理是相同的，所不同的是在冶煉過程中需要的氧和熱能來源不同，所用的設(shè)備和操作方法不同。至 1976年，轉(zhuǎn)爐鋼已占世界鋼總產(chǎn)量的 70％。P 2O5 FeS + CaO = FeO + CaS 由于 P、 S元素的存在嚴(yán)重影響鋼的性能，所以必須脫除。 合金化：按照不同鋼種對合金元素成分的要求 ， 進(jìn)行合金化處理 。 基本原理就是在冶煉過程中 ， 對生鐵進(jìn)行脫碳 。 ?現(xiàn)代煉鋼方法中最先誕生的是空氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法或稱貝斯曼煉鋼法（ 1856年 ） 。 這種煉鋼法也稱為 “ 平爐煉鋼法 ” 。 所以在 20世紀(jì) 60年代以前 ， 得到迅速發(fā)展 。 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 ?五十年代以前 ， 平爐鋼占世界鋼產(chǎn)量的 85％ 。 ?平爐煉鋼法的最大缺點(diǎn)是冶煉時(shí)間長 （ 一般需要 6~8h） ， 燃料耗損大 （ 熱能的利用只有 20~25％ ） ， 基建投資和生產(chǎn)費(fèi)用高 。 ?雖然目前世界上仍在生產(chǎn)的平爐已普遍采用氧氣煉鋼 ， 生產(chǎn)率有較大的提高 ， 但除塵系統(tǒng)復(fù)雜 ， 投資高昂 ， 因此平爐煉鋼不再發(fā)展 ， 甚至有拆除改建為頂吹或底吹轉(zhuǎn)爐的趨勢 。 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 轉(zhuǎn)爐煉鋼過程 轉(zhuǎn)爐煉鋼過程 這種煉鋼法使用的氧化劑是氧氣 。 在氧化的過程中放出大量的熱量 （ 含 1%的硅可使生鐵的溫度升高 200攝氏度 ） ， 可使?fàn)t內(nèi)達(dá)到足夠高的溫度 。 轉(zhuǎn)爐煉鋼是在轉(zhuǎn)爐里進(jìn)行 。 開始時(shí) ， 轉(zhuǎn)爐處于水平 ， 向內(nèi)注入 1300攝氏度的液態(tài)生鐵 ， 并加入一定量的生石灰 ， 然后鼓入空氣并轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)爐使它直立起來 。 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 幾分鐘后 ， 當(dāng)鋼液中只剩下少量的硅與錳時(shí) ， 碳開始氧化 ， 生成一氧化碳 （ 放熱 ） 使鋼液劇烈沸騰 。 最后 ， 磷也發(fā)生氧化并進(jìn)一步生成磷酸亞鐵 。 當(dāng)磷與硫逐漸減少 ， 火焰退落 ， 爐口出現(xiàn)四氧化三鐵的褐色蒸汽時(shí) ， 表明鋼已煉成 。 整個(gè)過程只需 15分鐘左右 。 隨著制氧技術(shù)的發(fā)展 ， 現(xiàn)在已普遍使用氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐 （ 也有側(cè)吹轉(zhuǎn)爐 ） 。 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 ? 目前純氧頂吹轉(zhuǎn)爐隨著氧槍的多孔噴頭的研制成功 ， 大大提高了單位時(shí)間內(nèi)的供氧量 ， 并由于操作技術(shù)上的革新 （ 例如 ， 用電子計(jì)算技術(shù)來調(diào)節(jié) 、 控制冶煉過程 ） ， 不論轉(zhuǎn)爐容量的大小 ， 吹煉時(shí)間基本上相差不多 ， 即使 300t轉(zhuǎn)爐 ， 凈吹氧時(shí)時(shí)也可縮短到 12min左右 。 現(xiàn)在世界上最大的轉(zhuǎn)爐為 350t， 并且正在研究建造 400～ 450t轉(zhuǎn)爐 。 冶煉過程一般分為熔化期 、 氧化期和還原期 ， 在爐內(nèi)不僅能造成氧化氣氛 ， 還能造成還原氣氛 ， 因此脫磷 、 脫硫的效率很高 。 世界上現(xiàn)有較大型的電爐約 1400座 ， 目前電爐正在向大型 、 超高功率以及電子計(jì)算機(jī)自動控制等方面發(fā)展 ， 最大電爐容量為 400t。 我國由于電力和廢鋼不足 ， 目前主要用于冶煉優(yōu)質(zhì)鋼和合金鋼 。當(dāng)碳 、 磷含量合格時(shí) ， 扒去氧化性爐渣 ． 再加入石灰 、 螢石 、 電石 、 硅鐵等造渣劑和還原劑 ， 形成高堿度還原渣 ， 脫去鋼中的氧和硫 。 ? 感應(yīng)爐只發(fā)生熔化而不發(fā)生冶煉作用，因此可按照需要的成分預(yù)先配好人爐原料。電爐可以冶煉各種性能的合金鋼。氣體放電形成電弧時(shí)能量很集中，弧區(qū)溫度在 3000℃ 以上。電弧爐按電弧形式可分為三相電弧爐、自耗電弧爐、單相電弧爐和電阻電弧爐等類型。 ? 電弧煉鋼爐按每噸爐容量所配變壓器容量的多少分為普通功率電弧爐 、高功率電弧爐和超高功率電弧爐 。 ? 電弧爐以電能為熱源 ， 可調(diào)整爐內(nèi)氣氛 ， 對熔煉含有易氧化元素較多的鋼種極為有利 。 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 （ 2）電爐煉鋼的工藝流程 ? 造渣：調(diào)整鋼、鐵生產(chǎn)中熔渣成分、堿度和粘度及其反應(yīng)能力的操作。例如氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐造渣和吹氧操作是為了生成有足夠流動性和堿度的熔渣，以便把硫、磷降到計(jì)劃鋼種的上限以下，并使吹氧時(shí)噴濺和溢渣的量減至最小。如用單渣法冶煉時(shí)，氧化末期須扒氧化渣；用雙渣法造還原渣時(shí)，原來的氧化渣必須徹底放出，以防回磷等。 （ 4）煉鋼設(shè)備： 轉(zhuǎn)爐，電爐，平爐 （ 3）煉鋼的原料：生鐵，氧氣，生石灰， 硅鐵和錳鐵 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 生鐵和鋼的比較 鐵的合金 生鐵 鋼 含碳的質(zhì) 量分?jǐn)?shù) 雜質(zhì) 機(jī)械加工 機(jī)械性能 2%~% %~2% 硅錳 (較多 ) 硫磷 (較多 ) 硅錳 (適量 ) 硫磷 (較少 ) 可鑄不可鍛 可鑄 ,可鍛 ,可壓延 硬而脆 硬而韌 ,有彈性 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 煉鐵和煉鋼的比較 煉鐵 煉鋼 目 的 原 理 原 料 設(shè) 備 把鐵從鐵礦石中 還原出來 降低含碳量 。調(diào)節(jié)合金元素的含量 氧化 還原反應(yīng) 還原劑 還原出鐵 氧化 還原反應(yīng) 氧化劑 氧化雜質(zhì) 除去 鐵礦石、石灰石、 焦碳、空氣 生鐵（廢鋼）、純氧、 氧化鈣 煉鐵高爐 轉(zhuǎn)爐、平爐、電爐 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第