钢铁工业全套生产工艺和设备分析

1、钢铁工业全套生产工艺和设备分析钢铁企业主要工艺流程：采矿-选矿-烧结/球团-炼 铁T炼钢T热轧-冷轧-钢管； 辅助生产工艺：焦化、制氧、燃气、自备电、动力。典型工艺流程工艺流程图焦化厂 主要是生产炼铁所需要的燃烧原料。主要工艺是将原煤碳化。 生产工艺为： 配煤、捣固、炼焦、湿熄焦及干熄焦、 余热发电、 回收、 煤化工。配煤：配煤前将原煤经过破碎清俗称：洗煤。国内的煤炭有肥 煤和瘦煤的说法、配煤是将两种煤按照一定燃烧值要求配比混匀捣固：将配比好的煤加入粘结剂用捣固机捣制成煤饼的形状。炼焦：国内目前的焦炉主要有 3米、4 米、6米、7米和米焦炉。 所谓的米数是指结碳室炉膛的高度。一般一座焦炉的孔数

2、在 55 空左 右。现今主流的焦炉都在 6 米及以上。焦炉技术最早由德国和日本引 进，后为国内消化。熄焦：湿熄焦是在焦炭出炉后由熄焦车运到熄焦塔通过低水分 熄焦工艺将红焦迅速熄灭。 干熄焦是通过专门的熄焦工艺将红焦装入氮罐自然熄灭。余热发电：为干熄焦的配套设备，通过鼓风机将碳罐中氮气引向蒸汽发电机。回收及煤化工：炼焦过程中会产生大量的有毒气体及物质（硫 磺、苯、氢、氖、煤焦油等），但是这些物质又是化工行业所不可缺 少的原材料，所以为了环保和创收，回收及煤化工是焦化厂相当重要 的一个环节。特别要提出来的是五大车：装焦、推焦、拦焦、熄焦、旋转焦罐车也是我们需要相当重视的其中涉及到我们的产品为： 大

3、量的变频器、PLC 以及无线通讯。主要热工设备介绍：炼焦炉炼焦炉，一种通常由耐火砖和耐火砌块砌成的炉子， 用于使煤炭化以 生产焦炭。 用煤炼制焦炭的窑炉。是炼焦的主要热工设备。现代焦 炉是指以生产冶金焦为主要目的、可以回收炼焦化学产品的水平室式 焦炉，由炉体和附属设备构成。焦炉炉体由炉顶、燃烧室和炭化室、 斜道区、蓄热室等部分，并通过烟道和烟囱相连。整座焦炉砌筑在混 凝土基础上。现代焦炉基本结构大体相同，但由于装煤方式、供热方 式和使用的燃料不尽相同，又可以分成许多类型。构造 现代炼焦炉 由炭化室、燃烧室、蓄热室、斜道区、炉顶、基础、烟道等组成。炭化室中煤料在隔绝空气条件下受热变成焦 炭。一座

4、焦炉有几十个炭化室和燃烧室相间配置，用耐火材料（硅砖）隔开。每个燃烧室有 2030个立火道。来自蓄热室的经过预 热的煤气（高热值煤气不预热）和空气在立火道底部相遇燃烧， 从侧面向炭化室提供热量。蓄热室位于焦炉的下部，利用咼温废 气来预热加热用的煤气和空气。斜道区是连接蓄热室和燃烧室的 斜通道。炭化室、燃烧室以上的炉体称炉顶，其厚度按炉体强度 和降低炉顶表面温度的需要确定。炉顶区有装煤孔和上升管孔通 向炭化室，用以装入煤料和导出煤料干馏时产生的荒煤气。还设 有看火孔通向每个火道，供测温、检查火焰之用，根据检测结果， 调节温度和压力。整座焦炉砌筑在坚固平整的混凝土基础上，每 个蓄热室通过废气盘与烟

5、道连接，烟道设在基础内或基础两侧， 一端与烟囱连接。烧结厂烧结矿：将各种粉状铁，配入适宜的燃料和熔剂，均匀混合，然后 放在烧结机点火烧结。在燃料燃烧产生高温和一系列物理化学变化作 用下，部分混合料颗粒表面发生软化熔融，产生一定数量的液相，并 润湿其它未融化的矿石颗粒。冷却后，液相将矿粉颗粒粘结成块。这 一过程就是烧结，所得到的块矿叫烧结矿。球团矿：球团矿是细磨铁精矿或其它含铁粉料造块的又一方法。它是将精矿粉、熔剂（有时还有粘结剂和燃料）的混合物，在造球机中滚成直径815mm（用于炼钢则要 大些）的生球，然后干燥、焙烧，固结成型， 成为具有良好冶金性质的优良含铁原料，供给钢铁冶 炼需要 。球团矿

6、生产的工艺流程一般包括原料准备、配料、混合、造 球、干燥和焙烧、冷却、成品和返矿处理等工序。烧结厂的单位为烧结机炉膛面积： xx 平方烧结机，湖北新冶钢 最大的烧结机为280平方米烧结机，年产入炉烧结矿 3 0 0万吨。小结：利用烧结熟料炼铁对于提高高炉利用系数、降低焦比、 提高高炉透气性透液性保证高炉运行均有一定意义。 烧结厂工艺简单 主要的都是顺序控制加少量的皮带机。 PLC居多变频器要少一些。不 过作为高污染厂矿， 该单位的除尘风机较多而且功率较大， 可以应用 中压变频器。再就是余热发电。炼铁 将金属铁从含铁矿物（主要为铁的氧化物）中提炼出来的工艺 过程，主要有高炉法，直接还原法，熔融还

7、原法，等离子法。 高炉 炼铁是指把铁矿石和焦炭，一氧化碳，氢气等燃料及熔剂，装入高炉 中冶炼 , 去掉杂质而得到金属铁 （生铁）。由于高炉炼铁技术经济指标 良好，工艺简单， 生产量大 , 劳动生产率高 , 能耗低，这种方法生产的 铁占世界铁总产量的 95以上。高炉炼铁是指将烧结矿、球团矿以 及焦炭和溶剂加入钟炉内炼制成铁水。高炉炼铁工艺流程图1高炉炼铁系统主要包括： 高炉本体和辅助系统（原料供应系统， 送风系统，煤气净化系统，渣铁系统） 。1）高炉： 横断面为圆形的炼铁竖炉。用钢板作炉壳，壳内砌耐 火砖内衬。高炉本体自上而下分为炉喉、炉身、炉腰、炉腹 、炉缸 5 部分。高炉生产时从炉顶装入铁矿

8、石、 焦炭、造渣用熔剂（石灰石）， 从位于炉子下部沿炉周的风口吹入经预热的空气。 在高温下焦炭 （有 的高炉也喷吹煤粉、重油、 天然气等辅助燃料）中的碳同鼓入空气中 的氧燃烧生成的一氧化碳和氢气， 在炉内上升过程中除去铁矿石中的 氧，从而还原得到铁。炼出的铁水从铁口放出。铁矿石中未还原的杂 质和石灰石等熔剂结合生成炉渣， 从渣口排出。 产生的煤气从炉顶排 出，经除尘后，作为热风炉、加热炉、焦炉、锅炉等的燃料。高炉冶 炼的主要产品是生铁 ，还有副产高炉渣和高炉煤气。 高炉设备3）原料供应系统4）送风系统： 高炉送风系统包括高炉鼓风机、冷风管路、热风炉、热风管路、 风口以及管路上的各种阀门等。 蓄

9、热式热风炉由拱顶、 燃烧室和蓄热 室等几部分构成。 蓄热式热风炉呈周期性工作， 一个工作周期有燃烧 期、送风期和切炉期三个过程。一般一座高炉有三至四座热风炉。热风围管及风口： 由热风炉送出的热风通过热风总管送到高炉， 再经 热风围管和送风支管， 将热风均匀的分配到每个风口， 以便炉内焦炭 和喷吹燃料进行燃烧。热风围管由钢结构本体、耐火内衬、吊挂装置 和下部电葫芦单轨梁组成。 风口装置主要由风口大套、 风口中套和风 口小套组成。热风炉是为高炉加热鼓风 的设备，是现代高炉不可缺少的重要组成 部分。提高风温可以通过提高煤气热值、 优化热风炉及送风管道结构、 预热煤气和助燃空气、改善热风炉操作等技术措

10、施来实现。理论研 究和生产实践表明，采用优化的热风炉结构、提高热风炉热效率、延 长热风炉寿命是提高风温的有效途径。5）煤气净化系统6）渣铁系统2高炉冶炼配料1）原料主要有铁矿石（天然富矿和人造富矿） 、燃料（焦炭和喷吹燃料） 、熔剂（石灰石与白云石等）。冶炼1t生铁大约需要矿石，焦炭， 熔剂。高炉冶炼是连续生产过程，必须尽可能为其提供数量充足、品 味高、强度好、粒度均匀粉末少、有害杂质少及性能稳定的原料。2）燃料焦炭的作用：发热剂、还原剂及料柱骨架。粒度：大型高炉4060mm中型高炉2540mrp小型高炉 15 5mm；喷吹燃料： 固体（无烟煤与烟煤粉）液体（重油、煤焦油）气体（天然气或焦炉煤

11、气）3）熔剂熔剂主要使用石灰石和白云石熔剂的要求：有效成分含量高（CaO+MO有害杂质S、P低;粒度均匀，强度好，粉末少。熔剂的作用：助熔，改善流动性，使渣铁容易分离；脱硫（焦炭和矿石中 S）。3. 高炉冶炼过程及特点高炉炼铁的本质：传质过程：矿石中的 CT进入煤气中，实现铁与氧的分离。传热过程：煤气携带的热量传给炉料，使炉料熔化成渣铁，实现渣铁分离。高炉生产工艺流程示意图4. 高炉生产主要技术经济指标1）有效容积利用系数：高炉每立方米有效容积每天生产的合格铁水量（t/m3 d）2）入炉焦比（K）:冶炼一吨生铁消耗的焦炭量（kg/t ）3）煤比（或油比）：冶炼一吨生铁消耗的煤粉量或重油（ kg

12、/t ）4）燃料比=焦比+煤比（或油比）5）冶炼强度：高炉每立方米有效容积每天消耗的（干）焦炭量（焦 比一定的情况下）6）生铁合格率：生铁化学成分符合国家标准的总量占生铁总量的指 标。7）休风率：高炉休风时间（不包括计划大、中、小修）占日历工作 时间的百分数。规定的日历作业时间 =日历时间 -计划大中修及封炉时间 休风率反映高炉操作及设备维护的水平。8）生铁成本：生产每吨合格生铁所需原料、燃料、材料、动力、人 工等一切费用的总和，单位：元 /tFe 。9）炉龄（高炉一代寿命）：即从高炉点火开始到停炉大修之间实际运行的时间或产铁量。炉龄长，产铁多，经济效益高转炉炼钢现代炼钢法： 转炉炼钢法 （空

13、气转炉炼钢法、氧气转炉炼钢 法、复合吹炼转炉炼钢 ）、电弧炉炼钢法、平炉炼钢法 。根据炼钢工艺流程，转炉炼钢法可以把炼钢作业分为 4 部分： 冶炼前的铁水预处理工序 、铁水冶炼 、钢水精炼 、钢水浇铸。在铁水进入炼钢炉冶炼前，除去其中的某些有害成分或提取其中某些有益成分的工艺过程。可分为普通铁水预处理和特殊铁水预处理。前者有铁水预脱硫，铁水预脱硅，铁水预脱磷；后者有铁水提钒，铁水提铌，铁水脱铬等。原理：铁水预处理是在原则上 不外加热源的情况下，利用处理剂中活性物质和铁水中待脱除 （ 或 富集）元素进行快速反应，形成稳定的渣相而和铁水分离的过程。 转炉炉体可转动，用于吹炼钢的冶金炉。1）硅（ S

14、i）硅是重要的发热元素， 铁水中含 Si 量高，炉内的化学热增加， 铁水中 Si 量增加 %，废钢的加入量可提高 %。铁水含 Si 量高，渣量增加，有利于脱磷、脱硫。硅含量过高会使渣料和消耗增加，易引起喷溅，金属收得率降低，同时渣中过量的 SiO2，也会加剧对炉衬的侵蚀，影响石灰 渣化速度，延长吹炼时间。通常铁水中的硅含量为 %为宜2）锰（ Mn）锰是发热元素，铁水中Mn氧化后形成的MnO能有效促进石灰 溶解，加快成渣，减少助熔剂的用量和炉衬侵蚀。同时铁水含Mn高，终点钢中余锰高，从而可以减少合金化时 所需的锰铁合金，有利提高钢水纯净度。转炉用铁水对锰与硅比值要求为，目前使用较多的为低锰铁 水

15、，锰的含量为 %3）磷（ P）磷是高发热元素， 对一般钢种来说是有害元素， 因此要求铁水 磷含量越低越好，一般要求铁水P %4）硫（ S） 除了含硫易切削以外，绝大多数钢种要求去除硫这一有害元 素。氧气转炉单渣操作的脱硫效率只有 30%-40%。我国炼钢技术规程 要求入炉铁水的硫含量不超过 %。对铁水带渣量的要求：高炉渣中含硫、SiO2、和Al203量较高，过多的高炉渣进入转炉 内会导致转炉钢渣量大，石灰消耗增加，造成喷溅，降低炉衬寿命， 因此，进入转炉的铁水要求带渣量不得超过 %。 对铁水温度的要求：铁水温度是铁水含物理量多少的标志， 铁水物理热得占转炉热 收入的 50%。应努力保证入炉铁水

16、的温度，保证炉内热源充足和成渣迅速。我国炼钢规定入炉铁水温度应大于 1250C，并且要相对稳定。转炉炼钢原理、工艺流程及设备1、原理：转炉炼钢法同其他炼钢法主要区别在于不借助外加能源， 仅 靠吹入熔池的空气或氧气与生铁水中各种元素的放热氧化反应完 成脱碳和脱除杂质的任务，并将钢液加热到出钢（1600C或更高） 温度。转炉炼钢主要是以液态生铁为原料的炼钢方法。转炉冶炼 的炉料主要为铁水、 造渣料（如石灰、 石英、萤石等）、铁合金（如 硅铁、锰铁等）、脱氧剂（如硅化铁等）以及增碳剂（如碳粉等） ， 为调整温度，可加入废钢及少量的冷生铁块和矿石等。2. 氧气顶吹转炉工艺流程归纳为：“四脱”（碳、氧、

17、磷和硫） “二去”（去气和去夹杂） ， “二调整”（成分和温度）。采用的主要技术手段为：供氧，造渣，升 温，加脱氧剂和合金化操作。1. 氧化 当空气或氧气吹入铁水时， 生铁中易氧化元素就开始氧化 , 产生的氧化物和加入的石灰形成炉渣。 各项元素按其与氧结合能力的 顺序依次氧化。首先氧化的是硅、锰和少量的铁。开始时因温度低 （12001300C），而且石灰溶解很慢，组成低氧化钙的铁-锰-硅酸渣。 随着温度升高，碳开始激烈地进行氧化。随石灰逐渐溶解，炉渣转变 为硅酸钙渣或磷酸钙渣 ,磷和硫亦被脱除 , 熔池铁液中各种元素氧化的先后顺序为硅、钒、锰、铬。碳随着温度的提高而分别先于有关元 素。2. 脱

18、氧 转炉吹炼终了时，钢液中存在着少量过剩的溶解氧，一般 为。其含量主要取决于终点钢水的碳含量。 但在固体钢中氧的溶 解度很低，仅为 ,因此在浇铸后的钢水凝固过程中，氧便以FeO形 式析出, 影响钢的质量。所以 ,要炼成合格的钢 , 就必须脱氧。脱氧是 将与氧亲和力较大的元素及其合金作为脱氧剂加入钢液中， 利用脱氧 产物不溶于钢液而析出上浮脱离钢液的原理 , 使钢中的含氧量降到规 定限度之下。在生产中常用的脱氧元素锰、硅、铝 , 它们的脱氧能力 依次递增。为提高脱氧效率 , 使脱氧产物易于形成大颗粒排出，脱氧 剂的加入一般应采用由弱到强的顺序，即先加锰铁，再加硅铁，最后 加铝（或铝铁）。转炉炼钢

19、主要工艺设备（1）转炉 炉体可转动，用于吹炼钢或吹炼锍的冶金炉。转炉炉体用钢板制成， 呈圆筒形， 内衬耐火材料， 吹炼时靠化学反应热加热， 不需外加热源， 是最重要的炼钢设备，也可用于铜、镍冶炼。转炉按炉衬的耐火材料 性质分为碱性 （用镁砂或白云石为内衬） 和酸性（用硅质材料为内衬） 转炉；按气体吹入炉内的部位分为底吹、顶吹和侧吹转炉；按吹炼采 用的气体，分为空气转炉和氧气转炉。（2）钢包精炼炉用电弧炉熔化炉料，然后将钢液倾入钢包精炼炉中，用氩气进行吹炼，能有效地清除钢液中的气体和夹杂物，提高钢液的质量。在钢包精炼炉基础上发展起来的氩氧脱碳(AOD法和真空氩 氧脱碳(VOD法是冶炼高纯净度钢液

20、，特别是低碳的高纯净度钢 液的先进方法，特别适用于生产高强度钢、超高强度钢等钢种。 钢水炉外精炼是将原来在转炉、电炉完成的部分精炼任务，移到 炉外的钢包或专用容器中进行，以便更有效地获得优质、低耗和 多品种的钢水。转炉、电炉中只承担溶化、去磷、脱硫和升温的 任务，减轻了负担，技术经济指标显著改善。精炼炉:AOD即氩氧脱碳精炼炉，是一项用于不锈钢冶炼的专有工艺。AOD 炉型根据容量有 3t 、6t 、 8t 、10t 、18t 、25t、30t 等。装备水平也 由半自动控制发展到智能计算机控制来冶炼不锈钢。精炼炉:VOD即真空氩氧脱碳精炼炉是在真空状态下进行吹氧脱碳的 炉外精炼炉，它以精炼铬镍不

21、锈钢、超低碳钢、超纯铁素体不锈钢及 纯铁为主。将初炼钢液装入精炼包中放入密封的真空罐中进行吹氧脱 碳、脱硫、脱气、温度调整、化学元素调整。有三个阶段： 1.吹氧阶段 2. 吹氩- 氧混合气体阶段 3. 吹氩阶段精炼炉:LF (ladle furnace) 直流钢包炉是具有加热和搅拌功能的钢包精炼炉。加热一般通过电极加热，搅拌是通过底部透气砖进行的（3）氧枪氧枪是转炉供氧的主要设备， 它是由喷头、 枪身和尾部结构组成。1. 喷头 是用导热性良好的紫铜经锻造和切割加工而成， 也有用压力浇 铸而成的。喷头的形状有拉瓦尔型、直筒型和螺旋型等。目前应用最 多的是多孔的拉瓦尔型喷头。拉瓦尔型喷头是收缩扩张

22、收缩型喷 孔，当出口氧压与进口氧压之比 p出/p0时形成超音速射流。2. 枪身为 3 根（双流氧枪为 4 根）同心的无缝钢管， 下端连接喷头， 上 头端和枪尾相连。3. 枪尾 包括供氧、进水和排水支管及连接法兰和密封胶圈， 通过枪尾 和车间的氧气管网和高压水管网相连接。（4）转炉倾炉系统倾炉系统：变频调速 （变频器+电机+减速机 +大齿轮 ） 倾炉机构：倾炉机构由轨道、倾炉油缸、摇架平台、水平支撑机 构和支座等组成。 钢水浇铸有模铸和连续浇铸（简称“连铸” ）二种方 法。1. 模铸是传统的铸造方法，虽然存在很多缺陷和问题，但不少钢 厂仍然采用模铸作为浇铸的手段。 同时，由于它具有某些特殊的优点， 仍然是某些钢种从钢水变成钢锭的主要浇铸方法。 模铸一般用于浇铸 一些高碳高合金钢以及一些特殊规格要求的坯锭。模铸是传统的浇注方法。 模铸必须要有钢锭模。 钢锭模有不同的 形状及不同型号。 模铸又有上铸和下铸之分， 上铸由于固有的缺陷大 多数情况下已被下铸法所代替。模铸坯的断面形状有方形、圆形、矩 形、多角形等。 钢水模铸开坯成材工艺路线的收得率 低。而