高炉转炉流程课件

2022年12月13日2 钢铁生产主流程2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2.2废钢∕电炉炼钢流程2.3钢的炉外精炼2.4钢的连续浇铸2.5长型材加工2.6扁平材加工2.7钢材的深加工2.8物流和总图运输2022年12月12日2 钢铁生产主流程2.1高炉炼铁∕转2022年12月13日2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程铁矿石还原剂(焦炭、煤)熔剂(石灰石、白云石)燃烧或电热直接还原炉高炉熔融还原炉铁水海绵铁转炉电炉钢水炉外精炼连铸或模铸钢坯或钢锭轧机成品钢材2022年12月12日2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程铁矿石直2022年12月13日北京科技大学冶金与生态工程学院目前，钢铁联合企业的主要生产流程还是

传统流程：采矿选矿

铁矿石

原料预处理

高炉炼铁

转炉炼钢

炉外精炼

连续铸钢

轧钢

成品钢材

短流程Mini-Mill：海绵铁或废钢

电炉炼钢

炉外精炼

连续铸钢

轧钢

成品钢材2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日北京科技大学冶金与生态工程学院目前2022年12月13日2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月13日2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月13日北京科技大学冶金与生态工程学院2.1.1高炉炼铁用原料、燃料原料是高炉冶炼的基础。“精料”是高炉稳定、顺行、优质、低耗、高产、长寿的主要条件。因此在高炉炼铁生产中，要求尽可能精的原料。高炉炼铁原料：铁矿石、燃料和熔剂铁矿石：天然富矿，人造富矿 (1.6~2.0t/THM)燃料：焦炭，喷吹燃料(如煤粉) (0.4~0.6t/THM)熔剂：石灰石，白云石 (0.2~0.4t/THM)2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日北京科技大学冶金与生态工程学院2.2022年12月13日2.1.1高炉炼铁用原料、燃料(1)铁矿石能从中提取铁或铁的化合物的矿物。富铁矿：可直接冶炼的，如:含铁50%的天然(富)铁矿。贫铁矿：品位太低，需经选矿加工富集的铁矿石。铁精矿：经选矿加工处理后获得的高品位铁矿石，通常为粉矿，粒度200目左右。脉石：矿中没有利用价值的矿物，通常在矿石处理过程被废弃。我国铁矿石资源特点：分布“广”、品位“贫”、成分“杂”2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日2.1.1高炉炼铁用原料、燃料2.12022年12月13日北京科技大学冶金与生态工程学院2.1.1高炉炼铁用原料、燃料铁矿石分类及特征：赤铁矿：Fe2O3，理论含铁量70%、含氧30%，暗红色，还原性好，含P、S、As少。又称为红矿。磁铁矿：Fe3O4，理论含铁量72.4%、含氧27.6%，灰色或黑灰色结构致密，坚硬有磁性，还原性差，含P、S较高，如我国海南岛、内蒙古白云鄂博矿。褐铁矿：mFe2O3nH2O，理论含铁量55~66%，暗褐色或黑色，结构疏松，还原性好。我国这种矿石不多。菱铁矿：FeCO3，含铁48.2%，灰色或黄褐色，焙烧后含铁量提高，变得多孔，还原性好。2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日北京科技大学冶金与生态工程学院2.2022年12月13日2.1.1高炉炼铁用原料、燃料高炉炼铁对铁矿石要求：品位高：即铁矿石含铁量高脉石成分少，且以碱性为主：CaO、MgO多较好有害杂质少，有益元素适中：特别S、P少还原性好：易还原高温冶金性能好强度高、粒度均匀化学成分稳定2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日2.1.1高炉炼铁用原料、燃料2.12022年12月13日2.1.1高炉炼铁用原料、燃料人造富矿：烧结矿

球团矿烧结矿：铁矿粉(精矿粉、富矿粉、含铁粉尘和烟尘)。加入适量的燃料和熔剂烧结成块矿。 优点：可利用粉矿，扩大矿源，冶金性能好球团矿：把润湿的精矿粉和少量添加剂混合，在造球机中滚成8~15mm的圆球，再经过干燥和焙烧，使生球固结，成为适合高炉使用的含铁原料。2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日2.1.1高炉炼铁用原料、燃料2.12022年12月13日2.1.1高炉炼铁用原料、燃料(2)燃料：燃料燃烧给高炉炼铁提供热量和还原剂焦炭： 高炉消耗的热量70~80%来自焦炭

作用：发热剂、还原剂、料柱骨架

对焦炭质量要求：灰分低，S、P杂质少，强度高、粒度均匀、粉末少，成分稳定，挥发分适当。喷吹燃料(风口)： 煤粉、重油、天然气 目的：代替焦炭(代替部分焦炭提供热能和化学能)

对煤粉要求：灰分含量低、固定碳高、含硫低、可磨性好、粒度细、燃烧性好、爆炸性弱。2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日2.1.1高炉炼铁用原料、燃料2.12022年12月13日2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程炼焦工艺流程：

煤

洗煤

配煤

炼焦

熄焦

焦炭 高炉2022年12月12日2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程炼焦工艺2022年12月13日2.1.1高炉炼铁用原料、燃料(3)熔剂目的：形成低熔点的化合物，并能达到完全熔化，且具有良好的流动性，使渣铁容易分离，并有利于脱硫。熔剂种类： 碱性熔剂：石灰石、石灰、白云石 (酸性熔剂：石英、硅石)对碱性熔剂要求： 有效成分含量高。碱性氧化物含量高，酸性氧化物含量低；S、P含量低；粒度均匀，强度好，粉末少。2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日2.1.1高炉炼铁用原料、燃料2.12022年12月13日2.1.2铁矿粉造块(1)粉矿造块的意义 我国的铁矿大部分是贫矿，必须经过选矿与造块之后才能入高炉。富矿越来越少，不得不大量利用贫矿。富矿开采过程产生大量粉矿，粉矿不能直接入高炉冶炼。充分利用工业废品，如：高炉炉尘、轧钢铁皮、均热炉炉渣等。改善和控制含铁原料的冶金性能。2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日2.1.2铁矿粉造块2.1高炉炼铁2022年12月13日2.1.2铁矿粉造块造块方法：烧结法和球团法 配加熔剂，去除有害杂质。人造富矿或熟料：粉矿经造块后获得的烧结矿和球团矿(冶金性能高于天然富块矿)统称人造富矿或熟料。 我国鞍钢、首钢、本钢>95%。2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日2.1.2铁矿粉造块2.1高炉炼铁2022年12月13日2.1.2铁矿粉造块(2)烧结矿生产 将矿粉(富矿粉或精矿粉)、燃料(焦末或无烟煤)、熔剂(石灰粉、石灰石粉、白云石粉等)按一定比例混合，然后放在烧结机上点火进行烧结，利用其中燃料燃烧所产生的热量，使局部生成液相，将矿粉粘结在一起，形成坚实而多孔的烧结矿。烧结工艺流程： 原料准备→配料→混合→铺底料→布料→点火→烧结→冷却→破碎→筛分→成品烧结矿→高炉2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日2.1.2铁矿粉造块2.1高炉炼铁2022年12月13日2022年12月12日2022年12月13日2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程钢铁厂烧结工艺流程2022年12月12日2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程钢铁厂烧2022年12月13日2.1.2铁矿粉造块(2)烧结矿生产抽风烧结设备及产品：烧结机本体：布料设备、点火器和抽风除尘系统组成有效抽风面积=台车有效长度宽度料层厚度：300~400mm，目前最高已达700mm点火温度：1050~1300℃，时间0.5~2.0min抽风负压：900~1200mmH2O柱能耗：64.3kg标准煤

t烧结矿还原性：目前低温烧结生产的铁酸钙型烧结矿，还原性好，强度也较高。碱度：自熔性:1.0~1.4；熔剂性:>1.4；高碱度:>1.8~2.52.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日2.1.2铁矿粉造块2.1高炉炼铁2022年12月13日2.1.2铁矿粉造块(3)球团矿生产 将精矿粉、熔剂和少量粘结剂，在造球机中滚成直径8~15mm的生球，然后干燥、焙烧固结成型，成为具有良好冶金性能的含铁原料。发展球团矿原因：过细精矿粉不易烧结易于成球；球团矿粒度均匀、微气孔多、还原性好、强度高、易于贮存(冶金性能好)；可生产氧化球团、预还原球团、金属化球团等。2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日2.1.2铁矿粉造块2.1高炉炼铁2022年12月13日北京科技大学冶金与生态工程学院2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程球团矿生产工艺流程2022年12月12日北京科技大学冶金与生态工程学院2.2022年12月13日2.1.3高炉炼铁原理及工艺 高炉炼铁是现代钢铁联合企业的重要部门：高炉冶炼产品生铁或铁水是炼钢的原料；高炉产生的大量煤气是重要的二次能源；高炉是原材料和能量的巨大消耗者：能耗占1/3~1/2，消耗焦炭80%。高炉本体及附属系统：

高炉本体、供料系统、送风系统、煤气净化除尘系统、燃料喷吹系统和渣铁处理系统等2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日2.1.3高炉炼铁原理及工艺2.12022年12月13日2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程高炉生产工艺流程2022年12月12日2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程高炉生产2022年12月13日2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月13日北京科技大学冶金与生态工程学院2022年12月12日北京科技大学冶金与生态工程学院2022年12月13日北京科技大学冶金与生态工程学院2022年12月12日北京科技大学冶金与生态工程学院2022年12月13日2.1.3高炉炼铁原理及工艺(1)高炉冶炼过程及其特点高炉冶炼特点：逆流反应器：在逆流(炉料下降及煤气上升)过程中，完成复杂的物理化学反应；“黑箱”过程：在投入(装料)及产出(铁、渣、煤气)之外，无法直接观察炉内反应过程；生产过程的连续性：维持高炉顺行(保证煤气流合理分布及炉料均匀下降)是冶炼过程的关键。(热效率高，生产能力大；机械化和自动化水平较高)2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日2.1.3高炉炼铁原理及工艺2.12022年12月13日2.1.3高炉炼铁原理及工艺(1)高炉冶炼过程及其特点高炉冶炼三大过程：还原过程： 实现矿石中金属元素(主要是Fe)和氧元素的化学分离；造渣过程： 实现已还原的金属与脉石的熔融态机械分离；传热及渣铁反应过程： 实现成分及温度均合格的液态铁水。2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日2.1.3高炉炼铁原理及工艺2.12022年12月13日2.1.3高炉炼铁原理及工艺(2)高炉冶炼过程主要反应燃烧反应：

风口回旋区(燃烧带)作用：提供热源； 提供还原剂CO； 提供炉料下降的空间。燃烧带：风口前碳被氧化而气化的区域,又叫风口回旋(循环)区。它是高炉内唯一的氧化区域,又称氧化带。焦炭75%以上C到达风口前燃烧，其它参与还原、气化、渗C。风口区为高温、过剩C,离开燃烧带的碳氧化物全为CO!2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日2.1.3高炉炼铁原理及工艺2.12022年12月13日2.1.3高炉炼铁原理及工艺(2)高炉冶炼过程主要反应燃烧反应：

风口回旋区(燃烧带)燃烧反应及其产物：C+O2==CO2+33388kJ/kgC(7980kcal)，完全燃烧；C+1/2O2==CO+9791kJ/kgC(2340kcal),不完全燃烧,C过剩O不足；CO2+C==2CO13806kJ/kgC(3300kcal),碳气化反应(强烈吸热)。C+H2O==H2+CO6911kJ/kgH2O最终燃烧产物：CO，H2，N22.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日2.1.3高炉炼铁原理及工艺2.12022年12月13日2.1.3高炉炼铁原理及工艺(2)高炉冶炼过程主要反应铁氧化物还原反应：间接还原： 逐级还原性： 3Fe2O3+CO(H2)==2Fe3O4+CO2(H2O) Fe3O4+CO(H2)===3FeO+CO2(H2O) FeO+CO(H2)====Fe+CO2(H2O) 放热反应！直接还原： FeO+C===Fe+COQ 高温区强烈吸热反应！(CO2+C=2CO)(FeO+CO=Fe+CO2)2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日2.1.3高炉炼铁原理及工艺2.12022年12月13日2.1.3高炉炼铁原理及工艺(2)高炉冶炼过程主要反应非铁氧化物还原反应：全部直接还原： 全部吸热 Si的还原： SiO2+2C====Si+2COQ Mn的还原：(MnO)+C===[Mn]+COQ P的还原：2Ca3(PO4)2+3SiO2+10C=3Ca2SiO4+4P+10CO Ti还原： TiO2+2C====[Ti]+2COQ V的还原： V2O5+5C====2[V]+5COQ2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日2.1.3高炉炼铁原理及工艺2.12022年12月13日2.1.3高炉炼铁原理及工艺(2)高炉冶炼过程主要反应脱硫反应：[FeS]+(CaO)+C===(CaS)+Fe+CO4660kJ/kgS有利于脱硫的因素： 温度： T，炉渣脱硫能力

炉渣碱度： R,即炉渣内碱性氧化物量,有利于脱硫

气氛影响(还原)：还原性气氛，渣中(FeO)

LS

提高铁水中[S]的活度系数f[S]：铁水中C、Si、P

LS2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日2.1.3高炉炼铁原理及工艺2.12022年12月13日2.1.3高炉炼铁原理及工艺(2)高炉冶炼过程主要反应渗碳反应与铁水形成：液铁渗碳： 3Fe液+C焦===Fe3C液

固液反应，渗碳速度快，渗碳量大，可达终点[C]水平3.0~4.5%。铁水形成：

渗碳、合金元素还原溶入，熔点下降，成液态。2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日2.1.3高炉炼铁原理及工艺2.12022年12月13日2.1.3高炉炼铁原理及工艺(3)高炉造渣过程“三分炼铁，七分炼渣”

固相反应和矿石软化： 初渣的形成：熔融状态，流动性差，FeO10~30%。 中间渣：滴落下降过程中的成分、温度都不断变化的炉渣。 终渣：渣、铁口定期排出的炉渣。FeO最低~0.5%。2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日2.1.3高炉炼铁原理及工艺2.12022年12月13日2.1.4高炉生产主要技术经济指标质量指标：生铁合格率：生铁化学成分符合国家标准的总量占生铁总产量的百分数。它是衡量生铁质量的指标。

V=生铁日产量(P)

有效容积(Vu)，t/m3d产量指标：高炉有效容积利用系数(V)：指每m3高炉有效容积，每昼夜生产的合格生铁量。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。2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日2.1.4高炉生产主要技术经济指标22022年12月13日2.1.4高炉生产主要技术经济指标能源指标：焦比K：每炼一吨生铁消耗的干焦炭量，单位kg/tFe 煤(油)比：每炼一吨生铁所喷吹的煤粉(重油)量，单位kg/tFe

煤粉(重油)置换比：喷吹1kg煤粉(重油)所能代替的焦炭kg数燃料比：生产一吨生铁消耗的燃料总量，即等于焦比+煤比+油比综合焦比：焦比+煤比煤粉置换比+油比重油置换比2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日2.1.4高炉生产主要技术经济指标22022年12月13日2.1.4高炉生产主要技术经济指标强化指标：冶炼强度I：每立方米高炉有效容积，每昼夜燃烧的焦炭量，t/m3d

V=IK经济指标：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，元/tFe炉龄(高炉一代寿命)：从高炉点火到停炉大修之间实际运行的时间或单位m3有效容积生产的生铁总产量2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日2.1.4高炉生产主要技术经济指标22022年12月13日高炉炼铁设备高炉炼铁新技术

(1)强化用氧(2)喷吹燃料(3)环境保护和热能利用非高炉炼铁

2022年12月12日高炉炼铁设备2022年12月13日北京科技大学冶金与生态工程学院高炉炼铁设备2022年12月12日北京科技大学冶金与生态工程学院高炉2022年12月13日北京科技大学冶金与生态工程学院高炉炼铁设备2022年12月12日北京科技大学冶金与生态工程学院高炉2022年12月13日北京科技大学冶金与生态工程学院高炉炼铁设备2022年12月12日北京科技大学冶金与生态工程学院高炉2022年12月13日

第一次课程作业

1.冶金的基本概念,钢与铁的主要区别?

2.一般工业产品生产流程图;钢材料生产与国民经济的关系

3.炼铁生产用的原料、燃料,生铁主要技术经济指标?

4.高炉炼铁的特点及主要化学反应5.某高炉容积2000m3，年产150万吨炼钢生铁，消耗60万吨焦炭，每吨生铁喷吹煤粉150kg，置换比为0.9，计算高炉有效容积利用系数、焦比、燃料比、综合焦比及冶炼强度各为多少？2022年12月12日

5.某高炉容积2000m3，年产152022年12月13日2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2.1.5转炉炼钢生产转炉装铁水转炉炉体2022年12月12日2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2.1.2022年12月13日2.1.5转炉炼钢生产(1)炼钢用原材料主原料(钢铁料)：

生铁：铁水、冷生铁

废钢：本厂、外购辅原料：

造渣剂：石灰、石灰石、萤石、白云石、合成渣料

冷却剂(氧化剂)：铁矿石、氧化铁皮、球团、烧结矿

脱氧剂(合金料)：FeSi、MnFe、Al合金等2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日2.1.5转炉炼钢生产2.1高炉炼2022年12月13日2.1.5转炉炼钢生产(2)炼钢基本原理

炼钢基本任务

四脱(C、P、S、O)、二去(气、夹)、升温、合金化脱C：(区分钢铁)，C，硬度、强度、脆性脱S、P：有害元素，S热脆，P冷脆脱O：钢中氧含量过多变脆去气、夹杂：气(H、N)， 非金属夹杂(氧、硫、氮、硫、磷化合物)升温、合金化完成任务措施：供氧、造渣、升温、加脱氧剂、加合金料2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日2.1.5转炉炼钢生产2.1高炉炼2022年12月13日2.1.5转炉炼钢生产(2)炼钢基本原理

炼钢炉渣炉渣作用：控制氧化还原过程输送氧吸收夹杂，防止吸气其它作用：

不利： 侵蚀炉衬、降低炉衬寿命 降低金属回收率： 炼钢渣(FeO)~20%2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日2.1.5转炉炼钢生产2.1高炉炼2022年12月13日2.1.5转炉炼钢生产炉渣来源：杂质氧化炉衬侵蚀造渣材料、脉石废钢带入泥沙炉渣组成： 氧化物、硫化物、氟化物基本体系： CaOSiO2

FeO碱性渣(碱度CaO/SiO2=2.5~4.0)、酸性渣 氧化性渣(FeO高)、还原性渣2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日2.1.5转炉炼钢生产2.1高炉炼2022年12月13日2.1.5转炉炼钢生产炼钢炉渣性质：碱度：CaO/SiO2

氧化性：炉渣向金属熔池传氧的能力

[O]=[O]渣，平

[O]实

[O]>0，氧化渣；

[O]<0，还原渣

FeO：表示炉渣氧化性 全铁表示法：FeO=FeO+0.90Fe2O3，合理炉渣粘度： 合适：0.02~0.1Pas 粘度成分、温度2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日2.1.5转炉炼钢生产2.1高炉炼2022年12月13日2.1.5转炉炼钢生产(2)炼钢基本原理钢液中元素氧化反应的一般规律供氧方式： 直接传氧：1/2O2===2[O]吸附[O]吸附===[O] 间接传氧：(FeO)===[FeO]===[Fe]+[O]

渣中FeO低：直接传氧；渣中FeO高：间接传氧炼钢过程中元素氧化次序：t>1530℃，CSiMnPFe1530℃>t>1400℃，SiCVMnPFet<1400℃， SiVMnCPFe2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日2.1.5转炉炼钢生产2.1高炉炼2022年12月13日2.1.5转炉炼钢生产炼钢过程中元素的氧化与还原Fe的氧化： 炼钢初期 直接氧化： O2+2[Fe]====2(FeO) 间接氧化： [O]+[Fe]====(FeO)

传氧： 炉渣(FeO)

金属液Si的氧化与还原：炼钢前期全部氧化、强烈放热

[Si]+O2===(SiO2) 直接氧化(氧流直接吹入金属熔池) [Si]+2(FeO)===(SiO2)+2[Fe] 间接氧化(渣金界面) 成渣：(SiO2)+2(FeO)===(2FeO·SiO2) (2FeO·SiO2)+2(CaO)===(2CaO·SiO2)+2(FeO)2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日2.1.5转炉炼钢生产2.1高炉炼2022年12月13日Mn的氧化：冶炼前期大量氧化，但氧化程度比Si低 间接氧化：[Mn]+(FeO)===(MnO)+[Fe]主要反应脱碳反应：

作用：a.将碳氧化脱除到所炼钢种要求；

b.产生沸腾增强搅拌，增大反应接触面，加速传质传热，改善动力学条件，均匀温度、成分，有利于气体夹杂物的排除；

c.CO通过渣层产生气渣金属三相乳化液。

形式：a.[C]+1/2O2===CO b.[C]+(FeO)===[Fe]+CO c.[C]+[O]===CO(主要反应)2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程一定T、P下，碳氧浓度积m为Const.[C%][O%]=m=Cp.139图812022年12月12日Mn的氧化：冶炼前期大量氧化，但氧化程2022年12月13日炼钢过程中元素的氧化与还原脱磷反应：

P害处： a.冷脆； b.偏析度大。

P越低越好，钢[P]<0.04%，高炉不能脱P，炼钢造渣目的之一是脱P。 脱P地点： 炉渣金属界面： 加石灰

2[P]+5(FeO)+4(CaO)====(4CaO·P2O5)+5[Fe] 脱P有利条件：

a.提高炉渣碱度： (CaO) b.提高炉渣氧化性： (FeO) c.较低熔池温度： 脱磷为放热反应

d.加大渣量： 降低渣中(P2O5)浓度2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日炼钢过程中元素的氧化与还原2.12022年12月13日炼钢过程中元素的氧化与还原脱硫反应： 炼钢脱硫能力、成本高，不宜提倡

S害处：钢中FeS：无限溶于液体铁中，几乎不溶于固态铁中。 降温时，FeS与Fe形成低熔点(985℃)共晶体， 轧制时，形成晶界“偏析”热脆

脱S反应： 炉渣脱硫 总反应式： [FeS]+(CaO)=====(CaS)+(FeO) 脱S有利条件：

a.提高碱度：但需保证炉渣具有良好的流动性

b.高温：脱硫为吸热反应

c.低(FeO)并加速化渣

d.大渣量：大渣量或多次放渣造新渣，稀释(CaS)浓度

炼钢脱硫不利方面：增加炼钢时间，降低生产率； 消耗热量；降低金属回收率。2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日炼钢过程中元素的氧化与还原2.12022年12月13日(2)炼钢基本原理脱氧和合金化脱氧：

脱氧目的：氧害处：a.破坏钢锭合理结构；b.降低钢的机械性能(液、固态溶解度差)；c.加强热脆倾向。

脱氧方法： 沉淀脱氧、扩散脱氧、真空脱氧 脱氧剂：硅铁、锰铁、铝及硅钙等复合脱氧剂(沉淀)合金化：加入某一种或几种合金元素，使其在钢中的含量达到成品钢的规格的操作过程。与脱氧同时进行。

不氧化元素：Ni、Mo、Cu，装料时加入 弱氧化元素：W、Cr、Mn，以铁合金加入炉内或钢包 易氧化元素：Al、Ti、Si、B、V、Nb，脱氧好后加入2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日(2)炼钢基本原理2.1高炉炼铁∕2022年12月13日2.1.5转炉炼钢生产(3)氧气顶吹转炉炼钢氧气顶吹转炉炼钢特点生产率高：原料适应性强：冶炼的钢质量好、品种多：基建投资少，建设速度快；热效率高，成本低；利于自动化生产和开展综合利用。不足之处：金属损失大；氧利用率不高；脱S、P能力不强LD--LinzandDonawitz2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日2.1.5转炉炼钢生产2.1高炉炼2022年12月13日北京科技大学冶金与生态工程学院2022年12月12日北京科技大学冶金与生态工程学院2022年12月13日2022年12月12日2022年12月13日北京科技大学冶金与生态工程学院2022年12月12日北京科技大学冶金与生态工程学院2022年12月13日2022年12月12日2022年12月13日北京科技大学冶金与生态工程学院2022年12月12日北京科技大学冶金与生态工程学院2022年12月13日2.1.5转炉炼钢生产(3)氧气顶吹转炉炼钢氧气顶吹转炉车间设备及布置顶吹转炉炼钢车间：包括原料系统；加料、冶炼和浇注系统；钢锭模准备系统；此外还包括炉渣处理、除尘、动力系统等。

a.原料跨：主要组织铁水和废钢的供应

b.转炉跨：布置转炉及其倾动机构、氧枪及副枪等

c.浇注跨：将钢水通过钢锭模车或连铸机，浇注成钢锭或钢坯2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日2.1.5转炉炼钢生产2.1高炉炼2022年12月13日2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月13日北京科技大学冶金与生态工程学院2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程氧气顶吹转炉炼钢主体设备及氧枪2022年12月12日北京科技大学冶金与生态工程学院2.2022年12月13日原料供应设备铁水供应设备：供应充足及时，铁水成分均匀、温度稳定，称量准确

铁水供应方式：

a.BF

铁水罐车混铁炉铁水罐称量转炉

b.BF

铁水罐车铁水罐称量转炉

c.BF

混铁车铁水罐称量转炉废钢供应设备：散状料供应设备：铁合金供应设备：2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日原料供应设备2.1高炉炼铁∕转炉炼钢2022年12月13日转炉主体设备炉体设备： 转炉炉体、炉体支撑装置、倾动装置炉体支撑系统： 倾动机构： 氧枪及升降装置、副枪装置氧枪及升降、换枪装置：拉瓦尔形，3~5孔喷头(紫铜)副枪装置：快速、间断检测吹炼过程中熔池温度、碳、氧含量信息，取样烟气净化处理设备煤气处理：燃烧法、未燃法2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日转炉主体设备2.1高炉炼铁∕转炉炼钢2022年12月13日2.1.5转炉炼钢生产(3)氧气顶吹转炉炼钢氧气顶吹转炉的供氧特征硬吹：枪位较低或较高氧压(氧流对液面有较高冲击力，金属液被冲成一深坑)，氧流冲击面积较小。

特点：金属液强烈循环，提高脱碳速度，渣中FeO含量低，不利化渣。软吹：枪位较高或较低氧压，冲击面积大：

特点：熔池搅拌较弱，脱碳速度较低，渣中FeO含量高，有利化渣。所以前期枪位较高。2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日2.1.5转炉炼钢生产2.1高炉炼2022年12月13日(3)氧气顶吹转炉炼钢氧气顶吹转炉的操作过程a.补炉、装料： 先装废钢，再装铁水b.吹炼： 吹O2，加一批渣料。吹炼过程分三期： 初期：Si、Mn氧化期(2~3min)，Fe氧化、P氧化 中期：C氧化期，温度FeO，炉渣起泡。加二批渣料 后期：Fe取代C被氧化，渣中FeO，钢液中O浓度

当判断达到终点T和C时，提升氧枪，停止供氧c.出钢： 成分、温度合格时，摇炉出钢(预脱氧)，倒渣转炉吹炼周期30~45min，吹炼时间15~20min。2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日(3)氧气顶吹转炉炼钢2.1高炉炼2022年12月13日北京科技大学冶金与生态工程学院2022年12月12日北京科技大学冶金与生态工程学院2022年12月13日北京科技大学冶金与生态工程学院2022年12月12日北京科技大学冶金与生态工程学院2022年12月13日北京科技大学冶金与生态工程学院2022年12月12日北京科技大学冶金与生态工程学院2022年12月13日北京科技大学冶金与生态工程学院2022年12月12日北京科技大学冶金与生态工程学院2022年12月13日北京科技大学冶金与生态工程学院氧气顶吹转炉计算机控制静态控制：按物料、热平衡计算铁水、废钢、造渣材料加入量 动态控制：在静态控制的基础上，进行吹炼过程修正。

氧气顶吹转炉炼钢产品钢坯(锭)：轧钢原材料 (吨钢耗O250~60Nm3)

炉渣：铺路基，有待进一步综合利用研究 煤气：余热可直接利用(烧锅炉)

回收： 煤气(CO：55~65%)：50~60Nm3/THM

炉尘：10~20kg(含铁60~70%，FeO、Fe2O3)

蒸汽：40~60kg/THM2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日北京科技大学冶金与生态工程学院2022年12月13日2.1.5转炉炼钢生产(4)氧气底吹转炉炼钢底吹转炉结构

pp.181~182在顶吹转炉炉底装有喷嘴，即可拆卸式的活动炉底喷嘴结构：

内管：吹O2或O2与石灰粉混合物，铜管或不锈钢管

外层管：普通碳素钢的无缝管。

内外管之间：气体或液体冷却介质，如丙烷、天然气、 柴油、煤油等 出钢前吹惰性气体：氮气、氩气2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日2.1.5转炉炼钢生产2.1高炉炼2022年12月13日北京科技大学冶金与生态工程学院2022年12月12日北京科技大学冶金与生态工程学院2022年12月13日氧气底吹转炉炼钢特点吹炼过程中，喷溅少、金属收得率高；吹炼时间短、生产率高； (a)可提高供氧强度；(b)搅拌强烈，反应速度快。脱S、P效果好：(a)后期脱P，前期不行。单渣法可处理高P铁水；(b)底吹：因渣中FeO低，搅拌条件好，脱硫效率高。特别是喷吹石灰粉时(川崎QBOP)。冶炼钢种广泛。脱碳速度0.4~0.6%/min。基建投资少。(因无氧枪装置，高度降低1/3)。缺点：炉底寿命短；炉底寿命短；冷却介质额外耗氧。2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日氧气底吹转炉炼钢特点2.1高炉炼铁∕2022年12月13日2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2.1.5转炉炼钢生产(5)顶底复合吹炼转炉炼钢复吹转炉结构除顶吹供氧外，还从炉底吹如惰性气体、氧以及同时喷吹熔剂卢森堡、法国LBE日本：LDKG(LDAB)：底吹Ar或N2强化搅拌

LDOB(KBOP)底吹供氧占10~40%、复合吹氧。STPCO2冷却剂。宝钢300t复吹转炉。川崎水岛KBOP复吹转炉2022年12月12日2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2.1.2022年12月13日2.1.5转炉炼钢生产(5)顶底复合吹炼转炉炼钢复吹转炉炼钢特点成渣快，吹炼平稳，反应易达到，喷溅少；熔池CO分压低；降低渣中FeO含量，提高了金属收得率，减少了钢中非金属夹杂；终渣中FeO含量低，降低了铁合金消耗量；易于获得低S、P和温度、成分均匀的钢水。2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日2.1.5转炉炼钢生产2.1高炉炼2022年12月13日转炉贱渣护炉技术2022年12月12日转炉贱渣护炉技术2022年12月13日北京科技大学冶金与生态工程学院转炉贱渣护炉技术2022年12月12日北京科技大学冶金与生态工程学院转炉2022年12月13日北京科技大学冶金与生态工程学院转炉吹炼控制框图2022年12月12日北京科技大学冶金与生态工程学院转炉演讲完毕，谢谢观看！演讲完毕，谢谢观看！2022年12月13日2 钢铁生产主流程2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2.2废钢∕电炉炼钢流程2.3钢的炉外精炼2.4钢的连续浇铸2.5长型材加工2.6扁平材加工2.7钢材的深加工2.8物流和总图运输2022年12月12日2 钢铁生产主流程2.1高炉炼铁∕转2022年12月13日2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程铁矿石还原剂(焦炭、煤)熔剂(石灰石、白云石)燃烧或电热直接还原炉高炉熔融还原炉铁水海绵铁转炉电炉钢水炉外精炼连铸或模铸钢坯或钢锭轧机成品钢材2022年12月12日2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程铁矿石直2022年12月13日北京科技大学冶金与生态工程学院目前，钢铁联合企业的主要生产流程还是

传统流程：采矿选矿

铁矿石

原料预处理

高炉炼铁

转炉炼钢

炉外精炼

连续铸钢

轧钢

成品钢材

短流程Mini-Mill：海绵铁或废钢

电炉炼钢

炉外精炼

连续铸钢

轧钢

成品钢材2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日北京科技大学冶金与生态工程学院目前2022年12月13日2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月13日2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月13日北京科技大学冶金与生态工程学院2.1.1高炉炼铁用原料、燃料原料是高炉冶炼的基础。“精料”是高炉稳定、顺行、优质、低耗、高产、长寿的主要条件。因此在高炉炼铁生产中，要求尽可能精的原料。高炉炼铁原料：铁矿石、燃料和熔剂铁矿石：天然富矿，人造富矿 (1.6~2.0t/THM)燃料：焦炭，喷吹燃料(如煤粉) (0.4~0.6t/THM)熔剂：石灰石，白云石 (0.2~0.4t/THM)2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日北京科技大学冶金与生态工程学院2.2022年12月13日2.1.1高炉炼铁用原料、燃料(1)铁矿石能从中提取铁或铁的化合物的矿物。富铁矿：可直接冶炼的，如:含铁50%的天然(富)铁矿。贫铁矿：品位太低，需经选矿加工富集的铁矿石。铁精矿：经选矿加工处理后获得的高品位铁矿石，通常为粉矿，粒度200目左右。脉石：矿中没有利用价值的矿物，通常在矿石处理过程被废弃。我国铁矿石资源特点：分布“广”、品位“贫”、成分“杂”2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日2.1.1高炉炼铁用原料、燃料2.12022年12月13日北京科技大学冶金与生态工程学院2.1.1高炉炼铁用原料、燃料铁矿石分类及特征：赤铁矿：Fe2O3，理论含铁量70%、含氧30%，暗红色，还原性好，含P、S、As少。又称为红矿。磁铁矿：Fe3O4，理论含铁量72.4%、含氧27.6%，灰色或黑灰色结构致密，坚硬有磁性，还原性差，含P、S较高，如我国海南岛、内蒙古白云鄂博矿。褐铁矿：mFe2O3nH2O，理论含铁量55~66%，暗褐色或黑色，结构疏松，还原性好。我国这种矿石不多。菱铁矿：FeCO3，含铁48.2%，灰色或黄褐色，焙烧后含铁量提高，变得多孔，还原性好。2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日北京科技大学冶金与生态工程学院2.2022年12月13日2.1.1高炉炼铁用原料、燃料高炉炼铁对铁矿石要求：品位高：即铁矿石含铁量高脉石成分少，且以碱性为主：CaO、MgO多较好有害杂质少，有益元素适中：特别S、P少还原性好：易还原高温冶金性能好强度高、粒度均匀化学成分稳定2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日2.1.1高炉炼铁用原料、燃料2.12022年12月13日2.1.1高炉炼铁用原料、燃料人造富矿：烧结矿

球团矿烧结矿：铁矿粉(精矿粉、富矿粉、含铁粉尘和烟尘)。加入适量的燃料和熔剂烧结成块矿。 优点：可利用粉矿，扩大矿源，冶金性能好球团矿：把润湿的精矿粉和少量添加剂混合，在造球机中滚成8~15mm的圆球，再经过干燥和焙烧，使生球固结，成为适合高炉使用的含铁原料。2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日2.1.1高炉炼铁用原料、燃料2.12022年12月13日2.1.1高炉炼铁用原料、燃料(2)燃料：燃料燃烧给高炉炼铁提供热量和还原剂焦炭： 高炉消耗的热量70~80%来自焦炭

作用：发热剂、还原剂、料柱骨架

对焦炭质量要求：灰分低，S、P杂质少，强度高、粒度均匀、粉末少，成分稳定，挥发分适当。喷吹燃料(风口)： 煤粉、重油、天然气 目的：代替焦炭(代替部分焦炭提供热能和化学能)

对煤粉要求：灰分含量低、固定碳高、含硫低、可磨性好、粒度细、燃烧性好、爆炸性弱。2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日2.1.1高炉炼铁用原料、燃料2.12022年12月13日2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程炼焦工艺流程：

煤

洗煤

配煤

炼焦

熄焦

焦炭 高炉2022年12月12日2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程炼焦工艺2022年12月13日2.1.1高炉炼铁用原料、燃料(3)熔剂目的：形成低熔点的化合物，并能达到完全熔化，且具有良好的流动性，使渣铁容易分离，并有利于脱硫。熔剂种类： 碱性熔剂：石灰石、石灰、白云石 (酸性熔剂：石英、硅石)对碱性熔剂要求： 有效成分含量高。碱性氧化物含量高，酸性氧化物含量低；S、P含量低；粒度均匀，强度好，粉末少。2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日2.1.1高炉炼铁用原料、燃料2.12022年12月13日2.1.2铁矿粉造块(1)粉矿造块的意义 我国的铁矿大部分是贫矿，必须经过选矿与造块之后才能入高炉。富矿越来越少，不得不大量利用贫矿。富矿开采过程产生大量粉矿，粉矿不能直接入高炉冶炼。充分利用工业废品，如：高炉炉尘、轧钢铁皮、均热炉炉渣等。改善和控制含铁原料的冶金性能。2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日2.1.2铁矿粉造块2.1高炉炼铁2022年12月13日2.1.2铁矿粉造块造块方法：烧结法和球团法 配加熔剂，去除有害杂质。人造富矿或熟料：粉矿经造块后获得的烧结矿和球团矿(冶金性能高于天然富块矿)统称人造富矿或熟料。 我国鞍钢、首钢、本钢>95%。2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日2.1.2铁矿粉造块2.1高炉炼铁2022年12月13日2.1.2铁矿粉造块(2)烧结矿生产 将矿粉(富矿粉或精矿粉)、燃料(焦末或无烟煤)、熔剂(石灰粉、石灰石粉、白云石粉等)按一定比例混合，然后放在烧结机上点火进行烧结，利用其中燃料燃烧所产生的热量，使局部生成液相，将矿粉粘结在一起，形成坚实而多孔的烧结矿。烧结工艺流程： 原料准备→配料→混合→铺底料→布料→点火→烧结→冷却→破碎→筛分→成品烧结矿→高炉2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日2.1.2铁矿粉造块2.1高炉炼铁2022年12月13日2022年12月12日2022年12月13日2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程钢铁厂烧结工艺流程2022年12月12日2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程钢铁厂烧2022年12月13日2.1.2铁矿粉造块(2)烧结矿生产抽风烧结设备及产品：烧结机本体：布料设备、点火器和抽风除尘系统组成有效抽风面积=台车有效长度宽度料层厚度：300~400mm，目前最高已达700mm点火温度：1050~1300℃，时间0.5~2.0min抽风负压：900~1200mmH2O柱能耗：64.3kg标准煤

t烧结矿还原性：目前低温烧结生产的铁酸钙型烧结矿，还原性好，强度也较高。碱度：自熔性:1.0~1.4；熔剂性:>1.4；高碱度:>1.8~2.52.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日2.1.2铁矿粉造块2.1高炉炼铁2022年12月13日2.1.2铁矿粉造块(3)球团矿生产 将精矿粉、熔剂和少量粘结剂，在造球机中滚成直径8~15mm的生球，然后干燥、焙烧固结成型，成为具有良好冶金性能的含铁原料。发展球团矿原因：过细精矿粉不易烧结易于成球；球团矿粒度均匀、微气孔多、还原性好、强度高、易于贮存(冶金性能好)；可生产氧化球团、预还原球团、金属化球团等。2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日2.1.2铁矿粉造块2.1高炉炼铁2022年12月13日北京科技大学冶金与生态工程学院2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程球团矿生产工艺流程2022年12月12日北京科技大学冶金与生态工程学院2.2022年12月13日2.1.3高炉炼铁原理及工艺 高炉炼铁是现代钢铁联合企业的重要部门：高炉冶炼产品生铁或铁水是炼钢的原料；高炉产生的大量煤气是重要的二次能源；高炉是原材料和能量的巨大消耗者：能耗占1/3~1/2，消耗焦炭80%。高炉本体及附属系统：

高炉本体、供料系统、送风系统、煤气净化除尘系统、燃料喷吹系统和渣铁处理系统等2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日2.1.3高炉炼铁原理及工艺2.12022年12月13日2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程高炉生产工艺流程2022年12月12日2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程高炉生产2022年12月13日2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月13日北京科技大学冶金与生态工程学院2022年12月12日北京科技大学冶金与生态工程学院2022年12月13日北京科技大学冶金与生态工程学院2022年12月12日北京科技大学冶金与生态工程学院2022年12月13日2.1.3高炉炼铁原理及工艺(1)高炉冶炼过程及其特点高炉冶炼特点：逆流反应器：在逆流(炉料下降及煤气上升)过程中，完成复杂的物理化学反应；“黑箱”过程：在投入(装料)及产出(铁、渣、煤气)之外，无法直接观察炉内反应过程；生产过程的连续性：维持高炉顺行(保证煤气流合理分布及炉料均匀下降)是冶炼过程的关键。(热效率高，生产能力大；机械化和自动化水平较高)2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日2.1.3高炉炼铁原理及工艺2.12022年12月13日2.1.3高炉炼铁原理及工艺(1)高炉冶炼过程及其特点高炉冶炼三大过程：还原过程： 实现矿石中金属元素(主要是Fe)和氧元素的化学分离；造渣过程： 实现已还原的金属与脉石的熔融态机械分离；传热及渣铁反应过程： 实现成分及温度均合格的液态铁水。2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日2.1.3高炉炼铁原理及工艺2.12022年12月13日2.1.3高炉炼铁原理及工艺(2)高炉冶炼过程主要反应燃烧反应：

风口回旋区(燃烧带)作用：提供热源； 提供还原剂CO； 提供炉料下降的空间。燃烧带：风口前碳被氧化而气化的区域,又叫风口回旋(循环)区。它是高炉内唯一的氧化区域,又称氧化带。焦炭75%以上C到达风口前燃烧，其它参与还原、气化、渗C。风口区为高温、过剩C,离开燃烧带的碳氧化物全为CO!2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日2.1.3高炉炼铁原理及工艺2.12022年12月13日2.1.3高炉炼铁原理及工艺(2)高炉冶炼过程主要反应燃烧反应：

风口回旋区(燃烧带)燃烧反应及其产物：C+O2==CO2+33388kJ/kgC(7980kcal)，完全燃烧；C+1/2O2==CO+9791kJ/kgC(2340kcal),不完全燃烧,C过剩O不足；CO2+C==2CO13806kJ/kgC(3300kcal),碳气化反应(强烈吸热)。C+H2O==H2+CO6911kJ/kgH2O最终燃烧产物：CO，H2，N22.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日2.1.3高炉炼铁原理及工艺2.12022年12月13日2.1.3高炉炼铁原理及工艺(2)高炉冶炼过程主要反应铁氧化物还原反应：间接还原： 逐级还原性： 3Fe2O3+CO(H2)==2Fe3O4+CO2(H2O) Fe3O4+CO(H2)===3FeO+CO2(H2O) FeO+CO(H2)====Fe+CO2(H2O) 放热反应！直接还原： FeO+C===Fe+COQ 高温区强烈吸热反应！(CO2+C=2CO)(FeO+CO=Fe+CO2)2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日2.1.3高炉炼铁原理及工艺2.12022年12月13日2.1.3高炉炼铁原理及工艺(2)高炉冶炼过程主要反应非铁氧化物还原反应：全部直接还原： 全部吸热 Si的还原： SiO2+2C====Si+2COQ Mn的还原：(MnO)+C===[Mn]+COQ P的还原：2Ca3(PO4)2+3SiO2+10C=3Ca2SiO4+4P+10CO Ti还原： TiO2+2C====[Ti]+2COQ V的还原： V2O5+5C====2[V]+5COQ2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日2.1.3高炉炼铁原理及工艺2.12022年12月13日2.1.3高炉炼铁原理及工艺(2)高炉冶炼过程主要反应脱硫反应：[FeS]+(CaO)+C===(CaS)+Fe+CO4660kJ/kgS有利于脱硫的因素： 温度： T，炉渣脱硫能力

炉渣碱度： R,即炉渣内碱性氧化物量,有利于脱硫

气氛影响(还原)：还原性气氛，渣中(FeO)

LS

提高铁水中[S]的活度系数f[S]：铁水中C、Si、P

LS2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日2.1.3高炉炼铁原理及工艺2.12022年12月13日2.1.3高炉炼铁原理及工艺(2)高炉冶炼过程主要反应渗碳反应与铁水形成：液铁渗碳： 3Fe液+C焦===Fe3C液

固液反应，渗碳速度快，渗碳量大，可达终点[C]水平3.0~4.5%。铁水形成：

渗碳、合金元素还原溶入，熔点下降，成液态。2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日2.1.3高炉炼铁原理及工艺2.12022年12月13日2.1.3高炉炼铁原理及工艺(3)高炉造渣过程“三分炼铁，七分炼渣”

固相反应和矿石软化： 初渣的形成：熔融状态，流动性差，FeO10~30%。 中间渣：滴落下降过程中的成分、温度都不断变化的炉渣。 终渣：渣、铁口定期排出的炉渣。FeO最低~0.5%。2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日2.1.3高炉炼铁原理及工艺2.12022年12月13日2.1.4高炉生产主要技术经济指标质量指标：生铁合格率：生铁化学成分符合国家标准的总量占生铁总产量的百分数。它是衡量生铁质量的指标。

V=生铁日产量(P)

有效容积(Vu)，t/m3d产量指标：高炉有效容积利用系数(V)：指每m3高炉有效容积，每昼夜生产的合格生铁量。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。2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日2.1.4高炉生产主要技术经济指标22022年12月13日2.1.4高炉生产主要技术经济指标能源指标：焦比K：每炼一吨生铁消耗的干焦炭量，单位kg/tFe 煤(油)比：每炼一吨生铁所喷吹的煤粉(重油)量，单位kg/tFe

煤粉(重油)置换比：喷吹1kg煤粉(重油)所能代替的焦炭kg数燃料比：生产一吨生铁消耗的燃料总量，即等于焦比+煤比+油比综合焦比：焦比+煤比煤粉置换比+油比重油置换比2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日2.1.4高炉生产主要技术经济指标22022年12月13日2.1.4高炉生产主要技术经济指标强化指标：冶炼强度I：每立方米高炉有效容积，每昼夜燃烧的焦炭量，t/m3d

V=IK经济指标：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，元/tFe炉龄(高炉一代寿命)：从高炉点火到停炉大修之间实际运行的时间或单位m3有效容积生产的生铁总产量2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日2.1.4高炉生产主要技术经济指标22022年12月13日高炉炼铁设备高炉炼铁新技术

(1)强化用氧(2)喷吹燃料(3)环境保护和热能利用非高炉炼铁

2022年12月12日高炉炼铁设备2022年12月13日北京科技大学冶金与生态工程学院高炉炼铁设备2022年12月12日北京科技大学冶金与生态工程学院高炉2022年12月13日北京科技大学冶金与生态工程学院高炉炼铁设备2022年12月12日北京科技大学冶金与生态工程学院高炉2022年12月13日北京科技大学冶金与生态工程学院高炉炼铁设备2022年12月12日北京科技大学冶金与生态工程学院高炉2022年12月13日

第一次课程作业

1.冶金的基本概念,钢与铁的主要区别?

2.一般工业产品生产流程图;钢材料生产与国民经济的关系

3.炼铁生产用的原料、燃料,生铁主要技术经济指标?

4.高炉炼铁的特点及主要化学反应5.某高炉容积2000m3，年产150万吨炼钢生铁，消耗60万吨焦炭，每吨生铁喷吹煤粉150kg，置换比为0.9，计算高炉有效容积利用系数、焦比、燃料比、综合焦比及冶炼强度各为多少？2022年12月12日

5.某高炉容积2000m3，年产152022年12月13日2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2.1.5转炉炼钢生产转炉装铁水转炉炉体2022年12月12日2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2.1.2022年12月13日2.1.5转炉炼钢生产(1)炼钢用原材料主原料(钢铁料)：

生铁：铁水、冷生铁

废钢：本厂、外购辅原料：

造渣剂：石灰、石灰石、萤石、白云石、合成渣料

冷却剂(氧化剂)：铁矿石、氧化铁皮、球团、烧结矿

脱氧剂(合金料)：FeSi、MnFe、Al合金等2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日2.1.5转炉炼钢生产2.1高炉炼2022年12月13日2.1.5转炉炼钢生产(2)炼钢基本原理

炼钢基本任务

四脱(C、P、S、O)、二去(气、夹)、升温、合金化脱C：(区分钢铁)，C，硬度、强度、脆性脱S、P：有害元素，S热脆，P冷脆脱O：钢中氧含量过多变脆去气、夹杂：气(H、N)， 非金属夹杂(氧、硫、氮、硫、磷化合物)升温、合金化完成任务措施：供氧、造渣、升温、加脱氧剂、加合金料2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日2.1.5转炉炼钢生产2.1高炉炼2022年12月13日2.1.5转炉炼钢生产(2)炼钢基本原理

炼钢炉渣炉渣作用：控制氧化还原过程输送氧吸收夹杂，防止吸气其它作用：

不利： 侵蚀炉衬、降低炉衬寿命 降低金属回收率： 炼钢渣(FeO)~20%2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日2.1.5转炉炼钢生产2.1高炉炼2022年12月13日2.1.5转炉炼钢生产炉渣来源：杂质氧化炉衬侵蚀造渣材料、脉石废钢带入泥沙炉渣组成： 氧化物、硫化物、氟化物基本体系： CaOSiO2

FeO碱性渣(碱度CaO/SiO2=2.5~4.0)、酸性渣 氧化性渣(FeO高)、还原性渣2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日2.1.5转炉炼钢生产2.1高炉炼2022年12月13日2.1.5转炉炼钢生产炼钢炉渣性质：碱度：CaO/SiO2

氧化性：炉渣向金属熔池传氧的能力

[O]=[O]渣，平

[O]实

[O]>0，氧化渣；

[O]<0，还原渣

FeO：表示炉渣氧化性 全铁表示法：FeO=FeO+0.90Fe2O3，合理炉渣粘度： 合适：0.02~0.1Pas 粘度成分、温度2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日2.1.5转炉炼钢生产2.1高炉炼2022年12月13日2.1.5转炉炼钢生产(2)炼钢基本原理钢液中元素氧化反应的一般规律供氧方式： 直接传氧：1/2O2===2[O]吸附[O]吸附===[O] 间接传氧：(FeO)===[FeO]===[Fe]+[O]

渣中FeO低：直接传氧；渣中FeO高：间接传氧炼钢过程中元素氧化次序：t>1530℃，CSiMnPFe1530℃>t>1400℃，SiCVMnPFet<1400℃， SiVMnCPFe2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日2.1.5转炉炼钢生产2.1高炉炼2022年12月13日2.1.5转炉炼钢生产炼钢过程中元素的氧化与还原Fe的氧化： 炼钢初期 直接氧化： O2+2[Fe]====2(FeO) 间接氧化： [O]+[Fe]====(FeO)

传氧： 炉渣(FeO)

金属液Si的氧化与还原：炼钢前期全部氧化、强烈放热

[Si]+O2===(SiO2) 直接氧化(氧流直接吹入金属熔池) [Si]+2(FeO)===(SiO2)+2[Fe] 间接氧化(渣金界面) 成渣：(SiO2)+2(FeO)===(2FeO·SiO2) (2FeO·SiO2)+2(CaO)===(2CaO·SiO2)+2(FeO)2.1高炉炼铁∕转炉炼钢流程2022年12月12日2.1.5转炉炼钢生产2.1高炉炼2022年12月13日Mn的氧化：冶炼前期大量氧化，但氧化程度比Si低 间接氧化：[Mn]+(FeO)===(MnO)+[Fe]主要反应脱碳反应：

作用：a.将碳氧化脱除到所炼钢种要求；

b.产生沸腾增强搅拌，增大反应接触面，加速传质传热，改善动力学条件，均匀温度、成分，有利于气体夹杂物的排除；

c.CO通过渣层产生气渣金属三相乳