基于安全系统思想论钢铁冶金生产

第一篇：基于安全系统思想论钢铁冶金生产

基于安全系统思想论钢铁冶金生产

【摘要】：钢铁冶金产业在一个国家的地位是不可动摇的，冶金科学应该受到极度的重视，结合安全系统思想本文主要从钢铁冶金联合企业的生产环节以及每个环节中的主要生产过程、主要设备、生产方法和特点等方面进行探讨。

【关键词】：冶金生产环节；过程；设备；安全

Based on the theory of safety system thought ferrous

metallurgical production

（Chongqing institute of technologySafety engineering college）

Abstract：Steel metallurgical industry in a country's position is unshakeable, metallurgical science should by extreme value, combining safety systems thought this paper mainly from steel metallurgical joint enterprise production links and each link of the main production process, the main equipment, production method and characteristics are studied.Key words：Metallurgical production links, Process: equipment;safety

1.冶金科学

冶金是一门多学科的综合应用科学，一方面，冶金不断吸收其他学科特别是物理

学、化学、力学、物理化学、流体力学等方面的新成就，指导着冶金生产技术向新的广度和深度发展；另一方面，冶金生产又以丰富的实践经验充实冶金学的内容，也为其他学科提供新的金属材料和新的研究课题。

11.1冶金的基本概念

冶金是一门研究如何经济地从矿石或其他原料中提取金属或金属化合物，并用各

种加工方法制成具有一定性能的金属材料的科学。

用于提取各种金属的矿石具有不同的特性，故提取金属要根据不同的原理，采用

不同的生产工艺过程和设备，从而形成了冶金的专门学科——冶金学。

1.2 冶金方法

（1）火法冶金。在高温下矿石经熔炼与精炼反应及熔化作业，使其中的金属和杂质分开，获得较纯金属过程。整个过程分为原料准备、冶金和精炼三个工序。

（2）湿法冶金。在常温或低于100℃下，用溶剂处理矿石，使所提取的金属溶解于溶液中，其他杂质不溶解，然后再从溶液中将金属提取和分离出来的过程。

（3）电冶金。按电能形式分为2类：

1）电热冶金：利用电能转化为热能，在高温下提炼金属，本质上与火法冶金相同。

2）电化学冶金：用化学反应使金属从含金属的盐类的水溶液或熔体中析出。

1.3 主要冶金过程简介

（1）干燥：除去原料中的水分。干燥温度一般为400~600℃。

（2）焙烧：将矿石置于适当的气氛下，加热至低于它们的熔点温度，发生氧化、还原或其他化学变化的冶金过程。

（3）煅烧：将碳酸盐或氢氧化物的矿物原料在空气中加热分解，除去二氧化碳和水分变

成氧化物的过程，也称焙解。

（4）烧结和球团：将粉矿经加热焙烧，固结成多孔块状或球状的物料，是粉矿造块的主要方法。

（5）熔炼：是将处理好的矿石或其他原料在高温下通过氧化还原反应，使矿石中金属和杂质分离为两个液相层即金属液和熔渣的过程，也叫冶炼。

（6）精炼：进一步处理熔炼所得含有少量杂质的粗金属，从而提高纯度。

2.钢铁冶金生产

钢铁冶金的任务是把铁矿石冶炼成合格的钢。钢铁工业是国家的基础工业之一，机械、交通运输、建筑、国防和民用等所有工业部门，都离不开钢铁材料。钢铁产量往往衡量一个国家工业水平和生产能力的主要标志，钢铁的质量和品种对国民经济其他工业部门产品的质量，都有极大的影响。

2.1 钢铁冶金生产环节

一个现代化的钢铁联合企业，一般有以下生产环节组成：原料处理、炼铁、炼钢、轧钢、能源供应、交通运输等，是一个复杂而庞大的生产体系。2其工艺流程如图：

2.2 原料的处理过程

原料是高炉冶炼的物质基础，精料是使高炉操作稳定顺行，获得高产、优质、低耗及长寿的保证，因此为高炉提供精料是原料处理的重要目标。

从矿山开采的矿石，其含铁量和化学成分波动大，有的大至几百毫米，有的成粉末。因此大部分矿石都不能满足高炉冶炼的要求，入炉前须经过加工处理，处理工艺流程如下图：

3破碎与筛分的目的是满足高炉冶炼的要求，提供适宜粒度以及满足贫矿选分处理对粒度的需要，矿石混合均匀的目的是稳定入炉矿石的化学成分，处理过程主要的设备是破碎机和筛分机。

2.3 高炉炼铁

高炉炼铁是钢铁联合企业极重要的一环。高炉炼铁具有庞大的主体和辅助系统，包括高炉本体、原燃料系统、上料系统、送风系统、渣铁处理系统和煤气清洗处理系统。

高炉冶炼的全过程可以概括为：在尽量低能量消耗的条件下，通过受控的炉料及煤气流的逆向运动，高效率地完成还原、造渣、传热及渣铁反应等过程，得到化学成分与温度较为理想的液态金属产品。

高炉炼铁的特点：

（1）在炉料与煤气逆流运动的过程中完成了多种错综复杂地交织在一起的化学反应和物理变化,炉内主要是还原性气体

(2)高炉是密封的容器，除去投入（装料）及产出（铁、渣及煤气）外，操作人员无法直接观察到反应过程的状况，只能凭借仪器仪表间接观察。

（3）高炉是连续的、大规模的高温生产过程，机械化和自动化水平较高。

2.4 氧气转炉炼钢

2.4.1 氧气顶吹转炉炼钢主要设备：炉壳、托圈、耳轴及倾动机构。

2.4.2 氧气顶吹特点：

（1）吹炼周期短，生产率高。

（2）运输复杂，数量大。

（3）温度高，烟尘大。

(4)吹炼速度快。

2.4.3 氧气顶吹过程：把氧气鼓入熔融的生铁里，使杂质硅、锰等氧化。在氧化的过程中放出大量的热量（含1%的硅可使生铁的温度升高200摄氏度），可使炉内达到足够高的温度，因此转炉炼钢不需要另外使用燃料。炼钢的基本任务是脱碳、脱磷、脱硫、脱氧，去除有害气体和非金属夹杂物，提高温度和调整成分。归纳为：“四脱”（碳、氧、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。5

43.冶金科学与安全科学

安全系统思想是从全面的角度和以安全整体为着眼点研究安全问题。6那么基于安全系统思想来讨论钢铁冶金生产中的安全问题，从总体上，其工作人员应对冶金工厂安全生产基本专业知识熟悉程度须高；对冶金工厂安全生产及主要安全技术的掌握程度要高。可见，冶金工业与安全科学的重要关系。

3.1 冶金安全基础知识

作为冶金生产的全体人员，必须了解冶金工厂主要危险源、主要事故类别、事故的原因；

了解烧结、焦化、耐火材料生产的主要危险源及主要事故类别和原因；熟悉炼铁、炼钢、轧钢生产的主要危险源及主要事故类别和原因；熟悉冶金事故主要分析技术及方法。

3.1.1 冶金工厂主要危险源

（1）冶金工艺

（2）化工生产

（3）机具、车辆和高处坠落

3.1.2 炼铁生产的安全因素

（1）危险源：烟尘、噪声、高温辐射、铁水和熔渣喷溅与爆炸、高炉煤气中毒、高炉煤气燃烧爆炸、煤粉爆炸、机具及车辆伤害、高处作业危险等。

（2）事故类别：灼烫、机具伤害、车辆伤害、物体打击、煤气中毒、各类爆炸事故等6类主要伤害。

（3）事故原因：人为因素（误操作和身体疲劳）、管理原因（不懂和不熟悉操作技术、劳动组织不合理）和物质原因（设备设施工具缺陷、个体防护用品缺乏或有缺陷）。

3.1.3 炼钢生产安全因素

（1）危险源：高温辐射、钢水和熔渣喷溅与爆炸、氧枪回火燃烧爆炸、煤气中毒、车辆伤害、起重伤害、机具伤害、高处坠落。

（2）事故类别：氧气回火、钢水和熔渣喷溅引起的灼烫与爆炸、起重伤害、车辆伤害、机具伤害、物体打击、高处坠落、触电和煤气中毒等。

（3）事故原因：人为的违章作业和操作失误、作业环境条件不良、设备缺陷、操作技术不熟练、现场缺乏检查指导、安全规程不健全或执行不严格、个体防护用品缺乏或有缺陷等。

3.2 冶金安全生产主要的安全技术

3.2.1 高炉停炉安全技术

停炉前，高炉与煤气系统必须严密可靠地分隔开。采用打水法停炉时，应取下炉顶放散阀或放散管上的锥形帽。打水停炉降料面期间，应不断测量料面高度。避免休风，必须休风时，先停止打水，并点燃炉顶煤气.8

3.2.2 炼钢安全生产主要安全技术

（1）熔融物遇水的爆炸防护技术：各种水管道不允许漏水、渗水。

（2）化学反应引起的喷溅防护技术：禁止使用留渣操作法；必须用密闭容器储运电石粉，并装有自动报警装置。

（3）氧枪系统安全技术：弯头或变径管燃爆事故；回火燃烧事故（氧枪中压力过低）；汽阻爆炸事故。

（4）废钢与拆炉爆破安全技术：爆破工应有2年以上的爆破实践，经考试合格，发给爆破工作证后，才可独立操作。温度高于200℃的物块，必须冷却至80℃以下才可进行爆破。

（5）钢、铁、渣灼伤安全技术：定期检查，加强个体防护等。

（6）炼钢厂起重运输作业安全技术。9

3.3 冶金安全生产事故主要分析技术及方法

3.3.1 评分法（指数法）

（1）美国道化学公司的火灾、爆炸指数法

（2）英国帝国化学公司的ICI蒙德法

（3）日本化工厂六阶段法

（4）化工部化工厂危险程度分级法

3.3.2 概率法

（1）FTA7

（2）ETA

3.3.3检查表法

经常同评分法结合使用，如“石油化工企业安全评价实施方法”。

3.3.4综合评价法（风险评价法）

（1）危险确定

（2）危险的检测与分析

（3）危险的定量化

（4）危险的处理

10（5）综合评价结论

随着现代社会经济的飞速发展，科技的不断进步，钢铁冶金生产对一个国家经济的影响力越来越大，本文就钢铁冶金联合企业在冶炼生产过程的主要环节以及每个环节的主要生产过程、特点等进行了分析探讨，从而发掘在其生产过程中的不安全因素。钢铁企业潜在的重大安全事故主要有火灾事故、爆炸事故、煤气中毒事故等几大类。事故的发生有管理方面的原因，也有装备水平低、人员素质不高、安全意识不强等各方面的原因。因此，加强安全管理、强化安全教育、增进安全意识、消除安全隐患、提高技术素质、完善安全制度、建立健全事故应急机制、采用先进技术科学管理来避免钢铁企业事故发生成为必然。

[参考文献]

【1】 李慧，钢铁冶金概论【M】，冶金工业出版社，1993.11

【2】 薛正良，钢铁冶金概论【M】，冶金工业出版社，2008

【3】 陈文思，韩荣等，钢铁生产概论【M】，上海科学技术出版社，1985

【4】 张玉柱，高炉炼铁【M】，冶金工业出版社，1995.12

【5】 冯捷，张红文，转炉炼钢生产【M】，冶金工业出版社，2006

【6】 刘潜，安全科学【J】，工业安全卫生月刊，1995.2

【7】 那宝魁，钢铁企业安全生产管理【M】，冶金工业出版社，2009.6

【8】 李慧，钢铁冶金概论【M】，冶金工业出版社，1993.11

【9】 武文，危险作业安全技术与管理【M】，气象出版社，2007

【10】 宋大成，王洪海，李兴隆，职业安全健康管理体系【M】，化学工业出版社，2006.5

第二篇：钢铁冶金联合企业的生产

钢铁冶金联合企业的生产

摘要

随着国家的发展，工业也跟着发展特别是在这个快速发展的社会钢铁工业占着重要的地位，中国冶金工业科技水平正在走强，“大而弱”的声音已经降调。中国应当以提高竞争力为目标，进一步提高冶金工业科技水平。冶金行业安全问题要引起高度重视，解决安全问题要采用综合性措施，常抓不懈。完善中国冶金行业的标准从一定意义上来讲是解决冶金安全的关键，要构建安全标准体系保障行业健康发展。

第三篇：钢铁冶金联合企业的生产

钢铁冶金联合企业的生产

摘要

随着国家的发展，工业也跟着发展特别是在这个快速发展的社会钢铁工业占着重要的地位，中国冶金工业科技水平正在走强，“大而弱”的声音已经降调。中国应当以提高竞争力为目标，进一步提高冶金工业科技水平。冶金行业安全问题要引起高度重视，解决安全问题要采用综合性措施，常抓不懈。完善中国冶金行业的标准从一定意义上来讲是解决冶金安全的关键，要构建安全标准体系保障行业健康发展。关键词：冶金

钢铁

程序

采矿

引言：通过了接近十周的《冶金工程概论》课的学习，让我这个从来都不接触钢铁的学生全方位的了解了，钢铁的冶炼和我国钢铁业的发展，也让我受益匪浅。这个课程即将结束，我将用论文的形式将我所学到的展现出来。本篇文章主要是将钢铁冶金联合企业主要有哪些生产环节？每一个生产环节的主要过程、主要设备。生产方法以及特点的描述。

1采矿和选矿 1.1采矿

原料是高炉冶炼的物质基础，冶炼1t生铁大约需要1.6~2.0t矿石，0.4~0.6t焦炭和0.2~0.4t溶剂。高炉冶炼是连续生产过程，因此必须尽可能为其提供数量充足，品位高，杂质少，强度好，粒度均匀，粉末少以及性能稳定的原料，对一些不能满足上诉要求的原料，要进行一系列的准备处理，以确保高炉操作稳定顺行

采矿方法就是根据矿床的赋存要素和矿石与围岩的物理力力学等因素所确定的矿石开采方法，它包括采区的采准，切割和回采。根据回采时地区管理方法分为三大类：空场采矿法，充填采矿法和崩落采矿法。

铁矿石的开采方式主要有露天开采和液体开采，a矿石的品位要高。矿石的品位（含铁量）愈高，脉石含量愈少，冶炼是所需溶剂量和产出的渣量就少，因而能耗相应降低，产量增加。经验表明，含铁量每增加1%，则焦比降低2%，产量提高3%：贫矿石直接入炉冶炼在经济上是不合算的，应该选矿提高品位后，制成烧结矿或球团矿再入炉冶炼。B酸性脉石要低。一般的铁矿石脉石属酸性，主要成分为SiO2和Al2O3。在高铁冶炼条件下，Al2O3不被还原，SiO2只有很少量的被还原，最终进入炉渣与金属分离为未获得熔点，粘度，碱度等性能适当的熔渣，就需要在炉料中配加一定数量的碱性溶剂（CaCo3）。因此，矿石中SiO2和Al2O3愈多，加入的溶剂就愈多，渣量就愈多，燃料消耗量愈多。所以矿石中酸性脉石含量越低愈好。C有害杂质要少。铁矿石中的主要杂质主要是硫和磷，他们在高炉冶炼中很容易进入生铁，从而对钢铁性能带来危害。在钢铁冶炼过程中，硫的脱除主要是在冶炼过程中进行的，磷的脱除主要是在炼钢过程完成的，因此铁矿石中硫和磷含量高会大大增加炼铁和炼钢的负担，获得高产，优质，低耗既长寿的生产技术经济指标。1.2选矿

（1）铁矿石：我国是世界上铁矿石资源较为丰富的国家之一，已探明的铁矿石储量有443亿吨。我国铁矿资源优点：一是贫矿多，富矿少，品均含铁量为34%，含铁量在50%以上可以直接入炉的富矿仅占5.7%，阴齿必须大力发展选矿和造块工业：二是复合矿多，含多种金属的复合矿约占总储量的25%，如在包钢所用的白云鄂波铁矿中伴生的稀土元素总量比世界各国储量的总和还多，攀枝花铁矿含钒，钛，其钒含量也占世界首位，因此必须注重综合利用。铁矿石的的种类较多，在自然界中已经发现有300多种含铁矿物。作为炼铁原料的铁矿石主要有赤铁矿，磁铁矿，褐铁矿及菱铁矿四种。磁铁矿坚硬致密，具有磁性，故其复合矿适合用磁选的方法富集，但还原能力差。赤铁矿质软，组织疏松易破碎，还原性能优于磁铁矿。褐铁矿和菱铁矿在受热时，所含结晶水及碳酸盐分解货挥发后，形成疏松多孔的结构，还原性好。对于含铜或含钒钛类型铁矿石，为了综合回收各种有用矿物，多采用磁，浮，重，化等联合流程进行选别。

（2）多金属矿石 ：典型多金属硫化矿石是铜，铅，锌硫化矿石。其特点：硫化矿物种类多，品位低，嵌布细，各种有用矿物共生，可选性不一。混合浮选流程加硫酸钠活化闪锌矿，加少量氰化物抑制硫化铁矿物，之后用石灰石将矿浆调制pH=9~10，并加“氰化钠+硫酸锌”抑制闪锌矿，实现铜，铅与锌矿分离，从而获得闪锌矿精矿。铜铅分离时，加重铬酸钾搅拌90~100min，调pH=9~9.5，抑铅浮铜，获得铜精矿。尾矿中主要是铅精矿，还有一部分易浮的锌矿进入，此时用硫酸铜活化锌矿物浮锌抑铅，分别获得铅精矿和锌中矿。

1.2人工造矿（球团和烧结）

粉矿造块的方法：烧结法和球团法，以烧结法为主。

1）烧结是分矿造块的主要方法，其工艺是将粉矿，燃料和熔剂按一定比例混合；利用其中燃料燃烧产生的热量使混合料发生一系列物理化学反应，部分原料颗粒表面发生软化和熔化，产生一定液相，并润湿其他未熔化的矿石颗粒；当冷却后，液相将粉矿颗粒粘结成块，这个过程成为烧结。2）主要设备：吸风带式烧结机。2·炼铁

目前常用的炼铁方法有高炉炼铁，直接还原和熔融还原铁三种方法。高炉炼铁是以焦炭为能源基础的传统炼铁方法，利用焦炭作为发热剂和还原剂，把铁矿石还原成生铁的碳热还原熔炼过程。2.1高炉炼铁的过程如下：

1）烧结矿及部分块状铁矿石与焦炭，溶剂从高炉顶装入高炉中；

2）从高炉下不得风口鼓入1000~1300℃的热风，炉料中的焦炭在风口前与鼓风中的氧发生燃烧反应；

3）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。

4）反应产生的2000℃以上的炽热的具有还原性的煤气，在炉内上升过程中加热缓慢下降的炉料。矿石料在下降过程中逐步被还原，熔化成生铁和渣，聚集在炉缸中，并定期从铁口，渣口放出。5)上升的高炉煤从炉顶排出。所以，可以把高炉看成是一个炉料下降，煤气上升的两个逆向物流运动的反应器。2.2高炉炼铁的特点

1）高炉冶炼是在炉料与氧气气流逆向运动过程中完成各种错综复杂的化学反应和物理变化的，炉内主要是还原性反应。

2）高炉是密闭的容器，除装料，出铁，出渣及煤气外，操作人员无法直接观察到反应过程的状况，只能凭借仪器。

3）高炉是连续的大规模的高温生产过程，机械化自动化水平高 3.炼钢

1）造渣：调整钢、铁生产中熔渣成分、碱度和粘度及其反应能力的操作。目的是通过渣——金属反应炼出具有所要求成分和温度的金属。例如氧气顶吹转炉造渣和吹氧操作是为了生成有足够流动性和碱度的熔渣，能够向金属液面中传递足够的氧，以便把硫、磷降到计划钢种的上限以下，并使吹氧时喷溅和溢渣的量减至最小。

2）出渣：电弧炉炼钢时根据不同冶炼条件和目的在冶炼过程中所采取的放渣或扒渣操作。如用单渣法冶炼时，氧化末期须扒氧化渣;用双渣法造还原渣时，原来的氧化渣必须彻底放出，以防回磷等。

3）熔池搅拌：向金属熔池供应能量，使金属液和熔渣产生运动，以改善冶金反应的动力学条件。熔池搅拌可藉助于气体、机械、电磁感应等方法来实现。4）电炉底吹：通过置于炉底的喷嘴将N2、Ar、CO2、CO、CH4、O2等气体根据工艺要求吹入炉内熔池以达到加速熔化，促进冶金反应过程的目的。采用底吹工艺可缩短冶炼时间，降低电耗，改善脱磷、脱硫操作，提高钢中残锰量，提高金属和合金收得率。并能使钢水成分、温度更均匀，从而改善钢质量，降低成本，提高生产率。

5）熔化期：炼钢的熔化期主要是对平炉和电炉炼钢而言。电弧炉炼钢从通电 开始到炉料全部熔清为止、平炉炼钢从兑完铁水到炉料全部化完为止都称熔化期。熔化期的任务是尽快将炉料熔化及升温，并造好熔化期的炉渣。

6）氧化期和脱炭期：普通功率电弧炉炼钢的氧化期，通常指炉料溶清、取样分析到扒完氧化渣这一工艺阶段。也有认为是从吹氧或加矿脱碳开始的。氧化期的主要任务是氧化钢液中的碳、磷;去除气体及夹杂物;使钢液均匀加热升温。脱碳是氧化期的一项重要操作工艺。为了保证钢的纯净度，要求脱碳量大于0.2%左右。随着炉外精炼技术的发展，电弧炉的氧化精炼大多移到钢包或精炼炉中进行。

7）还原期：普通功率电弧炉炼钢操作中，通常把氧化末期扒渣完毕到出钢这段时间称为还原期。其主要任务是造还原渣进行扩散、脱氧、脱硫、控制化学成分和调整温度。目前高功率和超功率电弧炉炼钢操作已取消还原期。8）炉外精炼：将炼钢炉(转炉、电炉等)中初炼过的钢液移到另一个容器中进行精炼的炼钢过程，也叫二次冶金。炼钢过程因此分为初炼和精炼两步进行。初炼：炉料在氧化性气氛的炉内进行熔化、脱磷、脱碳和主合金化。精炼：将初炼的钢液在真空、惰性气体或还原性气氛的容器中进行脱气、脱氧、脱硫，去除夹杂物和进行成分微调等。将炼钢分两步进行的好处是：可提高钢的质量，缩短冶炼时间，简化工艺过程并降低生产成本。

9）钢液搅拌：炉外精炼过程中对钢液进行的搅拌。它使钢液成分和温度均匀化，并能促进冶金反应。多数冶金反应过程是相界面反应，反应物和生成物的扩散速度是这些反应的限制性环节。钢液在静止状态下，其冶金反应速度很慢，如电炉中静止的钢液脱硫需30～60分钟;而在炉精炼中采取搅拌钢液的办法脱硫只需3～5分钟。钢液在静止状态下，夹杂物*上浮除去，排除速度较慢;搅拌钢液时，夹杂物的除去速度按指数规律递增，并与搅拌强度、类型和夹杂物的特性、浓度有关。10）出钢：钢液的温度和成分达到所炼钢种的规定要求时将钢水放出的操作。4·轧钢

热轧，每一阶段的主要生产过程为：1）加热。将钢坯在加热炉中，加热到再结晶温度以上的某一适当温度。2）轧制。不同品种或规格产品，分别在不同类型的轧机上进行轧制。3）精整。包括剪切、冷却、矫正、检验、表面处理等。

冷轧的主要生产过程为：1）酸洗。除去坯料表面的氧化铁皮。2）轧制。3）退火。消除加工硬化。4）精整。

5.冶金与艺术设计的联系

冶金工程适用于炼铁炼钢，在炼铁炼钢的过程中使用的器具都需要艺术设计的参与，设计更美观更实用的机器。在冶金的制作当中会制造一些工艺品，这些工艺品是将金属溶化后烧制成为模具，模具的设计是需要艺术设计的参与，冶金与艺术设计的联系在于炼铁炼钢过程中钢铁的样式和钢铁的形状，制造符合订单规格的钢铁成品。

第四篇：钢铁冶金联合企业主要生产环节

1钢铁冶金联合企业主要生产环节 1.1 铁矿石的开采 1.1.1 铁矿石的开采

铁矿石的开采方式主要有露天开采、地下开采和液体开采。1.1.2铁矿石的富选

铁矿石的富选过程包括破碎、磨碎、筛分和分级和选别作业。1.1.3 铁矿粉造块

铁矿粉造块的方法主要分为烧结法和球团法。1.2高炉炼铁[1] 1.2.1 高炉炼铁的过程

a)炉顶装入铁矿石、焦炭、造渣用熔剂(石灰石)。b)从位于炉子下部沿炉周的风口吹入经预热的空气。

c)在高温下焦炭（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。d)炼出的铁水从铁口放出。

e)铁矿石中不还原的杂质和石灰石等熔剂结合生成炉渣，从渣口排出。

f)产生的煤气从炉顶导出，经除尘后，作为热风炉、加热炉、焦炉、锅炉等的燃料。1.2.2 高炉炼铁特点

（1）高炉冶炼是在炉料与煤气流逆向运动过程中完成各种错综复杂的化学反应和物理变化的，炉内主要是还原性气氛。

（2）高炉是密闭的容器，除装料、出铁、出渣及煤气外，操作人员无法直接观察到反应过程的状况，只能凭借仪器仪表间接观察炉内状况。

（3）高炉是连续的、大规模的高温生产过程，机械化和自动化水平较高。

1.3铁合金生产 1.3.1铁合金的用途

① 合金添加剂②脱氧剂③孕育剂。1.3.2生产方法

铁合金的生产方法主要有碳还原法（高炉、电炉）、金属热还原法及电解法。1.4炼钢用原材料

炼钢用原材料可分为金属和非金属两类 1.4.1 金属材料

金属料主要指铁水（或生铁块）、废钢和铁合金。1.4.2 非金属材料

非金属料主要指造渣材料、氧化剂、冷却剂等。1.5炼钢的基本任务

a)脱碳并将其含量调整到一定范围。b)去除杂质，主要包括：脱磷（冷脆）、脱硫（热脆）、脱氧、去除气体（氢、氮）和非金

属夹杂物（氧化物、硫化物、磷化物、氮化物等）c)调整钢液成分和温度

d)将钢液浇注成质量好的钢锭或钢坯。1.6转炉、平炉炼钢

转炉炼钢法主要包括底吹酸性转炉炼钢法、碱性转炉炼钢法、侧面吹风的酸性侧吹转炉炼钢法、氧气顶吹转炉炼钢法（LD法）、氧气底吹转炉炼钢法及顶底复合吹转炉炼钢法。1.6.1转炉炼钢法基本原理 在于他不借助外加能源，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（1600℃或更高）温度。1.6.2氧气顶吹转炉炼钢法

用纯氧从转炉顶部吹炼铁水成钢的转炉炼钢方法。自50年代初投入工业生产以来，在世界范围内得到迅速推广，逐步取代空气转炉法和平炉炼钢法，成为现代炼钢的主要方法。1.6.3 LD法优点

a)吹炼速度快，生产率高； b)品种多，质量好；

c)原材料消耗少，热效率高、成本低； d)基建投资省，建设速度快； e)容易与连续铸钢相匹配。

鉴于以上优点，氧气顶吹转炉炼钢现已成为主要炼钢方法。1.6.4平炉炼钢特点

从外部供给热量 因平炉炉体庞大,冶炼时间长,炉墙散热损失和高温废气带走的热量大，除钢铁原料中各元素氧化产生热量外，必须从外部供给燃料和使用预热空气燃烧燃料，方能保持炼钢时需要的热量。1.6.5平炉炼钢的原材料

①钢铁料如生铁或铁水、废钢；

②氧化剂如铁矿石、工业纯氧、人造富矿； ③造渣剂如石灰（或石灰石）、萤石、铁矾土等； ④脱氧剂和合金添加剂。1.6.6平炉炼钢的步骤

平炉炼钢的过程通常分为补炉、装料（铁矿石、石灰和废钢）、加热、兑铁水、熔化、精炼、脱氧和出钢等几个步骤。1.6.7平炉炼钢的优点

①可大量使用废钢，而且生铁和废钢配比灵活；

②对铁水成分的要求不像转炉那样严格，可使用转炉不能用的普通生铁； ③能炼的钢种比转炉多，质量较好。1.7电弧炉冶炼

1.7.1电弧炉冶炼的优点 a)热效率高，达65%以上 b)温度易于控制和调整

c)炉内气氛可控，利于脱磷、脱硫、脱氧 d)钢中夹杂物相对较低 e)合金收得率高

f)可全废钢冶炼，也可配装部分铁水 g)设备简单，占地少，投资省，建厂快

但是，我国目前废钢保有量少，价格较高，而且电弧离解作用是钢中氮氢含量较转炉高。1.8炉外精炼 1.8.1精炼原理

真空脱气、真空脱氧、惰性气体处理、钢液搅拌 1.8.2炉外精炼主要工艺方法

a)埋弧加热钢包精炼法（LF法，日本1971年开发）b)真空吹氧脱碳精炼法（VOD法，西德1965年开发）c)氩氧炉脱碳精炼法（AOD法，美国1968年开发）1.8.3炉外精炼具有的共同工艺特点

①选择一个理想的精炼气氛条件，通常采用真空、惰性气氛或还原性气氛。②对钢液进行搅拌，可采用电磁感应、惰性气流或机械方法搅拌。

③钢液加热，在精炼过程中通常采用电弧加热、埋弧加热、等离子加热或增加化学热等。

1.9钢的浇铸

钢的生产包括炼钢、浇铸两大环节。1.9.1 浇铸作业

将合格钢水铸成适合于轧制或锻压加工所需要的一定形状、尺寸和单重的铸坯(或钢锭)。

1.9.2钢水的浇铸的两种工艺方式

a)钢锭模浇铸，也称模铸工艺，成品为钢锭。b)是连续铸钢，也称连铸工艺，产品为连铸坯。1.9.3浇铸方法

钢锭浇铸分上铸法和下铸法两种。1.9.4连铸机型式

目前普遍使用的连铸设备是弧形连铸机。立式、立弯式、倾斜式三种型式是发展过程的产物，其中直立式仍在少数工厂使用，水平式、旋转轮式、离心旋转连铸机尚处于试验或小规模生产阶段。

1.10金属塑性加工 1.10.1 分类

按照塑性加工时是否完全消除加工硬化，分为热加工和冷加工。1.10.2加工施力类型分类

①直接受压、如锻压、挤压和轧制；

②间接受压, 如拔丝、拔管和金属板深拉； ③张力，如拉延；

④弯曲，施加的是弯矩，如金属冷弯成型； ⑤剪切，施加剪切使金属成型，如冲裁、剪切。1.10.3 金属塑性加工特点

金属塑性加工在现代冶金工业生产中占有重要地位，同金属切削加工相比，塑性加工有以下优点：

①从成型原则上说,无切屑,金属损耗较少；

②在取得所需形状的同时,改善材料的组织和性能,成品能够直接使用或者便于加工； ③适于专业化的大规模生产。主要缺点是：

①某些脆性材料和形状复杂的制品不适于用塑性加工； ②专业化生产时需要专用的设备和工具。

1.11金属热处理

金属热处理方法包括退火、正火、淬火、回火和调质。

第五篇：钢铁冶金论文(DOC)

炼钢中脱磷的研究

1.前言

一般情况下，磷是钢材中的有害成分，使钢具有冷脆性。磷能溶于a-Fe中(可达1.2％)，固溶并富集在晶粒边界的磷原子使铁素体在晶粒问的强度大大增高，从而使钢材的室温强度提高而脆性增加，称为冷脆。但含磷铁水的流动性好，充填性好，对制造畸形复杂铸件有利。此外，磷可改善钢的切削性能、易切削钢中磷含量可达0.08％一0.15％。2．转炉的脱磷

2.1转炉脱磷的基本原理

通常认为，磷在钢中是以[Fe3P]或[Fe2P]的形式存在，为方便起见，均用[P]表示。炼钢过程中的脱磷反应是在金属液与熔渣界面进行，首先是[P]被氧化成（P2O5），然后与（CaO）结合成稳定的磷酸钙，其反应式可表示为： 2[P]+5(FeO)+4(CaO)==(4CaO·P2O5)+5[Fe] 或 2[P]+5(FeO)+3（CaO）=(3CaO2·P2O5)+5[Fe] 2.2影响脱磷的因素

磷的氧化在钢渣界面进行，按炉渣分子理论的观点，反应式如下： 2[P]+5(FeO)=（P2O5）+5[Fe]---Q1（1）3（FeO）+（P2O5）=（3 FeO·P2O5）---Q（2）

（3 FeO·P2O5）+4(CaO)=(4CaO·P2O5)+ 3（FeO）---Q（3）有式（1），（2），（3）可推导出（4）：

2[P]+5（FeO）+4（CaO）=(4CaO·P2O5)+5[Fe]---(4)式（4）表明，高碱度、高氧化性渣对脱磷有利，去磷是放热反应，故从热力学讲低温条件有利于去磷反应的进行。

（1）氧化性对炉渣去磷能力影响的理论分析

由上式不难看出（FeO）在脱磷过程中起双重作用，一方面作为磷的氧化剂起氧化磷的作用；另一方面充当把（P2O5）结合成（3 FeO·P2O5）的基础化合物的作用。可以认为渣中存在（FeO）是去磷的必要条件。由于（3 FeO·P2O5）在高于1470℃时不稳定的，因此只有当熔池内石灰熔化后生成稳定的化合物(4CaO·P2O5)才能达到去磷的目的。（2）炉渣碱度对炉渣去磷能力的影响理论分析

CaO具有较强的脱磷能力，(4CaO·P2O5)在炼钢温度下很稳定，因此，提高炉渣碱 度可以提高脱磷的效率。但不能无止尽的提高炉渣的碱度，如果CaO加入过多，炉渣的熔点增大，CaO颗粒不能完全熔入炉渣，则导致炉渣的流动性减弱，黏度增强，从而影响脱磷反应在钢液与炉渣之间的界面进行而降低脱磷效果。另外，炉渣碱度与氧化铁的活度也有关系，过高碱度减少氧化铁的活度，从而降低脱磷效果。（3）温度对炉渣去磷能力影响的理论分析

温度对去磷反应的影响从两个方面来看：一方面，去磷反应是放热反应，高温不利于去磷，然而，熔池温度的提高，将加速石灰的熔化，提高熔渣碱度，从而提高磷在炉渣和钢水中的分配比；另一方面，高温能提高渣的流动性，能加强渣—钢界面反应，提高去磷速度，所以过低的温度不利于去磷。

总之脱磷的条件为：高碱度、高（FeO）含量（氧化性）、良好的流动性熔渣、充分的熔池搅动、适当的温度及大渣量。2.3回磷现象

所谓的回磷现象，就是磷从熔渣中又返回到钢液中。成品钢中磷含量高于终点钢中的磷含量也属于回磷现象。熔渣的碱度或氧化亚铁含量降低，或石灰划渣不好，或温度过高等，均会引起回磷现象。出钢过程中，由于脱氧合金加入不当，或出钢下渣，或合金中磷含量较高等因素，也有导致成品钢中磷高于终点钢[P]含量。由于脱氧，炉渣碱度、（FeO）含量降低，钢包内有回磷现象，反应式如下：

2（FeO）+[Si]==(SiO2)+2[Fe]

(FeO)+[Mn]==(MnO)+[Fe]

2(P2O5)+5[Si]==5(SiO2)+4[P]

(P2O5)+5[Mn]==5(MnO)+2[P]

3(P2O5)+10[Al]==5(Al2O3)+6[P] 通常采用避免钢水回磷措施：挡渣出钢，尽量避免下渣；适当提高脱氧前碱度；出钢后向钢包渣面加一定量石灰，增加炉渣碱度；尽可能采取钢包脱氧，而不采取炉内脱氧；加入钢包改质剂。

2.4 还原脱磷

还原条件下进行脱磷近年来也很受关注，要实现还原脱磷，必须加入比铝更强的脱氧剂，使钢液达到深度还原。通常加入Ca，Ba或CaC2等强还原剂。还原脱磷反应：

3[Ca]+2[P]===3(Ca2+)+2(P3-)3[Ba]+2[P]===3(Ba2+)+2(P3-)3CaC2(s)+2[P]===3(Ca2+)+2(P3-)+6[C] 还原脱磷加入强还原剂的同时，还需加入CaF2，CaO等熔剂造渣。还原脱磷一般是在金属不宜用氧化脱磷的情况下使用，如含铬高的不锈钢，采用氧化脱磷会引起铬的大量氧化。还原脱磷后的渣应立即去除，否则渣中P3-又会被重新氧化成PO43-而造成回磷。【1】 3 钢渣在微波场中还原脱磷

微波技术在加热高电介质耗损原料方面是一种简单而有效的方法, 在冶金还原领域有着广阔的应用

前景。相较于传统加热还原工艺需要较高的温度和损耗, 具有体积性加热、选择性加热、非接触性加热、即时性等加热特性的微波场在较低温度下能够提供更多的热量。因为通过渣料表面点位与微波能的强烈作

用, 物料表面点位选择性被很快加热至很高温度。铁氧化物是一种高微波响应材料, 而且如果Fe3+ /(Fe2++ Fe3+)的比率在一个合适的范围内, 钢渣能得到有效加热, 碳质微粒物质具有良好的微波吸收特性, 有利于迅速加热原料。

3.1结果与讨论

实验表明钢渣为微波的良吸收体, 如图3所示, 当时间达到15~ 20min时, 纯渣料及各配碳量条件下的结构示意图

图3 物料的微波升温曲线 图1 微波冶金试验炉

物料温度均达到1000e 并呈线性稳定增加。还原结果如图表4所示, 温度对还原反应的影响很大, 随着温度的上升, 脱磷率稳定增加。1400e 时脱磷率可达到87.15%。当温度达到1200e 时, 渣料中出现大量直径小于1mm的金属颗粒, 并且呈均一弥散分布。由此证明微波体无温度梯度的加热方式使其中不同位置的物料获得均一稳定的加热特性。当温度达到1300e 时, 渣料中即出现易从渣相分离出的直径在10~ 20 mm的大颗粒金属球.碳热还原钢渣的反应机理是: Ca3(PO4)2 + 5C= 3CaO+ 1 /2P4 + 5CO 该反应在超过1000e 时能自发进行, 传统工艺中温度达到1400e 才能迅速反应。微波场中当温度达到1200e 脱磷率就已经达到85% 以上。所实验表明, 较传统加热工艺, 微波促进钢渣脱磷, 使得还原脱磷反应在低温下得以实现。

图4 温度对脱磷率的影响

实验表明Ceq对还原反应的影响显著。在微波场中升温到1300e 保温20min检测发现, 随着碳当量的增加, 渣中铁和磷含量降低, 脱磷率增加。如图6，当Ceq= 1时, 即体系中的还原剂刚好够还原钢渣氧化物所用, 由于体系开放, 部分碳质还原剂在空气环境下微波辐射氧化消耗, 使得还原剂的有效参与率降低,从而导致脱磷率较低。随着Ceq增加, 当Ceq= 3时, 碳还原反应剧烈, CO气泡从坩埚界面和料面不断冒出,遇空气燃烧剧烈, 此时的脱磷率达到8619%。实验发现配碳量较高情况下气化脱磷占总脱磷率比重很大。主要由于高还原剂条件下产生大量CO气体, CO上升过程将更多P(g)带出, 促进了磷的气化逸散。此外,微波加热在1300e 下即可较充分的发生还原反应, 此温度尚未产生宏观熔池, 为固固相反应, 料柱松散, 磷蒸汽逸散阻力小, 易被CO气体携带出体系。上述结果表明, 钢渣的还原效果很大程度上还是受还原剂的影响, 碳当量越高, 铁和磷在渣铁间的分配比越小, 金属聚集阻力和磷的气化阻力越小, 即高碳当量有利于磷的还原和迁移。但过高的碳当量在反映出其对于体系升温有负面影响。所以选择合适的过量碳当量是必要的。本次实表明, 2~ 3倍碳当量既能返祖快速升温启动和促进脱磷反应, 又能避免碳资源的浪费。为研究保温时间对还原效果的影响, 在1300e , 3Ceq条件下, 分别设定保温时间0 min、10 min、20m in、30 min进行对比实验, 结果如图7。实验证明, 保温时间越长, 渣相中出现Fe2C合金球直径越大, 可回收金属量越大, 脱磷率也越高。这说明适当延长保温时间, 能提供更长时间和更多热量促进金属球的聚集长大,利于合金采集和回收。

3.2钢渣微波场中还原脱磷结论

(1)实验结果表明, 转炉钢渣为微波的良吸收体可在20m in被迅速加热至1000e 以上。微波加热能促进钢渣的还原反应, 实现钢渣在1400e 以下的低温还原脱磷。平均脱磷率达85% 以上, 最优可达9115%。

(2)微波碳热还原钢渣反应生成的Fe2C合金球, 最大直径可达18mm, 易从渣中提取。其余呈均一弥散分布于残渣中, 直径大多在3mm以下, 需筛分与渣相分离。

(3)在1100e ~ 1400e 低温范围内, 钢渣脱磷率随温度升高而增大, 1100e 时脱磷率达到80% , 1400e时脱磷率增高至8715%。适当增加保温时间, 更利于还原反应的进行。

(4)钢渣的还原效果很大程度受还原剂影响。金属收得率和脱磷率随着碳当量Ceq的增加而增加,1Ceq时脱磷率67%, 3Ceq钢渣脱磷率上升至86.19%。【2】 4 预熔脱磷剂进行铁水脱磷的实验

4.1w(CaO)/w(Fe2O3)对预熔脱磷剂脱磷效果的影响

根据脱磷的主要反应式(式(1))可知, 脱磷剂中Fe2O3 在铁水中的溶解氧[ O] 能将铁水中的[ P] 氧化为P2O5 , 但P2O5 不稳定, 必须和碱性氧化物(CaO)反应生成稳定的磷酸盐渣(4CaO·P2 O5 或3CaO·P2 O5), 才能使铁水中的磷脱除掉。通过实验欲找到一个能使铁水中磷含量降到最低的w(CaO)/w(Fe2O3)比值, 以达到最佳的脱磷效果。2[ P]+5(FeO)+4(CaO)=4(CaO)+(P2O5)+ 5[ Fe](1)为此, 在1350℃下固定w(CaF2)为10%不变,改变预熔脱磷剂中w(CaO)和w(Fe2 O3)的比值进行脱磷实验, 脱磷剂加入量为铁水量的10%, 处理时间为10 min, 结果如图2 所示。可看出, 在w(CaO)/w(Fe2O3)的值介于0.5~ 1.0 之间时, 随比值增大脱磷率逐渐上升, 当w(CaO)与w(Fe2O3)的比值为1.0 左右时, 脱磷率最大, 为95.22%, 这主要是由于w(CaO)/w(Fe2O3)约为1 时, 使铁水中[ P] 与[ O] 充分结合生成的P2O5 能被CaO 完全固定为4CaO·P2O5 或3CaO·P2 O5 , 实现较好的脱磷效果;而在w(CaO)/ w(Fe2 O3)介于1.00~1．25 之间时, 随比值增大脱磷率逐渐下降。

图

2w(CaO)/ w(Fe2O3)对脱磷率的影响

4.2 助熔剂含量对预熔脱磷剂脱磷效果的影响

固定w(CaO)/w(Fe2O3)=1.0不变, 改变助熔剂CaF2 的含量在6% ~ 15% 之间变化进行脱磷实验。处理10 min 的结果如图3 所示, 可以看到在CaF2 含量为6% 时, 脱磷率相对较低, 进一步增加CaF2 的含量, 当w(CaF2)为10% 时, 脱磷率最大,为96.24% , 使铁水中的磷由0.21% 降低为0.0079%, 这主要因为CaF2 与CaO 能形成低熔点化合物, 经预熔处理后脱磷剂熔点和粘度得到了降低 ,使脱磷反应的动力学条件得到了明显改善;当w(CaF2)进一步增加为15%时, 脱磷率有一定程度的降低, 为91.43%。由于在脱磷剂加入量一定的情况下, 当助熔剂量多时, 氧化剂和固定剂的相对加入量就会减少, 因此, 脱磷效果反而不好;且预熔脱磷剂中CaF2 大于15% 时将对炉衬产生明显的侵蚀。

图3 预熔脱磷剂中CaF2 含量对脱磷效果的影响 4.3铁水初始磷含量对预熔脱磷剂脱磷效果的影响

为适应铁水中初始磷含量的波动对脱磷反应效果的影响, 对初始磷含量不同的铁水用相同配比关系的预熔脱磷剂进行了实验研究。在1 300℃, 加入量为10%的条件下, 分别选用初始磷的质量分数为0．21%、0.168%、0.119% 的生铁进行实验, 结果如图4 所示。可以看出随初始磷含量的增大脱磷率略有增大, 当铁水中的初始磷的质量分数为0.21%时, 经过10 min 的脱磷处理后可使磷的质量分数降低到0.007 9%, 脱磷率为96.24%;当初始磷的质量分数为0.168% 时, 可将铁水中的磷的质量分数降低到0.015% 的较低水平;初始磷的质量分数进一步降低为0.119% 时, 铁水中的磷的质量分数也能降低到0.012% 的水平, 脱磷率可达到89.92%。结果表明铁水中初始磷含量对用预熔脱磷剂进行铁水预处理脱磷的脱磷效果影响不大。

图4 初始铁水中磷含量对脱磷率的影响

4.4 处理温度对预熔脱磷剂脱磷效果的影响

由热力学分析可知, 脱磷反应是强放热反应(ΔH =O 反应大量进行, 保证脱磷在低温下进行。快速提高渣中FeO 含量, 保证炉渣熔化速度和具有较好的氧化性。此时, 控制温度在1 400 ℃以下, 控制ΣFeO 质量百分数在35% ～40% , 使炉渣具有较高的氧化性, 炉渣碱度在210左右, 这样在保证炉渣有良好的氧化性前提下有很好的流动性, 同时加强炉内搅拌, 促进渣-金反应的快速进行。脱碳升温期的主要任务是脱碳升温防止回磷。此时, 脱磷任务已基本完成, 随着脱碳的进行带来的高温会使脱磷反应逆向进行, 使渣中的磷又回到钢中。因此改善炉渣热力学条件来进一步强化脱磷，的目的。控制终点ΣFeO质量百分数在15%左右炉渣碱度在315 ～410。各厂的生产条件的差异应做适当的调整, 以满足生产的稳定。但需要指出的是, 化渣脱磷期可采用高枪位软吹或降低供氧强度, 即可以控制炉内温度, 在促进化渣的同时也可适当延长化渣脱磷期, 使脱磷反应充分进行。脱碳升温期, 尽量提高供氧强度, 快速脱碳升温来降低回磷。在条件准许的情况下, 可以采用留钢操作是获得高质量钢的有效手段。

6.2复吹转炉成渣对脱磷结论

1)成渣过程决定脱磷的效率, 冶炼的不同时期应合理控制炉渣碱度、氧化性和温度, 铁水磷含量的不同应选择不同的成渣方式。

2)化渣脱磷期铁水中磷含磷较高脱磷的驱动力较大, 主要通过改善动力学条件来加快脱磷, 采用铁质成渣。控制温度在1 400 ℃以下, 控制ΣFeO质量百分数在35% ～40% , 使炉渣具有较高的氧化性, 炉渣碱度在210左右, 这样在保证炉渣有良好的氧化性前提下有很好的流动性, 促进渣-金反应的快速进行。

3)脱碳升温期铁水温度较高是脱磷的不利条件, 因此改善热力学条件来进一步强化脱磷。控制终点ΣFeO 质量百分数在15% ～20% , 炉渣碱度在315～410。【5】 7 结语

我国作为钢材生产和消费大国, 炼钢工序作为钢铁生产不可缺少的环节, 钢渣的产生不可避免。近年来, 我国钢渣和铁渣的堆置达3亿多吨, 钢渣占钢铁工业固体废物的12109%。在冶金工业生产中, 排放的主要固体废弃物是高炉渣和转炉渣。其中高炉渣是利用技术最成熟的工业废渣, 而转炉渣的回收利用相对差很多, 对钢渣利用比较好的国家主要有美国、德国和日本, 利用率均达到95%以上。而我国在2002年调查中钢渣利用率仅为36% , 与国外先进国家相比, 在钢铁渣综合利用方面还有较大差距。因而我们要多开发新技术如脱磷，做到如何在低成本下实现最大化的脱磷同时又不影响环境，从而做出高产出。新的技术还有待开发。