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首页 钢铁是怎样炼成的-冶金工艺全流程精编课件

钢铁是怎样炼成的-冶金工艺全流程精编课件.ppt

钢铁是怎样炼成的-冶金工艺全流程精编课件

Miss杨
2019-05-25 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《钢铁是怎样炼成的-冶金工艺全流程精编课件ppt》,可适用于工程科技领域

钢铁是怎样炼成的冶金生产全流程*概述钢具有优良的通用性和适用性钢铁是现在和未来人们生活和生产用材料的第一选择(有多个钢种其中有多个特殊钢种)与其他材料比总体上性价比最适宜钢铁是可循环资源(铁矿石是不可再生资源)年我国粗钢产量万吨(全球粗钢产量亿吨),表观消费量亿吨,估计产能亿吨年预计粗钢产量亿吨从铁矿石到钢及钢材的工艺铁矿石主要是由铁氧化合物和脉石组成提取铁即是还原铁矿使铁氧分离还原成铁水或固体海绵铁(直接还原铁DRI)铁是Fe、C化合物性能局限没有韧性钢的成分主要是铁炼钢是去除铁中大部分的C并向钢水中按需加入合金元素达到各种特性最理想的是把铁矿石直接还原成钢但目前技术上还达不到从铁矿石钢必须分成上述两步走利用钢的韧性等按用户的要求加工成各种钢材提取Fe元素(钢)的途径高炉转炉冶炼长流程途径主要用于液体铁水原料电炉炼钢短流程主要用于固体原料(废钢、直接还原铁)短流程比长流程节约能源、节水、减排废水、减排废气、减排废渣长流程目前世界上用铁水作原料炼钢的占用废钢作原料炼钢的平均占(美国、欧盟以上)我国不到预计年可达(今天中国钢铁的年产量是美国的倍而人均钢铁积蓄量只有美国的/)尽管直接还原工艺取代高炉是研究方向但在世界上只占我国年产能只有万吨年钢铁是怎样炼成的总目录第一部分冶炼从矿石到钢第二部分钢的加工(轧制)成形第三部分我国钢铁工业技术发展的探讨第一部分冶炼从矿石到钢(目录)原、燃料铁矿还原炼钢原、燃料(目录)黑色金属材料铁矿石废钢还原剂(焦炭、媒、油、燃气)辅料(石灰、合金添加料)原料的储运黑色金属材料铁矿石及其准备铁矿石是铁氧化合物与脉石混杂在一起的物质铁矿石品位>的可以直接用高炉炼铁铁矿石品位le的需选矿用烧结、球团(烧结矿含铁球团造块含铁)选矿方法:矿石磨碎研磨至粉状或超细粉末状利用矿石和脉石不同的物理特征分离出铁精矿粉。利用不同的密度、浮力、离心力进行螺旋分离利用不同的吸水性进行泡沫浮选。铁矿石粉置于水中加入起泡剂铁矿石随涌入的气体上浮并分离利用不同的磁性用磁棒吸附矿石颗粒将其分离烧结精矿粉粒度mm的选用烧结工艺造块烧结矿比块矿品位高还原及造渣性能好成分稳定粒度均匀有利于高炉冶炼的优化和提高指标精矿粉、富矿粉、其它粉状含铁料取入适量的焦炭、熔剂(石灰石、白云石)、水混匀在烧结机上借助焦炭燃烧发生物理化学变化并产生一定数量的液相将矿粉颗粒粘结成块烧结矿烧结机图球团球团是将mm的超细分粉矿和mm的精矿粉与少量添加剂混匀及加水润湿在造球机中流转成球再经过烘烧固结成mm的球团矿。球团矿比块矿具有颗粒范围小、质量相对均衡、含铁品位冷强度高耐压n球透气性好高温还原性好具有热膨胀性。Phim的圆盘造球机球团厂图炼铁汇报p炼铁汇报p球团厂主要设备圆盘造球机及链算机回转窑环冷机黑色金属材料废钢转炉炼钢消耗废钢比约电炉炼钢消耗废钢比约废钢是载能体它有效地节能和推动co减排废钢需要加工后才适于使用废钢来源炼钢厂、轧钢厂回收废钢(炼钢渣中的钢、连铸的切头尾、轧钢的切废等)从用钢铁材料的行业回收的废钢(如切削丝等)从社会收集的旧钢铁废料需要进行加工除去其中的杂质和夹带元素如橡胶、木料、塑料、放射性元素、铜等有色金属元素等原、燃料还原剂高炉炼铁所需的还原剂一般有焦炭、煤、油、煤气产生还原工艺所需的燃气促进高炉内块矿、烧结矿、球团矿中氧化铁的融化和还原最终生产出生铁水还原剂最常用和的是焦炭焦炭焦炭用低硫煤(肥煤和气煤)作原料焦化工艺流程:煤破碎、研磨、混匀mdash在焦炉的碳化室内摄氏度干镏炭化小时成焦碳mdash推焦机将焦炭推进焦车mdash送到冷却塔急冷(干熄焦)mdash筛选后分级使用焦炉图炼铁汇报p焦炭在高炉中的作用高炉冶炼的还原剂提供冶炼所需的大部分热量为高炉炉身内的炉料提供支撑作用焦炭粒度大于块矿、烧结矿、球团矿焦炭相互间产生大量空隙为高炉炉料提供良好的透气性尽管通过高炉风口可向炉内喷油(最高达kgt)、喷煤(最高达kgt)、喷煤气、塑料等来降低焦炭耗量焦炭的作用在高炉冶炼工艺中不能完全被取代原、燃料辅料铁矿石中脉石、焦炭中的灰份熔点很高(可高达摄氏度高于铁的熔化温度摄氏度)因此要在高炉中添加辅料使杂质熔点降至摄氏度进而降低炉渣黏度易于渣铁分离。液态高炉渣可以吸收Si、Al、P、S等不需要的夹带杂质。辅料主要有石灰石(CaCO)、白云石(CaCO﹒MgCO)、硅石(SiO)、矾土、莹石、石英石辅料还用于铁水预处理、炼钢、炉外精炼原料的储运炼铁汇报PXX第一部分冶炼从矿石到钢(目录)原、燃料铁矿还原炼钢第一部分冶炼从矿石到钢铁矿还原铁矿还原即铁矿脱氧方法有:高炉炼铁直接还原熔融还原铁矿石还原(目录)高炉炼铁直接还原熔融还原铁水预处理高炉炼铁高炉以收集铁水和炉渣的炉缸容积来定名为xxxxmsup高炉世界最大高炉新日铁#炉msup最高日产铁水万吨年产万吨我国最大高炉msup我国年有msup以上高炉座我国现规定淘汰msup以下高炉新建必须>msup高炉流程及主要设备图炼铁汇报p高炉炼铁工艺料柱连续由上而下煤气由下而上其反应如下:向炉内送进℃热风热风中的氧与加热变红的焦炭快速反应达到℃行成COCO吸收矿石里的氧形成CO矿石被还原成铁水铁水中含的溶解碳及一些不受欢迎的夹带元素P、Si、Mn、S(主要来自焦炭)高炉产品:主产品铁水用于炼钢或铸造附带产品:炉渣。含氧化钙、氧化镁和铝、硅等处理可用于铺路、建筑、水泥原料等高炉煤气。含NCO可燃气体CO发热值仅大卡高炉煤气分级除尘的粉尘有很多细矿石焦炭、辅料粉约kgt铁可作为返矿用于烧结高炉煤气压差发电(有无料钟的高炉煤气压力mpa以上而用于热风炉的煤气压力只需mpa)对高炉炼铁的评说还原进程中碳顶替铁矿石中的氧成为铁水而炼钢工艺则是从铁水中分离碳高炉对原燃料要求苛刻高炉前工序必须建焦化厂、烧结厂和球团厂用高炉生产吨铁水需要倍数量的炉料综合工艺、物料运送较复杂高炉工艺正在渐进完善焦炭降到kgt铁年来高炉单位产能增加高炉目前仍为炼铁的首选工艺铁矿石还原直接还原通过矿石脱氧还原生成固态海绵铁成为直接还原铁(DRI)或热压块铁(HBI)海绵铁中含铁含碳约其余为脉石矿物。直接用于电炉炼钢但直接还原铁生产成本高直接还原工艺上世纪年代末开始拟取代高炉至今未成因为生产成本高于长流程也比不过废钢市场发展的直接用废钢直接还原工艺分为气基还原和煤基还原气基还原在世界范围内只能就地用廉价的天然气在我国不可取气基还原全球直接还原铁用此法其中Midrex工艺占市场份额之首以球团、块矿为原料用竖炉依逆向原理还原矿石还原气中含CO和H产品为糊状直接还原铁可在竖炉中冷却成DRI也可在下游热压成HBI煤基还原矿石、辅料、煤合成的原料在回转窖里加热还原产生海绵铁(DRIHBI)特点:煤耗高、效率低铁矿还原熔融还原工艺熔融还原是在没有焦炭的情况下用铁矿生产铁水的工艺利用气基直接还原竖炉将铁矿石先还原成直接还原铁再利用熔融气化炉(相当于高炉炉缸)还原成铁水的两级还原工艺,是环境友好污染物排放少的工艺,当年受到各国重视宝钢两座COREX炉年产万t座Corex熔融还原图对COREX工艺的评说COREX不一定是最佳的工艺,其缺点:(l)直接使用粉煤、粉矿的比例不能高于%必须使用块状原料为主,对入炉块状原料的理化性能有很高的要求提高了原料成本mdash铁水成本()要依赖稳定的焦炭床来保护炉缸因此目前COREX生产的冶金焦比例均高于%()用了全氧冶炼但按炉缸面积计算的生产率仅为高炉的~铁矿还原铁水预处理为下游炼钢提供更好的铁水条件去除炼钢生产不需要的S、P、Si等杂质都是在运送铁水的鱼雷罐车、铁水包等内用(喷)辅料造渣吸收这些杂质元素脱S是喷入硫酸钙碳酸镁脱Si是添加氧化铁脱P是添加含碳酸钙的辅料鱼雷罐车图p第一部分冶炼从矿石到钢(目录)原、燃料铁矿还原炼钢钢与生铁的区别首先是在碳的含量中得到体现理论上一般把碳含量小于称之为钢它的熔点在℃而生铁的熔点在℃在钢中碳元素和铁元素形成FeC固熔体随着碳含量的增加其强度、硬度增加而塑性和冲击性降低钢由生铁炼成钢有较高的机械强度和韧性还具有耐热、耐腐蚀、耐磨等特殊性能炼钢钢与铁的区别炼钢的任务■把铁水、海绵铁、生铁中的碳通过氧化脱出至规定值使它们转化成钢■尽量脱除铁水、海绵铁中的有害元素P、S■加入规定含量的合金元素达到冶炼钢种的特定性能项目生铁钢成分含碳量~~其它元素硅、锰、硫、磷(少量)硅、锰(少量)机械性能硬而脆无韧性坚硬韧性大塑性好可铸、不可锻可铸、可锻、可压延炼钢(目录)炼钢炉料氧气转炉炼钢电炉炼钢炉外精炼特殊熔炼钢水浇注铁和钢的铸造炼钢炼钢炉料铁元素(基本炉料):铁水、海绵铁、废钢熔剂(造渣、控粘度、控温):石灰、石灰石、铝矾土、萤石、铁矿石等合金添加剂(按钢种需要):常用的铁合金有铬、硅、锰、钼、钨、钒、钛、铁合金常用的脱氧剂有铝、硅等炼钢氧气转炉炼钢转炉是喷吹纯氧的冶炼方法现在发展为顶底复吹转炉(BOF)一般炉容t我国政策新建必须get淘汰let的炉子氧气流股冲击区温度可达℃出钢温度℃回收转炉煤气可实现负能炼钢。顶底复吹转炉炼钢工艺示意图p顶底复吹转炉工艺优点复吹熔池搅拌好(底吹惰性气体氧)比顶吹炉用氧少钢中氧含量低吹氧时间短min(冶炼周期min)使用独立副枪吹炼后期或停吹后测钢水温度、碳氧含量、取样、测熔池液体高度过程测量系统动态控制实现理想的吹炼重点(钢水温度、含碳量)顶底复吹转炉与炉外二次精炼相结合可以生产出许多质量高、成本低的洁净钢炼钢电炉炼钢电炉炼钢主要是靠电能产生热量来熔炼现代电炉也吹入可燃气体和氧以降低电耗加速融化。电炉一般采用废钢有时也采用海绵铁或部分铁水工业化炼钢电炉有电弧炉和感应电炉最先进电炉是超高功率电炉(UNP)变压器的输入功率炉容geKVAt为超高功率实现供电时间分钟冶炼周期小时以上电炉炼钢采用电弧炉电弧炉可产生集中的热源电弧区温度达℃最大电炉吨电弧炉分为交流和直流两种ACEAF三根石墨电极产生三个电弧区每根电极通过金属炉料与相邻电极之间按照顺序传导电流DCEAF是一根石墨电极作为阴极电能以电弧形式穿过金属炉料到达炉底阳极。近年EAF不断扩大容量至t(我国政策新建get淘汰let)电弧炉EAF的适用性■特别适合生产高等级合金钢(碱性BOF炉渣具有氧化性会造成部分合金材料氧化损失)、■亦用于生产全部钢种包括大批量生产碳钢因为()炉容的扩大各种消耗(电、电极、耐材)、成本、单位投资显著下降()炉外精炼的发展ACEAF外形图pACEAF电极臂p加废钢pEAF冶炼原理炉渣中氧化铁含量较高与熔池中的C反应生产大量CO气泡造成沸腾把钢水中的杂质磷、氢、氮和其他非金属化合物带到炉渣中其中气体杂质溢出其余被炉渣吸收EAF的供电需要把高压电转化为大电流的低压电电弧的闪烁造成对电网的极大公害必须设高次谐波过滤等关于DCEAF只有一根大直径电极可输入大功率(达KA)缩短熔炼时间提高生产率阴阳极之间产生电动搅拌使温度、成份均匀为在初期更快实现废钢与炉底阳极的更好接触采用留钢操作对电网污染小适于t的大电炉适合生产大批量普钢不适合生产化学成分经常变化的合金钢国外所建电炉几乎都是DCEAF(我国例外仅有杭钢、兴澄特钢、宝钢特钢、南京钢厂等几家)感应电炉交变电流经线圈在熔体中产生高强度涡流加热炉料一般在真空条件下生产超高洁净度及特殊合金成份钢适合于重熔合金脱氧、精确控制成分容量:几公斤mdash吨感应炉图p炼钢炉外精炼炉外精炼是钢水的后续处理炉外精炼的出现使炼钢技术发生根本性的改变炉外精炼满足更高质量钢种的要求严格控制成分炉外精炼提高转炉、电炉的生产能力将其部分功能移到炉外炉外精炼的任务及完成手段◇调整合金元素mdash喂合金丝喷合金粉◇控制钢水温度mdash包钢加热均匀温度与化学成分mdash喷惰性气体电磁搅拌◇提高钢水清洁度深脱S、P、Cmdash加入添加剂、造渣剂、真空◇脱气、脱氧mdash真空(钢包脱氧VD、循环脱氧RH)◇去除杂质元素(如同、锡、砷)mdash喂含钙丝、真空◇杂质物球化处理mdash添加剂◇控制钢的固态结构炉外精炼在钢包或钢包炉或真空设备内进行不同冶金厂根据自身的产品需求在多种多样工艺方法中量身定选使用的工艺和设备钢包炉VDVAD炉P图RH炉炼钢特殊熔炼对质量和洁净度都要求很高的钢种(用炉外精炼达不到)则用特殊熔炼特殊熔炼方法电渣重熔(ESR)在真空条件下保护渣层下重熔浇注的钢锭或钢坯进一步提高钢的清洁度(熔化的钢水液滴通过渣层时杂质被渣层吸收)得到无缺陷结构(避免了偏拆、非金属杂质得到无缺陷微观组织和光滑表面)重熔所得钢液一般用作高级缎件坯电渣重熔装置电极棒电极(浇注的钢锭或钢坯)重熔后的钢液保护渣层炼钢钢水浇注钢水浇注成一定形状的固体钢坯锭以便进一步加工成形和应用现在一座炼钢炉的生产能力th大量钢水只适合连续浇注成坯同时金属收得率高铸坯断面积对应的模铸可节省轧制道次全球钢产量以上用连续浇注生产大重型锻件和特殊板材时仍用模铸连续铸坯从形状上分为方坯板坯圆坯异型坯近终形坯钢水浇注连铸工艺示意图p连铸工艺示意图p铸机可以是单流或多流(小方坯达流)六流小方坯连铸机连铸机类型p弧形:弧形铸机能降低铸机高度(典型R=M)立弯式:垂直段长m有利于夹杂物上浮水平式:用于在普通连铸机上不能弯曲和矫直的特殊钢种铸坯断面的形状和大小决定于轧材断面和性能的需求和与炼钢能力的匹配连铸拉坯速度一般连铸拉速mmin薄板坯拉速最大mmin薄带铸轧拉速最大mmin铸坯断面尺寸方坯:mmmdashmm为有利于连铸和轧制方坯常铸成矩形坯中国最大mmxmm板坯:最大可达mmxmm最大宽度达mm园坯:最大圆坯直径mm近终型连铸近终型连铸即在轧材性能允许的条件下铸坯形状与尺寸接近最终产品节省加工投资和成本。不但板材如此异型材也如此。举例:板坯举例:板带连铸机的近终型发展图p不同厚度的板坯连铸机适于配不同的产品品种簿带铸轧线图p钢水浇注模铸把钢水在简单几何形状(方、短、圆、椭圆、多边)的钢锭模中铸成钢锭模铸目前只用于连铸无法解决的某些尺寸、钢料如特大锻件坯、特厚板坯等模铸有上铸法和下铸法模铸金属收回率低炼钢铁和钢的铸造铸造即铁和钢直接浇注成产品要求的形状和性能以直接使用用途较广泛铸铁碳含碳不能再经受任何压力加工强度和韧性不如铸钢铸钢碳含量与锻钢、轧制钢材无区别有韧性但铸成后不再经受任何压力加工铸造采用砂模砂模空腔形状与铸件要求形状相同第二部分钢的加工(轧制)成形本节以介绍使用最广泛的成形方法轧制成形为主成形的任务:使钢成为使用状态下所需的形状、尺寸、性能各种成形方法或各种成形方法的组合加工可归纳为三类:成形形状、尺寸要求亦贯彻性能要求热处理满足性能要求涂镀层满足性能要求第一部分冶炼从矿石到钢(目录)原、燃料铁矿还原炼钢第二部分钢的加工(轧制)成形(目录)什么是轧制轧制的分类轧材的品种轧机称谓什么是机组长才、板材以外的热轧等加工成形冷成形钢材防腐涂层热处理什么是轧制利用材料的塑性在旋转轧辊的压力作用下改变材料形状、尺寸和性能的加工方法叫轧制。轧制遵守的基本原理:体积不变原理、最小阻力定律、连轧流量相等原理轧制的种类按轧制温度分为:热轧和冷轧(以再结晶温度为区分点)按轧件和轧辊相对运动关系分为:纵轧、横轧、斜轧按轧制成型特点分为:一般轧制和特殊轧制(周期轧制、旋压轧制、行星轧制、弯曲轧制等)热轧和冷轧的特征热轧冷轧理论特征再结晶温度以上形变再结晶温度以下形变表现特征℃范围内形变℃以下形变形变抗力和所需形变功小大钢的显微组织立即发生再结晶不发生再结晶立即发生加工硬化轧材的品种轧材的品种指的是材料的种类、形状和规格以及轧制方法的总合。按材料种类分:如碳素钢、合金钢铝、铝合金钛、钛合金复合材料等。按形状和规格分按用途分⑴长材线材:直径~mm成盘卷状交货的热轧材。棒材:断面直径或边长~mm的圆(含螺纹钢)、方、扁、六角等简单断面轧材直条状或成卷交货型材L型(角钢):分为等边和不等边外边长~mm按形状和规格分:U型(槽钢):外腹高~mmI型(工字钢):腹高~mm翼缘内外不平行H型:腹高~mm翼宽~mm,翼缘内外平行T型:高times宽times~timesmm轨道型:轻轨(~kgm)、重轨(~kgm)、吊车轨(~kgm)、电梯轨(底宽~mm)等其他:各种异形断面型材如球扁钢、钢板桩等()扁平(板)材middot热轧超厚板:厚度mm,宽度~mmmiddot热轧特厚板:厚度gemm,宽度~mmmiddot热轧厚板:厚度~mm,宽度~mmmiddot热轧中板:厚度~mm,宽度~mmmiddot热轧薄板:厚度~mm,宽度~mmmiddot热轧超薄板:厚度~mm,宽度~mmmiddot冷轧带:厚度~mm,宽度~mm成卷状交货middot冷轧薄板:厚度~mm,宽度~mm单张交货middot冷轧箔:厚度<mm,宽度~mm,成卷状交货()管材按断面形状分为圆管和异形管按生产方法分为无缝管和焊管无缝管又分为热轧管、冷轧管和冷拔管焊管又分为直缝焊管和螺旋焊管。管材的规格以其外径乘以壁厚(Dtimesdelta)来表示无缝管外径~mm,通常Ddelta=~焊管外径~mm,Ddelta最大可达按用途分钢材是服务于国民经济各门类的原材料因此按用途可分出千万种如:钢绞线用线材、抽油杆用热轧圆钢、船体用结构中板、压力容器用钢板、石油和天然气用管线钢板带、汽车深冲用冷轧板带、地质石油管、高压锅炉管等轧机称谓长材轧机以其产品类型和轧辊平均直径的毫米数做其名称如:Phi轨梁轧机、Ф棒材轧机等板带材轧机以其产品类型和轧辊身长的毫米数做其名称如:热带钢轧机、中板轧机、冷轧带钢轧机等管材轧机以其产品类型和最大产品外径的毫米数做其名称如:Phi无缝钢管轧机、Ф焊管轧机等。按轧辊数量和位置称谓第二部分钢的加工(轧制)成形什么是机组机组指按功能用途集合某钢材生产车间的一组设备的总称如:热轧机组包括加热炉、轧机机组、精整线等冷轧机组包括酸洗机组、轧机机组、热处理线、精整线等精整机组可以按功能单独或综合组成机组如矫直mdash剪切机组探伤mdash改尺mdash取样机组锯切mdash检查mdash标识机组打捆mdash包装机组等棒材连轧机组采用HV型mdash二辊、立辊、平立交替轧机布置P上产品交替线材精轧机组(轧机轴线度偏移布置)P下线度线材机组散卷冷却P上热连轧机组加热炉及除磷热连轧机组粗轧机立辊侧进钢热连轧机组mdash带立辊的粗轧机热连轧机组热卷箱及飞剪热连轧机组热卷箱热连轧机组精轧机热连轧机组精轧机换辊P上热连轧机组层流冷却热连轧机组的轧辊磨床第二部分钢的加工(轧制)成形长才、板材以外的热等压力加工成形(目录)无缝钢管的斜轧穿孔及纵向轧管焊管环形部件用径mdash轴向轧制锻造挤压第二部分钢的加工(轧制)成形长才、板材以外的热等压力加工成形无缝钢管的斜轧穿孔及纵向轧管无缝钢管变形一般有以下三个步骤:圆管坯写扎穿孔成毛管毛管经轧管机轧制成荒管荒管经定径张力减径成为成品管轧管方法有多种二辊三辊连轧管机、周期轧管机、二辊三辊斜轧管机(AccuAssel)无缝钢管生产举例p无缝管的斜轧穿孔长才、板材以外的热压力加工焊管焊管是用不同厚度、不同宽度的钢板带卷焊接成钢管有UOEJCOE压力成形埋弧焊、高频直缝焊等后部工序与无缝管相同大口径钢管为解决钢板宽板不够采用螺旋焊管其余直缝焊管螺旋焊管机组P下长才、板材以外的热压力加工环形部件用径mdash轴向轧制无缝环形部件如轴承整圈、涡轮环、齿轮环、车轮轮毂等径轴向轧环比用铸造方法效率高力学性能好后续再加工需求小环形部件径轴向轧制示意图环形部件径轴向轧制P上长才、板材以外的热压力加工锻造锻造通过锻锤或压力工具热成形分为:自由锻mdash用平断面的锻造工具模锻mdash锻造工具与锻件接触部分按工件要求的形状一分为二成为模具工件锻造成形后形状与模具腔形状相同快锻机原理图P下快锻锻造机P上长才、板材以外的热压力加工挤压用于生产复杂外形或中空形状的钢材挤压是将坯料加热到加工温度后被挤进厚壁挤压腔挤压腔的另一端设有规定形状的模具工件被挤压杆推着挤压通过模具成型挤压原理及产品P冷成形可以生产热成形难以获得的小尺寸产品具有高强度值好的产品表面质量冷成形方法有:冷轧法、冷拔法冷成形后工件被加工硬化一般还要进行再结晶退火处理第二部分钢的加工成形第二部分钢的加工成形冷成形(目录)冷轧变截面冷轧成形冷拔冷弯冷成形冷轧冷轧带钢生产线上可生产厚度mm的薄带冷轧机最大轧制速度可达mmin平整最大速度可达mmin冷轧机组之一辊轧机P右上冷轧机组之一五机架连机p冷轧机组之一双机架平整机P上酸轧联合机组P下图冷成形变截面冷轧(TRB)原理:基于灵活可变的辊缝连续的在较大范围内调整如为满足汽车等结构轻量化轧制技术厚度mm的冷轧汽车板。对于某些热轧产品也可用变截面轧制。又如载重车的汽车板簧、铁锹板等。变截面冷轧机组之一P冷成形冷拔冷拔方法是将热轧材酸洗后材料通过与产品形状对应的模孔拉拔成形产品多为圆形和简单断面型材产品表面光滑、明亮、无氧化皮、高尺寸精度常见的有直径mm的拔丝和拔管、拔棒等型材的冷拔先进的冷拔机组P下冷成形冷弯将钢板通过弯曲成形满足用户要求的形状、尺寸、性能如钢板桩、瓦楞板等多种产品辊式成型机之一P左上冷弯产品第二部分钢的加工成形钢的防腐涂层有机涂层无机涂层化学涂层第二部分钢的加工成形钢的防腐涂层防腐涂层是为了避免钢与环境发生化学腐蚀变化即生成氧化铁故为钢的表面覆盖一层金属非金属涂层还可在此基础上经钝处理使金属涂层表面生成一层阻挡腐蚀的阻挡层作短期保护有机涂层有机涂层最典型的塑料涂层及各种有机涂料有机涂层防腐蚀耐久性长装饰性好在随后的成型加工中涂层不会受损涂层之前要对钢材表面清除氧化物、油脂等涂层厚度um带钢塑料涂层生产机组示意图p开卷剪切焊接活套预处理区粘合剂底漆喷涂区粘合剂干燥区防护层喷涂压印冷却、剪切、卷取钢的防腐涂层无机涂层无机涂层最典型的是金属涂层比钢活跃的金属做为涂层料涂层破损后首先腐蚀涂层合金属如Sn。比钢更不活跃的金属做为涂层料涂层破损后首先腐蚀被保护的钢基体如Zn涂层方法分为热浸和电镀热浸镀层厚度电镀层带钢连续热浸镀锌生产机组示意图P上带钢连续电镀锌机组示意图?钢的防腐涂层化学涂层形成钝化膜如发兰膜、磷化膜等这些膜都是以氧化物防腐膜,不能长期防腐如上图带钢镀锌后进行钝化防腐mdash磷化处理锌层表面形成磷酸盐薄膜第二部分钢的加工成形热处理应用温度时间周期对钢的晶粒结构、形状、大小进行调整或改变达到改进和提高钢的性能热处理工艺有退火、淬火、回火、调质(淬火回火)冷轧带钢的罩式退火炉P上带钢立式退火炉示意图P下总结:从矿石准备到钢产品成型的全过程钢铁生产中的固体物料流程钢铁联合厂的综合能源网络总结拓展新一代钢铁生产流程是面对时代命题的挑战经过理论思考并从钢铁生产流程动态运行的本质出发可以看到钢厂应具有三项功能即:mdashmdash钢铁产品制造功能mdashmdash大宗固体废弃物消纳处理和再资源化功mdashmdash能源转换功能第三部分对我国钢铁工业技术发展思路的探讨(目录)钢铁产品制造功能方面固体废弃物消纳处理和再资源化功能方面能源转换功能方面本部分贯穿着以下指导思想体系:绿色钢铁制造资源节约节能减排循环经济可持续发展环境友好第三部分对我国钢铁工业技术发展的探讨钢铁产品制造功能方面(目录)高炉实现精料高效非高炉炼铁建立低成本洁净钢生产体钢铁产品轻量化使用周期长效化第三部分对我国钢铁工业技术发展的探讨钢铁产品制造功能方面高炉实现精料高效提高铁精矿品位。目前铁精矿品位%左右、二氧化硅~%铝、磷、硫等杂质含量较高致使烧结矿铁品位仅有%~%造成高炉炼铁高渣比、高焦比高炉利用系数低而国外铁精矿品位多在%以上二氧化硅含量在%以下高炉利用系数高提高球团矿比例。球团矿含铁品位高达%-%用球团矿可能获得更高的生产效率国外甚至有的高炉球团矿比例同时球团工序能耗约为kgce/t、烧结工序能耗约为kgce/t高炉大型化国际上高炉容积的大小划界标准由过去的m提高到m项目大高炉小高炉吨铁能耗成本人工成本人均产铁量(m级和m级高炉相比,劳动生产率提高)生产效率服役时间长和服役期间不需要中修提高热风温度卡卢金顶燃式热风炉结构简单、节约投资、使用普通耐材目前为止已建成投产或正在设计和建设中有近座卡卢金热风炉(m到m)可提供℃以上(最高可达℃)的高风温使用寿命为无大修年合理的喷煤节焦如宝钢高炉喷煤比可以达到kg/t但高煤比会使高炉煤气发热值贫化对充分利用低热值高炉煤气产生负面影响最终为实现整体最佳节能效果宝钢将高炉喷煤比定为kg/t左右。长寿服役最长的大型高炉是住友和歌山号高炉服役时间超过年,单位炉容产铁超过了tm近年来,日本所有新大高炉均按照服役时间长于年和单位炉容产铁超过tm为目标来设计重要措施之一:高炉炉体冷却采用全软水分段控制冷却使冷却壁软水系统冷却均匀、运行可靠稳定氢冶金就是利用氢作为还原剂代替碳减少二氧化碳的排放对我国钢铁工业低碳可持续发展具有重大意义。氢气从哪里来?页岩气是赋存于富有机质泥页岩及其夹层中以吸附和游离状态为主要存在方式的非常规天然气成分以甲烷为主其二氧化碳排放只有等热值煤的我国页岩气初步估计可采资源量与常规天然气相当我国企业已与壳牌、埃克森美孚等多家外国公司开展合作开发与联合研究美国年产气亿立方米占天然气总产量的%年占比将提高到%研究用氢还原炼铁钢铁产品制造功能方面非高炉炼铁煤气化直接还原铁煤气化用干煤粉纯氧气化炉出炉煤气(CO+H)%%不用成分调整就是很好的还原气用煤制气生产还原气有成本上的优势Energiron非高炉炼铁工艺:单个反应器年产能可到万t能够用各种不同原材料如%球团、%块矿、或二者的混合。工艺特点:可以单独控制DRI的金属化率和碳含量。碳含量可随时调整为%-%从而满足电弧炉(EAF)炼钢需。Energiron直接还原可以采用天然气、煤气化生产出还原气体、焦炉煤气钢铁产品制造功能方面建立低成本洁净钢生产体系基本理念()建立大批量低成本稳定生产超纯净钢的生产体系,保证生产所有的钢材都能超纯净,钢中杂质元素总含量w(SPNTOH)(mdash)ppm,为实现此目标,必须降低超纯净钢的生产成本到低于现代化流程中普通钢的生产成本,并保证产品质量稳定()实现超纯净钢生产高效化在先进生产流程中钢水提纯的重点工序是铁水预处理,目标是转炉直接生产超纯净钢简化炉外精炼工艺,降低成本,使设备生产率提高倍,全员劳动生产率翻番转炉超纯净钢的生产工艺转炉直接生产超纯净钢技术关键是铁水预处理,主要包括铁水三脱(脱硫、脱硅、脱磷)预处理脱硫预处理(包括深脱硫)以保证转炉直接生产钢中硫w(〔S〕)leppm的超低硫钢。脱硫容器多用混铁车和铁水包铁水含硅量降低到以下实现少渣炼钢预脱硅是铁水脱磷的必要条件降低铁水硅含量对脱磷有利通常情况硅质量分数为~。普通钢终点w(P)可以控制在ppm对超低磷钢,适当增加渣量和降低终点C含量可使终点w(P)控制在ppm预脱硅同时脱磷在专设的脱磷转炉中进行三脱铁水在脱碳转炉冶炼,不再加入废钢,石灰加入量也大幅度减少,使钢水氢含量降低,达到w(H)=ppm,与真空脱气的效果相当脱碳转炉供氧强度增加,反应剧烈,降低钢中氮含量终点钢水w(N)可以控制在ppm以下超纯净钢高效化生产技术转炉用三脱铁水冶炼使转炉功能分化脱磷脱硫在三脱转炉内完成,脱碳升温在脱碳转炉内完成,吹炼时间一般为mdashmin加快生产节奏转炉直接生产超纯净钢进一步减化了炉外精炼工艺,有利于缩短工艺流程,减少精炼时间创造了条件提高连铸机的拉速与转炉生产节奏相匹配采用高温铸坯直送热连轧工艺可实现全流程的高效化生产另一高效措施铁水运输一罐到底省去倒灌时间铁水到钢材的生产周期将由现代化钢铁厂的h缩短到min实现超纯净钢高效化生产还有很多优点:转炉炉衬寿命提高,底吹喷嘴寿命提高,转炉炉衬热损失减少在线运转的钢包数量减少,钢包运转的速度加快,减少了钢水的温降,使钢水的过热度控制更加稳定必须两化融合(信息化和工业化)提高管理水平钢铁产品制造功能方面钢铁产品轻量化使用周期长效化绿色钢铁制造本身要求钢铁产品轻量化使用周期长效化满足下游产品节能减排的要求这是最大资源节约和节能减排下游用钢行业的要求举例行业要求建筑业升级热轧螺纹钢标准重点发展MPa及以上高强度螺纹钢筋、抗震钢筋、高强度线材(硬线)造船业发展油船用高品质耐蚀船板汽车业MPa及以上高强度汽车大梁板MPa高强度汽车板高强、超高强帘线钢等产品家电业高强度、薄规格家电钢板电力业高强度、低合金中厚板和高强度棒材机械行业铁损、高磁感硅钢如汽车车重每减轻千克汽车每百公里耗油便会减少.升mdash升钢筋使用MPa(Ⅲ级)代替MPa(Ⅱ级)可节约钢材~%如果用MPa(Ⅳ级)钢筋替代可节约用钢%以上油轮油仓底面用高耐蚀性厚钢板其耐腐蚀性约为普通厚钢板的倍不必进行防腐蚀涂装综合来看在减量化的需求下薄规格、高强度、新性能等钢材的需求将越来越大在洁净钢的基础上轧钢工艺在合适的范围应注重发展的技术发展超细晶钢从传统的几十微米大小细化一个量级利用超细晶化发展细晶强化的强韧化作用推广使用新一代控轧控冷工艺技术其特点是在临界奥氏体区精轧结合轧后控冷促进铁素体细化至microm获得微米级组织在线热处理技术精准热处理蓄热式燃烧技术低温轧制技术轧钢氧化铁皮综合利用技术。薄带连铸短流程产业化技术无头轧制技术第三部分对我国钢铁工业技术发展的探讨固体废弃物消纳处理和再资源化功能方面(目录)钢铁厂固体废弃物的分类冶金渣回收及再循环利用含铁粉尘回收及再循环利用固体废弃物消纳处理和再资源化功能方面钢铁厂固体废弃物的分类可分为冶金渣和粉尘两大类冶金渣主要有高炉渣、钢渣、轧钢铁皮第三部分对我国钢铁工业技术发展思路的探讨粉尘可分为:粉尘microm和烟尘microm两类粉尘还可分为:总悬浮颗粒TSP≦microm、可吸入粉尘P粉尘≦microm、微细粉尘PM≦microm三类。一般说来粉尘颗粒越细其危害越严重。固体废弃物消纳处理和再资源化功能方面冶金渣回收及再循环利用每生产吨钢铁就要产生千克~干克冶金渣处理后的钢铁渣产品,部分可返回冶炼工艺循环利用,大部分作为建材在建筑工程中使用高炉渣的主要回收方法及再循环利用一吨生铁大约伴生kg高炉渣又名矿渣以CaO、SiO为主要成分与普通硅酸盐水泥相类似熔融状态高炉渣以水淬方式回收为主。将其置于水中急速冷却限制其结晶使其在热应力作用下粒化。水淬后得到的粒化渣%为非晶态作为制造水泥的优质原料为阻止环境恶化而全面禁止在内海沿岸采海砂(优质混凝土细骨料)高炉渣作为替代品高炉渣加工成微粉末作为普通水泥的细骨料水泥的制造过程中需将石灰石和粘土等原料在高温下进行煅烧成为熟料产生CO用高炉渣后每吨水泥的CO排放量可减少高炉渣在水泥渣含量%~%钢渣的主要回收方法及再循环利用钢渣是转炉、电炉在炼钢过程中产生的高温熔渣,其特点是成分比较复杂、流动性干差万别,性能不稳定,处理过程易爆炸,处理技术发展缓慢钢渣作为一种高温冶金排放物和次生资源一吨粗钢大约伴生kg钢渣热泼法是钢渣处理主要方法之一:渣场泼渣rarr喷水冷却rarr装载外运rarr钢渣堆放陈化rarr后续处理注意钢渣必须陈化一年以上由于钢渣中部分石灰尚以游离态(FmdashCaO)残存一旦和水接触即产生膨胀钢渣通过粉碎磁选回收废钢作为铁元素循环利用其余废渣则大部分作路基材和土木建筑材料利用钢渣作为水泥骨料较天然骨料密度更高单位容积质量大具有与混凝土相等的强度也有优良的耐磨损性能其制件适用于覆盖混凝土块、沉箱的上部施工、人造石材、港湾护岸用投石材料等用于海域的固化体时钢渣回收部分废钢铁后残余渣中CaO含量加大的特点通过喷吹CO使之反应形成CaCO块状物且带孔。由于碳酸钙的生物亲和力大具有生物附着性和促进海藻迅速附生的效果周围包覆厚度为数十微米至数百微米的与珊瑚、贝壳期待其用于人工藻场礁的建设改善海洋生态环境其中昆布等海藻类不仅在生长过程中吸收海水中的CO并在长大后还可用以生产燃料用油故综合节能减排效果很好现已在日本海岸的近海推广。固体废弃物消纳处理和再资源化功能方面含铁粉尘回收及再循环利用钢铁生产中产生的粉尘、尘泥中含有铁分、碳素原则上在钢铁厂作为烧结原料炼铁厂除尘灰因含铁量较低(碳铁其余的为氧化钙、二氧化硅等)除烧结工艺可少量配用外其余用于电炉冶炼氧化期造泡沫渣比较合适同传统的焦粉造泡沫渣相比泡沫渣层厚持续时间长可完全替代焦粉同时降低了生产成本为电炉降本增效工作开辟了新的途径转炉冶炼粉尘含尘烟气被活动烟罩捕集通过一次除尘器喷水冷却并除去大颗粒灰尘,再经过二次除尘器除去细小粉尘二次除尘方法有:湿法除尘处理后的煤气含尘量较高(达mgNm以上)干法除尘粉尘浓度降至mgNm以下存在二次污染和污水处理问题半干法除尘采用干法喷雾蒸发冷却湿式电除尘器进行转炉煤气的除尘,半干法采用湿式电除尘控制要求与湿法基本相同,降低了控制系统费用粉尘回收处理利用现有的污水处理系统,既节省了投资,又缩短了改造所需时间,具有以下优点:排放的烟气含尘量低于mgNm含锌粉尘炼铁、炼钢系除尘器回收的含铁粉尘中若含锌若掺入烧结矿中回收利用锌慢慢积蓄在高炉内部或转炉、电炉废气系统内,附着严重后出现操作障碍的问题年引进美国转底炉技术。即将含铁粉尘掺入一定量的煤粉和石灰等黏结剂压制成球团后加入转底炉在℃以上加热此时锌及其它夹杂被还原、气化,从而被除去并作为二次粉尘被回收而残存的还原铁球团则被还原为直接还原铁具有高金属化率.能作为高炉、转炉、电炉等的铁源进行再利用同时对粉尘等废物中含有的镍、铬、钼等高价稀有金属亦得以回收利效益更好第三部分对我国钢铁工业技术发展思路的探讨能源转换功能方面(目录)能源回收能源转换及梯级利用能源管理中心第三部分对我国钢铁工业技术发展思路的探讨能源转换功能方面能源分为:一次能源(煤、天然气、油、新水)二次能源钢铁制造过程副产的能源(副产煤气、余热、余气、余能(压)、废水)二次能源产生量占其钢铁工业一次能源消耗量的~我国多数钢铁企业的余热余能回收率不到,能源费用占到产品成本的以上系统节能球团工序比烧结工序节能约为kgce/t铁钢比提高吨钢综合能耗会提高约kgce/t连铸比模铸能耗低%~%薄板坯连铸连轧比传统的模铸开坯热轧节能%连铸坯热装热送和直接轧制技术可节能%短流程电炉生产工艺可省去烧结、球团、焦化、高炉工序的能耗占总能耗的第三部分对我国钢铁工业技术发展思路的探讨能源转换功能方面能源回收充分回收生产过程中产生的二次能源【包括余能(煤气、余压)、余热】二次能源占钢铁总能耗的%。抓好炼铁系统(炼铁、焦化、烧结)的能源回收。从整个钢铁行业来看炼铁工序能耗占总能耗的%若加上焦化和烧结炼铁工序能耗接近总能耗的%余能回收焦炉、高炉、转炉煤气中热值最高的是焦炉煤气约为kcal/m几乎是转炉煤气的倍高炉煤气的倍。回收转炉煤气是实现转炉冶炼能耗为负值的主要手段回收的焦炉煤气可实现碳氢共冶金最好的方式是高炉喷吹焦炉煤气余热回收现有科技水平可回收条件固体高于℃液体高于℃气体高于℃的物流应做好余热和显热的回收,我国钢铁工业的余热和显热量占总能耗的%左右焦化工序。采用干法熄焦可回收红焦显热的炼铁工序。炉顶煤气压力大于kPa的高炉均应上TRT装置,干法除尘的TRT发电量应在吨铁kWh~kWh转炉工序。回收转炉煤气和蒸汽可实现负能炼钢,可回收煤气m/t、蒸汽kg/t以上的回收量电炉工序。回收电炉废气余热并用于把废钢预热到℃~℃可实现节电%-%轧钢加热炉工序。集蓄热式热回收和换向式燃烧系统的加热可利用低热值的高炉煤气加热到℃以上可实现节能%~%炉子热效率可达%第三部分对我国钢铁工业技术发展思路的探讨能源转换功能方面能源转换及梯级利用回收煤气的数量、品质和用户的不同需求按能源梯级利用原则低热值煤气充分利用富余出的高热值煤气优先考虑作为原料气或集中制氢蒸汽系统须研究热源的稳定性、回收品质、热用户及输送方式。尽可能减少不必要的能量转换减少转换熵增造成的能量损失回收的余热尽可能在本工序生产过程中直接利用最后剩余再考虑向电力、动力转换。不同能源介质有各自经济输送半径在经济输送半径内集中尽可能多的能量把多种废热和废动力集中在同一个系统内以形成经济规模建立具有一定规模效应的地区式热能利用系统。为提高余热质量高低温余热不要混合并尽可能集中高温余热。典型分布式能源梯级利用技术高炉鼓风热电联产技术。在高炉区内建设高炉汽动鼓风及热电联产装置实现高炉煤气就地转化和热能的梯级利用形成区域性热能利用系统转炉蒸汽直供精炼集成利用技术。转炉汽化冷却产生的蒸汽解决不连续性、波动性后采取专用快速锅炉就地取材以转炉煤气为燃料加热成过热蒸汽直供VD、RH真空精炼装置蒸汽引射达到深度真空富余蒸汽并入全厂蒸汽管做到了综合利用余热实现了能源的梯级形成了一个高效的区域性热能利用系统。分布式热、电、冷联产技术热电冷联产是将制热(包括供暖和供热水)、制冷及发电过程集成化的能量系统。结合现场余热资源及热负荷、冷负荷的具体情况采用热泵、吸收式制冷、喷射制冷技术在内的热电冷联产技术以提高系统能源利用效率。最大的特点是对不同品质的能量进行梯级利用温度比较高的、具有较大可用热能的用来发电发电后的低品位蒸汽用于工业生产或制冷同时将汽轮发电机冷凝器的废热用于供暖和生活热水供应。燃气蒸汽联合循环发电机组(CCPP)及抽汽凝汽式热电机组均属于热电联产的范畴能源管理中心以能管中心为抓手可达节约生产总能耗%~%的效果在三个层次上(单体设备、各生产工序、钢铁联合企业整体)进行合理调配和综合研究提高能源利用率最终整体实现最佳节能效果为标准如宝钢高炉喷煤比可以达到kg/t但高煤比会使高炉煤气发热值贫化如今宝钢将高炉喷煤比定为kg/t左右新一代钢铁生产流程的研发、运行要落实到:mdashmdash高效率、低成本洁净钢生产和制造体系的构建、运行mdashmdash能量流网络优化和能源调控中心的建构和持续运行。mdashmdash在上述基础上设计、构建全厂性信息调控中心。新一代钢铁生产流程的理论与实践将导致钢厂走向资源节约、环境友好的方向并通过物质流、能量流、信息流、资金流的互动构建起工业生态园区推动循环经济实现绿色价值低碳发展。第三部分对我国钢铁工业技术发展思路的探讨总结矿石资源、能源资源铁矿石不是稀缺资源但按我国目前钢铁生产的体量年进口铁矿资源占。间接节约铁矿资源抓好主工艺的研究和调整(如矿石直接炼钢)优化工艺流程(如短流程)提高产品性能和寿命(如MPa钢筋)。直接节约铁矿资源:抓好从废气、粉尘和污泥中回收和利用含铁资源。钢铁生产属于高能耗产业占全国总能耗的。在间接节约铁矿石资源措施的基础上抓好占总能耗的二级能源(副产煤气、余热、余能、余压)的回收及利用。积极采用先进节约资源技术和装备举例煤气(高炉转炉焦炉)全回收净化及利用(消灭点天灯)烧结余热回收烟气脱硫脱硝高炉炉顶余压发电TRT转炉煤气回收及负能炼钢轧钢热轧热送冶金炉窑高效燃烧及余热回收降低和消除二恶英的产生余热、余能回收利用CCPP钢铁渣回收、加工及再利用废液的回收(化学药剂、纯铁系有金属)水串级使用、循环使用、中水利用、污水深度处理谢谢!*

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