王慶祥課件教材

第一章緒論2主要內(nèi)容冶金基本概念鋼鐵工業(yè)鋼鐵冶煉鋼鐵產(chǎn)品及副產(chǎn)品鋼鐵工業(yè)能耗及能源耐火材料環(huán)境保護1.11.21.31.41.51.61.72011-5-10/09:55:39231.1冶金基本概念冶金學(xué)火法冶金主要過程簡介1.1.11.1.22011-5-10/09:55:39341.1.1冶金學(xué)冶金學(xué)是一門研究如何經(jīng)濟地從礦石或其它原料中提取金屬或金屬化合物，并用一定加工方法制成具有一定性能的金屬材料的科學(xué)。由于礦石性能不同，提取金屬的原理、工藝過程和設(shè)備不同，從而形成專門的冶金學(xué)科—冶金學(xué)。

冶金學(xué)研究所涉及的內(nèi)容：金屬的制取，金屬的加工，金屬性能的改進→對金屬成分、組織結(jié)構(gòu)、性能和相關(guān)理論的研究。

2011-5-10/09:55:3945冶金學(xué)的分類冶金學(xué)按研究的領(lǐng)域分：提取冶金學(xué)（化學(xué)冶金學(xué)）和物理冶金學(xué)（材料的加工成型，通過控制其組成、結(jié)構(gòu)使已提取的金屬具有某種性能）。

提取冶金（extractive metallurgy）：從礦石中提取金屬及金屬化合物的過程，因其中進行很多化學(xué)反應(yīng)，又稱化學(xué)冶金（chemical metallurgy）。

2011-5-10/09:55:3956提取冶金的分類按所冶煉金屬類型分：

有色冶金

鋼鐵冶金（黑色冶金）按冶金工藝過程不同分：

火法冶金

濕法冶金

電冶金2011-5-10/09:55:39671.1.2火法冶金主要過程簡介干燥：去水，溫度為400~600℃。焙燒：以改變原料組成為目的的、在低于礦石熔點溫度下、在特定氣氛中進行的冶金過程。煅燒：在空氣中以去CO2和水為目的的冶金過程。燒結(jié)與球團：以獲得特定礦物組成、結(jié)構(gòu)及性能的造塊。熔煉：還原氧化物，提取粗金屬。精煉：氧化雜質(zhì)，獲得純金屬。鑄造：液態(tài)金屬凝固成固態(tài)。

2011-5-10/09:55:39781.2鋼鐵工業(yè)鋼鐵材料鋼與生鐵的區(qū)別鋼鐵冶煉技術(shù)發(fā)展簡史我國鋼鐵工業(yè)的發(fā)展1.2.11.2.21.2.31.2.42011-5-10/09:55:39891.2.1鋼鐵材料鋼鐵是使用最多的金屬材料原因：儲量大；冶煉加工容易；綜合性能好；易改質(zhì)處理預(yù)計未來幾年鋼鐵產(chǎn)品在各行業(yè)中占的比例

2011-5-10/09:55:399101.2.2鋼與生鐵的區(qū)別2011-5-10/09:55:3910111.2.3鋼鐵冶煉技術(shù)發(fā)展簡史遠古至13世紀末：半熔融狀態(tài)的鐵塊—海綿鐵；13世紀末至19世紀中葉：熔融狀態(tài)的生鐵→粗鋼，形成兩步法煉鋼；19世紀中期至今：

1856年英國人發(fā)明了空氣底吹酸性轉(zhuǎn)爐煉鋼法；1864年法國人發(fā)明了平爐煉鋼法；1874年發(fā)明了空氣底吹堿性轉(zhuǎn)爐煉鋼法；20世紀初發(fā)明了電弧爐煉鋼；20世紀中葉氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐（LD法）。

2011-5-10/09:55:3911121.2.4我國鋼鐵工業(yè)的發(fā)展1996年，突破1億噸；1999年，產(chǎn)量1.2億噸，世界第一；2003年，產(chǎn)量2.2億噸，世界惟一年產(chǎn)鋼超過2億噸的國家；2004年，產(chǎn)量2.8億噸；2005年，產(chǎn)量3.5億噸；2006年，產(chǎn)量4.2億噸；2008年，產(chǎn)量5.0億噸；2009年，產(chǎn)量5.6億噸；2010年，產(chǎn)量6.26億噸。

2011-5-10/09:55:391213全球部分國家和地區(qū)產(chǎn)量(Mt)及排名注：2010年中國大陸產(chǎn)量為2-16名國家產(chǎn)量之和。2011-5-10/09:55:3913排行國別2010200920082007200610/09(%)1中國大陸626.7567.8500.3489.3419.19.32日本109.687.5118.7120.2116.225.23美國80.658.191.498.198.638.54俄羅斯67.059.968.572.470.811.75印度66.856.655.153.149.56.46韓國58.548.653.651.548.520.37德國43.832.745.848.647.234.18烏克蘭33.629.837.342.840.912.49巴西32.826.533.733.830.923.810土耳其29.025.326.825.823.314.6全球部分鋼企產(chǎn)量(Mt)及排名企業(yè)名稱2010年2009年變化名次產(chǎn)量名次產(chǎn)量安賽樂米塔爾190.6173.223.8河北鋼鐵集團252.9249.76.4寶鋼集團344.5338.914.4鞍本鋼鐵集團440.3437.47.8武漢鋼鐵集團536.5630.320.4浦項鋼鐵公司635.4531.113.8新日鐵734.5726.530.2JFE831.1923.830.7沙鋼集團930.1826.414.0首鋼集團1025.81219.532.3山東鋼鐵集團1223.21121.38.9河北新武安鋼鐵集團1418.6-16.711.4渤海鋼鐵集團1717.4-15.413.015700650600550500450400350300250200150100500近年來我國鋼鐵生產(chǎn)狀況粗鋼消費量粗鋼產(chǎn)量年2011-5-10/09:55:3915Mt.19911992199319941995199619971998199920002001200220032004200520062007200820092010年20002001200220032004200520062007200820092010粗鋼消費量,百萬噸138.7169.8205.8258.9292.4349.1401.9440.1452.8565.0600.0同比增長,%2.222.421.225.812.919.415.111.92.924.86.08粗鋼產(chǎn)量,百萬噸128.5151.0182.2222.3272.8353.2419.1489.3500.9567.8626.7同比增長,%3.6717.520.722.022.728.118.616.71.1313.59.316中國鋼鐵工業(yè)發(fā)展目標“加強自主創(chuàng)新，建設(shè)創(chuàng)新型國家”目標下，通過結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)業(yè)升級，努力使我國從鋼鐵大國轉(zhuǎn)變?yōu)殇撹F強國。2011-5-10/09:55:3916171.3鋼鐵冶煉磁鐵礦線材赤鐵礦板材鋼鐵冶煉的任務(wù)是把鐵礦石冶煉成合格的鋼。2011-5-10/09:55:391718鋼鐵生產(chǎn)的兩個典型流程燒結(jié)/球團高爐—轉(zhuǎn)爐—連鑄機—軋機

—長流程直接還原或熔融還原—電爐—連鑄機—軋機

短流程2011-5-10/09:55:3918高爐煉鐵非高爐煉鐵19現(xiàn)代鋼鐵冶煉的兩種典型流程2011-5-10/09:55:391920鋼材加工工藝流程2011-5-10/09:55:392021鋼鐵生產(chǎn)的典型工藝（長流程）2011-5-10/09:55:3921221.4鋼鐵產(chǎn)品及副產(chǎn)品產(chǎn)品

生鐵

鋼

副產(chǎn)品

爐渣

煤氣

2011-5-10/09:55:392223生鐵它是鐵和碳及少量硅。錳、硫、磷等元素組成的合金，主要由高爐生產(chǎn)，按其用途可分為煉鋼生鐵和鑄造生鐵。

2011-5-10/09:55:392324爐渣爐渣是爐料在冶煉過程中不能進到生鐵和鋼中的氧化物、硫化物等形成的熔融體。

其主要成分是CaO、MgO、SiO2、Al2O3、MnO、FeO、P2O5、CaS等。

根據(jù)冶煉方法的不同，鋼鐵生產(chǎn)產(chǎn)生的爐渣分為高爐渣和煉鋼渣，按爐渣中含有不

同的化學(xué)成分又可分為堿性渣和酸性渣。2011-5-10/09:55:392425煤氣鋼鐵生產(chǎn)中還能獲得大量的可燃氣體，高爐煉鐵可產(chǎn)生高爐煤氣，轉(zhuǎn)爐煉鋼可獲得轉(zhuǎn)爐煤氣，煉焦時可得焦爐煤氣等。

煤氣主要成分：CO、H2、CO2、N2、CH4

2011-5-10/09:55:3925261.5鋼鐵工業(yè)能源及能耗鋼鐵生產(chǎn)用能源鋼鐵工業(yè)能耗節(jié)能途徑1.5.11.5.21.5.32011-5-10/09:55:3926271.5.1鋼鐵生產(chǎn)用能源 鋼鐵工業(yè)是能源消耗的大戶，約占全國總能源消耗量的10～11％。鋼鐵生產(chǎn)所用能源主要有煤炭、燃料油(重油)、天然氣、電力等。煤占鋼鐵生產(chǎn)中燃料消耗的70%，鋼鐵工業(yè)用煤量已超過煤炭總產(chǎn)量的15％。煤在鋼鐵企業(yè)主要用來煉焦和自備電廠發(fā)電、蒸汽機車燒煤、燒工業(yè)鍋爐及部分窯爐，少部分制成粉煤用于高爐噴吹及燒結(jié)生產(chǎn)。

2011-5-10/09:55:3927281.5.2鋼鐵工業(yè)能耗我國鋼鐵工業(yè)的能源消耗中，鋼鐵冶煉是耗能最高的工序，占鋼鐵工業(yè)能耗的60～70％。其主要耗于煉鐵系統(tǒng)，焦化、燒結(jié)、球團、煉鐵等工序，占鋼鐵生產(chǎn)能耗的一半以上。

鋼鐵工業(yè)各工序耗能比例(％)2011-5-10/09:55:3928292004年重點鋼鐵企業(yè)工序能耗比較合能耗2011-5-10/09:55:3929指標燒結(jié)球團焦化煉鐵轉(zhuǎn)爐電爐軋鋼噸鋼綜平均值66.3842.00142.21466.2026.57209.8992.91761先進值52.0619.2288.13395.41-3.77146.3153.68565落后值108.6083.30229.15591.8175.23325.44286.891103差值56.5464.08141.02196.4079.00179.23233.21538指標燒結(jié)焦化煉鐵轉(zhuǎn)爐電爐平均值66.38142.21466.2026.57209.891999年國際先進水平58.89128.1437.93-8.88198.6差值7.4914.1128.2735.4511.29301.5.3節(jié)能途徑改進生產(chǎn)工藝及操作，更新和改造耗能高的設(shè)備。降低能源損失（“廢料”、煤氣、熱能、壓力能），減少生產(chǎn)工序?；厥绽蒙⑹崃?。加強企業(yè)能源管理，加強能源利用技術(shù)的研究工作，提高操作技術(shù)水平，充分發(fā)揮現(xiàn)有設(shè)備能力，以節(jié)能為目標合理組織生產(chǎn)。

2011-5-10/09:55:3930311.6耐火材料凡是耐火度高于1580℃，能在一定程度上抵抗溫度驟變、爐渣侵蝕和承受高溫荷重作用韻無饑非金屬材料，稱為耐火材料。耐火材料由耐火砂巖進入到現(xiàn)代科技產(chǎn)品，已成為獨立的生產(chǎn)行業(yè)，其產(chǎn)品的60～80％消耗于冶金工業(yè)。鋼鐵生產(chǎn)對耐火材料的要求是：耐火度高；能抵抗溫度驟變；抗熔渣、金屬液等侵蝕能力強；高溫性能和化學(xué)穩(wěn)定性好。

2011-5-10/09:55:3931321.7環(huán)境保護鋼鐵廠產(chǎn)生的各種污染物有：大氣污染物質(zhì)

污水固體廢棄物

2011-5-10/09:55:393233大氣污染物質(zhì)SOX：是通過原料、燃料中硫磺成分的燃燒而產(chǎn)生的。燒結(jié)工廠等為其主要發(fā)生源。NOX：通過燃燒后發(fā)生。燒結(jié)工廠等為其主要發(fā)生源。煤塵：通過燃燒后發(fā)生。燒結(jié)爐、各加熱爐為其發(fā)生源。粉塵：從燃料原料的輸送、處理過程，及儲藏場中產(chǎn)生。煉鐵、煉鋼工程為其主要發(fā)生源。

2011-5-10/09:55:393334污水鋼鐵工業(yè)用水主要是冷卻水，其次是煤氣洗滌水，以及沖洗設(shè)備、地面及除塵用水等。污水中含有下列污染物：

固體懸浮物（SS）：從排氣集塵、高溫物質(zhì)的直接冷卻等過程中產(chǎn)生。油：由各種機械等所使用的油所發(fā)生的漏泄及冷軋工程使用軋制機的機油等原因而產(chǎn)生。

化學(xué)需氧量（COD）：從煤炭干餾時的氨水，及冷軋、電鍍廢水中產(chǎn)生。酸、堿：從冷軋工程的酸洗工程、電鍍工程等的脫脂工程中產(chǎn)生。

2011-5-10/09:55:393435固體廢棄物爐渣：從高爐、鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐、電爐、二次精煉設(shè)備等的冶煉工程中產(chǎn)生。污泥：在各種水處理過程中產(chǎn)生。灰塵：從各種干式集塵機中產(chǎn)生。

2011-5-10/09:55:3935鋼鐵生產(chǎn)中產(chǎn)生的污染物(1)鋼鐵生產(chǎn)中產(chǎn)生的污染物(2)38第一章小結(jié)重點掌握內(nèi)容：火法冶金及其主要工序；鋼鐵冶煉的任務(wù)；鋼鐵生產(chǎn)長流程生產(chǎn)工藝；鋼鐵工業(yè)能源及能耗特點；耐火材料及其要求。

2011-5-10/09:55:393839謝謝continuous)(tobe2011-5-10/09:55:3939第二章高爐煉鐵2主要內(nèi)容高爐冶煉用原料高爐煉鐵原理高爐結(jié)構(gòu)及附屬設(shè)備高爐操作2.12.22.32.42010-3-28/07:29:1823高爐冶煉用原料2.1主要原料燒結(jié)球團2.1.12.1.22.1.32010-3-28/07:29:1834主要原料2.1.1高爐冶煉用的原料主要有鐵礦石（天然富礦和人造富礦）、燃料（焦炭和噴吹燃料）、熔劑（石灰石與白云石等）。冶煉1t生鐵大約需要1.6~2.0t礦石，0.4~0.6t焦炭，0.2~0.4t熔劑。高爐冶煉是連續(xù)生產(chǎn)過程，必須盡可能為其提供數(shù)量充足、品味高、強度好、粒度均勻粉末少、有害雜質(zhì)少及性能穩(wěn)定的原料。OOO2010-3-28/07:29:1845鐵礦石赤鐵礦（Fe2O3）磁鐵礦（Fe3O4）褐鐵礦（mFe2O3·nH2O）菱鐵礦（FeCO3）2010-3-28/07:29:1856鐵礦石處理工藝流程O礦石→破碎→篩分→富礦→混勻→天然塊礦→高爐；O礦石→破碎→篩分→貧礦→磨礦→篩分→選礦→造塊→人造富礦→高爐2010-3-28/07:29:1867燃料焦炭的作用：發(fā)熱劑、還原劑及料柱骨架。O粒度：大型高爐中型高爐小型高爐40~60mm；25~40mm；15~25mm；噴吹燃料：固體（無煙煤與煙煤粉）液體（重油、煤焦油）氣體（天然氣或焦爐煤氣）O2010-3-28/07:29:1878熔劑熔劑主要使用石灰石和白云石；O熔劑的要求：O有效成分含量高（CaO+MgO）；有害雜質(zhì)S、P低；粒度均勻，強度好，粉末少。AAA熔劑的作用：O助熔，改善流動性，使渣鐵容易分離；脫硫（焦炭和礦石中S）。AA2010-3-28/07:29:1889燒結(jié)2.1.2將各種粉狀鐵，配入適宜的燃料和熔劑，均勻混合，然后放在燒結(jié)機點火燒結(jié)。在燃料燃燒產(chǎn)生高溫和一系列物理化學(xué)變化作用下，部分混合料顆粒表面發(fā)生軟化熔融，產(chǎn)生一定數(shù)量的液相，并潤濕其它未融化的礦石顆粒。冷卻后，液相將礦粉顆粒粘結(jié)成塊。這一過程叫是燒結(jié)，所的到的塊礦叫燒結(jié)礦。O2010-3-28/07:29:189抽風燒結(jié)工藝流程11燒結(jié)過程示意圖燒結(jié)料層有明顯的分層，依次出現(xiàn)燒結(jié)礦層、燃燒層、預(yù)熱和干燥層、過濕層，然后又相繼消失，最后剩下燒結(jié)礦層。O2010-3-28/07:29:181112燒結(jié)過程的主要反應(yīng)燃燒反應(yīng)：C+O2，燒結(jié)廢氣中以CO2為主，存在少量CO，還有一些自由氧和氮。2C+O2=2CO；C+O2=CO2O分解反應(yīng)：結(jié)晶水的分解：褐鐵礦（mFe2O3·nH2O）高嶺土（Al2O3·2SiO2·2H2O)熔劑分解：CaCO3=CaO+CO2(750℃以上)MgCO3=MgO+CO2(720℃)O2010-3-28/07:29:181213燒結(jié)過程的主要反應(yīng)還原與再氧化反應(yīng)：Fe、Mn等靠近燃料顆粒處：3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2;Fe3O4+CO=3FeO+CO2;遠離燃料顆粒處：2Fe3O4+1/2O2=3Fe2O3;3FeO+1/2O2=Fe3O4.O氣化反應(yīng)：脫硫85％～95％。FeS2+11/2O2=Fe2O3+4SO22FeS+7/2O2=Fe2O3+2SO2O2010-3-28/07:29:181314燒結(jié)礦的形成燒結(jié)礦是一種由多種礦物組成的復(fù)合體。由含鐵礦物和脈石礦物組成的液相粘結(jié)在一起組成。O含鐵礦物有磁鐵礦、方鐵礦（或浮氏體）、赤鐵礦O粘結(jié)相主要有鐵橄欖石、鈣鐵橄欖石、硅灰石、硅酸二鈣、硅酸三鈣、鐵酸鈣、鈣鐵灰石及少量反應(yīng)不全的游離石英和石灰。O2010-3-28/07:29:181415燒結(jié)廠巡視2010-3-28/07:29:181516燒結(jié)機世界上90%以上燒結(jié)礦由抽風帶式燒結(jié)機生產(chǎn)，其主要設(shè)備為燒結(jié)臺車。O2010-3-28/07:29:181617燒結(jié)臺車2010-3-28/07:29:181718球團2.1.3將準備好的原料(細磨精礦或其他細磨粉狀物料、添加劑等)，按一定比例經(jīng)過配料、混勻制成一定尺寸的小球，然后采用干燥焙燒或其他方法使其發(fā)生一系列的物理化學(xué)變化而硬化固結(jié)．這一過程即為球團生產(chǎn)過程．其產(chǎn)品即為球團礦。O球團礦生產(chǎn)的工藝流程一般包括原料準備、配料、混合、造球、干燥和焙燒、冷卻、成品和返礦處理等工序。O2010-3-28/07:29:1818198球團礦生產(chǎn)的工藝流程2010-3-28/07:29:11920高爐煉鐵原理2.22.2.12.2.22.2.32.2.42.2.52.2.6高爐冶煉過程及特點燃燒反應(yīng)還原反應(yīng)高爐爐渣與脫硫爐料與煤氣運動高爐生產(chǎn)主要技術(shù)經(jīng)濟指標2010-3-28/07:29:1820212.2.1高爐冶煉過程及特點現(xiàn)代高爐生產(chǎn)過程是一個龐大的生產(chǎn)體系，除高爐本體外，還有供料、送風、煤氣凈化除塵、噴吹燃料和渣鐵處理等系統(tǒng)。高爐煉鐵的本質(zhì)OOO2-(礦）＋CO?CO2傳質(zhì)過程：礦石中的O2-O2-進入煤氣中，實現(xiàn)鐵與氧的分離傳熱過程：煤氣攜帶的熱量傳給爐料，使爐料熔化成渣鐵，實現(xiàn)渣鐵分離2010-3-28/07:29:182122高爐生產(chǎn)工藝流程2010-3-28/07:29:182223高爐結(jié)構(gòu)高爐是由耐火材料砌筑而成豎式圓筒形爐體，外有鋼板制成爐殼加固密封，內(nèi)嵌冷卻器保護，爐子自上而下一次分為爐喉、爐身、爐腰、爐腹和爐缸五部分。爐缸部分設(shè)有風口、鐵口和渣口，爐喉以上為裝料裝置和煤氣封蓋及導(dǎo)出管。O2010-3-28/07:29:1823247:29:18 24高爐爐內(nèi)爐料狀況及反應(yīng)2010-3-28/025燃燒反應(yīng)2.2.2爐頂加入的焦炭，其中風口前燃燒的碳量約占入爐總碳量的65%～75%，是在風口前與鼓風中的O2燃燒，17～21％參加直接還原反應(yīng)，10％左右溶解進入鐵水。O燃燒反應(yīng)的作用：O為高爐冶煉過程提供主要熱源；為還原反應(yīng)提供C0、H2等還原劑；為爐料下降提供必要的空間。AAA2010-3-28/07:29:182526燃燒反應(yīng)燃燒反應(yīng)的機理一般認為分兩步進行：O風口前碳素的燃燒只能是不完全燃燒，生成CO并放出熱量。由于鼓風中總含有一定的水蒸氣，灼熱的C與H2O發(fā)生下列反應(yīng)：OOC+H2O=CO+H2-124390kJ實際生產(chǎn)中的條件下，風口前碳素燃燒的最終產(chǎn)物由C0、H2、N2組成。O2010-3-28/07:29:18262727回旋區(qū)及燃燒帶回旋區(qū)：風口前產(chǎn)生焦炭和煤氣流回旋運動的區(qū)域稱為回旋區(qū)。O回旋區(qū)和中間層組成焦炭在爐缸內(nèi)進行燃燒反應(yīng)的區(qū)域稱為燃燒帶。O實踐中常以CO2降至1～2％的位置定為燃燒帶界限。大型高爐的燃燒帶長度在1000～1500mm左O右。2010-3-28/07:29:1828還原反應(yīng)2.2.3基本概念高爐內(nèi)鐵氧化物的還原高爐內(nèi)非鐵元素的還原2.2.3.12.2.3.22.2.3.32010-3-28/07:29:1828292.2.3.1基本概念還原反應(yīng)O還原劑奪取金屬氧化物中的氧，使之變?yōu)榻饘倩蛟摻饘俚蛢r氧化物的反應(yīng)。A高爐煉鐵常用的還原劑主要有CO、H2和固體A碳。鐵氧化物的還原順序O遵循逐級還原的原則。當溫度小于570℃時，按Fe2O3→Fe3O4→Fe的順序還原。AA當溫度大于570℃時，按Fe2O3→Fe3O4→FeO→Fe的順序還原。A2010-3-28/07:29:182930高爐內(nèi)鐵氧化物的還原2.2.3.2用CO和H2還原鐵氧化物O用CO和H2還原鐵氧化物，生成CO2和H2O還原反應(yīng)叫間接還原。用CO作還原劑的還原反應(yīng)主要在高爐內(nèi)小于800℃的區(qū)域進行。用H2作還原劑的還原反應(yīng)主要在高爐內(nèi)800～1100℃的區(qū)域進行。AAA2010-3-28/07:29:1830用固體碳還原鐵氧化物O用固體碳還原鐵氧化物，生成CO的還原反應(yīng)叫直接還原。在高爐內(nèi)具有實際意義的只有FeO+C=Fe+CO的反應(yīng)。直接還原要通過氣相進行反應(yīng)，其反應(yīng)過程如下：AAA直接還原一般在大于1100℃的區(qū)域進行，800～1100℃區(qū)域為直接還原與間接還原同時存在區(qū)，低于800℃的區(qū)域是間接還原區(qū)。O32高爐內(nèi)非鐵元素的還原2.2.3.3錳的還原硅的還原磷的還原鉛、鋅、砷的還原OOOO2010-3-28/07:29:183233錳的還原高爐內(nèi)錳氧化物的還原由高級向低級逐級還原直到金屬錳，順序為：O從MnO2到MnO可通過間接還原進行還原反應(yīng)。MnO還原成Mn只能靠直接還原取得。OMnO的直接還原是吸熱反應(yīng)。高爐爐溫是錳還原的重要條件，其次適當提高爐渣堿度，增加Mn0的活度，也有利于錳的直接還原。O還原出來的錳可溶于生鐵或生成Mn3C溶于生O 鐵。 2010-3-28/07:29:183334硅的還原硅的還原只能在高爐下部高溫區(qū)(1300℃以上)以直接還原的形式進行：OSiO2+2C＝Si＋2CO-628297kJSiO2在還原時要吸收大量熱量，硅在高爐內(nèi)只有少量被還原。還原出來的硅可溶于生鐵或生成FeSi再溶于生鐵。較高的爐溫和較低的爐渣堿度有利于硅的還原。鐵水中的含硅量可作為衡量爐溫水平的標志。OOOO2010-3-28/07:29:183435：磷的還原磷酸鐵[(FeO)3·P2O5·8H2O]又稱藍鐵礦，藍鐵礦結(jié)晶水分解后，形成多微孔的結(jié)構(gòu)較易還原，反應(yīng)式為O磷酸鈣（主要存在形式）在高爐內(nèi)首先進入爐渣，在1100～1300℃時用碳作還原劑還原磷，其還原率能達60％；當有SiO2存在時，可以加速磷的還原：O磷在高爐冶煉條件下，全部被還原以Fe2P形態(tài)溶于生鐵。O2010-3-28/07:29:183536鉛、鋅、砷的還原還原出來的鉛（密度11.34g/cm3）易沉積于爐底，滲入磚縫，破壞爐底；部分鉛在高爐內(nèi)易揮發(fā)上升，遇到CO2和H2O將被氧化，隨爐料一起下降時又被還原，在爐內(nèi)循環(huán)。O還原出來的鋅，在爐內(nèi)揮發(fā)、氧化、體積增大使爐墻破壞，或凝附于爐墻形成爐瘤。O還原出來的砷，與鐵化合影響鋼鐵性能，使鋼冷脆，焊接性能大大降低。O2010-3-28/07:29:183637還原反應(yīng)動力學(xué)2.2.3.5反應(yīng)過程模型：鐵礦石的還原反應(yīng)是由礦石顆粒表面向中心進行的。加快還原反應(yīng)速度的措施：提高還原氣體的濃度和還原溫度；使用粒度較小，氣孔率較大的人造礦石。OO2010-3-28/07:29:1837382.2.3.6生鐵的生成與滲碳過程生鐵的生成：滲碳和已還原的元素進入生鐵中，得到含F(xiàn)e、C、Si、Mn、P、S等元素的生鐵。滲碳過程OO固體海綿鐵發(fā)生滲碳過程：（滲C有限，不到1％）A在1400℃左右時，與熾熱的焦炭繼續(xù)進行固相滲碳。A熔化后的金屬鐵與焦炭發(fā)生滲碳反應(yīng)：3Fe液+C焦=Fe3C液。2010-3-28/07:29:183839高爐爐渣與脫硫2.2.4高爐爐渣是鐵礦石中的脈石和焦炭(燃料)中的灰分等與熔劑相互作用生成低熔點的化合物，形成非金屬的液相。O高爐爐渣的成分高爐爐渣作用成渣過程生鐵去硫OOOO2010-3-28/07:29:183940高爐爐渣的成分2.2.4.1高爐爐渣的來源：礦石中的脈石、焦炭(燃料)中的灰分、熔劑中的氧化物、被侵蝕的爐襯等。高爐爐渣的成分：氧化物為主，且含量最多的是SiO2、CaO、Al2O3、MgO。爐渣中氧化物的種類：堿性氧化物、酸性氧化物和中性氧化物。以堿性氧化物為主的爐渣稱堿性爐渣；以酸性氧化物為主的爐渣稱酸性爐渣。爐渣的堿度(R)：爐渣中堿性氧化物和酸性氧化物的質(zhì)量百分數(shù)之比表示爐渣堿度：高爐爐渣堿度一般表示式：R=m(CaO)／m(SiO2)爐渣的堿度根據(jù)高爐原料和冶煉產(chǎn)品的不同，一般在1.0～1.3之間。OOOOOO2010-3-28/07:29:184041高爐爐渣的作用2.2.4.2分離渣鐵，具有良好的流動性，能順利排出爐外。O具有足夠的脫硫能力，盡可能降低生鐵含硫量，保證冶煉出合格的生鐵。O具有調(diào)整生鐵成分，保證生鐵質(zhì)量的作用。O保護爐襯，具有較高熔點的爐渣，易附著于爐襯上，形成“渣皮”，保護爐襯，維持生產(chǎn)。O2010-3-28/07:29:184142成渣過程2.2.4.2（1）焦炭在風口處完全燃燒，灰分進入爐渣。（2）石灰石在下降過程中，分解的CaO在滴落帶，被初渣溶解，參與造渣。（3）礦石在塊狀帶固相反應(yīng)生成了低熔點的化合物沿焦炭縫隙流下，分離出初渣。隨后渣中(FeO)不斷還原進入鐵中，至滴落帶，爐渣以滴狀下落，渣中FeO已降到2％～3％。（4）滴落的初渣成分不斷變化，初渣開始是自然堿度，以后隨著SiO2的還原，石灰石渣化并加入焦炭灰分，經(jīng)過堿度波動之后形成終渣。成渣過程中，軟熔帶對爐內(nèi)料柱透氣性影響很大，習慣上把這一帶叫成渣帶。2010-3-28/07:29:184243生鐵去硫2.2.4.3硫的來源：礦石、焦炭、熔劑和噴吹燃料中的硫分。爐料中焦炭帶入的硫最多，占70％～80％。冶煉每噸生鐵由爐料帶入的總硫量稱硫負荷。硫在煤氣、渣、鐵中的分配OOO爐料帶入高爐內(nèi)部的硫的分配：在冶煉過程中又全部轉(zhuǎn)入爐渣、生鐵、煤氣中。硫的分配系數(shù)：渣中含硫量與鐵中含硫量之比，用Ls表示。降低生鐵硫含量的措施：降低硫負荷；增大硫的揮發(fā)量；加大渣量；增大硫的分配系數(shù)Ls（提高高爐爐渣的脫硫能力）。AAA2010-3-28/07:29:184344生鐵去硫2.2.4.3爐渣去硫爐渣去硫反應(yīng)：[FeS]+(CaO)=(CaS)+(FeO)生成的FeO在高溫下與焦炭作用：(FeO)+C=[Fe]+{CO}-Q總的脫硫反應(yīng)可寫成：[FeS]+(CaO)+C=(CaS)+[Fe]+{CO}-QOA提高爐渣的脫硫能力必須具備條件：適當高的爐渣堿度；要有足夠高的爐溫；黏度小。A2010-3-28/07:29:184445生鐵去硫2.2.4.3爐外脫硫OA高爐常用的爐外脫硫劑是蘇打粉(Na2CO3)。反應(yīng)式為：Na2CO3+FeS=Na2S+FeO+{CO2}-Q還有石灰、白云石、電石、復(fù)合脫硫劑等。實際生產(chǎn)中，如果選擇合理的操作制度，保證充沛的爐溫，生鐵的含硫量是可以控制的。A2010-3-28/07:29:184546爐料與煤氣運動2.2.5爐料運動煤氣運動2.2.5.12.2.5.22010-3-28/07:29:1846472.2.5.1爐料運動爐料在爐內(nèi)下降的基本條件：高爐內(nèi)不斷形成促使爐料下降的自由空間。形成爐料下降的自由空間的因素OO焦炭在風口前燃燒生成煤氣。爐料中的碳素參加直接還原。爐料在下降過程中重新排列、壓緊并熔化成液相，體積縮小。定時放出渣鐵。AAAA2010-3-28/07:29:184748煤氣運動2.2.5.2煤氣的體積的變化煤氣的成分的變化煤氣的溫度的變化煤氣的壓力的變化OOOO2010-3-28/07:29:184849煤氣的體積的變化煤氣量取決于冶煉強度、鼓風成分、焦比等因素。煤氣的體積總量在上升過程中是增加的。OO2010-3-28/07:29:184950煤氣成分的變化CO：煤氣上升過程中，CO在高爐下部高溫區(qū)開始增加，煤氣中的CO含量會相應(yīng)減小。OCO2：在爐缸、爐腹部位幾乎為零，從中溫區(qū)開始增加。H2：來源于風中H2O汽和焦炭中的有機H2和噴吹燃料OO中的揮發(fā)H2，上升過程中由于參加間接還原和生成CH4，含量逐漸減少，但由于爐料中結(jié)晶水和碳作用生成部分H2，又可適量增加煤氣中H2的含量。N2：鼓風帶入的N2，焦炭中的有機N2和噴吹燃料中的揮發(fā)N2，在上升過程中不參加任何反應(yīng)，絕對量不變。OCH4：高溫時少量焦炭與H2作用生成CH4，上升過程中又加入焦炭揮發(fā)分中CH4，但數(shù)量很少，變化不大。O2010-3-28/07:29:185051煤氣溫度的變化爐內(nèi)熱交換現(xiàn)象：爐缸煤氣在上升過程中把熱量傳遞給爐料，溫度逐漸降低；而爐料在下降過程吸收煤氣的熱量，溫度逐漸上升。O2010-3-28/07:29:185152煤氣壓力的變化壓頭損失(△p)的表示式△p=P爐缸-P爐喉O壓頭損失△p的作用增加到一定程度時，將妨礙高爐順行。O2010-3-28/07:29:185253高爐生產(chǎn)主要技術(shù)經(jīng)濟指標2.2.6有效容積利用系數(shù)（?V）：高爐每立方米有效容積每天生產(chǎn)的合格鐵水量（t/m3·d）高爐每天的合格生鐵量POηV=高爐有效容積Vu入爐焦比（K）：冶煉一噸生鐵消耗的焦炭量（kg/t）O每天裝入高爐的焦炭量K=高爐每天出鐵量2010-3-28/07:29:1853煤比（或油比）：冶煉一噸生鐵消耗的煤粉量或重油（kg/t）O每天噴入高爐的煤粉量M=高爐每天出鐵量燃料比＝焦比＋煤比（或油比）冶煉強度：高爐每立方米有效容積每天消耗的（干）焦炭量（焦比一定的情況下）高爐每天消耗的焦炭量OOI=高爐的有效容積?V=I/K生鐵合格率：生鐵化學(xué)成分符合國家標準的總量占生鐵總量的指標。休風率：高爐休風時間（不包括計劃大、中、小修）占日歷工作時間的百分數(shù)。規(guī)定的日歷作業(yè)時間=日歷時間-計劃大中修及封爐時間OO高爐休風時間×100%休風率=規(guī)定的日歷作業(yè)時間休風率反映高爐操作及設(shè)備維護的水平。生鐵成本：生產(chǎn)每噸合格生鐵所需原料、燃料、材料、動力、人工等一切費用的總和，單位：元/tFe。爐齡（高爐一代壽命）：即從高爐點火開始到停爐大修之間實際運行的時間或產(chǎn)鐵量。爐齡長，產(chǎn)鐵多，經(jīng)濟效益高。OO56高爐結(jié)構(gòu)及附屬設(shè)備2.3高爐本體高爐附屬系統(tǒng)2.3.12.3.2馬鋼2500m3高爐2010-3-28/07:29:185657高爐本體2.3.1高爐內(nèi)型爐頂裝料裝置2.3.1.12.3.1.22010-3-28/07:29:185758高爐內(nèi)型2.3.1.1高爐是一個豎立圓筒形爐子，其內(nèi)部工作空間形狀稱為高爐內(nèi)型，即通過高爐中心線的剖面輪廓。高爐內(nèi)型一般由爐缸、爐腹、爐腰、爐身和爐喉五段組成。O爐型設(shè)計合理，能促進高爐冶煉指標的改善和延長高爐的使用壽命，故爐型是高爐最基本的工藝參數(shù)。現(xiàn)代高爐向大型化發(fā)展，合理爐型總的趨勢是矮胖化。O2010-3-28/07:29:185859高爐內(nèi)型2.3.1.1高爐有效容積：由高爐出鐵口中心線所在水平面到料線零位水平面之間的容積。用Vu表示。巨型高爐：>4000m3大型高爐：>620m3中型高爐：255~620m3小型高爐：<100m3O2010-3-28/07:29:185960爐頂裝料裝置2.3.1.2高爐爐頂裝料設(shè)備的作用是按冶煉要求，向爐內(nèi)合理布料，同時要嚴密封住爐內(nèi)荒煤氣不逸出爐外。O常用的爐頂裝料設(shè)備主要有鐘式爐頂和溜槽式（亦稱無鐘式）爐頂。O2010-3-28/07:29:186061鐘式爐頂1—旋轉(zhuǎn)布料器；2—煤氣封蓋；3—均壓室；4—大料鐘；5—大料斗；6—小料鐘；7—受料斗2010-3-28/07:29:18616262無鐘爐頂1—帶式上料機；2—旋轉(zhuǎn)料罐；3—驅(qū)動電動機；4—托盤式料門；5—上密封閥（放散）；6—密封料罐；7—卸料漏車；8—料流調(diào)節(jié)閥；9—下密封閥（均壓）；10—波紋管；11—眼睛閥；12—氣密箱；13—溜槽2010-3-28/07:29:1863溜槽布料2010-3-28/07:29:186364高爐附屬設(shè)備2.3.2原料供應(yīng)系統(tǒng)送風系統(tǒng)煤氣凈化系統(tǒng)渣鐵處理系統(tǒng)2.3.2.12.3.2.22.3.2.32.3.2.42010-3-28/07:29:186465原料供應(yīng)系統(tǒng)2.3.2.1皮帶上料↓上料系統(tǒng)↑2010-3-28/07:29:186566原料系統(tǒng)總巡視2010-3-28/07:29:186667送風系統(tǒng)2.3.2.2高爐送風系統(tǒng)包括高爐鼓風機、冷風管路、熱風爐、熱風管路、風口以及管路上的各種閥門等。蓄熱式熱風爐由拱頂、燃燒室和蓄熱室等幾部分構(gòu)成。蓄熱式熱風爐呈周期性工作，一個工作周期有燃燒期、送風期和切爐期三個過程。一般一座高爐有三至四座熱風爐。OO2010-3-28/07:29:186768蓄熱式熱風爐結(jié)構(gòu)2010-3-28/07:29:186869692010-3-28/07:29:18熱風圍管及風口由熱風爐送出的熱風通過熱風總管送到高爐，再經(jīng)熱風圍管和送風支管，將熱風均勻的分配到每個風口，以便爐內(nèi)焦炭和噴吹燃料進行燃燒。熱風圍管由鋼結(jié)構(gòu)本體、耐火內(nèi)襯、吊掛裝置和下部電葫蘆單軌梁組成。風口裝置主要由風口大套、中套和風口小套組成。OOO70煤氣凈化系統(tǒng)2.3.2.31—高爐；2—重力除塵器；3—洗滌塔；4—文氏管；5—調(diào)壓閥組；6—脫水器2010-3-28/07:29:187071重力除塵和文氏除塵文氏除塵重力除塵2010-3-28/07:29:187172渣鐵處理系統(tǒng)2.3.2.42010-3-28/07:29:187273渣鐵分離器2010-3-28/07:29:1873高爐方形出鐵場半島式布置1—高爐；2—活動主溝；3、4—渣溝；5—擺動流嘴；6—泥炮；7—開口機；8—換釬機9—鐵口前懸臂吊；10—天車；11—水渣粗粒分離槽；12—干渣坑；13—泥炮操作14—電磁流量計室；15—泥炮液壓站；16—砂口轉(zhuǎn)鼓脫水法工藝流程1—水渣溝;2—水渣槽及放散筒;3—分配器;4—脫水轉(zhuǎn)鼓;5—鼓內(nèi)膠帶運輸機6—鼓外膠帶運輸機;7—水渣成品貯存槽;8—集水斗;9—冷卻水池;10—泵站11—脫水轉(zhuǎn)鼓的細篩網(wǎng);12—軸向刮板;13—吹掃用壓縮空氣;14—沖洗水76高爐操作2.4高爐特殊操作基本操作制度2.4.12.4.22010-3-28/07:29:187677高爐特殊操作2.4.1開爐休風停爐2.4.1.12.4.1.22.4.1.32010-3-28/07:29:1877782.4.1.1開爐建好的高爐第一次投入使用稱開爐。開爐好壞對以后高爐作業(yè)和一代壽命有直接影響。開爐前的準備OO對設(shè)備進行試運轉(zhuǎn)以確保完全正?？煽?；對爐體、熱風爐、熱風管進行烘烤以排除水分；對爐料要求還原性好、雜質(zhì)少，以便穩(wěn)定爐渣成分，保證生鐵質(zhì)量。AAA由于開爐熱量消耗大，開爐焦比比正常焦比高3~4倍O2010-3-28/07:29:187879休風2.4.1.2高爐生產(chǎn)過程中因故障臨時檢修或計劃檢修需要停止送風稱休風。超過8小時稱長期休風，8小時以下的稱短期休風。OO短期休風時應(yīng)將高爐本體與管道系統(tǒng)完全切斷，休風期間應(yīng)向高爐爐頂及煤氣管道內(nèi)通入蒸汽。長期休風時應(yīng)在停爐前關(guān)閉爐頂蒸汽，點燃爐頂煤氣，停風堵嚴風口，然后再繼續(xù)通蒸汽，使煤氣管道與大氣相通，靠自然抽力驅(qū)凈煤氣。AA2010-3-28/07:29:187980停爐2.4.1.3高爐一代壽命終結(jié)需要大修時就要停爐，停爐要做到安全、出凈殘鐵，以便拆卸搶修。停爐時一定從爐底預(yù)先做好的殘鐵口放盡殘鐵。停爐方法：OOO焦炭填充法：停爐開始時裝濕焦塊，并經(jīng)爐頂噴水，直到小焦塊下降到風口平面時停止送風，繼續(xù)噴水至焦炭熄滅?？樟暇€喂水法：停爐一開始停止裝料，從爐頂噴水，待料面達風口平面上1~2m停止送風，繼續(xù)噴水至焦炭熄滅。AA2010-3-28/07:29:188081基本操作制度2.4.22.4.2.12.4.2.22.4.2.32.4.2.42.4.2.5熱制度送風制度造渣制度裝料制度出渣出鐵制度2010-3-28/07:29:188182熱制度2.4.2.1熱制度就是根據(jù)冶煉條件所煉生鐵品種的需要，在爭取最低焦比的前提下，選擇并控制均勻穩(wěn)定而熱量充沛的爐溫。爐溫高低通常用渣鐵溫度（鐵水1350～1500℃，爐渣溫度一般高50～100℃）表示或用鐵水含硅量表示。O目前我國大多數(shù)高爐生鐵含硅0.4%～0.5%，鐵水溫度為1450～1500℃。O2010-3-28/07:29:188283送風制度2.4.2.2送風制度是指在一定的冶煉條件下，維持適宜的鼓風數(shù)量、質(zhì)量和風口狀態(tài)。具體來說，包括風量、熱風溫度與壓力、鼓風濕度與含氧量、風口數(shù)目、風口直徑和風口長度(伸入爐缸內(nèi)的長度)、是否噴吹燃料等。送風制度的選擇，應(yīng)綜合考慮生產(chǎn)任務(wù)，風機能力，熱風溫度水平，原燃料的數(shù)量和質(zhì)量等客觀條件，確定適宜的冶煉制度，然后根據(jù)高爐冶煉行程的征兆，運用下部調(diào)劑的原則來選擇適宜的風口面積和風口長度，使煤氣流在爐缸的初始分布達到合理。OO2010-3-28/07:29:188384造渣制度2.4.2.3所謂造渣制度，通常就是根據(jù)高爐的原料和冶煉的生鐵品種等條件，選擇一個流動性、粘度、熔化性溫度和脫硫、排堿能力等性能適宜的終渣成分。O造渣制度包括造渣過程和終渣性能的控制，造渣制度應(yīng)根據(jù)冶煉條件和生鐵品種確定。而爐渣性能是選擇造渣制度的依據(jù)。O2010-3-28/07:29:188485裝料制度2.4.2.4裝料制度是指爐料裝入方法。包括裝入順序、批重大小及料線高低等。O其主要作用是通過改變裝料方法，變更爐料在爐喉料面的分布，來控制煤氣流的分布，達到既充分利用煤氣的熱能和化學(xué)能，又能保證爐料的順利下降，為高爐穩(wěn)定使用大風打開兩條合理的煤氣通路。O2010-3-28/07:29:188586出渣出鐵制度2.4.2.5出渣出鐵制度化，首先及時出凈渣鐵，保持爐缸渣鐵在合適水平，保證爐缸工作正常進行。O其次是規(guī)定出渣出鐵時間表以便按序工作。在正常情況下，一座大型高爐出鐵次數(shù)增加到10～15次，每次出鐵30～45分鐘，多鐵口轉(zhuǎn)換，以至連續(xù)出鐵。O2010-3-28/07:29:188687渣鐵制度2010-3-28/07:29:188788第二章小結(jié)重點掌握內(nèi)容：高爐煉鐵原料及作用、燒結(jié)及過程；高爐結(jié)構(gòu)、高爐內(nèi)區(qū)域及進行反應(yīng)、直接還原和間接還原、高爐爐渣作用、生鐵去硫、高爐生產(chǎn)主要技術(shù)經(jīng)濟指標；高爐有效容積、爐頂裝料裝置、熱風爐爐型及原理；高爐特殊操作、爐溫。OAAAA2010-3-28/07:29:188889謝謝continuous)(tobe2010-3-28/07:29:1889第三章煉鋼基本原理2主要內(nèi)容煉鋼的基本任務(wù)煉鋼爐渣煉鋼過程的基本反應(yīng)3.13.23.32010-3-28/07:29:5923煉鋼的基本任務(wù)3.1四脫：C、S、P、O；二去：氣體、夾雜；二調(diào)整：溫度、成分。澆注。OOOO2010-3-28/07:29:5934煉鋼爐渣3.2煉鋼爐渣的作用煉鋼爐渣的來源及其組成煉鋼爐渣的主要性質(zhì)3.2.13.2.23.2.32010-3-28/07:29:5945煉鋼爐渣的作用3.2.1作用：O通過對爐渣成分、性能及數(shù)量的調(diào)整，可以控制金屬中各元素的氧化和還原過程；向鋼中輸送氧以氧化各種雜質(zhì)；吸收鋼液中的非金屬夾雜物，并防止鋼液吸氣（H、N）。其它作用。如：穩(wěn)定電弧，保護渣。AAAA副作用：侵蝕爐襯；降低金屬收得率。O2010-3-28/07:29:5956煉鋼爐渣的來源及其組成3.2.2煉鋼爐渣的來源：加入的各種造渣材料及被侵蝕爐襯；煉鋼中化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)物：氧化物和硫化物；廢鋼帶入得泥沙和鐵銹；氧化物或冷卻劑帶入的脈石。爐渣的組成以各種金屬氧化物為主，并含有少量硫化物和氟化物。煉鋼爐渣的基本體系是CaO-SiO2-FeO。OAAAOO2010-3-28/07:29:5967煉鋼爐渣的主要性質(zhì)3.2.3堿度：R＝1.3～1.5，低堿度渣；R＝1.8～2.0，中堿度渣；OR≥2.5，高堿度渣；氧化性——爐渣向金屬熔池傳氧的能力，一般以渣中氧化鐵（％∑FeO）含量來表示。把Fe2O3折合成FeO有兩種計算方法：全氧法和全鐵法。全鐵法較合理。爐渣的氧化能力是個綜合的概念，其傳氧能力還受爐渣粘度、熔池攪拌強度、供氧速度等因素的影響。OOO2010-3-28/07:29:5978煉鋼過程的基本反應(yīng)3.3煉鋼熔池中氧的來源及鐵液中元素的氧化方式煉鋼熔池中元素的氧化次序脫碳反應(yīng)硅的氧化錳的氧化與還原脫磷反應(yīng)脫硫反應(yīng)鋼的脫氧脫氣3.3.13.3.23.3.33.3.43.3.53.3.63.3.73.3.83.3.93.3.10去除鋼中夾雜物2010-3-28/07:29:59893.3.1煉鋼熔池中氧的來源及鐵液中元素的氧化方式氧的來源：直接向熔池中吹入工業(yè)純氧（>98％）；向熔池中加入富鐵礦；爐氣中的氧傳入熔池。OAAA鐵液中元素的氧化方式有兩種：直接氧化和間接氧化。O2010-3-28/07:29:59910直接氧化方式直接氧化是指氧氣直接與鐵液中的元素產(chǎn)生氧化反應(yīng)。當向鐵液中吹入氧氣時，如果在鐵液與氣相界面有被溶解的元素如[Si]﹑[Mn]﹑[C],雖有大量的鐵原子存在，但根據(jù)元素的氧化次序[Si]﹑[Mn]﹑[C]將優(yōu)先于鐵而被氧化。反應(yīng)可寫為：[C]+1／2｛O｝=｛CO｝[Si]+｛O2}=（SiO2）[Mn]+1／2｛O2｝＝（MnO）在氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼時氧氣流股沖擊鐵液形成一個沖擊坑，氧氣與鐵液直接接觸，易產(chǎn)生元素的直接氧化。OOO2010-3-28/07:29:591011間接氧化方式吹入的氧氣由于動力學(xué)的原因首先與鐵液中的Fe原子反應(yīng)形成FeO進入爐渣同時使鐵液中溶解氧[O]。爐渣中的（FeO）和溶解在鐵液中的[O]再與元素發(fā)生間接氧化。O其反應(yīng)為：｛O2｝+Fe=(FeO)(FeO)=Fe+［O］O如：或2［O］+[Si]=(SiO2)2(FeO)+［Si］=2Fe+(SiO2)在渣-金界面上往往產(chǎn)生元素的間接氧化反應(yīng)。2010-3-28/07:29:591112煉鋼熔池中元素的氧化次序3.3.2溶解在鐵液中的元素的氧化次序可以通過與1molO2的氧化反應(yīng)的標準吉布斯自由能變化來判斷。O在標準狀態(tài)下，反應(yīng)的ΔGo負值越多，該元素被氧化的趨勢就越大，則該元素就優(yōu)先被大量氧化。O鐵液中常規(guī)元素與氧反應(yīng)的標準吉布斯自由能變化與溫度的關(guān)系繪制成圖。O2010-3-28/07:29:59121.Cu﹑Ni﹑Mo﹑W等元素氧化的ΔGo線都在Fe氧化ΔGo線之上。從熱力學(xué)角度來說，在煉鋼吹氧過程中這些元素將受到Fe的保護而不氧化。2.Cr﹑Mn﹑V﹑Nb等元素的氧化程度隨冶煉溫度而定。3.Al﹑Ti﹑Si﹑B等元素氧化的ΔGo線在圖中位于較低的位置，它們最易氧化。在實際生產(chǎn)中，這些元素作為強脫氧劑使用。注意：雖然在煉鋼溫度下，F(xiàn)e氧化的ΔGo線高于其它元素氧化的ΔGo線，但由于鐵液中大多數(shù)為Fe原子，氧與Fe原子接觸機會多，故在實際上Fe還是會氧化。14脫碳反應(yīng)3.3.3煉鋼的一個重要任務(wù)是利用氧化方法將鐵液中過多的碳去除，稱為脫碳。脫碳反應(yīng)是貫穿于冶煉過程。O在高溫下[C]主要氧化成為CO。O[C]與氧的反應(yīng)有：O在渣-金界面上：［C］+（FeO）=｛CO｝+Fe［C］+［O］=｛CO｝在氣-金界面上：［C］+1／2｛O2｝=｛CO｝AA2010-3-28/07:29:591415脫碳反應(yīng)的作用脫碳反應(yīng)除了調(diào)整鋼液碳含量的作用外，其反應(yīng)產(chǎn)物CO氣體的上浮排除使得脫碳反應(yīng)給煉鋼帶來獨特的作用。O促進熔池成分﹑溫度均勻；提高化學(xué)反應(yīng)速度；降低鋼液中的氣體含量和夾雜物數(shù)量：造成噴濺和溢出：AAAA2010-3-28/07:29:591516硅的氧化3.3.4硅的直接氧化和間接氧化反應(yīng)式O在氣-金界面上［Si］+O2=（SiO2）A在渣-金界面上A［Si］+2［O］=（SiO2）［Si］+2（FeO）=（SiO2）+2Fe2010-3-28/07:29:591617硅的氧化對煉鋼的影響[Si]氧化產(chǎn)生大量的化學(xué)熱，是轉(zhuǎn)爐煉鋼的主要熱量來源之一，它可使吹煉初期熔池溫度能夠較快升高，有利于轉(zhuǎn)爐廢鋼加入量增加和初期渣熔化成渣。O[Si]氧化反應(yīng)產(chǎn)物SiO2是酸性很強的氧化物，它影響到煉鋼的爐渣堿度和石灰加入量。O爐渣中的SiO2易侵蝕堿性爐襯，降低煉鋼爐的爐齡。O2010-3-28/07:29:591718錳的氧化與還原3.3.5鐵液中的錳反應(yīng),形成在高溫下是穩(wěn)定的MnO。O[Mn]的氧化反應(yīng)式為：O在氣-金界面上［Mn］+1/2O2=（MnO）在渣-金界面上［Mn］+［O］=（MnO）［Mn］+（FeO）=（MnO）+Fe2010-3-28/07:29:591819[Mn]氧化還原對煉鋼的影響[Mn]氧化產(chǎn)生的化學(xué)熱是轉(zhuǎn)爐煉鋼的熱源之一。O[Mn]氧化產(chǎn)物MnO為堿性氧化物，在冶煉初期OMnO與CaO﹑SiO2﹑FeO等形成多元系爐渣，MnO具有降低爐渣熔化性溫度，幫助化渣的作用。在堿性法煉鋼中，MnO的還原有利于提高鋼水中的殘余錳量，鋼中錳可提高鋼的品質(zhì)，降低鋼的脆性，對鋼有強化作用。O2010-3-28/07:29:591920脫磷反應(yīng)3.3.6氧化脫磷：O在煉鋼溫度下，氣化脫磷反應(yīng)是不能進行A的。由于Fe優(yōu)先于[P]氧化，通過直接氧化反應(yīng)的氣化脫磷也是難以進行的。通過加入石灰造堿性渣可以將鐵液中的磷A脫出到爐渣中。這是由于P2O5時是酸性氧化物，遇到堿性氧化物如CaO能生成穩(wěn)定的化合物而進入爐渣。2010-3-28/07:29:592021脫磷反應(yīng)式用堿性爐渣進行脫磷的反應(yīng)為：O在渣-金界面A3(CaO)+2[P]+5[O]=(3CaO·P2O5)3(CaO)+2[P]+5(FeO)=(3CaO·P2O5)+5Fe在渣-金-氣界面3(CaO)+2[P]+5/2O2=(3CaO·P2O5)A2010-3-28/07:29:592122脫硫反應(yīng)3.3.7反應(yīng)熱力學(xué)O爐渣分子理論認為，脫硫反應(yīng)為：［S］+（CaO）=（CaS）+［O］A分子理論解釋不了純FeO渣也能脫硫的現(xiàn)象，故爐渣離子理論認為，脫硫反應(yīng)屬于電化學(xué)反應(yīng)：［S］+（O2-）=（S2-）+［O］A2010-3-28/07:29:592223爐渣脫硫原理2010-3-28/07:29:592324氣化脫硫氣化脫硫主要通過爐渣中硫的氣化來實現(xiàn)，即：(S2-)+3/2{O2}={SO2}+(O2-)或?qū)憺椋?(Fe3+)+(S2-)+2(O2-)=6(Fe2+)+{SO2}6(Fe2+)+3/2O2=6(Fe3+)+3(O2-)兩個反應(yīng)式表明，渣中的鐵離子充當氣化脫硫所需氧的媒介。需要明確的是，氣化脫硫是以爐渣脫硫為基礎(chǔ)的，首先硫從金屬液被脫除到爐渣中，然后爐渣中的硫再被氣化脫除進入爐氣中。在轉(zhuǎn)爐煉鋼中，有約三分之一的硫是以氣化脫硫的方式去除的。OAA2010-3-28/07:29:592425鋼的脫氧3.3.8脫氧是向煉鋼熔池或鋼水中加入脫氧劑，脫氧元素與氧反應(yīng)，生成的脫氧產(chǎn)物或進入渣中或成為氣相排出。脫氧劑應(yīng)具有脫氧元素與氧的親和力大、脫氧產(chǎn)物易排除、成本低和來源廣等的特點。根據(jù)脫氧反應(yīng)發(fā)生的地點不同，脫氧方法分為沉淀脫氧﹑擴散脫氧和真空脫氧。OOO2010-3-28/07:29:5925鋼種轎車面板不銹鋼板軸承鋼管線鋼輪胎鋼絲[O]/％0.0030.0040.00050.0020.00326沉淀脫氧又叫直接脫氧。把塊狀脫氧劑加入到鋼液中，脫氧元素在鋼液內(nèi)部與鋼中氧直接反應(yīng)，生成的脫氧產(chǎn)物上浮進入渣中的脫氧方法稱為沉淀脫氧。出鋼時向鋼包中加入硅鐵﹑錳鐵﹑鋁鐵或鋁塊脫氧就是沉淀脫氧。這種脫氧方法由于脫氧反應(yīng)在鋼液內(nèi)部進行，脫氧速度快。但生成的脫氧產(chǎn)物有可能難以完全上浮而成為鋼中非金屬夾雜。OOO2010-3-28/07:29:592627擴散脫氧又叫間接脫氧。它是將粉狀的脫氧劑如C粉﹑Fe-Si粉﹑CaSi粉﹑Al粉加到爐渣中，降低爐渣中的氧含量，使鋼液中的氧向爐渣中擴散，從而達到降低鋼液中氧含量的一種脫氧方法。在電爐煉鋼的還原期和爐外精煉過程向渣中加入粉狀脫氧劑進行脫氧操作就是擴散脫氧。其特點是：由于脫氧反應(yīng)在渣中進行，鋼液中的氧需要向渣中轉(zhuǎn)移，故脫氧速度慢，脫氧時間長。但脫氧產(chǎn)物在渣相內(nèi)形成，不在鋼中生成非金屬夾雜物。OOO2010-3-28/07:29:592728真空脫氧是利用降低系統(tǒng)的壓力來降低鋼液中氧含量的脫氧方法。它只適用于脫氧產(chǎn)物為氣體的脫氧反應(yīng)如[C]-[O]反應(yīng)。這種脫氧方法常用于爐外精煉中，如RH真OO空處理﹑VAD﹑VD等精煉方法都可實現(xiàn)鋼液的真空脫氧。真空脫氧因脫氧產(chǎn)物為氣體，易于排除，不會對鋼造成非金屬夾雜的污染，故這種脫氧方法的鋼液潔凈度高。但需要有專門的真空設(shè)備。O2010-3-28/07:29:592829元素的脫氧能力元素的脫氧能力可用同一條件下與相同含量的脫氧元素相平衡的殘余氧量來表示。O常用的脫氧元素有Mn﹑Si﹑Al,而Mn﹑Si常以O(shè)Fe-Mn﹑Fe-Si鐵合金的形式作為脫氧劑來使用。Al的脫氧能力最大，Si的脫氧能力次之，常用于O終脫氧和鎮(zhèn)靜鋼脫氧。Mn的脫氧能力最小，常用于預(yù)脫氧和沸騰鋼脫氧。2010-3-28/07:29:592930脫氧產(chǎn)物的特性Mn的脫氧產(chǎn)物為MnO，屬于堿性氧化物，與酸性氧化物如SiO2相遇時，可以結(jié)合成復(fù)合的氧化物，使MnO的活度降低，從而提高了Mn的脫氧能力。由于Si的脫氧產(chǎn)物為SiO2，屬于酸性氧化物，易與堿性氧化物結(jié)合成硅酸鹽之類的復(fù)雜氧化物，使OOSiO2的活度降低，使Si的脫氧能力增加。Al的脫氧產(chǎn)物Al2O3是中性氧化物，它既可與酸性氧O化物結(jié)合也可與堿性氧化物相結(jié)合，因此，不論是與堿性氧化物還是與酸性氧化物相遇，均可降低Al2O3的活度，從而使Al的脫氧能力提高。正因為脫氧產(chǎn)物具有這樣的特性，所以，對氧含量要求嚴格的鋼常采用復(fù)合脫氧劑來進行脫氧。O2010-3-28/07:29:593031脫氣3.3.9鋼中氣體（H、N）的來源：金屬料如廢鋼和鐵合金中含有的一定量的氫和氮。潮濕的造渣劑，加入爐內(nèi)后分解，也使鋼中氣體增加。耐火材料用粘結(jié)劑含有8%～9%的氫。暴露在空氣中的鋼液，會從空氣中吸收氫和氮。如果煉鋼采用的氧氣不純，也能造成鋼的增氮。OAAAAA氣體的溶解反應(yīng)為：?{H2}=[H]?{N2}=[N]O2010-3-28/07:29:593132降低鋼中氣體的措施提高煉鋼原材料質(zhì)量。如使用含氣體量低的廢鋼和鐵合金；對含水分的原材料進行烘烤干燥，采用高純度的氧氣等。盡量降低出鋼溫度，減小氣體在鋼中的溶解度。在冶煉過程，應(yīng)充分利用脫碳反應(yīng)產(chǎn)生的溶池沸騰來降低鋼水中的氣體含量。用爐外精煉技術(shù)，降低鋼水中的氣體含量。如采用鋼包吹氬攪拌，真空精煉脫氣，微氣泡脫氣等方法對鋼水進行脫氣處理。采用保護澆注技術(shù)，防止鋼水從大氣中吸收氣體。OOOOO2010-3-28/07:29:593233去除鋼中夾雜物3.3.10鋼中夾雜物的來源鋼中存在著硫﹑磷﹑氧﹑氮等雜質(zhì)元素，這些元素與鋼中的合金元素如硅﹑錳﹑鋁﹑鈦﹑釩等形成非金屬化合物，如氧化物﹑硫化物﹑氮化物等。鋼中的這些非金屬化合物，統(tǒng)稱為非金屬夾雜物，也稱為內(nèi)生夾雜。在煉鋼過程中，鋼水與爐渣和爐襯接觸，爐渣爐襯中的化合物被卷入到鋼水中，也會造成非金屬夾雜物，也稱為外來夾雜。OAA2010-3-28/07:29:593334鋼中夾雜物的分類按夾雜物的化學(xué)成分分：氧化物夾雜；硫化物夾雜；氮化物夾雜。按加工變形后夾雜物的形態(tài)分：塑性夾雜；脆性夾雜；半塑性夾雜。按夾雜物的來源分：內(nèi)生夾雜和外來夾雜。OOO2010-3-28/07:29:593435降低鋼中夾雜物的措施在冶煉中采取各種手段降低鋼中雜質(zhì)元素[O]﹑[S]﹑[N]﹑[P]等的含量，提高鋼的潔凈度，從根本上減少內(nèi)生夾雜物。提高耐火材料質(zhì)量，提高其抗沖擊和耐侵蝕的能力，減少外來夾雜物數(shù)量。采用合理的脫氧制度，使脫氧產(chǎn)物易于聚集上浮，從鋼液中排除。應(yīng)用鋼包冶金如真空脫氧﹑吹A(chǔ)r攪拌﹑噴粉處理等和中間包冶金如采用堰、壩﹑導(dǎo)流板﹑過濾器﹑湍流控制器等控流裝置，去除鋼水中的夾雜物。采取保護澆注技術(shù)，防止鋼水從周圍大氣環(huán)境中吸收氧﹑氫﹑氮。OOOOO2010-3-28/07:29:593536第三章小結(jié)重點掌握內(nèi)容：煉鋼的基本任務(wù)是什么？爐渣在煉鋼中的作用，其來源及主要成分。脫碳反應(yīng)的作用。脫硫、脫磷的反應(yīng)式。脫氧的方法及優(yōu)缺點。鋼中氣體來源及降低氣體的措施。非金屬夾雜物的來源、組成及降低其措施。AAAAAAA2010-3-28/07:29:593637謝謝continuous)(tobe2010-3-28/07:29:5937第四章轉(zhuǎn)爐煉鋼2主要內(nèi)容煉鋼用原材料鐵水預(yù)處理工藝氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼的發(fā)展頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼的設(shè)備復(fù)吹轉(zhuǎn)爐吹煉工藝4.14.24.34.44.52010-3-28/07:30:56234.1煉鋼用原材料4.1.1金屬料鐵水；廢鋼；鐵合金；OOO4.1.2輔助材料造渣材料；氧化劑；冷卻劑；還原劑和增碳劑。OOOO2010-3-28/07:30:5634鐵水（或生鐵塊）4.1.1.1鐵水是氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼的基本原料，一般占金屬料的70～100％；電爐只用生鐵塊作配碳用。O鐵水成分和鐵水溫度是否適當和穩(wěn)定，對簡化和穩(wěn)定轉(zhuǎn)爐操作并獲得良好的技術(shù)經(jīng)濟指標非常重要。O2010-3-28/07:30:5645鐵水成分Si：發(fā)熱元素，轉(zhuǎn)爐熱量來源。根據(jù)[p]，[Si]一般在0.4～0.8％范圍內(nèi)Mn：有利元素。[Mn]一般在0.2～0.4％左右P：有害元素，強發(fā)熱元素。P是高爐不能去除的元素，故只能要求[P]穩(wěn)定，采用鐵水預(yù)處理脫磷或相應(yīng)的煉鋼方法來去除。S：有害元素。[S]<0.04％。采用鐵水預(yù)處理脫硫，[S]<0.015％。OOOO2010-3-28/07:30:5656鐵水溫度鐵水溫度應(yīng)>1200～1300℃，且保持穩(wěn)定，以利于爐子熱行，迅速成渣。有鐵水預(yù)處理工藝，鐵水溫度應(yīng)適當提高。OO2010-3-28/07:30:5667廢鋼4.1.1.2廢鋼是電爐煉鋼的基本原料，用量占鋼鐵料的70％～90％。對轉(zhuǎn)爐來說，既是金屬料也是冷卻劑。合金鋼廢鋼應(yīng)按所含合金分組堆放。應(yīng)嚴防混入有害雜質(zhì)和危險品，并減少帶入的泥沙、耐火材料和爐渣等。對外形尺寸和單重過大的廢鋼，應(yīng)預(yù)先進行解體和切割；對輕薄料要打包或壓塊，以縮短裝料時間。OOOO2010-3-28/07:30:5678鐵合金4.1.1.3煉鋼中廣泛使用的各種脫氧和合金化元素與鐵的合金。如Fe-Mn、Fe-Si、Fe-Cr；以及復(fù)合脫氧劑，如硅錳合金、硅鈣合金、硅錳鋁合金；還有鋁、錳、鎳等金屬。鐵合金應(yīng)合理選用以降低成本，使用前應(yīng)烘烤以減少氣體帶入。另外要純凈，不得混有其它夾雜物，塊度要適當。OO2010-3-2