钢铁工业全套生产工艺和设备分析

钢铁工业全套生产工艺

和设备分析

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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→炼钢→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。一座焦炉有几十个炭化室和燃烧室相间配置，用(硅砖)隔开。每个燃烧室有20～30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，利用高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8～15mm（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3００万吨。

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 40～60mm；

中型高炉 25～40mm；

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+MgO）；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O2-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/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（Si）

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

，也会加剧对炉衬的侵蚀，影响石灰渣化速度，延长吹炼时渣中过量的SiO

2

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，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、SiO

2、和Al

2

O

3

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1250℃，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（1600℃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、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(1200～1300℃)，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，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，技术经济指标显着改善。

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—扩张收缩型喷孔，当出口氧压与进口氧压之比p

出/p

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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。而钢水连铸成材工艺路线的收得率高，产品质量高。

2.连铸是在经过几十年的发展得到广泛应用的新技术新工艺。由于它的明显优点，如产品成本低、金属收得率高、基建投资少、质量好、劳动条件好等，已正在取代模铸成为铸造方法的主体。连铸工段就是将精炼后的钢水连续铸造成钢坯的生产工序，主要设备包括回转台、中间包，结晶器、拉矫机等。

连铸原理：将装有精炼好钢水的钢包运至回转台，回转台转动到浇注位置后，将钢水注入中间包，中间包再由水口将钢水分配到各个结晶器中去。结晶器是连铸机的核心设备之一，它使铸件成形并迅速凝固结晶。拉矫机与结晶振动装置共同作用，将结晶器内的铸件拉出，经冷却、电磁搅拌后，切割成一定长度的板坯。

连铸的主要工艺设备介绍:

钢包回转台：设在连铸机浇铸位置上方用于运载钢包过跨和支承钢包进行浇铸的设备。由底座、回转臂、驱动装置、回转支撑、事故驱动控制系统、润滑系统和锚固件6部分组成。

中间包：短流程炼钢中用到的一个耐火材料容器，首先接受从钢包浇下来的钢水，然后再由中间包水口分配到各个结晶器中去。

结晶器：在连续铸造、真空吸铸、单向结晶等铸造方法中，使铸件成形并迅速凝固结晶的特种金属铸型。结晶器是连铸机的核心设备之一，直接关系到连铸坯的质量。

拉矫机：在连铸工艺中，连铸机拉坯辊速度控制是连铸机的三大关键技术之一，拉坯速度控制水平直接影响连铸坯的产量和质量，而拉坯辊电机驱动装置的性能又在其中发挥着重要作用。

电磁搅拌器：实质是借助在铸坯液相穴中感生的电磁力，强化钢水的运动。具体地说，搅拌器激发的交变磁场渗透到铸坯的钢水内，就在其中感应起电流，该感应电流与当地磁场相互作用产生电磁力，电磁力是体积力，作用在钢水体积元上，从而能推动钢水运动。