钢铁是怎样炼成的冶金工艺全流程.ppt

钢铁是怎样炼成的冶金工艺全流程概概 述述n钢具有优良的通用性和适用性n钢铁是现在和未来人们生活和生产用材料的第一选择（有2000多个钢种，其中有1500多个特殊钢种）n与其他材料比总体上性价比最适宜n钢铁是可循环资源（铁矿石是不可再生资源）n2011年我国粗钢产量68327万吨（全球粗钢产量13亿吨）,表观消费量6.6亿吨,估计产能8.2亿吨;2012年预计粗钢产量7.4亿吨从铁矿石到钢及钢材的工艺从铁矿石到钢及钢材的工艺n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n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n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n利用钢的韧性等，按用户的要求加工成各种钢材 提取提取Fe元素（钢）的途径元素（钢）的途径n高炉-转炉冶炼长流程途径，主要用于液体铁水原料n电炉炼钢短流程，主要用于固体原料（废钢、直接还原铁）n短流程比长流程节约能源60%、节水40%、减排废水76%、减排废气86%、减排废渣72%长流程长流程n目前世界上用铁水作原料炼钢的占62%，用废钢作原料炼钢的平均占34%（美国57%、欧盟50%以上），我国不到20%，预计2020年可达20%-25%（今天中国钢铁的年产量是美国的7倍，而人均钢铁积蓄量只有美国的16）n尽管直接还原工艺取代高炉是研究方向，但在世界上只占4%，我国2010年产能只有105万吨/年 钢铁是怎样炼成的总钢铁是怎样炼成的总目录目录第一部分冶炼-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第一部分 冶炼冶炼-从矿石到钢（目录）从矿石到钢（目录）1原、燃料2铁矿还原3炼钢 1 原、燃料原、燃料（目录）1.1黑色金属材料1.1.1铁矿石1.1.2废钢1.2还原剂（焦炭、媒、油、燃气）1.3辅料（石灰、合金添加料）1.4原料的储运1.1 黑色金属材料黑色金属材料1.1.1铁矿石及其准备铁矿石及其准备q铁矿石是铁氧化合物与脉石混杂在一起的物质n铁矿石品位45%的可以直接用高炉炼铁n铁矿石品位45%的需选矿用烧结、球团（烧结矿含铁56-58%，球团造块含铁68-70%）n选矿选矿方法：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。n利用不同的密度、浮力、离心力进行螺旋分离n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n利用不同的磁性，用磁棒吸附矿石颗粒，将其分离n烧结烧结q精矿粉粒度的选用烧结工艺造块q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q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-烧结矿烧结机图烧结机图n球团球团q球团是将0.2mm的超细分粉矿和60%，冷强度高耐压2800-3600n/球，透气性好，高温还原性好，具有热膨胀性。6m6m的的圆盘造球机造球机球团厂图球团厂图n炼铁汇报p24n炼铁汇报p24球团厂主要设备；圆盘造球机及链算机-回转窑-环冷机1.1 黑色金属材料黑色金属材料1.1.2废钢废钢n转炉炼钢消耗废钢比约10%n电炉炼钢消耗废钢比约100%n废钢是载能体，它有效地节能和推动co2减排n废钢需要加工后，才适于使用废钢来源废钢来源n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）n从用钢铁材料的行业回收的废钢（如切削丝等）n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1 原、燃料原、燃料1.2 还原剂还原剂n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n还原剂最常用和的是焦炭n焦炭焦炭q焦炭用低硫煤（肥煤和气煤）作原料q焦化工艺流程：煤破碎、研磨、混匀在焦炉的碳化室内900-1200摄氏度干镏炭化16-20小时成焦碳推焦机将焦炭推进焦车送到冷却塔急冷（干熄焦）筛选后分级使用焦炉图焦炉图n炼铁汇报p28n焦炭在高炉中的作用焦炭在高炉中的作用q高炉冶炼的还原剂q提供冶炼所需的大部分热量q为高炉炉身内的炉料提供支撑作用q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q尽管通过高炉风口可向炉内喷油（最高达150kg/t）、喷煤（最高达230kg/t）、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1 原、燃料原、燃料1.3 辅料辅料n铁矿石中脉石、焦炭中的灰份熔点很高(可高达1799-2000摄氏度，高于铁的熔化温度1590摄氏度)，因此要在高炉中添加辅料，使杂质熔点降至1300-1400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。n辅料主要有石灰石（CaCO3）、白云石（CaCO3MgCO2）、硅石（SiO2）、矾土、莹石、石英石n辅料还用于铁水预处理、炼钢、炉外精炼1.4原料的储运原料的储运n炼铁汇报P32149XX第一部分第一部分 冶炼冶炼-从矿石到钢（目录）从矿石到钢（目录）1原、燃料2铁矿还原3炼钢第一部分 冶炼-从矿石到钢2 铁矿还原铁矿还原铁矿还原即铁矿脱氧方法有：q高炉炼铁q直接还原q熔融还原2 铁矿石还原(目录）2.1高炉炼铁2.2直接还原2.3熔融还原2.4铁水预处理2.1 高炉炼铁高炉炼铁n高炉以收集铁水和炉渣的炉缸容积来定名为xxxxm高炉，世界最大高炉-新日铁2#炉6000m，最高日产铁水1.3万吨，年产480万吨n我国最大高炉5500m，我国010年有3200m以上高炉26座n我国现规定淘汰450m以下高炉，新建必须1000m高炉流程及主要设备图高炉流程及主要设备图n炼铁汇报p37高炉炼铁工艺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：n向炉内送进1300热风，热风中的氧与加热变红的焦炭快速反应达到2200行成COnCO吸收矿石里的氧形成CO2，矿石被还原成铁水，铁水中含4-4.7%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）n高炉产品高炉产品：q主产品铁水，用于炼钢或铸造q附带产品：n炉渣。含92-95%氧化钙、氧化镁和铝、硅等，处理可用于铺路、建筑、水泥原料等n高炉煤气。含50-60%N2，22%CO2，22%可燃气体CO，发热值仅910大卡；n高炉煤气分级除尘的粉尘有很多细矿石，焦炭、辅料粉，约20kg/t铁，可作为返矿用于烧结n高炉煤气压差发电（有无料钟的高炉煤气压力25mpa以上，而用于热风炉的煤气压力只需0.25mpa）n对高炉炼铁的评说对高炉炼铁的评说q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q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q用高炉生产1吨铁水，需要3倍数量的炉料，综合工艺、物料运送较复杂q高炉工艺正在渐进完善，焦炭降到270kg/t铁，30年来高炉单位产能增加65%q高炉目前仍为炼铁的首选工艺2 铁矿石还原铁矿石还原2.2 直接还原直接还原n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85-95%，含碳约1%，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n直接还原工艺上世纪50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n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n气基还原气基还原q全球直接还原铁80%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55%H2，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HBIn煤基还原煤基还原q矿石、辅料、煤合成的原料在回转窖里加热还原，产生海绵铁（DRI/HBI），特点：煤耗高、效率低2 铁矿还原铁矿还原2.3 熔融还原工艺熔融还原工艺n熔融还原是在没有焦炭的情况下，用铁矿生产铁水的工艺n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,n是环境友好，污染物排放少的工艺,当年受到各国重视n宝钢两座COREX3000炉，年产150万t/座Corex熔融还原图n对对COREX工艺的评说工艺的评说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15，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，提高了原料成本铁水成本(2)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13(3)用了全氧冶炼，但按炉缸面积计算的生产率仅为高炉的0.70.9；2 铁矿还原铁矿还原2.4 铁水预处理铁水预处理n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q脱S是喷入硫酸钙/碳酸镁q脱Si是添加氧化铁q脱P是添加含碳酸钙的辅料鱼雷罐车图鱼雷罐车图np76第一部分第一部分 冶炼冶炼-从矿石到钢（目录）从矿石到钢（目录）1原、燃料2铁矿还原3炼钢n 钢钢与与生生铁铁的的区区别别首首先先是是在在碳碳的的含含量量中中得得到到体体现现，理理论论上上一一般般把把碳碳含含量量小小于于2.11%称称之之为为钢钢，它它的的熔熔点点在在1450-1500，而而生生铁铁的的熔熔点点在在1100-1200n 在钢中碳元素和铁元素形成在钢中碳元素和铁元素形成Fe3C固熔体，随着碳固熔体，随着碳含量的增加，其强度、硬度增加，而塑性和冲击性含量的增加，其强度、硬度增加，而塑性和冲击性降低降低n 钢由生铁炼成，钢有较高的机械强度和韧性，还钢由生铁炼成，钢有较高的机械强度和韧性，还具有耐热、耐腐蚀、耐磨等特殊性能具有耐热、耐腐蚀、耐磨等特殊性能3 炼钢炼钢钢与铁的区别钢与铁的区别项目目生生铁钢成分成分含碳量含碳量2%4.3%0.03%2%其它元素其它元素硅、硅、锰、硫、磷（少量）、硫、磷（少量）硅、硅、锰（少量）（少量）机械性能机械性能硬而脆无硬而脆无韧性性坚硬硬韧性大，塑性好性大，塑性好可可铸、不可、不可锻可可铸、可、可锻、可、可压延延炼钢的任务炼钢的任务把铁水、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3炼钢（目录）炼钢（目录）3.1炼钢炉料3.2氧气转炉炼钢3.3电炉炼钢3.4炉外精炼3.5特殊熔炼3.6钢水浇注3.7铁和钢的铸造3炼钢炼钢3.1 炼钢炉料炼钢炉料n铁元素（基本炉料）：铁水、海绵铁、废钢n熔剂（造渣、控粘度、控温）：石灰、石灰石、铝矾土、萤石、铁矿石等n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3 炼钢炼钢3.2 氧气转炉炼钢氧气转炉炼钢n转炉是喷吹纯氧的冶炼方法，现在发展为顶底复吹转炉（BOF）n一般炉容50-400t，我国政策新建必须100t，淘汰30t的炉子n氧气流股冲击区，温度可达2500-3000，出钢温度1650-1720，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顶底复吹转炉炼钢工艺示意图np873 炼钢炼钢3.3 电炉炼钢电炉炼钢n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100%废钢，有时也采用海绵铁或部分铁水n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1000KVA/t为超高功率，实现供电时间25-40分钟，冶炼周期1小时n90%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3500n最大电炉400吨电弧炉分为交流和直流两种电弧炉分为交流和直流两种qAC-EAF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qDC-EAF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。q近年EAF不断扩大容量至80-250t，（我国政策新建100t，淘汰30t）电弧炉电弧炉EAF的适用性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（1）炉容的扩大，各种消耗（电、电极、耐材）、成本、单位投资显著下降（2）炉外精炼的发展AC-EAF外形图外形图np89AC-EAF电极臂电极臂np91加废钢加废钢np91EAF冶炼原理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n关于关于DC-EAFq只有一根大直径电极，可输入大功率（达150KA）q缩短熔炼时间，提高生产率q阴阳极之间产生电动搅拌，使温度、成份均匀q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q对电网污染小，适于200t的大电炉q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q国外所建电炉几乎都是DC-EAF（我国例外，仅有杭钢、兴澄特钢、宝钢特钢、南京钢厂等几家）n感应电炉感应电炉q交变电流经线圈在熔体中产生高强度涡流，加热炉料q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q容量：几公斤100吨感应炉图感应炉图np983 炼钢3.4 炉外精炼炉外精炼n炉外精炼是钢水的后续处理n炉外精炼的出现使炼钢技术发生根本性的改变n炉外精炼满足更高质量钢种的要求严格控制成分n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炉外精炼的任务及完成手段调整合金元素喂合金丝/喷合金粉控制钢水温度包钢加热均匀温度与化学成分喷惰性气体/电磁搅拌提高钢水清洁度，深脱S、P、C加入添加剂、造渣剂、真空脱气、脱氧真空（钢包脱氧VD、循环脱氧RH）去除杂质元素（如同、锡、砷）喂含钙丝、真空杂质物球化处理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 钢包炉钢包炉 VD/VAD炉炉nP100图2RH炉 3炼钢炼钢3.5 特殊熔炼特殊熔炼n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n特殊熔炼方法-电渣重熔（ESR）n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）n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）n重熔所得钢液一般用作高级缎件坯电渣重熔装置电渣重熔装置2-电极棒7-电极（浇注的钢锭或钢坯）11-重熔后的钢液13-保护渣层3炼钢炼钢3.6 钢水浇注钢水浇注n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n现在一座炼钢炉的生产能力200-500t/h，大量钢水只适合连续浇注成坯，同时金属收得率高n铸坯断面积对应的模铸，可节省轧制道次n全球钢产量90%以上用连续浇注，生产大重型锻件和特殊板材时，仍用模铸连续铸坯连续铸坯从形状上分为n方坯n板坯n圆坯n异型坯n近终形坯3.6 钢水浇注钢水浇注连铸工艺示意图连铸工艺示意图np114连铸工艺示意图连铸工艺示意图np115铸机可以是单流或多流（小方坯达10流）六流小方坯连铸机六流小方坯连铸机连铸机类型连铸机类型np118弧形：弧形铸机能降低铸机高度（典型R=6M）立弯式：垂直段长2.5-3m，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n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n连铸拉坯速度一般连铸拉速0.6-2m/min薄板坯拉速最大6m/min薄带铸轧拉速最大80m/minn铸坯断面尺寸方坯：100mm350mm，为有利于连铸和轧制方坯常铸成矩形坯，中国最大430mmx510mm板坯：最大可达400mmx2500mm，最大宽度达3250mm园坯：最大圆坯直径1000mm近终型连铸近终型连铸q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。q不但板材如此，异型材也如此。q举例：板坯举例：板带连铸机的近终型发展举例：板带连铸机的近终型发展n图p121不同厚度的板坯连铸机适于配不同的产品品种3.6 钢水浇注钢水浇注3.6.2 模铸模铸n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n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n模铸有上铸法和下铸法n模铸金属收回率低3 炼钢3.7 铁和钢的铸造铁和钢的铸造n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n铸铁，碳含碳2-4%，不能再经受任何压力加工，强度和韧性不如铸钢n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n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第二部分 钢的加工（轧制）成形钢的加工（轧制）成形n本节以介绍使用最广泛的成形方法-轧制成形为主n成形的任务：使钢成为使用状态下所需的形状、尺寸、性能n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第一部分 冶炼冶炼-从矿石到钢（目录）从矿石到钢（目录）1原、燃料2铁矿还原3炼钢 第二部分 钢的加工（轧制）成形 (目录）1什么是轧制2轧制的分类3轧材的品种4轧机称谓5什么是机组6长才、板材以外的热轧等加工成形7冷成形8钢材防腐涂层9热处理1 什么是轧制什么是轧制n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。n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2 轧制的种类轧制的种类n按轧制温度分为：热轧和冷轧(以再结晶温度为区分点）n按轧件和轧辊相对运动关系分为：纵轧、横轧、斜轧n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）n热轧和冷轧的特征热轧和冷轧的特征热轧热轧冷轧冷轧理论特征理论特征再结晶温度以上形变再结晶温度以上形变再结晶温度以下形变再结晶温度以下形变表现特征表现特征800-1150范围内形变范围内形变800以下形变以下形变形变抗力和所需形变功形变抗力和所需形变功小小大大钢的显微组织钢的显微组织立即发生再结晶立即发生再结晶不发生再结晶，立即发生不发生再结晶，立即发生加工硬化加工硬化3 轧材的品种轧材的品种n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。n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。n按形状和规格分n按用途分 长材长材线材:直径425mm成盘卷状交货的热轧材。棒材:断面直径或边长6300mm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型材L型（角钢）：分为等边和不等边，外边长2300mmn按形状和规格分：按形状和规格分：U型（槽钢）：外腹高50400mmI型（工字钢）：腹高100650mm，翼缘内外不平行H型：腹高1001200mm，翼宽50500mm,翼缘内外平行T型：高宽50100300300mm轨道轨道型：轻轨(824kg/m)、重轨(3875kg/m)、吊车轨(70120kg/m)、电梯轨(底宽75140mm)等其他：其他：各种异形断面型材，如球扁钢、钢板桩等（2）扁平（板）材扁平（板）材热轧超厚板：厚度100mm,宽度12005300mm热轧特厚板:厚度50mm,宽度12005300mm热轧厚板：厚度2050mm,宽度9005300mm热轧中板：厚度320mm,宽度9005000mm热轧薄板：厚度13mm,宽度8003000mm热轧超薄板：厚度0.82mm,宽度8002500mm冷轧带：厚度0.26mm,宽度8002300mm，成卷状交货冷轧薄板：厚度0.24mm,宽度8002300mm，单张交货冷轧箔：厚度0.1mm,宽度2001200mm,成卷状交货（3）管材管材n按断面形状分为圆管和异形管n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。n管材的规格以其外径乘以壁厚(D)来表示n无缝管外径0.14500mm,通常D/450n焊管外径54000mm,D/最大可达100n按用途分按用途分 钢材是服务于国民经济各门类的原材料，因此钢材是服务于国民经济各门类的原材料，因此按用途可分出按用途可分出千万种千万种如如：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4 轧机称谓轧机称谓n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：850轨梁轧机、300棒材轧机等n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：1450热带钢轧机、3800中板轧机、2050冷轧带钢轧机等n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：180无缝钢管轧机、300焊管轧机等。n按轧辊数量和位置称谓按轧辊数量和位置称谓第二部分 钢的加工（轧制）成形5 什么是机组什么是机组n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：q热轧机组，包括加热炉、轧机机组、精整线等q冷轧机组，包括酸洗机组、轧机机组、热处理线、精整线等q精整机组可以按功能单独或综合组成机组，如矫直剪切机组，探伤改尺取样机组，锯切检查标识机组，打捆包装机组等棒材连轧棒材连轧机组机组 采用HV型二辊、立辊、平立交替轧机布置nP151上，产品交替线材精轧机组线材精轧机组（轧机轴线90度偏移布置）nP152下，线45度线材机组线材机组-散卷冷却nP152上热连轧机组热连轧机组-加热炉及除磷热连轧机组热连轧机组-粗轧机立辊侧进钢热连轧机组热连轧机组带立辊的粗轧机热连轧机组热连轧机组-热卷箱热连轧机组热连轧机组-精轧机热连轧机组-层流冷却第二部分钢的加工（轧制）成形6 长才、板材以外的热等压力加工成形长才、板材以外的热等压力加工成形 （目录）（目录）6.1 无缝钢管的斜轧穿孔及纵向轧管无缝钢管的斜轧穿孔及纵向轧管6.2 焊管焊管6.3 环形部件用径环形部件用径轴向轧制轴向轧制6.4 锻造锻造6.5 挤压挤压第二部分 钢的加工（轧制）成形6 长才、板材以外的热等压力加工成形长才、板材以外的热等压力加工成形6.1无缝钢管的斜轧穿孔及纵向轧管无缝钢管的斜轧穿孔及纵向轧管n无缝钢管变形一般有以下三个步骤：q圆管坯写扎穿孔成毛管q毛管经轧管机轧制成荒管q荒管经定径/张力减径成为成品管n轧管方法有多种q二辊/三辊连轧管机、周期轧管机、二辊/三辊斜轧管机（Accu/Assel）无缝钢管生产举例无缝钢管生产举例np156无缝管的斜轧穿孔无缝管的斜轧穿孔6 长才、板材以外的热压力加工长才、板材以外的热压力加工6.2 焊管焊管n焊管是用不同厚度、不同宽度的钢板/带卷焊接成钢管，有UOE/JCOE压力成形埋弧焊、高频直缝焊等，后部工序与无缝管相同n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螺旋焊管机组nP158下6 长才、板材以外的热压力加工长才、板材以外的热压力加工6.3 环形部件用径环形部件用径轴向轧制轴向轧制n无缝环形部件如轴承整圈、涡轮环、齿轮环、车轮轮毂等n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环形部件径-轴向轧制示意图轴向轧制示意图环形部件径环形部件径-轴向轧制轴向轧制nP164上6 长才、板材以外的热压力加工长才、板材以外的热压力加工6.4 锻造锻造n锻造-通过锻锤或压力工具热成形分为：p自由锻用平断面的锻造工具p模锻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快锻机原理图nP162下快锻锻造机快锻锻造机nP162上6 长才、板材以外的热压力加工长才、板材以外的热压力加工6.5 挤压挤压n用于生产复杂外形或中空形状的钢材n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挤压原理及产品nP1657 冷成形冷成形n可以生产热成形难以获得的小尺寸n产品具有高强度值n好的产品表面质量n冷成形方法有：冷轧法、冷拔法n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第二部分 钢的加工成形钢的加工成形第二部分第二部分 钢的加工成形钢的加工成形7 冷成形（目录）冷成形（目录）7.1 冷轧冷轧7.2变截面冷轧成形变截面冷轧成形7.3 冷拔冷拔7.4 冷弯冷弯7 冷成形冷成形7.1 冷轧冷轧n冷轧带钢生产线上可生产厚度0.1mm的薄带n冷轧机最大轧制速度可达40m/minn平整最大速度可达20m/min冷轧机组之一冷轧机组之一-20辊轧机辊轧机nP167右上冷轧机组之一冷轧机组之一-五机架连机五机架连机np168冷轧机组之一冷轧机组之一-双机架平整机双机架平整机nP169上酸轧联合机组酸轧联合机组nP169下图7 冷成形冷成形7.2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n如为满足汽车等结构轻量化轧制技术，厚度的冷轧汽车板。n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nP1707 冷成形冷成形7.3 冷拔冷拔n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n产品多为圆形和简单断面型材n产品表面光滑、明亮、无氧化皮、高尺寸精度n常见的有直径电镀层带钢连续热浸镀锌生产机组示意图带钢连续热浸镀锌生产机组示意图nP189上带钢连续电镀锌机组示意图带钢连续电镀锌机组示意图n？8 钢的防腐涂层钢的防腐涂层8.3 化学涂层化学涂层n形成钝化膜如发兰膜、磷化膜等n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磷化处理，锌层表面形成磷酸盐薄膜第二部分第二部分 钢的加工成形钢的加工成形9 热处理热处理n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n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冷轧带钢的罩式退火炉P196上带钢立式退火炉示意图带钢立式退火炉示意图nP196下 总结：总结：从矿石准备到钢产品成型的全过程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总结拓展 新一代钢铁生产流程是面对时代命题的挑战，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，可以看到出发，可以看到钢厂应具有三项功能，即：钢厂应具有三项功能，即：钢铁产品制造功能钢铁产品制造功能大宗固体废弃物消纳大宗固体废弃物消纳-处理和再资源化功处理和再资源化功能源转换功能能源转换功能 第三部分第三部分对我国钢铁工业技术发展思路的探讨对我国钢铁工业技术发展思路的探讨 （目录）（目录）1 钢铁产品制造功能方面钢铁产品制造功能方面2 固体废弃物消纳处理和再资源化功能方面固体废弃物消纳处理和再资源化功能方面3 能源转换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第三部分 对我国钢铁工业技术发展的探讨对我国钢铁工业技术发展的探讨1钢铁产品制造功能方面（目录）钢铁产品制造功能方面（目录）1.1高炉实现精料高效高炉实现精料高效1.2非高炉炼铁非高炉炼铁1.3 建立低成本洁净钢生产体建立低成本洁净钢生产体1.4 钢铁产品轻量化，使用周期长效化钢铁产品轻量化，使用周期长效化第三部分第三部分 对我国钢铁工业技术发展的探讨对我国钢铁工业技术发展的探讨1 钢铁产品制造功能方面钢铁产品制造功能方面1.1高炉实现精料高效高炉实现精料高效n提高铁精矿品位。目前铁精矿品位62左右、二氧化硅811，铝、磷、硫等杂质含量较高，致使烧结矿铁品位仅有5356，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66以上，二氧化硅含量在4以下，高炉利用系数高n提高球团矿比例。球团矿含铁品位高达6870，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100%；同时球团工序能耗约为30kgcet、烧结工序能耗约为56kgcet，n高炉大型化高炉大型化国际上高炉容积的大小划界标准由过去的1000m3提高到2000m3项目项目大高炉大高炉小高炉小高炉吨铁能耗成本87%100%人工成本83%100%人均产铁量8(5000m3级和3000m3级高炉相比,劳动生产率提高30%)1生产效率 服役时间长和服役期间不需要中修n提高热风温度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200座卡卢金热风炉（250m3到5500m3），可提供1250以上（最高可达1400）的高风温，使用寿命为无大修30年n合理的喷煤节焦合理的喷煤节焦 如宝钢高炉喷煤比可以达到260kgt，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200kgt左右。n长寿长寿 服役最长的大型高炉是住友和歌山4号高炉，服役服役时间时间超超过过27年年,单单位炉容位炉容产铁产铁超超过过了了15000t/m3.近年来近年来,日本所有新大高炉均按照服役时间长于25年和单位炉容产铁超过15000t/m3为目标来设计 重要措施之一：高炉炉体冷却采用全软重要措施之一：高炉炉体冷却采用全软水分段控制冷却水分段控制冷却，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50%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2011年产气800亿立方米，占天然气总产量的34，2035年占比将提高到46n研究用氢还原炼铁研究用氢还原炼铁1 钢铁产品制造功能方面钢铁产品制造功能方面1.2非高炉炼铁非高炉炼铁煤气化直接还原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（COH2）90-95，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非高炉炼铁工艺非高炉炼铁工艺：单个反应器年产能可到200万t，能够用各种不同原材料，如100球团、100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13.5，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1钢铁产品制造功能方面钢铁产品制造功能方面1.3 建立低成本洁净钢生产体系建立低成本洁净钢生产体系n基本理念基本理念 (1)建立建立大批量大批量 低成本低成本 稳稳定生定生产产超超纯净钢纯净钢的生的生产产体系体系,保保证证生生产产所有的所有的钢钢材都能超材都能超纯净纯净,钢钢中中杂质杂质元元素素总总含量含量w(S+P+N+T.O+H)(100150)ppm,为实现为实现此此目目标标,必必须须降低超降低超纯净钢纯净钢的生的生产产成本到低于成本到低于现现代化流代化流程中普通程中普通钢钢的生的生产产成本成本,并保并保证产证产品品质质量量稳稳定定.(2)实现实现超超纯净钢纯净钢生生产产高效化高效化.在先在先进进生生产产流程中流程中钢钢水水提提纯纯的重点工序是的重点工序是铁铁水水预处预处理理,目目标标是是转转炉直接炉直接生生产产超超纯净钢纯净钢.简简化炉外精化炉外精炼炼工工艺艺,降低成本降低成本,使使设备设备生生产产率提高率提高1倍倍,全全员劳动员劳动生生产产率翻率翻1番番.n 转转炉超炉超纯净钢纯净钢的生的生产产工工艺艺 转转炉直接生炉直接生产产超超纯净钢纯净钢，技，技术术关关键键是是铁铁水水预处预处理理,主要包括主要包括铁铁水三脱（脱硫、脱硅、脱磷）水三脱（脱硫、脱硅、脱磷）预处预处理理.脱硫预处理（包括深脱硫），以以保证转炉直接生产钢中硫保证转炉直接生产钢中硫w(S)40ppm的超低硫钢的超低硫钢。脱硫。脱硫容器多用混铁车和铁水包铁水含硅量降低到0.3%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0.15%0.20%。普通普通钢终钢终点点w(P)可以控制在可以控制在70ppm;对对超低磷超低磷钢钢,适当增加渣量和降低适当增加渣量和降低终终点点C含量可使含量可使终终点点w(P)控制控制在在40ppm；预脱硅同时脱磷在专设的脱磷转炉中进行三脱三脱铁铁水在脱碳水在脱碳转转炉冶炉冶炼炼,不再加入不再加入废钢废钢,石灰加入量也大幅石灰加入量也大幅度减少度减少,使使钢钢水水氢氢含量降低含量降低,达到达到 w(H)=1.5ppm,与真空脱气的效与真空脱气的效果相当；果相当；脱碳脱碳转转炉供氧炉供氧强强度增加度增加,反反应剧应剧烈烈,降低降低钢钢中氮含量中氮含量.终终点点钢钢水水w(N)可以控制在可以控制在10ppm以下以下.n 超超纯净钢纯净钢高效化生高效化生产产技技术术 转转炉用三脱炉用三脱铁铁水冶水冶炼炼使使转转炉功能分化炉功能分化；脱磷脱硫在三脱；脱磷脱硫在三脱转转炉内炉内完成完成,脱碳升温在脱碳脱碳升温在脱碳转转炉内完成炉内完成,吹吹炼时间炼时间一般一般为为910min.加快加快生生产节产节奏奏.转转炉直接生炉直接生产产超超纯净钢进纯净钢进一步一步减化了炉外精减化了炉外精炼炼工工艺艺,有利于有利于缩缩短短工工艺艺流程流程,减少精减少精炼时间炼时间.创创造了条件，提高造了条件，提高连铸连铸机的拉速与机的拉速与转转炉生炉生产节产节奏相匹配；采用奏相匹配；采用高温高温铸铸坯直送坯直送热连轧热连轧工工艺艺可可实现实现全流程的高效化生全流程的高效化生产产.另一高效措施另一高效措施-铁铁水运水运输输一罐到底一罐到底，省去倒灌，省去倒灌时间时间 铁铁水到水到钢钢材的生材的生产产周期将由周期将由现现代化代化钢铁钢铁厂的厂的4h缩缩短到短到90min.实现实现超超纯净钢纯净钢高效化生高效化生产产，还还有很多有很多优优点点:转转炉炉炉炉衬衬寿命提高寿命提高50%,底吹底吹喷喷嘴寿命提高嘴寿命提高80%,转转炉炉炉炉衬热衬热损损失减少失减少50%;在在线线运运转转的的钢钢包数量减少包数量减少,钢钢包运包运转转的速度加快的速度加快,减少了减少了钢钢水水的温降的温降,使使钢钢水的水的过热过热度控制更加度控制更加稳稳定定.必必须须两化融合（信息化和工两化融合（信息化和工业业化），提高管理水平化），提高管理水平1.钢铁产品制造功能方面钢铁产品制造功能方面1.4钢铁产品轻量化，使用周期长效化钢铁产品轻量化，使用周期长效化n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n下游用钢行业的要求举例行业行业要求要求建筑业升级热轧螺纹钢标准，重点发展400MPa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700MPa及以上高强度汽车大梁板