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钢铁制造流程介绍 钢铁铁制造流程College of material science and engineering,ChongQing university2024/3/18 周一 2 钢铁制造流程 钢铁制造的工艺流程 高炉炼铁 铁水预处理 转炉炼钢 精炼 连铸 轧制钢铁铁制造流程College of material science and engineering,ChongQing university2024/3/18 周一 3 钢铁制造的工艺流程 钢铁制造业一般可分为长流程和短流程 长流程包括原料供应、炼铁、炼钢、轧钢等生产工序，其特点是生产流程长，任何一个环节出现问题都有可能影响整个生产的正常进行。短流程是以炼钢开始。无论长流程还是短流程，炼钢到轧钢都是提高钢铁企业产品质量的关键。钢铁制造业的加工对象是高温液体或高温固体，时间和温度条件以及整个生产过程的工序衔接非常重要。比如，钢水在连铸过程中，既要保证钢水温度，又不能使连铸机断流。连铸坯生产出来后，要和轧机有机结合，做到热装热送，充分利用高温坯的高温热能，减少再加热过程，减少钢坯烧损。这样一个连续和离散混合的生产过程，包括许多的物理、化学变化，每个环节都要受到生产与管理的控制。钢铁铁制造流程College of material science and engineering,ChongQing university2024/3/18 周一 4 钢铁制造的工艺流程钢铁铁制造流程College of material science and engineering,ChongQing university2024/3/18 周一 5 高炉炼铁基本原理 炼铁的原理：用还原剂将铁矿石中的铁氧化物还原成金属铁铁氧化物（Fe2O3、Fe3O4、FeO）+还原剂（C、CO、H2）=铁（Fe）炼铁的方法 直接还原法（非高炉炼铁法）高炉炼铁法（主要方法）高炉炼铁的原料及其作用 铁矿石：（烧结矿、球团矿）提供铁元素。冶炼一吨铁大约需要1.52吨矿石。焦碳：冶炼一吨铁大约需要500Kg焦炭。提供热量；提供还原剂；作料柱的骨架。熔剂：（石灰石、白云石、萤石）使炉渣熔化为液体；去除有害元素硫（S）。空气：为焦碳燃烧提供氧。钢铁铁制造流程College of material science and engineering,ChongQing university2024/3/18 周一 6 铁水预处理 铁水预处理是指将铁水兑入转炉之前进行的各种提纯处理普通铁水预处理普通铁水预处理包括：铁水脱硫、脱硅、脱磷的三脱预处理特殊铁水预处理 特殊铁水预处理是针对铁水中含有特殊元素进行提纯精炼或资源综合利用如铁水提钒、提铌、脱铬等预处理工艺钢铁铁制造流程College of material science and engineering,ChongQing university2024/3/18 周一 7 铁水预处理必要性用优质铁水冶炼优质钢水，是提高产品质量、扩大品种、增加效率和增强产品市场竞争力的重要条件之一，也是生产低硫洁净钢的基础。铁水预处理有利于提高炼铁、炼钢技术经济指标，对于铁水预处理方法的研究领域在不断开阔，目的是探寻保证良好的脱硫、脱磷效果，最低的处理成本和简单实用的操作方法。铁水预处理工艺兴起于上世纪70年代。欧美的钢厂由于原料中含磷比较低，因此铁水预处理主要是围绕铁水的脱硫。日本的钢厂铁水中磷含量相对较高，相继开发了铁水的“三脱”工艺，即铁水预处理脱硅、脱磷和脱硫。好处 高钢水纯净度，大批量生产低磷低硫钢成为可能；降低全工序的成本，如合金和耐材的消耗；由于转炉操作的简化和标准化，转炉产能提高；成分命中率提高，工序更易于调度。钢铁铁制造流程College of material science and engineering,ChongQing university2024/3/18 周一 8 铁水预处理脱硫 铁水在进入转炉冶炼前进行脱硫具备最佳的反应条件 铁水中含有大量Si、C、Mn等还原性好的元素，其还原性有利于脱硫 反应，(强脱硫剂Ca、Mg等烧损少)；铁水中C、Si能大大提高S在铁水中的活度系数，致使硫较易脱到低的 水平；铁水中氧含量低，硫的分配系数相应有所提高，有利于脱硫；在铁水预处理脱硫过程中，铁水成分的变化比炼钢或钢水处理过程中钢 水成分的变化对最终钢种影响要小；铁水处理温度较低，对处理装置的寿命有利。铁水脱硫法是指在铁水罐、铁水包、混铁车中进行脱硫 在高炉、炉外精炼炉和转炉内每脱除1kg硫的成本分别是铁水脱硫法的2倍6.1倍，16.9倍，铁水脱硫法的成本低效率高。铁水脱硫预处理的工艺方法 投掷法:将脱硫剂投入铁水中 喷吹法:将脱硫剂喷入铁水中 搅拌法(KB法):将通过中空机械搅拌器向铁水内加入脱硫剂,搅拌脱硫。钢铁铁制造流程College of material science and engineering,ChongQing university2024/3/18 周一 9 铁水预处理脱磷钢铁铁制造流程College of material science and engineering,ChongQing university2024/3/18 周一 10 铁水预处理脱硅生产中实际操作中用喷枪插入铁水深处喷吹空气和固体氧化剂（铁鳞、烧结矿等+和石灰粉剂），抑制温度升高，增加渣中（FeO），抑制碳的氧化，加强搅拌，可以达到高的脱硅率。在铁水预处理脱硅时，产生的渣有很强的泡沫性，这是在生产上需要注意的问题。为了在铁水预处理时使硅优先氧化，除了考虑硅氧化的热力学条件以外，还应考虑硅氧化的动力学条件。当硅含量较高时，FeO相反应界面的传质为限制性环节。钢铁铁制造流程College of material science and engineering,ChongQing university2024/3/18 周一 11 转炉炼钢的技术发展18551856年英国人亨利.贝塞麦(Henly)开发了酸性底吹空气转炉炼钢法；1878年英国人托马斯(S.G.Thomas)碱性底吹空气转炉炼钢法；1940年廉价获得氧气后，瑞士、奥地利开发了顶吹氧气转炉，1952年在奥地利林茨(Linz)和多纳维茨城(Donawitz)建成第一座30吨碱性顶吹氧气转炉(LD转炉)；或称BOF(Basic Oxygen Furnace)；1970年开发顶底复合吹炼转炉；1964年我国第1家氧气顶吹转炉炼钢厂在首钢建成投产,与此同时我国太钢从奥钢联引进了2台50 t氧气顶吹转炉,使我国的氧气顶吹转炉炼钢进入了发展的初始阶段。钢铁铁制造流程College of material science and engineering,ChongQing university2024/3/18 周一 12 转炉炼钢钢铁铁制造流程College of material science and engineering,ChongQing university2024/3/18 周一 13 转炉设备转炉炉体及转炉倾动系统铁水、废钢、散状材料设备氧枪提升机构转炉烟气净化与回收设备钢铁铁制造流程College of material science and engineering,ChongQing university2024/3/18 周一 14 转炉炼钢过程上一炉出钢-倒完炉渣(或加添加剂)-补炉或溅渣-堵出钢口-兑铁水-装废钢-下枪-加渣料（石灰、铁皮）-点火-熔池升温-脱P、Si、Mn-降枪脱碳。看炉口的火，听声音。看火亮度-加第二批（渣料）-提枪化渣，控制“返干”。降枪控制终点（FeO），倒炉取样测温，出钢。技术水平高的炉长，一次命中率高。50%。（宝钢是付枪）根据分析取样结果-决定出钢（或补吹）-脱氧、合金化。不要补吹的就是通常说的一次命中。钢铁铁制造流程College of material science and engineering,ChongQing university2024/3/18 周一 15 精炼作用与功能将炼钢炉（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 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；炉外精炼的种类很多，大致可分为常压下炉外精炼和真空下炉外精炼两 类。按处理方式的不同，又可分为钢包处理型炉外精炼及钢包精炼型炉 外精炼等。钢铁铁制造流程College of material science and engineering,ChongQing university2024/3/18 周一 16 精炼常用方法与设备钢铁铁制造流程College of material science and engineering,ChongQing university2024/3/18 周一 17 精炼工艺路径以钢种为中心,正确选择精炼设备 CAS-OB是最简单的非真空精炼设备，多适用于普碳钢、低合金钢等以化学成分交货的钢种；LF有很强的清洗精炼和加热功能,适宜冶炼低氧钢、低硫钢和高合金钢；VD脱碳能力弱(受钢包净高度的限制),具备一定的钢渣精炼功能,适宜生产重轨、轴承、齿轮等气体含量和夹杂物要求严格的优质钢种；RH脱碳能力强,适宜大量生产超低碳钢、IF钢(低N无间隙钢)；VOD、AOD等门用于生产不锈钢；此外,经常采用不同功能的精炼炉组合使用,如CAS-RH LF-RH LF-VD AOD-VOD。钢铁铁制造流程College of material science and engineering,ChongQing university2024/3/18 周一 18 连铸工艺模铸与连铸模铸(ingot casting)将高温钢液浇注到一个或多个钢锭模内使之凝固成形的方法，是钢液凝固成形的基本方法，其典型特征是生产过程的间续化。连续铸钢(continuous casting)将高温钢液连续地浇铸到一个或多个强制水冷的金属型腔内。凝固成形后，再经二次冷却，使之凝固，且成一定形状（规格）铸坯的工艺方法，其典型特征是生产过程的连续化。钢铁铁制造流程College of material science and engineering,ChongQing university2024/3/18 周一 19 连铸工艺设备钢铁铁制造流程College of material science and engineering,ChongQing university2024/3/18 周一 20 连铸工艺相关技术 连铸配套技求如下保护浇注 采用无氧化保护浇注，大钢包与中间包用长水口，中间包与结晶器之间用浸入式水口，钢水面用保护渣，连接处用氩气保护。电磁搅拌 安装在不同部位和不同搅拌方向的电磁搅拌装置可达到不同效果。有结晶器电磁搅拌（MEMS），结晶器下方电磁搅拌（IEMS），二次区电磁搅拌（SEMS）和冶金长度末端的电磁搅拌（FEMS）。这些搅拌装置可以单独亦可组合使用。液面控制 这应采用灵敏可靠的结晶器液面测量及自动控制。目前对特殊钢方坯连铸机采用钴60或铯137液位检测仪，自动调节中间罐水口开口度控制液面，使液面波动范围在03mm内。中间包设计 中间包按大容量和最佳形状设计。为保证夹杂物充分上浮析出，中间包钢液面深度不小于800mm，利用中间包钢水重量变化来自动调节钢水包水口开口度，控制中间包熔池深度。振动装置 采用小振幅高频率的结晶器振动，一般频率可达0360次/min，振幅10mm（有的为4mm）。二冷控制 精确控制二次喷水冷却。按不同钢种、不同拉速自动调节，均匀冷却。尽管气-水雾冷却会增加控制上的困难、价格较高，但对特殊钢连铸来说仍是十分必要的。自动控制 采用计算机控制对稳定铸坯质量非常重要。钢铁铁制造流程College of material science and engineering,ChongQing university2024/3/18 周一 21 轧制工艺流程钢铁铁制造流程College of material science and engineering,ChongQing university2024/3/18 周一 22 炼钢生产物流仿真系统钢铁铁制造流程College of material science and engineering,ChongQing university2024/3/18 周一 23 炼钢物流仿真系统原理与特点 原理图 仿真系统的特点仿真建立的模型是对系统实际观测所获得的数据建立起来的动态模型，它更贴近于实际，便于对系统进行分析；由于仿真建立的模型是对实际系统的映像，因此它对各种复杂的系统具有很好的适应性；系统仿真所建立的是一个随机模型，系统的参数受随机因素影响所发生的变化在模型中可以得到充分的体现；系统仿真可以帮助优化。钢铁铁制造流程College of material science and engineering,ChongQing university2024/3/18 周一 24 炼钢物流仿真系统模型的抽象 模型的结构特征 车间 上下游车间的生产能力需要相互平衡和相互适应，如果一旦破坏了这种平衡与适应关系，就会给生产带来不良的影响。跨 在跨的层面上涉及的调度对象主要是天车。合理的天车调度可以合理、有效的保障工序、工位的操作。工序 工序是指被加工对象在同一工作地点或完成一组连续作业的工艺过程。实现工序与工序之间的协调，合理安排冶炼单元在工序的作业，使车间的生产效率最大化，是车间生产调度最终目标。工位 工位也就是作业点。在这些作业点上，冶炼单元（钢包）完成加工、测量、运输等操作。钢铁铁制造流程College of material science and engineering,ChongQing university2024/3/18 周一 25 炼钢物流仿真系统组态实现 组态模型运行机制 每个组件内都不包含仿真引擎，所有的状态和实现均通过运行时服务与底层算法实现交互。钢铁铁制造流程College of material science and engineering,ChongQing university2024/3/18 周一 26 炼钢物流仿真系统网络结构 炼钢生产物流系统的静态模型 层次化网络设备资源的活动周期释放状态申请状态分配状态请求状态设备资源释放设备资源申请设备资源请求设备资源分配钢铁铁制造流程College of material science and engineering,ChongQing university2024/3/18 周一 27 炼钢物流仿真系统模块划分 炼钢物流仿真系统 仿真建模子系统通过组态建模方法，使用拖拉连线的交互式建模方式实现“所见即所得”的生产布局；仿真任务管理子系统 对仿真生产计划的管理：MES炉次计划仿真、时间倒退、遗传算法、人机交互的方式；仿真运行子系统 仿真运行子系统以基于目标导引的细胞自动机仿真模型为内核。细胞自动机是定义在一个由具有离散、有限状态的细胞组成的细胞空间上，在离散时间维上按一定局部规则进行并行演化的动力学系统；仿真评价子系统 仿真评价子系统对仿真过程提供两种不同的评价方式，一是在仿真运行的过程中动态的对物流系统进行评价；二是在仿真结束后，借助数据库中所存储的过程数据对物流系统进行评价。评价形式包括：平均工序通过时间、平均排队等待时间、设备平均利用率和平均队长等。钢铁铁制造流程College of material science and engineering,ChongQing university2024/3/18 周一 28 钢铁铁制造流程College of material science and engineering,ChongQing university2024/3/18 周一 29 谢 谢 大 家！