冶金工程導(dǎo)論作業(yè)

我知道的煉鋼姓名：儀彤班級：安全141班學(xué)號：2014442455淺談煉鋼認識當看到“我知道的煉鋼”這個課題作業(yè)的時候，心是很忐忑的，回想起當初選這門課的時候，在石油工程導(dǎo)論和冶金工程導(dǎo)論之間猶豫不定，但是最后還是覺得對冶金方面比較感興趣就選擇了這門課。雖然上了一個學(xué)期的冶金工程導(dǎo)論課，對煉鋼這種工藝還是只知道皮毛，并不能完全的透徹了解其中真正的奧秘。翻開書本的第93頁看到鋼冶金，用學(xué)術(shù)性的話來說，煉鋼過程的實質(zhì)其實是許多非常復(fù)雜的高溫物理化學(xué)轉(zhuǎn)變的綜合過程，它涉及多種以不同聚集狀態(tài)存在的組元，如固態(tài)（爐料、輔助材料及爐襯等）、液態(tài)（液體金屬及爐渣）及氣態(tài)（爐氣、吹入金屬內(nèi)的空氣或氧氣等）。一看到這段話就頓時感覺怎么這么高深，跟課上看的視頻里介紹的好像不太一樣啊。接著往后翻書，書本后面又介紹了煉鋼的原材料、煉鋼工藝、以及爐外精煉鋼的連續(xù)澆注?？吹奈沂菚灂灪鹾醯?，云里霧里，實在是太高大上了。不過我還是不能被這種看起來高深的學(xué)術(shù)性語言打敗，我要自己去考究考究這所謂的煉鋼歷史、工藝及發(fā)展。1.1煉鋼歷史縱觀歷史，中國是世界上最早生產(chǎn)鋼的國家之一?？脊殴ぷ髡咴?jīng)在湖南長沙楊家山春秋晚期的墓葬中發(fā)掘出一把銅格“鐵劍”，通過金相檢驗，結(jié)果證明是鋼制的。這是迄今為止我們見到的中國最早的鋼制實物。它說明從春秋晚期起中國就有煉鋼生產(chǎn)了，煉鋼生產(chǎn)在中國已有2500多年的歷史。春秋戰(zhàn)國時期，楚國制造的兵器聞名天下?！妒酚洝ざY書》和《茍子·議兵篇》中都談到楚國的宛（今河南省南陽）出產(chǎn)的兵器刃鋒象蜂刺三樣厲害，這肯定是鋼制的。因為鐵制的刀劍過于柔軟，不可能達到象蜂刺一樣的銳利程度。當時西方古羅馬士兵使用的刀劍是熟鐵的，在戰(zhàn)場上交鋒時一刺便彎，再刺之前非要放在地上用腳踩直不可。公元1世紀時歐洲人普利尼曾經(jīng)說過：“雖然鐵的種類多而又多，但是沒有一種能和中國的鋼比美?！蔽覀冎溃F、熟鐵和鋼的主要區(qū)別在于含碳量上，含碳量超過2％的鐵，叫生鐵；含碳量低于0.05％的鐵，叫熟鐵；含碳量在0．05％－2％當中的鐵，稱為鋼。中國古代最早的煉鋼工藝流程是：先采用木炭作燃料，在爐中將鐵礦石冶煉成呈海綿狀的固體塊，待爐子冷后取出，叫塊煉鐵。塊煉鐵含碳量低，質(zhì)地軟，雜質(zhì)多，是人類早期煉得的熟鐵。再用塊煉鐵作原料，在碳火中加熱吸碳，提高含碳量，然后經(jīng)過鍛打，除掉雜質(zhì)又滲進碳，從而得到鋼。為了提高鋼的質(zhì)量，中國古代工匠從西漢中期起發(fā)明了“百煉鋼”的新工藝。在三國時期，百煉鋼已經(jīng)相當普遍了。在三國時期，百煉鋼已經(jīng)相當普遍了。百煉鋼的需要越來越大，由于它的原料塊煉鐵的生產(chǎn)效率很低，冶煉出來以后必須經(jīng)過“冷化”，才能得到，所以，百煉鋼的發(fā)展受到限制。為了突破這種限制，中國古代工匠又發(fā)明了一種新的生鐵煉鋼技術(shù)——炒鋼。這種煉鋼新工藝，可以在東漢末年的史籍中找到間接的描述。炒鋼的發(fā)明，是煉鋼史上的一次技術(shù)革命。在歐洲，炒鋼始于18世紀的英國，比中國要晚1600多年。我國真的不愧于最早生產(chǎn)鋼的國家之一啊。1.2煉鋼工藝煉鋼工藝在課本上主要介紹了兩種，一種是轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝，另一種是電弧爐煉鋼工藝。1.2.1轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝轉(zhuǎn)爐煉鋼轉(zhuǎn)爐煉鋼是以鐵水、廢鋼、鐵合金為主要原料，不借助外加能源，靠鐵液本身的物理熱和鐵液組分間化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生熱量而在轉(zhuǎn)爐中完成煉鋼過程。1.2.1.1氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝其中，書本上主要介紹了氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝，且在氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐一經(jīng)問世就顯示出了極大的優(yōu)越性，世界各國竟相發(fā)展，目前成為最主要的煉鋼法。然而這種煉鋼法有利也有弊，優(yōu)點為熔煉速度快，生產(chǎn)率高熱效率高，冶煉中不需外來熱源，且可配用10%～30%的廢鋼，鋼的品種多，質(zhì)量好。但是吹損較高（10%，）、所煉鋼種仍受一定限制（冶煉含大量難熔元素和易氧化元素的高合金鋼有一定的困難）等也是不可忽視的缺點。

但在氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝推廣下，也加快了頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐加工工藝的問世腳步。1.2.1.2頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐工藝這是在氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法和氧氣底吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法兩種方法(簡稱頂吹法和底吹法)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種方法。它發(fā)揮了氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐和氧氣底吹轉(zhuǎn)爐兩種煉鋼方法的優(yōu)點，從而在一定程度上彌補了這兩種方法的不足之處。復(fù)吹方法的吹煉特點是：從煉鋼熔池上部通過頂吹氧槍供應(yīng)煉鋼主要用氧，同時從埋入爐底的噴嘴將氧或惰性氣體，有時伴之必要的粉劑吹入熔池，以增強熔池的攪拌和相應(yīng)的冶金反應(yīng)。頂吹和底吹方法可作互相補充的主要冶金特點分別是：頂吹法熔池上下溫差大，渣中FeO高，易于發(fā)生噴濺；脫碳反應(yīng)在泡沫渣內(nèi)進行；通過調(diào)節(jié)氧槍位置，能將爐內(nèi)部CO燃燒成CO2，可適當提高廢鋼比；頂吹法冶煉超低碳鋼困難，過氧化現(xiàn)象嚴重。底吹法則具有攪拌力遠大于頂吹法，熔池內(nèi)溫差??；CO燃燒率小，不生成泡沫渣，前期脫磷較困難；熔池接近平衡狀態(tài)，過氧化程度低等特點。頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐1.2.2電弧爐煉鋼工藝電弧爐煉鋼工藝可分為氧化法、返回吹氧法和不氧化法三種類型。氧化法的特點是：冶煉過程有完整的氧化期和完整的還原期，能脫碳、脫磷、脫硫、去氣、去夾雜，對爐料無特別要求，有利于鋼質(zhì)量的提高。到目前為止，國內(nèi)氧化法冶煉工藝仍是電弧爐煉鋼的主要方法。電弧爐煉鋼通過石墨電極向電弧煉鋼爐內(nèi)輸入電能，以電極端部和爐料之間發(fā)生的電弧為熱源進行煉鋼的方法。電弧爐以電能為熱源，可調(diào)整爐內(nèi)氣氛，對熔煉含有易氧化元素較多的鋼種極為有利，發(fā)明后不久，就用于冶煉合金鋼。并得到較大的發(fā)展。隨著電弧爐設(shè)備的改進以及冶煉技術(shù)的提高，電力工業(yè)的發(fā)展，電爐鋼的成本不斷降低，現(xiàn)在電爐不但用于生產(chǎn)合金鋼，而且大量用來生產(chǎn)普通碳素鋼，其產(chǎn)量在主要工業(yè)國家鋼總產(chǎn)量中的比重，不斷上升。電弧爐電弧爐2(FeO)+Si─→2【Fe】+(SiO2)(FeO)+C─→【Fe】+CO↑這種爐渣的形成時間較短,脫硫能力強。爐渣呈白色,冷卻后自行碎裂成白色粉末，以此得名。有時為了提高脫氧能力，在還原開始時,先造一個短時間的弱電石渣,隨即使之轉(zhuǎn)變?yōu)榘自?。另有火磚渣，用石灰、螢石和廢耐火磚塊造成，是中性渣，主要用于冶煉不銹鋼；特點是加熱快，不易增碳，渣、鋼容易分離，但脫硫能力低。1.3煉鋼發(fā)展相比較電爐而言，近十年來，我國轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)流程工藝與裝備技術(shù)的進步幅度是明顯的。而未來，這種生產(chǎn)流程結(jié)構(gòu)不盡合理的現(xiàn)象亦會逐步改變。近年來，我國轉(zhuǎn)爐鋼產(chǎn)量占粗鋼總產(chǎn)量的比例日益增強，2003年我國轉(zhuǎn)爐鋼比為82.4%，到2013年這一比例已增至93%，而近十年來，世界轉(zhuǎn)爐鋼與電爐鋼比例基本保持在7:3的平均水平，我國與之相比轉(zhuǎn)爐鋼比過高。未來我國這種鋼鐵生產(chǎn)流程結(jié)構(gòu)不盡合理的現(xiàn)象會隨著我國資源條件、市場需求變化和綠色低碳環(huán)境的需求而逐步改變。相比較而言，近十年來，我國轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)流程工藝與裝備技術(shù)的進步幅度更加明顯。目前，轉(zhuǎn)爐煉鋼仍是世界上最主要的煉鋼方法，其鋼產(chǎn)量占世界鋼總產(chǎn)量的65%以上。由于我國廢鋼資源短缺，電力缺乏，電價偏高，因此電爐鋼的產(chǎn)量增長受到一定程度的制約，而隨著生鐵資源的充裕也給轉(zhuǎn)爐鋼產(chǎn)量的增長提供了良好條件。因此，轉(zhuǎn)爐鋼產(chǎn)量近年來獲得了快速增長。2905年我國轉(zhuǎn)爐鋼產(chǎn)量為3.14億噸，到2013年提高到7.65億噸。隨著轉(zhuǎn)爐鋼產(chǎn)量的增加，轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)工藝技術(shù)也得到迅速發(fā)展。轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)進步主要體現(xiàn)在以下幾個方面。1.3.1轉(zhuǎn)爐裝備日趨大型化2001年我國100噸以上大型轉(zhuǎn)爐只有30座，產(chǎn)能為3602萬噸。至2013年增長到345座，產(chǎn)能超過5.08億噸，13年間大型轉(zhuǎn)爐的生產(chǎn)能力增長了14倍。其中300噸轉(zhuǎn)爐從3座增加到11座，產(chǎn)能從678萬噸增長到2759萬噸以上。從數(shù)量上來看，我國現(xiàn)有轉(zhuǎn)爐中以100-199噸的轉(zhuǎn)爐數(shù)量最多，而200噸及以上的轉(zhuǎn)爐數(shù)量最少，我國仍然保有一定數(shù)量的30噸以下的轉(zhuǎn)爐。因此，淘汰落后產(chǎn)能任務(wù)艱巨。目前，我國100噸及以上轉(zhuǎn)爐的產(chǎn)能約占全部轉(zhuǎn)爐產(chǎn)能的67.5%。隨著淘汰落后產(chǎn)能力度的加大，我國轉(zhuǎn)爐將進一步朝著大型化方向發(fā)展。1.3.2轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)工藝進一步優(yōu)化提高鋼材潔凈度是21世紀鋼材質(zhì)量發(fā)展的重大技術(shù)方向。為提高鋼材質(zhì)量且擴大冶煉鋼種，我國大、中型轉(zhuǎn)爐煉鋼廠都相繼增建了鐵水脫硫裝置和二次精煉裝置。近年來新建的轉(zhuǎn)爐煉鋼廠大多配置了鐵水脫硫裝置，并根據(jù)冶煉鋼種的要求配置了相應(yīng)的爐外精煉裝置，一般多采用LF精煉，有些轉(zhuǎn)爐煉鋼廠還配置了Ⅵ）精煉裝置，從而為高附加值鋼種的生產(chǎn)提供了有利條件。我國自主設(shè)計建設(shè)的京唐公司300噸轉(zhuǎn)爐采用了國際上最先進的脫磷爐與脫碳爐分工、聯(lián)合生產(chǎn)的工藝，京唐公司是國際上最早采用這一先進工藝的300噸轉(zhuǎn)爐大型煉鋼廠。經(jīng)過近兩年的技術(shù)攻關(guān)，脫磷爐生產(chǎn)周期28min，脫碳爐32min；單爐班產(chǎn)爐數(shù)從7-8爐次提高至16爐次，轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)效率提高1倍，出鋼溫度平均降低20℃。鐵水“三脫”預(yù)處理比例達到90%；月平均轉(zhuǎn)爐終點[P]為0.006%，P+S]為150×10-6；和爐外精煉相匹配可穩(wěn)定生產(chǎn)[P+S50×10-6的高潔凈鋼。石灰總消耗量從傳統(tǒng)流程的50kg/t，下降到24.3kg/t，煉鋼總渣量由110kg/t下降到的47kg/t，鋼鐵料消耗降低9.lkg/t，比傳統(tǒng)轉(zhuǎn)爐煉鋼成本降低37.39元／t鋼，標志著我國大型轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)已接近國際領(lǐng)先水平。與此同時，國內(nèi)一些鋼鐵企業(yè)也在積極嘗試頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐雙渣、留渣工藝的探索試驗，追求低成本、高效化、穩(wěn)定性生產(chǎn)潔凈鋼水的目標，以解決鋼鐵企業(yè)不具備脫磷爐與脫碳爐分跨布置聯(lián)合煉鋼的問題。由于煉鋼生產(chǎn)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化完善，鋼材潔凈度生產(chǎn)水平大幅度提高，也使轉(zhuǎn)爐鋼的生產(chǎn)品種逐步擴大，許多市場需要的高品質(zhì)鋼，如高速鐵路用鋼軌鋼，汽車用IF鋼、先進高強度鋼板、高牌號取向和無取向電工鋼板，高強度造船板、橋梁板和容器板及X80級油氣輸送管線鋼，高品質(zhì)軸承、齒輪和非調(diào)質(zhì)鋼，高強鋼絲如簾線鋼、彈簧鋼絲等產(chǎn)品，都已在轉(zhuǎn)爐鋼廠穩(wěn)定生產(chǎn)，成為近幾年鋼鐵產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化的主要基礎(chǔ)。1.3.3轉(zhuǎn)爐全自動吹煉技術(shù)迅速發(fā)展隨著轉(zhuǎn)爐大型化全自動吹煉技術(shù)在國內(nèi)迅速推廣，大于100噸轉(zhuǎn)爐采用以副槍為基礎(chǔ)的動態(tài)控制技術(shù)，小于100噸轉(zhuǎn)爐則采用投擲式測頭與煙氣分析（或兩者相結(jié)合）的方式，進行冶煉終點的動態(tài)控制，有的已實現(xiàn)“一鍵式”控制不倒爐出鋼的自動煉鋼。隨著國內(nèi)轉(zhuǎn)爐全自動吹煉技術(shù)的推廣與完善，不倒爐出鋼比例和自動化煉鋼水平有了大幅度提高，一批先進轉(zhuǎn)爐終點控制精度（[C]為±0.02%，溫度為±12℃）的雙命中率可達80%-93%，轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)率大大提高，消耗降低的效果十分明顯。1.3.4“負能”煉鋼技術(shù)取得重大進展2005年以后，我國轉(zhuǎn)爐煉鋼廠高度重視“負能”煉鋼技術(shù)，實現(xiàn)“負能”煉鋼的鋼廠日益增多。特別是100噸以上的大、中型轉(zhuǎn)爐，95%以上的轉(zhuǎn)爐都實現(xiàn)了轉(zhuǎn)爐工序“負能煉鋼”?；厥辙D(zhuǎn)爐煤氣和蒸汽是實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐冶煉能耗“負值”的主要手段。我國“負能煉鋼”技術(shù)的迅速發(fā)展得益于以下三方面：一是煉鋼工藝結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。隨著國內(nèi)新建100噸以上大、中型轉(zhuǎn)爐的增多，配備了煤氣、蒸汽回收與余熱發(fā)電等設(shè)施，為“負能煉鋼”打下設(shè)備基礎(chǔ)；二是“負能煉鋼”工藝不斷完善，多數(shù)鋼廠已掌握“負能煉鋼”的基本工藝；三是2005年，國家統(tǒng)計局將電力折算系數(shù)調(diào)整為電熱當量值（即1kWh=0.1229kg）替換原來沿用的電煤耗等價值（即1kWh=0.404kg）。煉鋼能耗統(tǒng)計值降低，利于實現(xiàn)“負能煉鋼”。重點企業(yè)轉(zhuǎn)爐煤氣噸鋼回收量由2010年的平均81m3/t提高到2014年的106m3/t。近幾年，我國轉(zhuǎn)爐蒸汽回收量有很大提高，但蒸汽回收量和壓力差別較大；先進的回收量已達到100kg/t以上、壓力可達2.5-4MPa，用于鋼水真空處理、發(fā)電或并入蒸汽管網(wǎng)。1.3.5轉(zhuǎn)爐使用壽命進一步提高爐齡是轉(zhuǎn)爐煉鋼的重要技術(shù)指標，提高爐齡在降低生產(chǎn)成本的同時，也提高了轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)效率。濺渣護爐的基本原理是利用高速氮氣將成分調(diào)整后的剩余爐渣噴濺在爐襯表面，形成濺渣層。濺渣層抑制了爐襯表層的氧化，減輕了高溫爐渣對磚表面的沖刷侵蝕。采用濺渣護爐工藝后，當爐襯殘磚厚度侵蝕至500mm左右時，爐壁冷卻與爐內(nèi)鋼渣對爐襯的導(dǎo)熱基本實現(xiàn)了動態(tài)平衡。此時，爐襯與濺渣層的結(jié)合層很難被進一步熔損。在濺渣條件下爐襯基本為“零熔損”，即隨爐齡增加，爐襯厚度基本保持不變。國內(nèi)鋼廠據(jù)此研發(fā)出了長壽轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)工藝，進而使轉(zhuǎn)爐爐齡達到30000爐以上，爐役期和產(chǎn)鋼量同步增長，耐火材料消耗和噸鋼成本也相應(yīng)降低。1.4我國轉(zhuǎn)爐煉鋼發(fā)展存在的問題我國小型轉(zhuǎn)爐目前還有相當大的比例，與精煉、連鑄的匹配關(guān)系還有待優(yōu)化。轉(zhuǎn)爐煉鋼原料質(zhì)量有待提高。我國轉(zhuǎn)爐煉鋼用石灰的含硫量比較高，許多鋼廠達0.06%甚至更高，這不僅影響轉(zhuǎn)爐鋼的性能，而且冶煉過程中產(chǎn)生的二氧化硫?qū)Νh(huán)境也會造成嚴重污染。我國轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制水平，特別是動態(tài)控制水平需要進一步提升。目前，歐洲大部分鋼鐵企業(yè)轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)都實現(xiàn)了快速出鋼，即大部分爐次終點不倒爐、不取樣而直接出鋼。國內(nèi)企業(yè)的控制水平與先進指標還有一定差距。我國轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)發(fā)展不平衡。無論是自動煉鋼水平、同樣爐齡復(fù)吹條件下的碳氧積水平、煤氣蒸汽回收量、對精煉工藝掌握的