冶煉金屬鐵用什么方法

【專家解說】：高爐煉鐵原理簡(jiǎn)介： 高爐生產(chǎn)是連續(xù)進(jìn)行的。一代高爐（從開爐到大修停爐為一代）能連續(xù)生產(chǎn)幾年到十幾年。生產(chǎn)時(shí)，從爐頂（一般爐頂是由料種與料斗組成，現(xiàn)代化高爐是鐘閥爐頂和無(wú)料鐘爐頂）不斷地裝入鐵礦石、焦炭、熔劑，從高爐下部的風(fēng)口吹進(jìn)熱風(fēng)（1000～1300攝氏度），噴入油、煤或天然氣等燃料。裝入高爐中的鐵礦石，主要是鐵和氧的化合物。在高溫下，焦炭中和噴吹物中的碳及碳燃燒生成的一氧化碳將鐵礦石中的氧奪取出來(lái)，得到鐵，這個(gè)過程叫做還原。鐵礦石通過還原反應(yīng)煉出生鐵，鐵水從出鐵口放出。鐵礦石中的脈石、焦炭及噴吹物中的灰分與加入爐內(nèi)的石灰石等熔劑結(jié)合生成爐渣，從出鐵口和出渣口分別排出。煤氣從爐頂導(dǎo)出，經(jīng)除塵后，作為工業(yè)用煤氣?，F(xiàn)代化高爐還可以利用爐頂?shù)母邏?，用?dǎo)出的部分煤氣發(fā)電。 高爐煉鐵流程 高爐冶煉是把鐵礦石還原成生鐵的連續(xù)生產(chǎn)過程。鐵礦石、焦炭和熔劑等固體原料按規(guī)定配料比由爐頂裝料裝置分批送入高爐，并使?fàn)t喉料面保持一定的高度。焦炭和礦石在爐內(nèi)形成交替分層結(jié)構(gòu)。 高爐冶煉工藝--爐前操作: 一、爐前操作的任務(wù) 1、利用開口機(jī)、泥炮、堵渣機(jī)等專用設(shè)備和各種工具，按規(guī)定的時(shí)間分別打開渣、鐵口，放出渣、鐵，并經(jīng)渣鐵溝分別流人渣、鐵罐內(nèi)，渣鐵出完后封堵渣、鐵口，以保證高爐生產(chǎn)的連續(xù)進(jìn)行。 2.完成渣、鐵口和各種爐前專用設(shè)備的維護(hù)工作。 3、制作和修補(bǔ)撇渣器、出鐵主溝及渣、鐵溝。 4、更換風(fēng)、渣口等冷卻設(shè)備及清理渣鐵運(yùn)輸線等一系列與出渣出鐵相關(guān)的工作。 高爐基本操作制度: 高爐爐況穩(wěn)定順行：一般是指爐內(nèi)的爐料下降與煤氣流上升均勻，爐溫穩(wěn)定充沛，生鐵合格，高產(chǎn)低耗。 操作制度：根據(jù)高爐具體條件(如高爐爐型、設(shè)備水平、原料條件、生產(chǎn)計(jì)劃及品種指標(biāo)要求)制定的高爐操作準(zhǔn)則。 高爐基本操作制度：裝料制度、送風(fēng)制度、爐缸熱制度和造渣制度。 [高爐設(shè)備]高爐 ： 橫斷面為圓形的煉鐵豎爐。用鋼板作爐殼，殼內(nèi)砌耐火磚內(nèi)襯。高爐本體自上而下分為爐喉、爐身、爐腰、爐腹 、爐缸5部分。由于高爐煉鐵技 術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)良好，工藝 簡(jiǎn)單 ，生產(chǎn)量大，勞動(dòng)生產(chǎn)效率高，能耗低等優(yōu)點(diǎn)，故這種方法生產(chǎn)的鐵占世界鐵總產(chǎn)量的絕大部分。高爐生產(chǎn)時(shí)從爐頂裝入鐵礦石、焦炭、造渣用熔劑（石灰石），從位于爐子下部沿爐周的風(fēng)口吹入經(jīng)預(yù)熱的空氣。在高溫下焦炭（有的高爐也噴吹煤粉、重油、天然氣等輔助燃料）中的碳同鼓入空氣中的氧燃燒生成的一氧化碳和氫氣，在爐內(nèi)上升過程中除去鐵礦石中的氧，從而還原得到鐵。煉出的鐵水從鐵口放出。鐵礦石中未還原的雜質(zhì)和石灰石等熔劑結(jié)合生成爐渣，從渣口排出。產(chǎn)生的煤氣從爐頂排出，經(jīng)除塵后，作為熱風(fēng)爐、加熱爐、焦?fàn)t、鍋爐等的燃料。高爐冶煉的主要產(chǎn)品是生鐵 ，還有副產(chǎn)品高爐渣和高爐煤氣。 [高爐設(shè)備]高爐熱風(fēng)爐介紹 : 熱風(fēng)爐是為高爐加熱鼓風(fēng)的設(shè)備，是現(xiàn)代高爐不可缺少的重要組成部分。提高風(fēng)溫可以通過提高煤氣熱值、優(yōu)化熱風(fēng)爐及送風(fēng)管道結(jié)構(gòu)、預(yù)熱煤氣和助燃空氣、改善熱風(fēng)爐操作等技術(shù)措施來(lái)實(shí)現(xiàn)。理論研究和生產(chǎn)實(shí)踐表明，采用優(yōu)化的熱風(fēng)爐結(jié)構(gòu)、提高熱風(fēng)爐熱效率、延長(zhǎng)熱風(fēng)爐壽命是提高風(fēng)溫的有效途徑。 [高爐設(shè)備]鐵水罐車: 鐵水罐車用于運(yùn)送鐵水，實(shí)現(xiàn)鐵水在脫硫跨與加料跨之間的轉(zhuǎn)移或放置在混鐵爐下，用于高爐或混鐵爐等出鐵。 鋼鐵常用冶煉方法 1、轉(zhuǎn)爐煉鋼： 一種不需外加熱源、主要以液態(tài)生鐵為原料的煉鋼方法。其主要特點(diǎn)是靠轉(zhuǎn)爐內(nèi)液態(tài)生鐵的 物理熱和生鐵內(nèi)各組分，如碳、錳、硅、磷等與送入爐內(nèi)的氧氣進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量 作冶煉熱源來(lái)煉鋼。爐料除鐵水外，還有造渣料（石灰、石英、螢石等）；為了調(diào)整溫度， 還可加入廢鋼以及少量的冷生鐵和礦石等。轉(zhuǎn)爐按爐襯耐火材料性質(zhì)分為堿性（用鎂砂或白 云為內(nèi)襯）和酸性（用硅質(zhì)材料為內(nèi)襯）；按氣體吹入爐內(nèi)的部分分為底吹頂吹和側(cè)吹；按 所采用的氣體分為空氣轉(zhuǎn)爐和氧氣轉(zhuǎn)爐。酸性轉(zhuǎn)爐不能去除生鐵中的硫和磷，須用優(yōu)質(zhì)生鐵 ， 因而應(yīng)用范圍受到限制。堿性轉(zhuǎn)爐適于用高磷生鐵煉鋼，曾在西歐獲得較大發(fā)展?？諝獯禑? 的轉(zhuǎn)爐鋼，因其含氮量高，且所用的原料有局限性，又不能多配廢鋼，未在世界范圍內(nèi)得到 推廣。1952 年氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐問世，現(xiàn)已成為世界上的主要煉鋼方法。在氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼 法的基礎(chǔ)上，為吹煉高磷生鐵，又出現(xiàn)了噴吹石灰粉的氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法。隨氧氣底吹的 風(fēng)嘴技術(shù)的發(fā)展成功，1967 年德國(guó)和法國(guó)分別建成氧氣底吹轉(zhuǎn)爐。1971 年美國(guó)引進(jìn)此項(xiàng)技 術(shù)后又發(fā)展了底吹氧氣噴石灰粉轉(zhuǎn)爐，用于吹煉含磷生鐵。 1975 年法國(guó)和盧森堡又開發(fā)成 功頂?shù)讖?fù)合吹煉的轉(zhuǎn)爐煉鋼法。 2、氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼： 用純氧從轉(zhuǎn)爐頂部吹煉鐵水成鋼的轉(zhuǎn)爐煉鋼方法，或稱 LD 法；在美國(guó)通常稱 BOF 法，也 稱 BOP 法。它是現(xiàn)代煉鋼的主要方法。爐子是一個(gè)直立的坩堝狀容器，用直立的水冷氧槍 從頂部插入爐內(nèi)供氧。爐身可傾動(dòng)。爐料通常為鐵水、廢鋼和造渣材料；也可加入少量冷生 鐵和鐵礦石。通過氧槍從熔池上面向下吹入高壓的純氧（含 O299.5%以上），氧化去除鐵水 中的硅、錳、碳和磷等元素，并通過造渣進(jìn)行脫磷和脫硫。各種元素氧化所產(chǎn)生的熱量，加 熱了熔池的液態(tài)金屬，使鋼水達(dá)到現(xiàn)定的化學(xué)成分和溫度。它主要用于冶煉非合金鋼和低合 金鋼；但通過精煉手段，也可用于冶煉不銹鋼等合金鋼。 3、氧氣底吹轉(zhuǎn)爐煉鋼： 通過轉(zhuǎn)爐底部的氧氣噴嘴把氧氣吹入爐內(nèi)熔池，使鐵水冶煉成鋼的轉(zhuǎn)爐煉鋼方法。其特點(diǎn)是 ； 爐子的高度與直徑比較?。粻t底較平并能快速拆卸和更換；用風(fēng)嘴、分配器系統(tǒng)和爐身上的 供氧系統(tǒng)代替氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐的氧槍系統(tǒng)。由于吹煉平穩(wěn)、噴濺少、煙塵量少、渣中氧化鐵含 量低，因此氧氣底吹轉(zhuǎn)爐的金屬收得率比氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐的高 1%～2%；采用粉狀造渣料，由 于顆粒細(xì)、比表面大，增大了反應(yīng)界面，因此成渣快，有利于脫硫和脫磷。此法特別適用于 吹煉中磷生鐵，因此在西歐用得最廣。 4、連續(xù)煉鋼： 不分爐次地將原料（鐵水、廢鋼）從爐子一端不斷地加入，將成品（鋼水）從爐子的另一端 不斷地流出的煉鋼方法。連續(xù)煉鋼工藝的設(shè)想早在 19 世紀(jì)就已出現(xiàn)。由于這種工藝具有設(shè) 備小、工藝過程簡(jiǎn)單而且穩(wěn)定等潛在優(yōu)越性，幾十年來(lái)許多國(guó)家都作了各種各樣方法的大量 試驗(yàn)，其中主要有槽式法、噴霧法和泡沫法三類，但迄今為止都尚未投入工業(yè)化生產(chǎn)。 5、混合煉鋼： 用一個(gè)爐子煉鋼、另一個(gè)電爐煉還原渣或還原渣與合金，然后在一定的高度下進(jìn)行沖混的煉 鋼方法。用此法處理平爐、轉(zhuǎn)爐及電爐所煉鋼水，可提高鋼的質(zhì)量。沖混可增加渣、鋼間的 接觸面積，加速化學(xué)反應(yīng)以及脫氧、脫硫，并有吸附和聚合氣體及夾雜物的作用，從而提高 鋼的純結(jié)度和質(zhì)量。 6、復(fù)合吹煉轉(zhuǎn)爐煉鋼： 在頂吹和底吹氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法的基礎(chǔ)上，綜合兩者的優(yōu)點(diǎn)并克服兩者的缺點(diǎn)而發(fā)展起來(lái)的新 煉鋼方法，即在原有頂吹轉(zhuǎn)爐底部吹入不同氣體，以改善熔池?cái)嚢琛Ｄ壳?，世界上大多?shù)國(guó) 家用這種煉鋼法，并發(fā)展了多種類型的復(fù)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)，常見的如英國(guó)鋼公司開發(fā)的以空 氣+N2 或 Ar2 作底吹氣體、以 N2 作冷卻氣體的熔池?cái)嚢鑿?fù)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法——BSC ——BAP 法，德國(guó)克勒克納——馬克斯冶金廠開發(fā)的用天然保護(hù)底槍、從底部向熔池分別噴入煤和氧 的 KMS 法、日本川崎鋼鐵公司開發(fā)的將占總氧量 30%的氧氣混合石灰粉一道從爐底吹入熔 池的 K——BOP 法以及新日本鋼鐵公司開發(fā)的將占總氧量 10%——20%的氧氣從底部吹入， 并用丙烷或天然氣冷卻爐底噴嘴的 LD——OB 法等。 7、頂吹氧氣平爐煉鋼： 從 50 年代中期開始，在平爐生產(chǎn)中采用 1～5 支水冷氧槍由爐頂插入熔煉室，直接向熔池吹 氧的煉鋼方法。該法改善了熔池反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)條件，使碳氧反應(yīng)的熱效應(yīng)由原來(lái)的吸熱變?yōu)? 放熱，并改善了熱工條件；生產(chǎn)率大幅度地得到提高。 8、電弧爐煉鋼： 利用電弧熱效應(yīng)熔煉金屬和其他物料的一種煉鋼方法。煉鋼用三相交流電弧爐是最常見的直 接加熱電弧爐。煉鋼過程中，由于爐內(nèi)無(wú)可燃?xì)怏w，可根據(jù)工藝要求，形成氧化性或還原性 氣氛和條件，故可以用于冶煉優(yōu)質(zhì)非合金鋼和合金鋼。按電爐每噸爐容量的大小，可將電弧 爐分為普通功率電弧爐、高功率電弧爐和超高功率電弧爐。電弧爐煉鋼向高功率、超高功率 發(fā)展的目的是為了縮短冶煉時(shí)間、降低電耗、提高生產(chǎn)率、降低成本。隨著高功率和超高功 率電爐的出現(xiàn)，電弧爐已成為熔化器，一切精煉工藝都在精煉裝置內(nèi)進(jìn)行。近十年來(lái)直流電 弧爐由于電極消耗低、電壓波動(dòng)小和噪音小而得到迅速發(fā)展，可用于冶煉優(yōu)質(zhì)鋼和鐵合金。 9、STB 法： 原文為 Sumitomo Top and Bottom blowing process，由日本住友金屬公司開發(fā)的頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐 煉鋼法。該法綜合了氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法和氧氣底吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法兩者的優(yōu)點(diǎn)。用于吹煉低碳 鋼，脫磷效果好且成本下降顯著。所用的底吹氣體為 O2、CO2、N2 等。在 STB 法基礎(chǔ)上 又開發(fā)了從頂部噴吹粉末的 STB—P 法，進(jìn)一步改善了高碳鋼的脫磷條件，并用于精煉不銹 鋼。 10、RH 法： 又稱循環(huán)法真空處理。由德國(guó) Ruhrstahl/Heraeus 二公司共同開發(fā)。真空室下方裝有兩個(gè)導(dǎo)管 ， 插入鋼水，抽真空后鋼水上升至一定高度，再在上升管吹入惰性氣體 Ar、Ar 上升帶動(dòng)鋼液 進(jìn)入真空室接受真空處理，隨后經(jīng)另一導(dǎo)管流回鋼包。真空室上裝有加合金的加料系統(tǒng)。此 法已成為大容量鋼包（＞80t）的鋼水主要真空處理方法。 11、RH—OB： RH 吹氧法。是在真空循環(huán)脫氣（RH）法中加上吹氧操作（Oxygen Blow ing）來(lái)升溫。用于 精煉不銹鋼，是利用減壓下可優(yōu)先進(jìn)行脫碳反應(yīng)；用于精煉普通鋼則可減輕轉(zhuǎn)爐負(fù)荷。也可 采用加鋁升溫。 12、OBM —S 法： 原文為 Oxygen Bottom Maxhutte—Scarp，由德國(guó) Maxhutte-Klockner 廠發(fā)明的以天然氣或丙 烷作底吹氧槍冷卻介質(zhì)的氧氣底吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法。OBM —S 是在 OBM 氧氣底吹轉(zhuǎn)爐的爐帽上 安裝側(cè)吹氧槍，底部氧槍吹煤氣、天然氣預(yù)熱廢鋼，從而達(dá)到增加廢鋼比的目的。 13、NK—CB 法： 原文為 NKK Combined Blow ing System，由日本鋼管公司于 1973 年建立的頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐煉 鋼法，即在頂吹的同時(shí)，從爐底吹入少量氣體（Ar，CO2，N2），以加強(qiáng)鋼渣的攪拌，并控 制鋼水中的 CO 分壓。該法采用多孔磚噴嘴，用于煉低碳鋼可降低成本；用于煉高碳鋼則有 利于脫磷。該法應(yīng)與鐵水預(yù)處理工藝結(jié)合起來(lái) 14、MVOD： 在 VAD 法的設(shè)備上增設(shè)水冷氧槍，使之在真空下可吹氧脫碳的方法，由于真空下脫碳為放 熱反應(yīng)，可省去 VAD 法的真空加熱措施。操作過程與 VOD 法相同。 15、LF 法： 原文為 Ladle Furnace，是 1971 年日本特殊鋼公司（大同鋼特殊鋼公司）開發(fā)的鋼包爐精煉 法。其設(shè)備和工藝由氬氣攪拌、埋弧加熱和合金加料系統(tǒng)組合而成。這種工藝的優(yōu)點(diǎn)是：能 精確地控制鋼水化學(xué)成分和溫度；降低夾雜物含量；合金元素收得率高。LF 爐已成為煉鋼 爐與連鑄機(jī)之間不可缺少的一種爐外精煉設(shè)備。 16、LD 煉鋼法： 1952 年奧鋼聯(lián)林茨（Linz）廠與奧地利阿爾卑斯礦冶公司多納維茨（Donawitz）廠最早在工 業(yè)上開發(fā)成功的氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法，并以該兩廠的第一個(gè)字母而命名。該法問世后在全世 界范圍迅速得到推廣。美國(guó)稱此法為 BOF 或 BOP 法 ，即 Basic Oxygen Furnace 或 Process 的 簡(jiǎn)稱。詳見氧氣頂吹, 轉(zhuǎn)爐。 17、LD—OTB 法： 原文為 LD—Oxgyen Top an Bottom Process，由日本神戶制鋼公司加古川廠開發(fā)的頂?shù)讖?fù)合 吹煉轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝。其特點(diǎn)是使用了專門的底吹單環(huán)縫形噴嘴（SA 噴嘴），因而底吹氣體能 控制在很寬的范圍內(nèi)。底部吹入惰性氣體。 18、LD—HC 法： 原文為 LD—Hainaut Saubre CRM，系比利時(shí)開發(fā)的用于吹煉高磷鐵水的頂?shù)讖?fù)合吹煉轉(zhuǎn)爐 煉鋼法，即 LD+底吹氧，用碳?xì)浠衔锉Ｗo(hù)噴嘴。 19、LD-AC 法： 原文為 LD - Arbed - Centre National，法國(guó)鋼鐵研究所開發(fā)的頂吹氧氣噴石灰粉煉鋼法，用于 吹煉高磷鐵水。 20、KS 法： 原文 Klockner Steel***，系采用 100%固體料操作的底部噴煤粉氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝。底吹氧 比率為 60%～100%。 21、K—ES 法： 將底吹氣體技術(shù)、二次燃燒技術(shù)和噴煤粉技術(shù)結(jié)合起來(lái)的電弧爐煉鋼法，它是由日本東京煉 鋼公司和德國(guó) Kiokner 公司共同開發(fā)的技術(shù)，可以以煤代電。 22、FINKL—VAD 法： 電弧加熱鋼包脫氣法或稱真空電弧脫氣法。其特點(diǎn)是在真空室的蓋上增設(shè)有電弧加熱裝置， 并在真空下用氬氣攪拌。該法的脫氣效果穩(wěn)定，而且能脫硫、脫碳和加入大量合金。設(shè)備主 要由真空室、電弧加熱系統(tǒng)、合金加料裝置、抽真空系統(tǒng)及液壓系統(tǒng)組成。 23、DH 法： 德國(guó) Dortmund Horder 聯(lián)合冶金公司開發(fā)的一種真空處理裝置。內(nèi)襯耐火材料的真空室，下 部裝上有耐火襯的導(dǎo)管插入鋼包，真空室或鋼包周期性地放下與提升，使一部分鋼水進(jìn)入真 空室，處理后返回鋼包。上部有加合金料裝置和真空加熱保溫裝置。目前已不再建造這種設(shè) 備。 24、CLU 法： 一種不銹鋼的精煉方法。其原理與 AOD 法相同，物點(diǎn)是采用水蒸氣代替氬氣。該方法是法 國(guó) Creusot-Loire 公司和瑞典 Uddeholm 公司共同研制成功的，并于 1973 年正式投入生產(chǎn)。 水蒸氣與鋼液接觸后分解為 H2 和 O2；H2 使 CO 分壓降低。同時(shí)，該分解反應(yīng)為吸熱反應(yīng) ， 因而可抑制鋼液溫度上升。但鉻的氧化燒損比 AOD 法的嚴(yán)重。 25、CAS 法： 原文為 Composition adjustment by sealed argonbubbling ，是在氬氣密封下進(jìn)行合金成分微調(diào) 的爐外精煉方法。該法由鋼包底部吹氬，將渣排開后，下降浸漬罩，繼續(xù)吹氬，然后加合金 微調(diào)成分。其優(yōu)點(diǎn)是可精確控制成分，且合金收得率高。 26、CAS—OB 法： 原文為 Compositon adjustment by sealed argon bubbling with oxygen blowing，是在 CAS 設(shè)備 上增設(shè)吹氧槍的爐外精煉方法。降可微調(diào)合金成分外，它還可加鋁并吹氧升溫（化學(xué)熱法）， 升溫速度為 5～13℃/分。這種方法可使鋼水溫度精確地控制在 ±3℃，從而有利于配合連鑄 生產(chǎn)。 27、ASEA-SKF 法： 瑞典開發(fā)的一種鋼包精煉法。它采用低頻電磁攪拌，在常壓下進(jìn)行電弧加熱，在鋼包中造渣 精煉，在另一工位真空除氣，并設(shè)有氧槍，可在減壓下吹氧脫碳。為了提高精煉效果，它還 可在鋼包底部通過多孔磚吹氬攪拌，并能加入合金調(diào)整鋼液成分。 28、AOD 法： 氬氧脫碳法和簡(jiǎn)稱，原文為 Argon-Oxygen Decarburisation，是冶煉低碳不銹鋼的主要精煉法 。 1964 年由美國(guó)碳化物公司研制成功， 1968 年用于實(shí)際生產(chǎn)。其冶金原理是用 Ar 稀釋 CO， 使其分壓降低，達(dá)到真空的效果，從而使碳脫到很低的水平。AOD 爐體和傳動(dòng)裝置與轉(zhuǎn)爐 相類似，風(fēng)眼安放在接近爐底的側(cè)壁上，向爐內(nèi)吹入的是 Ar+O2 混合氣體，原料為初煉爐 熔化的鋼水。吹煉過程分為氧化期、還原期、精煉期。它已成為不銹鋼的主要生產(chǎn)工藝。