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鋼鐵冶鍊鋼、鐵冶金工藝的總稱。工業生產的鐵根據含碳量分為生鐵(含碳量2%以上)和鋼(含碳量低於2%)。基本生產過程是在煉鐵爐內把鐵礦石煉成生鐵,再以生鐵為原料,用不同方法煉成鋼,再鑄成鋼錠或連鑄坯。

1 鋼鐵冶鍊 -基本概述

  鋼鐵冶鍊(iron and steel smelting),鋼、鐵冶金工藝的總稱。
  工業生產的鐵根據含碳量分為生鐵(含碳量2%以上)和鋼(含碳量低於2%)。基本生產過程是在煉鐵爐內把鐵礦石煉成生鐵,再以生鐵為原料,用不同方法煉成鋼,再鑄成鋼錠或連鑄坯。

2 鋼鐵冶鍊 -鐵冶鍊

  現代煉鐵絕大部分採用高爐煉鐵,個別採用直接還原煉鐵法和電爐煉鐵法。高爐煉鐵是將鐵礦石在高爐中還原,熔化煉成生鐵,此法操作簡便,能耗低,成本低廉,可大量生產。生鐵除部分用於鑄件外,大部分用作鍊鋼原料。由於適應高爐冶鍊的優質焦炭煤日益短缺,相繼出現了不用焦炭而用其他能源的非高爐煉鐵法。直接還原煉鐵法,是將礦石在固態下用氣體或固體還原劑還原,在低於礦石熔化溫度下,煉成含有少量雜質元素的固體或半熔融狀態的海綿鐵、金屬化球團或粒鐵,作為鍊鋼原料(也可作高爐煉鐵或鑄造的原料)。電爐煉鐵法,多採用無爐身的還原電爐,可用強度較差的焦炭(或煤、木炭)作還原劑。電爐煉鐵的電加熱代替部分焦炭,並可用低級焦炭,但耗電量大,只能在電力充足、電價低廉的條件下使用。

3 鋼鐵冶鍊 -鋼冶鍊

  鍊鋼主要是以高爐煉成的生鐵和直接還原煉鐵法煉成的海綿鐵以及廢鋼為原料,用不同的方法煉成鋼。主要的鍊鋼方法有轉爐鍊鋼法、平爐鍊鋼法、電弧爐鍊鋼法3類(見鋼,轉爐,平爐,電弧爐)。以上3種鍊鋼工藝可滿足一般用戶對鋼質量的要求。為了滿足更高質量、更多品種的高級鋼,便出現了多種鋼水爐外處理(又稱爐外精鍊)的方法。如吹氬處理、真空脫氣、爐外脫硫等,對轉爐、平爐、電弧爐煉出的鋼水進行附加處理之後,都可以生產高級的鋼種。對某些特殊用途,要求特高質量的鋼,用爐外處理仍達不到要求,則要用特殊鍊鋼法煉製。如電渣重熔,是把轉爐、平爐、電弧爐等冶鍊的鋼,鑄造或鍛壓成為電極,通過熔渣電阻熱進行二次重熔的精鍊工藝;真空冶金,即在低於1個大氣壓直至超高真空條件下進行的冶金過程,包括金屬及合金的冶鍊、提純、精鍊、成型和處理。
  鋼液在鍊鋼爐中冶鍊完成之後,必須經盛鋼桶(鋼包)注入鑄模,凝固成一定形狀的鋼錠或鋼坯才能進行再加工。鋼錠澆鑄可分為上鑄法和下鑄法。上鑄鋼錠一般內部結構較好,夾雜物較少,操作費用低;下鑄鋼錠表面質量良好,但因通過中注管和湯道,使鋼中夾雜物增多。近年來,在鑄錠方面出現了連續鑄鋼、壓力澆鑄和真空澆鑄等新技術。

4 鋼鐵冶鍊 -加入輔料

綜述

  鋼鐵冶鍊過程中,為了除去磷、硫等雜質,造成反應性好、數量適當的爐渣,需要加入冶金熔劑如石灰石、石灰或螢石等;為了控制出爐鋼水溫度不致過高,需要加入冷卻劑如氧化鐵皮、鐵礦石、燒結礦或石灰石等;為了除去鋼水中的氧,需要加入脫氧劑如錳鐵、硅鐵等鐵合金等。上述材料統稱為輔助原料。石灰石

  主要由方解石組成,化學成分為CaCO3。純方解石含CaO56%、CO244%。開採出的石灰石因有雜質,CaO的含量一般為50~55%。在鋼鐵冶鍊中,石灰石是造渣用的鹼性熔劑,要求:①CaO含量高。②SiO2、Al2O3、S、P含量低。SiO2和Al2O3能降低石灰石作為熔劑的有效性能。在高爐冶鍊中,石灰石里的SiO2和Al2O3含量每增加1%,其有效熔劑性能約降低2.8%。③大中型高爐用的石灰石,粒度為20~50毫米,小高爐為10~30毫米。白雲石

  純白雲石 【CaMg(CO3)2】 含MgO21.9%、CaO30.4%、CO247.7%。天然白雲石還含有SiO2、Fe2O3、Al2O3等雜質,顏色通常呈灰白色或淡黃色。白雲石在鋼鐵工業中大量用作鹼性耐火材料,焦油白雲石用作鍊鋼爐爐襯。白雲石還用作鹼性熔劑,以提高爐渣中 MgO的含量,改善流動性,利於脫硫,減少爐襯熔損。對作為熔劑的白雲石的要求是含MgO高,含Al2O3、Fe2O3和SiO2低。中國白雲石的化學成分一般為:CaO26~31%,MgO17~21%,SiO21~5%,Al2O30.5~3%,Fe2O30.1~3%,CO243~46%。 石灰

  由石灰石煅燒而成,是鍊鋼最重要的熔劑。煅燒石灰必須用優質的石灰石原料,合適的煅燒設備,控制得當的煅燒過程和使用低硫低灰分燃料。採用緩慢加熱高溫煅燒所得的粗晶粒石灰(稱為硬燒或死燒石灰),在鍊鋼爐中熔化慢,不易成渣。採用快速加熱迅速通過高溫區所得的晶粒細、活度大的石灰(稱為活性石灰或軟燒活性石灰),在鍊鋼爐中可防止鋼液表面散熱過多,熔化快,容易成渣,從而提高了脫硫、脫磷效率。鍊鋼用活性石灰的質量要求是:CaO>92%;P<0.008%;S厘米;活性度>360毫升(滴定法);粒度10~30毫米。石灰還用於鐵水的爐外脫硫(見鐵水爐外脫硫)。螢石

  又名氟石,主要化學成分為CaF2,有黃、淡紫、玫瑰、綠黑等各種顏色的結晶,比重 3.2,熔化溫度約935℃。在高爐中,螢石作洗爐用(通過降低熔點,清除爐牆結瘤);在鍊鋼中,用作助熔劑,可降低石灰的熔點,改善爐渣流動性,提高脫硫效率。螢石分解後有強腐蝕性,對設備和爐襯不利,使用量應適當控制。鋼鐵冶鍊用螢石的成分:CaF275~95%,SiO25~20%,S0.10~1.5%。 氧化鐵皮

  又稱鐵鱗,是鋼錠和鋼坯在加熱和軋制過程中產生的。它含鐵約70~75%,在鍊鋼中可用作氧化劑;鍊鋼精鍊期使用它能加速石灰溶解,且不降低熔渣鹼度,又有利於熔池沸騰,對去磷有一定效果。此外氧化鐵皮可配加入燒結料,以及在鐵合金冶鍊中用以代替鋼屑。錳礦

  用於冶鍊錳鐵,有時用於高爐煉鐵以調整生鐵含錳量,或用於高爐洗爐。
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