生產(chǎn)鋼鐵所需要的原料

生產(chǎn)鋼鐵所需要的原料一、原材料

鋼的源頭是鐵礦砂，即鐵元素(Fe)在自然界中的存在形式，純粹的鐵在自然界中是不存在的，鐵礦砂主要分為磁鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦三種，這些都是鐵的氧化物，不同之處在于它們的氧化方式。鐵礦砂中的含鐵量越高越好，理論上鐵礦砂中的最高含鐵量在72%左右，含鐵量在60%以上稱為富鐵礦。鐵礦砂先在熔爐內(nèi)還原成鐵(銑鐵)，再送入煉鋼爐內(nèi)脫碳精煉成鋼，廢鋼也可在煉鋼爐熔煉再生。一般鋼鐵依使用用途制成性質(zhì)、形狀各異的商品，既所謂的鋼鐵制品。通常鋼鐵制品是將鐵礦石還原，熔解成銑鐵(煉銑)，銑鐵精煉成鋼(煉鋼)，鋼再軋延、加工后制成各種鋼鐵制品，廣義的鋼鐵制品包含鑄鐵、鑄鋼、鍛造鋼品及鋼材加工的制品。

在討論鋼鐵的原料之前，我們先要弄清楚，究竟鋼和鐵有什么不同？是否有不同的成份呢？在日常生活上大家總是把鋼和鐵聯(lián)在一起稱為“鋼鐵”，可見鋼和鐵應該是一種物質(zhì)才對；事實上，由科學的眼光來看，鋼和鐵是有少許不同的，它們的主要成份都是鐵元素，只是所含的碳元素量不同。我們通常以碳的含量在2%以上的叫“生鐵”，低于這個數(shù)值的叫“鋼”。因此，在冶煉鋼鐵的過程中，含鐵的礦石先在鼓風爐(blastfurnace)(高爐)中被冶煉成熔融生鐵，而后熔融生鐵再放到煉鋼爐(steelmakingfurnace)中精煉成鋼。

生產(chǎn)鋼鐵所需要的原料分成四大類來分別討論：第一類討論的是各種含有鐵質(zhì)的礦石原料；第二類是煤和焦炭；第三類則討論在冶煉的過程中用來制造熔碴(sl*g)的熔劑(或稱助熔劑flux)，如石灰石等；最后一類是各種輔助原料，如廢鋼料(scrap)、氧氣等。

二、鐵礦石種類及分布

在理論上來說，凡是含有鐵元素或鐵化合物的礦石都可以叫做鐵礦石。但是，在工業(yè)上或者商業(yè)上來說，鐵礦石不但是要含有鐵的成份，而且必須有利用的價值才行?？墒?，由于很難絕對性的判定一個礦石是否有利用價值，所以在工業(yè)上很難訂立一個鐵礦石的標準。舉例來說，歐洲所產(chǎn)的鐵礦品質(zhì)很差，而且含鐵量很低，只是因為他們找不到好的礦石，所以他們就把這種礦石稱為鐵礦石；而澳洲目前因為品質(zhì)好含鐵量高的礦石存量很多，所以像歐洲所用的那種礦石在澳洲已經(jīng)認為毫無價值。那么，在歐洲所使用的鐵礦石，在美國就不被鋼鐵業(yè)界認為是鐵礦石了。再譬如說，在過去被認為含鐵量太低沒有利用價值的礦石，由于現(xiàn)在工業(yè)技術的進步，發(fā)展出許多廉價的方法來富化礦石中鐵的成份，于是這些含鐵量低的礦石也就成為有價值的鐵礦石了。于是，我們歸納出一個結(jié)論，就是在工業(yè)上對于鐵礦石判定的標準是隨著地區(qū)性的供求關系、工業(yè)技術水準的改變及交通運輸?shù)臓顩r而改變的。以目前的標準來看，礦石中的平均含鐵量大約在25%以上，才被稱為有利用價值的鐵礦石。

鐵都是以化合物的狀態(tài)存在于自然界中，尤其是以氧化鐵的狀態(tài)存在的量特別多?，F(xiàn)在將幾種比較重要的鐵礦石提出來說明：(前三種是主要種類)

(1)磁鐵礦(Magnetite)是一種氧化鐵的礦石，主要成份為Fe3O4，是Fe2O3和FeO的復合物，呈黑灰色，比重大約5.15左右，含F(xiàn)e72.4%，O27.6%，具有磁性。在選礦(Beneficiation)時可利用磁選法，處理非常方便；但是由于其結(jié)構(gòu)細密，故被還原性較差。經(jīng)過長期風化作用后即變成赤鐵礦。

(2)赤鐵礦(Hematite)也是一種氧化鐵的礦石，主要成份為Fe2O3，呈暗紅色，比重大約為5.26，含F(xiàn)e70%，O30%，是最主要的鐵礦石。由其本身結(jié)構(gòu)狀況的不同又可分成很多類別，如赤色赤鐵礦(RedHematite)、鏡鐵礦(Specularhematite)、云母鐵礦(Micaceoushematite)、粘土質(zhì)赤鐵(RedOcher)等。

(3)褐鐵礦(Limonite)這是含有氫氧化鐵的礦石。它是針鐵礦(Goethite)HFeO2和鱗鐵礦(Lepidocrocite)FeO(OH)兩種不同結(jié)構(gòu)礦石的統(tǒng)稱，也有人把它主要成份的化學式寫成mFe2O3nH2O，呈現(xiàn)土黃或棕色，含有Fe約62%，O27%，H2O11%，比重約為3.6～4.0，多半是附存在其它鐵礦石之中。

(4)菱鐵礦(Siderite)是含有碳酸鐵的礦石，主要成份為FeCO3，呈現(xiàn)青灰色，比重在3.8左右。這種礦石多半含有相當多數(shù)量的鈣鹽和鎂鹽。由于碳酸根在高溫約800～900℃時會吸收大量的熱而放出二氧化碳，所以我們多半先把這一類礦石加以焙燒之后再加入鼓風爐。(5)鐵的硅酸鹽礦(SilicateIron)此類礦石是一種復合鹽，沒有一定的化學式，成份的變化很大，一般呈現(xiàn)深綠色，比重為3.8左右，含鐵成份很低，是一種較差的鐵礦石。

(6)硫化鐵礦(Sulphideiron)這種礦石含有FeS2，含F(xiàn)e只有46.6%而S的含量達到53.4%。呈現(xiàn)灰黃色，比重大約為4.95～5.10。由于這種礦石常常含有許多其它較貴重的金屬如銅(Copper)、鎳(Nickel)、鋅(Zinc)、金(Gold)、銀(Silver)等，所以常被用做他種金屬冶煉工業(yè)的原料；又由于它含有大量的硫，所以常被用來提制硫磺，鐵反而變成了副產(chǎn)品，所以事實上已不能稱為鐵礦石。

鐵在地球表面，分布非常廣泛，而且存量也極為豐富，幾乎所有的巖石和動植物的殘骸之中都含有少許鐵的成份；根據(jù)地質(zhì)學家的估計，地殼中大約有4～5%是鐵的元素。

雖然這許多含鐵的物質(zhì)中只有極少部份是具有價值的鐵礦石，但是它的存量已經(jīng)是極為豐富。對于地球上鐵礦石貯存量的估計，目前沒有一個可以確信的數(shù)字。目前已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)的主要產(chǎn)鐵礦國有美國、加拿大、巴西、澳洲、南非、印度、法國、英國、瑞典、西班牙、蘇俄、中國、委內(nèi)瑞拉等。

中國鐵礦資源有兩個特點：一是貧礦多，貧礦出儲量占總儲量的80%；二是多元素共生的復合礦石較多。此外礦體復雜，有些貧鐵礦床上部為赤鐵礦，下部為磁鐵礦。

(1)東北地區(qū)鐵礦東北的確鐵礦主要是鞍山礦區(qū)，它是目前我國儲量開采量最大的礦區(qū)，大型礦體主要分布在遼寧省的鞍山(包括大弧山、櫻桃園、東西鞍山、弓長嶺等)、本溪(男芬、歪頭山、通遠堡等)，部分礦床分布在吉林省通化附近。鞍山礦區(qū)是鞍鋼、本鋼的主要原料基地。

鞍山礦區(qū)礦石的主要特點：

1)除極少富礦外，約占儲量的98%為貧礦，含鐵量20～40%，平均30%左右。必須經(jīng)過選礦處理，精選后含鐵量可達60%以上。

2)礦石礦物以磁鐵礦和赤鐵礦為主，部分為假象赤鐵礦和半假象赤鐵礦。其結(jié)構(gòu)致密堅硬，脈石分布均勻而致密，選礦比較困難，礦石的還原性較差。

3)脈石礦物絕大部分是由石英石組成的，SiO2在40～50%。但本溪通遠堡鐵礦為自溶性礦石，其堿度(Ca+Mg/SiO2)在1以上。且含錳1.29～7.5%可代替錳礦使用。

4)礦石含S、P雜質(zhì)很少，本溪男芬鐵礦含P很低，是冶煉優(yōu)質(zhì)生鐵的好原料。

(2)華北地區(qū)鐵礦主要分布在河北省宣化、遷安和邯鄲、邢臺地區(qū)的武安、礦山村等的地區(qū)以及內(nèi)蒙和山西各地。是首鋼、包鋼、太鋼和邯鄲、宣化及陽泉等鋼鐵廠的原料基地。

遷灤礦區(qū)礦石為鞍山式貧磁鐵礦，含酸性脈石，S、P雜質(zhì)少，礦石的可選性好。

邯邢礦區(qū)主要是赤鐵礦和磁鐵礦，礦石含鐵量在40%-55%之間，脈石中含有一定的堿性氧化物，部分礦石S高。

(3)中南地區(qū)鐵礦中南地區(qū)鐵礦以湖北大冶鐵礦為主，其他如湖南的湘潭，河南省的安陽、舞陽，江西和廣東省的海南島等地都有相當規(guī)模的儲量，這些礦區(qū)分別成為武鋼、湘鋼及本地區(qū)各大中型高爐的原料供應基地。

大冶礦區(qū)是我國開采最早的礦區(qū)之一，主要包括鐵山、金山店、成潮、靈鄉(xiāng)等礦山，儲量比較豐富。礦石主要是鐵銅共生礦，鐵礦物主要為磁鐵礦，其次是赤鐵礦，其他還有黃銅礦和黃鐵礦等。礦石含鐵量40-50%，最高的達54-60%。脈石礦物有方解石、石英等，脈石中含SiO28%左右，有一定的溶劑性(CaO/SiO2為0.3左右)，礦石含P低，(一般0.027%)，含S高且波動很大(0.01-1.2%)，并含有Cu(0.2-1.0%)和Co(0.013%-0.025%)等含有色金屬。礦石的還原性較差，礦石經(jīng)燒結(jié)、球團造塊后入高爐冶煉。

1、鋼鐵是怎樣煉成的？

煉鋼的主要任務是按所煉鋼種的質(zhì)量要求，調(diào)整鋼中碳和合金元素含量到規(guī)定范圍之內(nèi)，并使P、S、H、O、N等雜質(zhì)的含量降至允許限量之下。煉鋼過程實質(zhì)上是一個氧化過程，爐料中過剩的碳被氧化，燃燒成CO氣體逸出，其它Si、P、Mn等氧化后進入爐渣中。S部份進入煉渣中，部份則生成SO2排出。當鋼水成份和溫度達到工藝要求后，即可出鋼。為了除去鋼中過剩的氧及調(diào)整化學成份，可以添加脫氧劑和鐵合金或合金元素。

2、轉(zhuǎn)爐煉鋼簡介

從魚雷車運來的鐵水經(jīng)過脫硫、擋渣等處理后即可倒入轉(zhuǎn)爐中作為主要爐料，另加10%以下的廢鋼。然后，向轉(zhuǎn)爐內(nèi)吹氧燃燒，鐵水中的過量碳被氧化并放出大量熱量，當探頭測得達到預定的低碳含量時，即停止吹氧并出鋼。一般在鋼包中需進行脫氧及調(diào)整成份操作；然后在鋼液表面拋上碳化稻殼防止鋼水被氧化，即可送往連鑄或模鑄工區(qū)。對要求高的鋼種可增加底吹氬、RH真空處理、噴粉處理(噴SI—CA粉及變性石灰)可以有效降低鋼中的氣體與夾雜，并有進一步降碳及降硫的作用。在這些爐外精煉措施后還可以最終微調(diào)成份，滿足優(yōu)質(zhì)鋼材的需求。

3、初軋

模鑄鋼錠采取熱裝、熱送新工藝，進入均熱爐加熱，然后通過初軋機及鋼坯連軋機軋成板坯、管坯、小方坯等初軋產(chǎn)品，經(jīng)過切頭、切尾、表面清理，(火焰清理、打磨)高品質(zhì)產(chǎn)品則還需對初軋坯進行扒皮和探傷，檢驗合格后入庫。目前初軋廠的產(chǎn)品有初軋板坯、軋制方坯、氧氣瓶用鋼坯、齒輪用圓管坯、鐵路車輛用車軸坯及塑模用鋼等。初軋板坯主要供應熱軋廠作為原料；軋制方坯除部份外供，主要送往高速線材軋機作原料。由于連鑄板坯的先進性，初軋板坯的需求量大為削減，因此轉(zhuǎn)向上述其它產(chǎn)品了。

4、熱連軋

用連鑄板坯或初軋板坯作原料，經(jīng)步進式加熱爐加熱，高壓水除鱗后進入粗軋機，粗軋料經(jīng)切頭、尾、再進入精軋機，實施計算機控制軋制，終軋后即經(jīng)過層流冷卻(計算機控制冷卻速率)和卷取機卷取、成為直發(fā)卷。直發(fā)卷的頭、尾往往呈舌狀及魚尾狀，厚度、寬度精度較差，邊部常存在浪形、折邊、塔形等缺陷。其卷重較重、鋼卷內(nèi)徑為760mm。(一般制管行業(yè)喜歡使用。)將直發(fā)卷經(jīng)切頭、切尾、切邊及多道次的矯直、平整等精整線處理后，再切板或重卷，即成為：熱軋鋼板、平整熱軋鋼卷、縱切帶等產(chǎn)品。熱軋精整卷若經(jīng)酸洗去除氧化皮并涂油后即成熱軋酸洗板卷。該產(chǎn)品有局部替代冷軋板的趨向，價格適中，深受廣大用戶喜愛。

5、冷連軋

用熱軋鋼卷為原料，經(jīng)酸洗去除氧化皮后進行冷連軋，其成品為軋硬卷，由于連續(xù)冷變形引起的冷作硬化使軋硬卷的強度、硬度上升、韌塑指標下降，因此沖壓性能將惡化，只能用于簡單變形的零件。軋硬卷可作為熱鍍鋅廠的原料，因為熱鍍鋅機組均設置有退火線。軋硬卷重一般在6~13.5噸，鋼卷內(nèi)徑為610mm。

一般冷連軋板、卷均應經(jīng)過連續(xù)退火(CAPL機組)或罩式爐退火消除冷作硬化及軋制應力，達到相應標準規(guī)定的力學性能指標。

冷軋鋼板的表面質(zhì)量、外觀、尺寸精度均優(yōu)于熱軋板，且其產(chǎn)品厚度右軋薄至0.18mm左右，因此深受廣大用戶青睞。以冷軋鋼卷為基板進行產(chǎn)品的深加工，成為高附加值產(chǎn)品。如電鍍鋅、熱鍍鋅、耐指紋電鍍鋅、彩涂鋼板卷及減振復合鋼板、PVC復膜鋼板等，使這些產(chǎn)品具有美觀、高抗腐蝕等優(yōu)良品質(zhì)，得到了廣泛應用。冷軋鋼卷經(jīng)退火后必須進行精整，包括切頭、尾、切邊、矯平、平整、重卷、或縱剪切板等。冷軋產(chǎn)品廣泛應用于汽車制造、家電產(chǎn)品、儀表開關、建筑、辦公家具等行業(yè)。鋼板捆包后的每包重量為3~5噸。平整分卷重一般為3~10噸/卷。鋼卷內(nèi)徑610mm。

大部分鋼材加工都是通過壓力加工，使被加工的鋼(坯、錠等)產(chǎn)生塑性變形。根據(jù)鋼材加工溫度不同以分冷加工和熱加工兩種。鋼材的主要加工方法有：

軋制：將金屬坯料通過一對旋轉(zhuǎn)軋輥的間隙(各種形狀)，因受軋輥的壓縮使材料截面減小，長度增加的壓力加工方法，這是生產(chǎn)鋼材最常用的生產(chǎn)方式，主要用來生產(chǎn)型材、板材、管材。分冷軋、熱軋。

鍛造：利用鍛錘的往復沖擊力或壓力機的壓力使坯料改變成我們所需的形狀和尺寸的一種壓力加工方法。一般分為自由鍛和模鍛，常用作生產(chǎn)大型材、開坯等截面尺寸較大的材料。

拉撥：是將已經(jīng)軋制的金屬坯料(型、管、制品等)通過?？桌瓝艹山孛鏈p小長度增加的加工方法大多用作冷加工。

擠壓：是將金屬放在密閉的擠壓筒內(nèi)，一端施加壓力，使金屬從規(guī)定的?？字袛D出而得到有同形狀和尺寸的成品的加工方法，多用于生產(chǎn)有色金屬材料。

6、鋼的力學性能

6.1拉力試驗

按標準制備的拉力試樣，安裝在拉力試驗機的夾頭內(nèi)，對試樣緩慢施加單軸向拉伸應力，直至試樣被拉斷為止的試驗稱作拉力試驗。

6.1.1強度

金屬材料在外力作用下，抵抗變形和斷裂的能力叫強度。強度指標包括：比例極限、彈性極限、屈服強度、抗拉強度等。

6.1.2比例極限

對金屬施加拉力，金屬存在著力與變形成直線比例的階段，而這個階段的最大極限負荷Pp除以試樣的原橫截面積即為比例極限，用σp表示。

6.1.3彈性極限

金屬受外力作用發(fā)生了變形，外力去掉后，能完全恢復原來的形狀，這種變形稱為彈性變形。金屬能保持彈性變形的最大應力稱為彈性極限，用σe表示。

6.1.4抗拉強度

試樣拉伸時，在拉斷前所承受的最大負荷除以原橫截面積所得的應力，稱作抗拉強度，用σb表示。當材料所受的外應力大于其抗拉強度時，將會發(fā)生斷裂。因此σb越高，則表示它能承受愈大的外應力而不致于斷裂。

國外標準的結(jié)構(gòu)鋼常按抗拉強度來分類，如SS400，其中400即表示σb的最小值為400MPa超高強度鋼是指σb≥1373Mpa的鋼。

6.1.5屈強比

屈強比即屈服強度與抗拉強度之比值(σs/σb)。屈服比值越高，則該材料的強度愈高，屈強比值愈低則塑性愈佳，沖壓成形性愈好。如深沖鋼板的屈強比值為≤0.65。

彈簧鋼一般均在彈性極限范圍內(nèi)服役，受載荷時不允許產(chǎn)生塑性變形，因此要求彈簧鋼經(jīng)淬火、回火后具有盡可能高的彈性極限和屈強比值(σs/σb≥0.90)此外疲勞壽命與抗拉強度及表面質(zhì)量往往有很大關聯(lián)。

6.1.6塑性

金屬材料在受力破壞前可以經(jīng)受永久變形的性能稱為塑性。塑性指標通常伸長率和斷面收縮率表示。伸長率與斷面收縮率越高，則塑性越好。

7、沖擊韌性

用一定尺寸和形狀的金屬試樣，在規(guī)定類型的沖擊試驗上受沖擊負荷折斷時，試樣刻槽處單位橫截面上所消耗的沖擊功，稱為沖擊韌性以αk表示。目前常用的10×10×55mm，帶2mm深的V形缺口夏氏沖擊試樣，標準上直接采用沖擊功(J焦耳值)AK，而不是采用αK值。因為單位面積上的沖擊功并無實際意義。沖擊功對于檢查金屬材料在不同溫度下的脆性轉(zhuǎn)化最為敏感，而實際服役條件下的災難性破斷事故，往往與材料的沖擊功及服役溫度有關。因此在有關標準中常常規(guī)定某一溫度時的沖擊功