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(jiàn)鋼和鐵應(yīng)該是一種物質(zhì)才對(duì)；事實(shí)上，由科學(xué)的眼光來(lái)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(gè)數(shù)值的叫“鋼”。因此，在冶煉鋼鐵的過(guò)程中，含鐵的礦石先在鼓風(fēng)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(lái)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(guò)程中用來(lái)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(lái)說(shuō)，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(lái)說(shuō)，鐵礦石不但是要含有鐵的成份，而且必須有利用的價(jià)值才行?？墒牵捎诤茈y絕對(duì)性的判定一個(gè)礦石是否有利用價(jià)值，所以在工業(yè)上很難訂立一個(gè)鐵礦石的標(biāo)準(zhǔn)。舉例來(lái)說(shuō)，歐洲所產(chǎn)的鐵礦品質(zhì)很差，而且含鐵量很低，只是因?yàn)樗麄冋也坏胶玫牡V石，所以他們就把這種礦石稱為鐵礦石；而澳洲目前因?yàn)槠焚|(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(rèn)為毫無(wú)價(jià)值。那么，在歐洲所使用的鐵礦石，在美國(guó)就不被鋼鐵業(yè)界認(rèn)為是鐵礦石了。再譬如說(shuō)，在過(guò)去被認(rèn)為含鐵量太低沒(méi)有利用價(jià)值的礦石，由于現(xiàn)在工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，發(fā)展出許多廉價(jià)的方法來(lái)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(jià)值的鐵礦石了。于是，我們歸納出一個(gè)結(jié)論，就是在工業(yè)上對(duì)于鐵礦石判定的標(biāo)準(zhǔn)是隨著地區(qū)性的供求關(guān)系、工業(yè)技術(shù)水準(zhǔn)的改變及交通運(yùn)輸?shù)臓顩r而改變的。以目前的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，礦石中的平均含鐵量大約在25%以上，才被稱為有利用價(jià)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(lái)說(shuō)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(fù)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(shí)可利用磁選法，處理非常方便；但是由于其結(jié)構(gòu)細(xì)密，故被還原性較差。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期風(fēng)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(xué)式寫(xiě)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(dāng)多數(shù)量的鈣鹽和鎂鹽。由于碳酸根在高溫約800～900℃時(shí)會(huì)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(fēng)爐。(5)鐵的硅酸鹽礦(SilicateIron)此類礦石是一種復(fù)合鹽，沒(méi)有一定的化學(xué)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(dá)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(lái)提制硫磺，鐵反而變成了副產(chǎn)品，所以事實(shí)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(dòng)植物的殘骸之中都含有少許鐵的成份；根據(jù)地質(zhì)學(xué)家的估計(jì)，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(jià)值的鐵礦石，但是它的存量已經(jīng)是極為豐富。對(duì)于地球上鐵礦石貯存量的估計(jì)，目前沒(méi)有一個(gè)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(guó)有美國(guó)、加拿大、巴西、澳洲、南非、印度、法國(guó)、英國(guó)、瑞典、西班牙、蘇俄、中國(guó)、委內(nèi)瑞拉等。

中國(guó)鐵礦資源有兩個(gè)特點(diǎn)：一是貧礦多，貧礦出儲(chǔ)量占總儲(chǔ)量的80%；二是多元素共生的復(fù)合礦石較多。此外礦體復(fù)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(guó)儲(chǔ)量開(kāi)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(zhǎng)嶺等)、本溪(男芬、歪頭山、通遠(yuǎn)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(diǎn)：

1)除極少富礦外，約占儲(chǔ)量的98%為貧礦，含鐵量20～40%，平均30%左右。必須經(jīng)過(guò)選礦處理，精選后含鐵量可達(dá)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(jiān)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(yuǎn)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(tái)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(yáng)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(yáng)、舞陽(yáng)，江西和廣東省的海南島等地都有相當(dāng)規(guī)模的儲(chǔ)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(yīng)基地。

大冶礦區(qū)是我國(guó)開(kāi)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(chǔ)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(dá)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(dòng)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(tuán)造塊后入高爐冶煉。

1、鋼鐵是怎樣煉成的？

煉鋼的主要任務(wù)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(guò)程實(shí)質(zhì)上是一個(gè)氧化過(guò)程，爐料中過(guò)剩的碳被氧化，燃燒成CO氣體逸出，其它Si、P、Mn等氧化后進(jìn)入爐渣中。S部份進(jìn)入煉渣中，部份則生成SO2排出。當(dāng)鋼水成份和溫度達(dá)到工藝要求后，即可出鋼。為了除去鋼中過(guò)剩的氧及調(diào)整化學(xué)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(jiǎn)介

從魚(yú)雷車運(yùn)來(lái)的鐵水經(jīng)過(guò)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(guò)量碳被氧化并放出大量熱量，當(dāng)探頭測(cè)得達(dá)到預(yù)定的低碳含量時(shí)，即停止吹氧并出鋼。一般在鋼包中需進(jìn)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(duì)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(jìn)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(jìn)入均熱爐加熱，然后通過(guò)初軋機(jī)及鋼坯連軋機(jī)軋成板坯、管坯、小方坯等初軋產(chǎn)品，經(jīng)過(guò)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(duì)初軋坯進(jìn)行扒皮和探傷，檢驗(yàn)合格后入庫(kù)。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(yīng)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(jī)作原料。由于連鑄板坯的先進(jìn)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(jìn)式加熱爐加熱，高壓水除鱗后進(jìn)入粗軋機(jī)，粗軋料經(jīng)切頭、尾、再進(jìn)入精軋機(jī)，實(shí)施計(jì)算機(jī)控制軋制，終軋后即經(jīng)過(guò)層流冷卻(計(jì)算機(jī)控制冷卻速率)和卷取機(jī)卷取、成為直發(fā)卷。直發(fā)卷的頭、尾往往呈舌狀及魚(yú)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(jià)格適中，深受廣大用戶喜愛(ài)。

5、冷連軋

用熱軋鋼卷為原料，經(jīng)酸洗去除氧化皮后進(jìn)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(qiáng)度、硬度上升、韌塑指標(biāo)下降，因此沖壓性能將惡化，只能用于簡(jiǎn)單變形的零件。軋硬卷可作為熱鍍鋅廠的原料，因?yàn)闊徨冧\機(jī)組均設(shè)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(yīng)經(jīng)過(guò)連續(xù)退火(CAPL機(jī)組)或罩式爐退火消除冷作硬化及軋制應(yīng)力，達(dá)到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的力學(xué)性能指標(biāo)。

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(jìn)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(fù)合鋼板、PVC復(fù)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(yīng)用。冷軋鋼卷經(jīng)退火后必須進(jìn)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(yīng)用于汽車制造、家電產(chǎn)品、儀表開(kāi)關(guān)、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(guò)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(guò)一對(duì)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(zhǎng)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(lái)生產(chǎn)型材、板材、管材。分冷軋、熱軋。

鍛造：利用鍛錘的往復(fù)沖擊力或壓力機(jī)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(kāi)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(guò)?？桌瓝艹山孛鏈p小長(zhǎng)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?gòu)囊?guī)定的模孔中擠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(xué)性能

6.1拉力試驗(yàn)

按標(biāo)準(zhǔn)制備的拉力試樣，安裝在拉力試驗(yàn)機(jī)的夾頭內(nèi)，對(duì)試樣緩慢施加單軸向拉伸應(yīng)力，直至試樣被拉斷為止的試驗(yàn)稱作拉力試驗(yàn)。

6.1.1強(qiáng)度

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

6.1.2比例極限

對(duì)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(gè)階段的最大極限負(fù)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(fù)原來(lái)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(yīng)力稱為彈性極限，用σe表示。

6.1.4抗拉強(qiáng)度

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

國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)鋼常按抗拉強(qiáng)度來(lái)分類，如SS400，其中400即表示σb的最小值為400MPa超高強(qiáng)度鋼是指σb≥1373Mpa的鋼。

6.1.5屈強(qiáng)比

屈強(qiáng)比即屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度之比值(σs/σb)。屈服比值越高，則該材料的強(qiáng)度愈高，屈強(qiáng)比值愈低則塑性愈佳，沖壓成形性愈好。如深沖鋼板的屈強(qiáng)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(shí)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(qiáng)比值(σs/σb≥0.90)此外疲勞壽命與抗拉強(qiáng)度及表面質(zhì)量往往有很大關(guān)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(biāo)通常伸長(zhǎng)率和斷面收縮率表示。伸長(zhǎng)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(yàn)上受沖擊負(fù)荷折斷時(shí)，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(biāo)準(zhǔn)上直接采用沖擊功(J焦耳值)AK，而不是采用αK值。因?yàn)閱挝幻娣e上的沖擊功并無(wú)實(shí)際意義。沖擊功對(duì)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(shí)際服役條件下的災(zāi)難性破斷事故，往往與材料的沖擊功及服役溫度有關(guān)。因此在有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中常常規(guī)定某一溫度時(shí)的沖擊功