冶金工程導論作業(yè)

我知道的煉鋼姓名：儀彤班級：安全141班學號：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，在石油工程導論和冶金工程導論之間猶豫不定，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。雖然上了一個學期的冶金工程導論課，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，用學術性的話來說，煉鋼過程的實質其實是許多非常復雜的高溫物理化學轉變的綜合過程，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。看的我是暈暈乎乎的，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術性語言打敗，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鋼的國家之一?？脊殴ぷ髡咴浽诤祥L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了，煉鋼生產在中國已有2500多年的歷史。春秋戰(zhàn)國時期，楚國制造的兵器聞名天下。《史記·禮書》和《茍子·議兵篇》中都談到楚國的宛（今河南省南陽）出產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，質地軟，雜質多，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，然后經過鍛打，除掉雜質又滲進碳，從而得到鋼。為了提高鋼的質量，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，百煉鋼已經相當普遍了。在三國時期，百煉鋼已經相當普遍了。百煉鋼的需要越來越大，由于它的原料塊煉鐵的生產效率很低，冶煉出來以后必須經過“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——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，一種是轉爐煉鋼工藝，另一種是電弧爐煉鋼工藝。1.2.1轉爐煉鋼工藝轉爐煉鋼轉爐煉鋼是以鐵水、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反應產生熱量而在轉爐中完成煉鋼過程。1.2.1.1氧氣頂吹轉爐煉鋼工藝其中，書本上主要介紹了氧氣頂吹轉爐煉鋼工藝，且在氧氣頂吹轉爐一經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。

但在氧氣頂吹轉爐煉鋼工藝推廣下，也加快了頂?shù)讖痛缔D爐加工工藝的問世腳步。1.2.1.2頂?shù)讖痛缔D爐工藝這是在氧氣頂吹轉爐煉鋼法和氧氣底吹轉爐煉鋼法兩種方法(簡稱頂吹法和底吹法)的基礎上發(fā)展起來的一種方法。它發(fā)揮了氧氣頂吹轉爐和氧氣底吹轉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。復吹方法的吹煉特點是：從煉鋼熔池上部通過頂吹氧槍供應煉鋼主要用氧，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的冶金反應。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；脫碳反應在泡沫渣內進行；通過調節(jié)氧槍位置，能將爐內部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)讖痛缔D爐頂?shù)讖痛缔D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，有利于鋼質量的提高。到目前為止，國內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，可調整爐內氣氛，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。隨著電弧爐設備的改進以及冶煉技術的提高，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合金鋼，而且大量用來生產普通碳素鋼，其產量在主要工業(yè)國家鋼總產量中的比重，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,隨即使之轉變?yōu)榘自Ａ碛谢鸫u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，我國轉爐煉鋼生產流程工藝與裝備技術的進步幅度是明顯的。而未來，這種生產流程結構不盡合理的現(xiàn)象亦會逐步改變。近年來，我國轉爐鋼產量占粗鋼總產量的比例日益增強，2003年我國轉爐鋼比為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，我國與之相比轉爐鋼比過高。未來我國這種鋼鐵生產流程結構不盡合理的現(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，我國轉爐生產流程工藝與裝備技術的進步幅度更加明顯。目前，轉爐煉鋼仍是世界上最主要的煉鋼方法，其鋼產量占世界鋼總產量的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爐鋼產量的增長提供了良好條件。因此，轉爐鋼產量近年來獲得了快速增長。2905年我國轉爐鋼產量為3.14億噸，到2013年提高到7.65億噸。隨著轉爐鋼產量的增加，轉爐煉鋼生產工藝技術也得到迅速發(fā)展。轉爐煉鋼技術進步主要體現(xiàn)在以下幾個方面。1.3.1轉爐裝備日趨大型化2001年我國100噸以上大型轉爐只有30座，產能為3602萬噸。至2013年增長到345座，產能超過5.08億噸，13年間大型轉爐的生產能力增長了14倍。其中300噸轉爐從3座增加到11座，產能從678萬噸增長到2759萬噸以上。從數(shù)量上來看，我國現(xiàn)有轉爐中以100-199噸的轉爐數(shù)量最多，而200噸及以上的轉爐數(shù)量最少，我國仍然保有一定數(shù)量的30噸以下的轉爐。因此，淘汰落后產能任務艱巨。目前，我國100噸及以上轉爐的產能約占全部轉爐產能的67.5%。隨著淘汰落后產能力度的加大，我國轉爐將進一步朝著大型化方向發(fā)展。1.3.2轉爐生產工藝進一步優(yōu)化提高鋼材潔凈度是21世紀鋼材質量發(fā)展的重大技術方向。為提高鋼材質量且擴大冶煉鋼種，我國大、中型轉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的爐外精煉裝置，一般多采用LF精煉，有些轉爐煉鋼廠還配置了Ⅵ）精煉裝置，從而為高附加值鋼種的生產提供了有利條件。我國自主設計建設的京唐公司300噸轉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噸轉爐大型煉鋼廠。經過近兩年的技術攻關，脫磷爐生產周期28min，脫碳爐32min；單爐班產爐數(shù)從7-8爐次提高至16爐次，轉爐生產效率提高1倍，出鋼溫度平均降低20℃。鐵水“三脫”預處理比例達到90%；月平均轉爐終點[P]為0.006%，P+S]為150×10-6；和爐外精煉相匹配可穩(wěn)定生產[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)轉爐煉鋼成本降低37.39元／t鋼，標志著我國大型轉爐煉鋼技術已接近國際領先水平。與此同時，國內一些鋼鐵企業(yè)也在積極嘗試頂?shù)讖痛缔D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。由于煉鋼生產結構的優(yōu)化完善，鋼材潔凈度生產水平大幅度提高，也使轉爐鋼的生產品種逐步擴大，許多市場需要的高品質鋼，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，高品質軸承、齒輪和非調質鋼，高強鋼絲如簾線鋼、彈簧鋼絲等產品，都已在轉爐鋼廠穩(wěn)定生產，成為近幾年鋼鐵產品結構優(yōu)化的主要基礎。1.3.3轉爐全自動吹煉技術迅速發(fā)展隨著轉爐大型化全自動吹煉技術在國內迅速推廣，大于100噸轉爐采用以副槍為基礎的動態(tài)控制技術，小于100噸轉爐則采用投擲式測頭與煙氣分析（或兩者相結合）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。隨著國內轉爐全自動吹煉技術的推廣與完善，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%，轉爐生產率大大提高，消耗降低的效果十分明顯。1.3.4“負能”煉鋼技術取得重大進展2005年以后，我國轉爐煉鋼廠高度重視“負能”煉鋼技術，實現(xiàn)“負能”煉鋼的鋼廠日益增多。特別是100噸以上的大、中型轉爐，95%以上的轉爐都實現(xiàn)了轉爐工序“負能煉鋼”?；厥辙D爐煤氣和蒸汽是實現(xiàn)轉爐冶煉能耗“負值”的主要手段。我國“負能煉鋼”技術的迅速發(fā)展得益于以下三方面：一是煉鋼工藝結構的優(yōu)化。隨著國內新建100噸以上大、中型轉爐的增多，配備了煤氣、蒸汽回收與余熱發(fā)電等設施，為“負能煉鋼”打下設備基礎；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。1.3.5轉爐使用壽命進一步提高爐齡是轉爐煉鋼的重要技術指標，提高爐齡在降低生產成本的同時，也提高了轉爐生產效率。濺渣護爐的基本原理是利用高速氮氣將成分調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，爐壁冷卻與爐內鋼渣對爐襯的導熱基本實現(xiàn)了動態(tài)平衡。此時，爐襯與濺渣層的結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。國內鋼廠據(jù)此研發(fā)出了長壽轉爐生產工藝，進而使轉爐爐齡達到30000爐以上，爐役期和產鋼量同步增長，耐火材料消耗和噸鋼成本也相應降低。1.4我國轉爐煉鋼發(fā)展存在的問題我國小型轉爐目前還有相當大的比例，與精煉、連鑄的匹配關系還有待優(yōu)化。轉爐煉鋼原料質量有待提高。我國轉爐煉鋼用石灰的含硫量比較高，許多鋼廠達0.06%甚至更高，這不僅影響轉爐鋼的性能，而且冶煉過程中產生的二氧化硫對環(huán)境也會造成嚴重污染。我國轉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)轉爐煉鋼生產都實現(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。國內企業(yè)的控制水平與先進指標還有一定差距。我國轉爐煉鋼技術發(fā)展不平衡。無論是自動煉鋼水平、同樣爐齡復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