冶炼金属铁用什么方法

【专家解说】：高炉炼铁原理简介： 高炉生产是连续进行的。一代高炉（从开炉到大修停炉为一代）能连续生产几年到十几年。生产时，从炉顶（一般炉顶是由料种与料斗组成，现代化高炉是钟阀炉顶和无料钟炉顶）不断地装入铁矿石、焦炭、熔剂，从高炉下部的风口吹进热风（1000～1300摄氏度），喷入油、煤或天然气等燃料。装入高炉中的铁矿石，主要是铁和氧的化合物。在高温下，焦炭中和喷吹物中的碳及碳燃烧生成的一氧化碳将铁矿石中的氧夺取出来，得到铁，这个过程叫做还原。铁矿石通过还原反应炼出生铁，铁水从出铁口放出。铁矿石中的脉石、焦炭及喷吹物中的灰分与加入炉内的石灰石等熔剂结合生成炉渣，从出铁口和出渣口分别排出。煤气从炉顶导出，经除尘后，作为工业用煤气。现代化高炉还可以利用炉顶的高压，用导出的部分煤气发电。 高炉炼铁流程 高炉冶炼是把铁矿石还原成生铁的连续生产过程。铁矿石、焦炭和熔剂等固体原料按规定配料比由炉顶装料装置分批送入高炉，并使炉喉料面保持一定的高度。焦炭和矿石在炉内形成交替分层结构。 高炉冶炼工艺--炉前操作: 一、炉前操作的任务 1、利用开口机、泥炮、堵渣机等专用设备和各种工具，按规定的时间分别打开渣、铁口，放出渣、铁，并经渣铁沟分别流人渣、铁罐内，渣铁出完后封堵渣、铁口，以保证高炉生产的连续进行。 2.完成渣、铁口和各种炉前专用设备的维护工作。 3、制作和修补撇渣器、出铁主沟及渣、铁沟。 4、更换风、渣口等冷却设备及清理渣铁运输线等一系列与出渣出铁相关的工作。 高炉基本操作制度: 高炉炉况稳定顺行：一般是指炉内的炉料下降与煤气流上升均匀，炉温稳定充沛，生铁合格，高产低耗。 操作制度：根据高炉具体条件(如高炉炉型、设备水平、原料条件、生产计划及品种指标要求)制定的高炉操作准则。 高炉基本操作制度：装料制度、送风制度、炉缸热制度和造渣制度。 [高炉设备]高炉 ： 横断面为圆形的炼铁竖炉。用钢板作炉壳，壳内砌耐火砖内衬。高炉本体自上而下分为炉喉、炉身、炉腰、炉腹 、炉缸5部分。由于高炉炼铁技 术经济指标良好，工艺 简单 ，生产量大，劳动生产效率高，能耗低等优点，故这种方法生产的铁占世界铁总产量的绝大部分。高炉生产时从炉顶装入铁矿石、焦炭、造渣用熔剂（石灰石），从位于炉子下部沿炉周的风口吹入经预热的空气。在高温下焦炭（有的高炉也喷吹煤粉、重油、天然气等辅助燃料）中的碳同鼓入空气中的氧燃烧生成的一氧化碳和氢气，在炉内上升过程中除去铁矿石中的氧，从而还原得到铁。炼出的铁水从铁口放出。铁矿石中未还原的杂质和石灰石等熔剂结合生成炉渣，从渣口排出。产生的煤气从炉顶排出，经除尘后，作为热风炉、加热炉、焦炉、锅炉等的燃料。高炉冶炼的主要产品是生铁 ，还有副产品高炉渣和高炉煤气。 [高炉设备]高炉热风炉介绍 : 热风炉是为高炉加热鼓风的设备，是现代高炉不可缺少的重要组成部分。提高风温可以通过提高煤气热值、优化热风炉及送风管道结构、预热煤气和助燃空气、改善热风炉操作等技术措施来实现。理论研究和生产实践表明，采用优化的热风炉结构、提高热风炉热效率、延长热风炉寿命是提高风温的有效途径。 [高炉设备]铁水罐车: 铁水罐车用于运送铁水，实现铁水在脱硫跨与加料跨之间的转移或放置在混铁炉下，用于高炉或混铁炉等出铁。 钢铁常用冶炼方法 1、转炉炼钢： 一种不需外加热源、主要以液态生铁为原料的炼钢方法。其主要特点是靠转炉内液态生铁的 物理热和生铁内各组分，如碳、锰、硅、磷等与送入炉内的氧气进行化学反应所产生的热量 作冶炼热源来炼钢。炉料除铁水外，还有造渣料（石灰、石英、萤石等）；为了调整温度， 还可加入废钢以及少量的冷生铁和矿石等。转炉按炉衬耐火材料性质分为碱性（用镁砂或白 云为内衬）和酸性（用硅质材料为内衬）；按气体吹入炉内的部分分为底吹顶吹和侧吹；按 所采用的气体分为空气转炉和氧气转炉。酸性转炉不能去除生铁中的硫和磷，须用优质生铁 ， 因而应用范围受到限制。碱性转炉适于用高磷生铁炼钢，曾在西欧获得较大发展。空气吹炼 的转炉钢，因其含氮量高，且所用的原料有局限性，又不能多配废钢，未在世界范围内得到 推广。1952 年氧气顶吹转炉问世，现已成为世界上的主要炼钢方法。在氧气顶吹转炉炼钢 法的基础上，为吹炼高磷生铁，又出现了喷吹石灰粉的氧气顶吹转炉炼钢法。随氧气底吹的 风嘴技术的发展成功，1967 年德国和法国分别建成氧气底吹转炉。1971 年美国引进此项技 术后又发展了底吹氧气喷石灰粉转炉，用于吹炼含磷生铁。 1975 年法国和卢森堡又开发成 功顶底复合吹炼的转炉炼钢法。 2、氧气顶吹转炉炼钢： 用纯氧从转炉顶部吹炼铁水成钢的转炉炼钢方法，或称 LD 法；在美国通常称 BOF 法，也 称 BOP 法。它是现代炼钢的主要方法。炉子是一个直立的坩埚状容器，用直立的水冷氧枪 从顶部插入炉内供氧。炉身可倾动。炉料通常为铁水、废钢和造渣材料；也可加入少量冷生 铁和铁矿石。通过氧枪从熔池上面向下吹入高压的纯氧（含 O299.5%以上），氧化去除铁水 中的硅、锰、碳和磷等元素，并通过造渣进行脱磷和脱硫。各种元素氧化所产生的热量，加 热了熔池的液态金属，使钢水达到现定的化学成分和温度。它主要用于冶炼非合金钢和低合 金钢；但通过精炼手段，也可用于冶炼不锈钢等合金钢。 3、氧气底吹转炉炼钢： 通过转炉底部的氧气喷嘴把氧气吹入炉内熔池，使铁水冶炼成钢的转炉炼钢方法。其特点是 ； 炉子的高度与直径比较小；炉底较平并能快速拆卸和更换；用风嘴、分配器系统和炉身上的 供氧系统代替氧气顶吹转炉的氧枪系统。由于吹炼平稳、喷溅少、烟尘量少、渣中氧化铁含 量低，因此氧气底吹转炉的金属收得率比氧气顶吹转炉的高 1%～2%；采用粉状造渣料，由 于颗粒细、比表面大，增大了反应界面，因此成渣快，有利于脱硫和脱磷。此法特别适用于 吹炼中磷生铁，因此在西欧用得最广。 4、连续炼钢： 不分炉次地将原料（铁水、废钢）从炉子一端不断地加入，将成品（钢水）从炉子的另一端 不断地流出的炼钢方法。连续炼钢工艺的设想早在 19 世纪就已出现。由于这种工艺具有设 备小、工艺过程简单而且稳定等潜在优越性，几十年来许多国家都作了各种各样方法的大量 试验，其中主要有槽式法、喷雾法和泡沫法三类，但迄今为止都尚未投入工业化生产。 5、混合炼钢： 用一个炉子炼钢、另一个电炉炼还原渣或还原渣与合金，然后在一定的高度下进行冲混的炼 钢方法。用此法处理平炉、转炉及电炉所炼钢水，可提高钢的质量。冲混可增加渣、钢间的 接触面积，加速化学反应以及脱氧、脱硫，并有吸附和聚合气体及夹杂物的作用，从而提高 钢的纯结度和质量。 6、复合吹炼转炉炼钢： 在顶吹和底吹氧气转炉炼钢法的基础上，综合两者的优点并克服两者的缺点而发展起来的新 炼钢方法，即在原有顶吹转炉底部吹入不同气体，以改善熔池搅拌。目前，世界上大多数国 家用这种炼钢法，并发展了多种类型的复吹转炉炼钢技术，常见的如英国钢公司开发的以空 气+N2 或 Ar2 作底吹气体、以 N2 作冷却气体的熔池搅拌复吹转炉炼钢法——BSC ——BAP 法，德国克勒克纳——马克斯冶金厂开发的用天然保护底枪、从底部向熔池分别喷入煤和氧 的 KMS 法、日本川崎钢铁公司开发的将占总氧量 30%的氧气混合石灰粉一道从炉底吹入熔 池的 K——BOP 法以及新日本钢铁公司开发的将占总氧量 10%——20%的氧气从底部吹入， 并用丙烷或天然气冷却炉底喷嘴的 LD——OB 法等。 7、顶吹氧气平炉炼钢： 从 50 年代中期开始，在平炉生产中采用 1～5 支水冷氧枪由炉顶插入熔炼室，直接向熔池吹 氧的炼钢方法。该法改善了熔池反应的动力学条件，使碳氧反应的热效应由原来的吸热变为 放热，并改善了热工条件；生产率大幅度地得到提高。 8、电弧炉炼钢： 利用电弧热效应熔炼金属和其他物料的一种炼钢方法。炼钢用三相交流电弧炉是最常见的直 接加热电弧炉。炼钢过程中，由于炉内无可燃气体，可根据工艺要求，形成氧化性或还原性 气氛和条件，故可以用于冶炼优质非合金钢和合金钢。按电炉每吨炉容量的大小，可将电弧 炉分为普通功率电弧炉、高功率电弧炉和超高功率电弧炉。电弧炉炼钢向高功率、超高功率 发展的目的是为了缩短冶炼时间、降低电耗、提高生产率、降低成本。随着高功率和超高功 率电炉的出现，电弧炉已成为熔化器，一切精炼工艺都在精炼装置内进行。近十年来直流电 弧炉由于电极消耗低、电压波动小和噪音小而得到迅速发展，可用于冶炼优质钢和铁合金。 9、STB 法： 原文为 Sumitomo Top and Bottom blowing process，由日本住友金属公司开发的顶底复吹转炉 炼钢法。该法综合了氧气顶吹转炉炼钢法和氧气底吹转炉炼钢法两者的优点。用于吹炼低碳 钢，脱磷效果好且成本下降显著。所用的底吹气体为 O2、CO2、N2 等。在 STB 法基础上 又开发了从顶部喷吹粉末的 STB—P 法，进一步改善了高碳钢的脱磷条件，并用于精炼不锈 钢。 10、RH 法： 又称循环法真空处理。由德国 Ruhrstahl/Heraeus 二公司共同开发。真空室下方装有两个导管 ， 插入钢水，抽真空后钢水上升至一定高度，再在上升管吹入惰性气体 Ar、Ar 上升带动钢液 进入真空室接受真空处理，随后经另一导管流回钢包。真空室上装有加合金的加料系统。此 法已成为大容量钢包（＞80t）的钢水主要真空处理方法。 11、RH—OB： RH 吹氧法。是在真空循环脱气（RH）法中加上吹氧操作（Oxygen Blow ing）来升温。用于 精炼不锈钢，是利用减压下可优先进行脱碳反应；用于精炼普通钢则可减轻转炉负荷。也可 采用加铝升温。 12、OBM —S 法： 原文为 Oxygen Bottom Maxhutte—Scarp，由德国 Maxhutte-Klockner 厂发明的以天然气或丙 烷作底吹氧枪冷却介质的氧气底吹转炉炼钢法。OBM —S 是在 OBM 氧气底吹转炉的炉帽上 安装侧吹氧枪，底部氧枪吹煤气、天然气预热废钢，从而达到增加废钢比的目的。 13、NK—CB 法： 原文为 NKK Combined Blow ing System，由日本钢管公司于 1973 年建立的顶底复吹转炉炼 钢法，即在顶吹的同时，从炉底吹入少量气体（Ar，CO2，N2），以加强钢渣的搅拌，并控 制钢水中的 CO 分压。该法采用多孔砖喷嘴，用于炼低碳钢可降低成本；用于炼高碳钢则有 利于脱磷。该法应与铁水预处理工艺结合起来 14、MVOD： 在 VAD 法的设备上增设水冷氧枪，使之在真空下可吹氧脱碳的方法，由于真空下脱碳为放 热反应，可省去 VAD 法的真空加热措施。操作过程与 VOD 法相同。 15、LF 法： 原文为 Ladle Furnace，是 1971 年日本特殊钢公司（大同钢特殊钢公司）开发的钢包炉精炼 法。其设备和工艺由氩气搅拌、埋弧加热和合金加料系统组合而成。这种工艺的优点是：能 精确地控制钢水化学成分和温度；降低夹杂物含量；合金元素收得率高。LF 炉已成为炼钢 炉与连铸机之间不可缺少的一种炉外精炼设备。 16、LD 炼钢法： 1952 年奥钢联林茨（Linz）厂与奥地利阿尔卑斯矿冶公司多纳维茨（Donawitz）厂最早在工 业上开发成功的氧气顶吹转炉炼钢法，并以该两厂的第一个字母而命名。该法问世后在全世 界范围迅速得到推广。美国称此法为 BOF 或 BOP 法 ，即 Basic Oxygen Furnace 或 Process 的 简称。详见氧气顶吹, 转炉。 17、LD—OTB 法： 原文为 LD—Oxgyen Top an Bottom Process，由日本神户制钢公司加古川厂开发的顶底复合 吹炼转炉炼钢工艺。其特点是使用了专门的底吹单环缝形喷嘴（SA 喷嘴），因而底吹气体能 控制在很宽的范围内。底部吹入惰性气体。 18、LD—HC 法： 原文为 LD—Hainaut Saubre CRM，系比利时开发的用于吹炼高磷铁水的顶底复合吹炼转炉 炼钢法，即 LD+底吹氧，用碳氢化合物保护喷嘴。 19、LD-AC 法： 原文为 LD - Arbed - Centre National，法国钢铁研究所开发的顶吹氧气喷石灰粉炼钢法，用于 吹炼高磷铁水。 20、KS 法： 原文 Klockner Steel***，系采用 100%固体料操作的底部喷煤粉氧气转炉炼钢工艺。底吹氧 比率为 60%～100%。 21、K—ES 法： 将底吹气体技术、二次燃烧技术和喷煤粉技术结合起来的电弧炉炼钢法，它是由日本东京炼 钢公司和德国 Kiokner 公司共同开发的技术，可以以煤代电。 22、FINKL—VAD 法： 电弧加热钢包脱气法或称真空电弧脱气法。其特点是在真空室的盖上增设有电弧加热装置， 并在真空下用氩气搅拌。该法的脱气效果稳定，而且能脱硫、脱碳和加入大量合金。设备主 要由真空室、电弧加热系统、合金加料装置、抽真空系统及液压系统组成。 23、DH 法： 德国 Dortmund Horder 联合冶金公司开发的一种真空处理装置。内衬耐火材料的真空室，下 部装上有耐火衬的导管插入钢包，真空室或钢包周期性地放下与提升，使一部分钢水进入真 空室，处理后返回钢包。上部有加合金料装置和真空加热保温装置。目前已不再建造这种设 备。 24、CLU 法： 一种不锈钢的精炼方法。其原理与 AOD 法相同，物点是采用水蒸气代替氩气。该方法是法 国 Creusot-Loire 公司和瑞典 Uddeholm 公司共同研制成功的，并于 1973 年正式投入生产。 水蒸气与钢液接触后分解为 H2 和 O2；H2 使 CO 分压降低。同时，该分解反应为吸热反应 ， 因而可抑制钢液温度上升。但铬的氧化烧损比 AOD 法的严重。 25、CAS 法： 原文为 Composition adjustment by sealed argonbubbling ，是在氩气密封下进行合金成分微调 的炉外精炼方法。该法由钢包底部吹氩，将渣排开后，下降浸渍罩，继续吹氩，然后加合金 微调成分。其优点是可精确控制成分，且合金收得率高。 26、CAS—OB 法： 原文为 Compositon adjustment by sealed argon bubbling with oxygen blowing，是在 CAS 设备 上增设吹氧枪的炉外精炼方法。降可微调合金成分外，它还可加铝并吹氧升温（化学热法）， 升温速度为 5～13℃/分。这种方法可使钢水温度精确地控制在 ±3℃，从而有利于配合连铸 生产。 27、ASEA-SKF 法： 瑞典开发的一种钢包精炼法。它采用低频电磁搅拌，在常压下进行电弧加热，在钢包中造渣 精炼，在另一工位真空除气，并设有氧枪，可在减压下吹氧脱碳。为了提高精炼效果，它还 可在钢包底部通过多孔砖吹氩搅拌，并能加入合金调整钢液成分。 28、AOD 法： 氩氧脱碳法和简称，原文为 Argon-Oxygen Decarburisation，是冶炼低碳不锈钢的主要精炼法 。 1964 年由美国碳化物公司研制成功， 1968 年用于实际生产。其冶金原理是用 Ar 稀释 CO， 使其分压降低，达到真空的效果，从而使碳脱到很低的水平。AOD 炉体和传动装置与转炉 相类似，风眼安放在接近炉底的侧壁上，向炉内吹入的是 Ar+O2 混合气体，原料为初炼炉 熔化的钢水。吹炼过程分为氧化期、还原期、精炼期。它已成为不锈钢的主要生产工艺。