一、鋼鐵生産的重要性

人類自進入鐵器時代以來，積累了數千年生産和加工鋼鐵 材料的豐富經驗，已具有成熟的生産技術。自古至今，與其他工業相比，鋼鐵工業相對生産規模大、效率高、質量好和成本低，鋼鐵在工農業生産和國防建設等方面都有廣泛的應用，到目前為止還沒有其他材料能代替鋼鐵現有的地位。

如何煉鋼，如何科學煉鋼，受到各國的重視，并将之放在國家安全的地位。

優良的煉鋼技術不僅對國家的鋼鐵行業起着至關重要的影響，同時對于國家的經濟以及硬實力也是不可或缺。任何領域都離不開對鋼鐵的依賴，可以毫不誇張地說，鋼鐵在國民經濟建設各領域中都有十分重要的作用，對于整個社會是“一榮俱榮，一損俱損”。

二、鋼鐵的生産

現代鋼鐵生産流程是将鐵礦石在高爐中冶煉成生鐵，将鐵水注入轉爐或電爐冶煉成鋼，再将鋼水鑄成連鑄坯或鋼錠，經軋制等塑性變形方法加工成各種用途的鋼材。

現代鋼鐵工業是個龐大的工業部門，它包括礦山建設、采礦、選礦、燒結、焦化、煉鐵、煉鋼、軋鋼、能源供應等一系列生産環節，以及運輸、機修、動力等輔助服務部門，是一個複雜而龐大的生産體系。我國的首鋼、寶鋼、鞍鋼等都是這樣的聯合企業。

1、礦山建設及鐵礦開采

發展鋼鐵工業，首先要建設礦山，離開礦山，鋼鐵工業就成了“無米之炊”。煉一噸鐵，大約需要4噸鐵礦石(鐵礦石含鐵量在30%-40%)。一百萬噸規模的鋼鐵企業，要維持20-30年的生産大約需要1億噸的鐵礦石，因此發展鋼鐵工業離不開礦山建設。鐵礦石埋藏條件較為複雜，開采難度較大。建設礦山比較艱苦，鐵礦石一般藏于交通不便的大小山脈中，建設大型礦山，要先修築公路，鋪設鐵路，建設電站等。

礦石的主要參數為：含鐵量，國内礦石品位一般為20-40%，我國是貧鐵礦的國家，隻有海南有富礦，品位在60%左右。國外礦石(印度、巴西、南非、澳大利亞)品位在60-70%，我國進口的礦石主要從這四個國家進口。

2、選礦

從礦山開采出來的礦石不僅含鐵礦物，而且還含有其它礦物脈石及有害雜志，選礦就是把鐵礦石中的鐵礦中富集起來得到一種産物叫做鐵精礦(精礦粉)。

選礦的任務有三條:

⑴ 礦石中有用礦物與脈石分開；

⑵ 共生的其它金屬礦物分别選出來；

⑶ 把礦尾的鐵儲藏量降到最低限度。

選礦的流程是：鐵礦石--破碎--磨礦--選礦。

① 鐵精礦(精礦粉)

② 礦尾精礦粉對煉鐵影響很大，精礦粉每提高1%含鐵量，生鐵産量可提高5%左右。

破碎就是把大塊礦石破碎成40-10mm 的小礦石，常用的設備是各類破碎機。

磨礦就是将小塊礦石磨到1mm以下的顆粒。

選礦就是通過磁、重選、浮選等方法将精礦粉與礦尾分離。

3、焦化

焦碳是煉鐵的主要燃料和還原劑，也是整個高爐料柱的支持劑和疏松劑，在高爐内的一切活動中焦炭起着主要的作用，離開焦炭，高爐的正常生産是不可能的，因此煉焦也就成為鋼鐵生産的重要環節之一。

焦炭是怎樣生産的呢？它是利用煙煤在高溫高熱下形成的。當煙煤加熱到400℃以後時就會烤融成膠質體，并不斷地自身裂解而放出氣體。這類氣體經過冷凝加工以後就成為焦化産品，當溫度繼續升高，至650℃左右以後，煙煤成為膠質體基本固化，最後成為焦炭。

4、燒結

從礦山生産出來的精礦粉，必須先造塊才能夠進入高爐冶煉。(含鐵量較高的富鐵礦可以直接入高爐冶煉)。燒結的任務就是将精礦粉燒結“造塊”為高爐提供“熟料”。

造塊的方法有：燒結法、球團法、焦化法。

燒結法是将精礦粉、燃料(焦末和無煙煤粉)和溶劑(石灰石或石灰粉)按一定比例混和，利用其中燃料燃燒産生的熱量，使原料局部生産液相物，利用生産的熔融體使散粒粘成塊狀燒結礦。

5、高爐煉鐵

⑴ 冶煉原料

原料是高爐冶煉的物質基礎，精料是高爐操作穩定順行，獲得高産、優質、低耗及長壽的基本保證。

高爐冶煉用的原料主要有鐵礦石(天然富礦和人造富礦)、燃料(焦炭與噴吹燃料)、熔劑(石灰石和白雲石等)。冶煉一噸生鐵大概需要品位為63%的鐵礦石1.60-1.65噸，0.3-0.6噸焦炭，0.2-0.4噸熔劑。

⑵ 冶煉設備

高爐是煉鐵的主要設備，參數為立方米，利用系數國内一般為2.0-2.5。

如一個2500立的高爐，利用系數為2.0的話，每天鐵的産量為5000噸，一年按360天計算，一個爐子産鐵量為180萬噸。

世界最大的高爐為5500立，在俄羅斯的馬鋼。

高爐煉鐵的生産設備主要有：

（1）供料

（2）上料設備（即高爐上料機）

（3）爐頂裝料設備

（4）爐前渣鐵處理設備

（5）送風系統（也稱熱風系統）設備

（6）煤氣除塵及回收系統設備

（7）節能、環保設備。

每一種設備對于煉鐵都至關重要，不可或缺。

⑶ 高爐煉鐵流程

高爐煉鐵是以焦炭為能源基礎的傳統煉鐵方法。它與轉爐煉鋼相配合，是目前生産鋼鐵的主要方法。冶煉過程中，爐料(礦石、熔劑、焦炭) 按照确定的比例通過裝料設備分批地從爐頂分批裝入高爐。從高爐下部的風口鼓入的高溫熱風與焦炭發生反應，産生的高溫還原性煤氣上升，并使爐料加熱、還原、熔化、造渣，産生一系列的物理化學變化，最後生成液态渣、鐵聚集于爐缸，周期地從高爐排出。上升過程中，煤氣流溫度不斷降低，成分逐漸變化，最後形成高爐煤氣從爐頂排出。

高爐生産的特點可謂：連續生産、極少中斷，物流巨大、生産率高，操作準确。

高爐煉鐵的本質是鐵的還原過程，即焦炭做燃料和還原劑，在高溫下将鐵礦石或含鐵原料的鐵還原出來。從氧化物或礦物狀态(如Fe2O3、Fe3O4、Fe2SiO4、Fe3O4·TiO2等)還原為液态生鐵。主要化學反應為：

① 還原劑的生成：

C＋O2=(燃燒)CO2，

CO2 C=(高溫)2CO(煤氣)

② 鐵的還原：

Fe2O3 3CO=(高溫)2Fe 3CO2 Q(熱量)；

2Fe2O3 3C=(高溫)4Fe 3CO2↑

Fe3O4 CO=(高溫)3FeO CO2 Q

FeO CO=(高溫)Fe CO2 Q

③ 造渣反應：

CaCO3=(高溫)CaO＋CO2↑，

CaO＋SiO2=(高溫)CaSiO3。

經過還原出來的鐵水除含鐵外，還含有矽、錳、硫、磷等雜質，需在煉鋼過程進行清除。

6、煉鋼

鋼與生鐵都是以鐵元素為主，并含有少量碳、矽、錳、磷、硫以及少量的其他元素所組成的合金，二者差别就是C元素的含量。其中除Fe(鐵)外，C的含量對鋼鐵的機械性能起着主要作用，故統稱為鐵碳合金。它是工程技術中最重要、也是最主要的，用量最大的金屬材料。由于碳含量不同，組織結構不同，導緻性能差異。鐵含碳量高，硬而脆，冷熱加工性能差。一般情況下，把C＜2.11%的鐵碳合金稱為鋼，絕大多數的實用鋼種含碳量都小于1.2%。

從高爐煉出的鐵含有一定的有害元素，質脆，塑性差。因此煉鋼的基本任務就是根據煉鋼品種的要求，把生鐵中的碳量去除到規定的範圍，消除P、S、O、N等有害元素，保留或增加Si、Mn、Ni、Cr等有益元素并調整元素之間的比例，使其它元素的含量增加或減少到規定範圍。

⑴ 煉鋼過程的主要原料

有生鐵、廢鋼、熔劑(石灰石等)、脫氧劑(矽鐵、錳鐵、鋁等) 、合金料等。

⑵ 煉鋼過程的主要設備

主要有轉爐、電爐、平爐。

國内鋼鐵企業目前基本為轉爐，一般為50-250噸，煉一爐鋼平均需要20分鐘。

⑶ 煉鋼過程的主要内容

鋼鐵冶煉主要包括四部分：高爐煉鐵、轉爐煉鋼、連鑄、軋鋼。

⑷ 煉鋼過程的主要任務

①脫碳；②脫磷；③脫硫；④脫氧；⑤升溫；⑥脫氮、氫等；⑦脫氧及去除非金屬夾雜物；⑧合金化；⑨升溫；⑩凝固成型。（節能減排）

⑸ 煉鋼過程的反應原理高溫下，用氧化劑把生鐵裡過多的碳和其它雜質氧化成氣體或爐渣而除去。

目的：降碳、調矽錳、去硫磷、脫氧。

⑹ 煉鋼過程的主要反應① 降碳

2Fe＋O2=(高溫)2FeO＋QFeO＋C=(高溫)CO＋Fe－Q

② 去硫、磷FeS CaO=(高溫)FeO CaSCaO FeS C=(高溫)CaS Fe CO

2P 5FeO 3CaO=(高溫)5Fe Ca3(PO4)2

③ 調矽、錳

2FeO＋Si=(高溫)SiO2＋2Fe＋Q

2FeO SiO2=(高溫)2FeO·SiO2

2FeO·SiO2 2CaO=(高溫)2CaO·SiO2 2FeO

FeO＋Mn=(高溫)Fe＋MnO＋Q

2MnO SiO2=(高溫)2MnO·SiO2FeS MnO=(高溫)MnS FeO生成的二氧化矽、氧化錳與造渣材料生石灰相互作用成為爐渣。④ 脫氧用矽鐵、錳鐵或金屬鋁來還原鋼水中含有的少量FeO2FeO Si=(高溫)SiO2 2Fe3FeO 2Al=(高溫)3Fe Al2O3FeO Mn=(高溫)Fe MnO

⑹ 煉鋼工藝主要包括

①鐵水預處理；②轉爐或電弧爐煉鋼；③爐外精煉(二次精煉)；④連鑄。

⑺ 轉爐煉鋼生産流程

操作過程：經曆裝料(鐵水和廢鋼)、吹煉、出鋼并脫氧三個階段。

煉鋼過程是個氧化過程，去除雜質的主要手段是向熔池吹入氧氣并加入造渣劑形成熔渣。

為了得到具有高的強度和韌性或其他特殊性能的鋼，要降低生鐵中的碳，去除有害雜質P和S，脫除氧、氮和氫，再根據性能要求加入合金元素，脫除各種雜質元素在鋼水中生成的或卷入的夾雜物顆粒。如在高爐中加入CaO可以去除有害元素S和P。冶煉過程需要一定的鋼水溫度，并且最終能夠鑄造成為理想形狀的鑄坯或鋼錠，煉鋼過程要把鋼水溫度提高到合适的程度。從裝料至倒渣完畢的整個冶煉周期大約為30～40分鐘。

轉爐煉鋼是在大氣中進行，易受大氣中氧、氮、氫等氣體成分的污染。為提高鋼質量和生産效率并降低成本，現代煉鋼工藝均采用爐外精煉。

（爐外精煉即是把原來要在一般煉鋼中完成的脫硫、脫磷、去氣、去除非金屬夾雜物、調溫、脫氧和合金化等移到爐外盛鋼桶内進行。這相當于分成兩步進行。所以爐外精煉也稱二次煉鋼。）

⑻ 轉爐煉鋼生産主要技術經濟指标

① 轉爐利用系數: 每噸容量轉爐每晝夜産(合格)鋼噸數；

② 轉爐作業率: 轉爐總作業時間與全日曆時間之比；

③ 每爐煉鋼時間: 轉爐每煉一爐鋼所需的時間；

④ 轉爐吹損率: (裝入轉爐的金屬料總量－出鋼量)／裝入轉爐的金屬料總量的百分比；

⑤ 物料消耗量: 指生産每噸合格鋼所消耗某種物料的量（公斤數或立方米數）；

⑥ 轉爐爐齡: 指轉爐每換一次爐襯後所能煉鋼的爐數。

7、連鑄

連續鑄鋼簡稱連鑄，連續鑄鋼是通過連鑄機将鋼液連續地鑄成鋼坯的工序。

⑴ 連鑄生産的主要設備

① 鋼包回轉台

② 中間包（或稱中間罐）

③ 中間包車

④ 結晶器

⑤ 二次冷卻支承導向裝置(也稱二冷段或扇形段)

⑥ 拉坯矯直機（簡稱拉矯機）

⑵ 連鑄工藝的流程

連鑄是将高溫鋼水連續不斷地澆注到帶有活底的銅模（稱為結晶器，空心、水冷）結晶器内，開始（連鑄沒有形成）時，結晶器下口先用一活底（引錠頭）堵着，待鋼水冷凝成坯殼後，啟動拉坯輥，通過引錠頭後面的引錠鍊将鑄坯徐徐拉出，沿着弧形排列的二冷段夾輥下移，并噴水或噴水霧冷卻。

在鑄坯出連鑄機前，經矯直機将弧形鑄坯矯直，用脫引錠裝置使引錠頭與鑄坯分離，其後，引錠鍊被卷揚裝置收容到引錠鍊小車上。而鑄坯則繼續由輥道向前輸送。鑄坯在切割輥道上被剪切成定尺，在去毛刺輥道上去除兩端的切割毛刺，再在噴印輥道上在鑄坯前端噴印标記。為避免結晶器内鋼水和初生坯殼與結晶器内壁粘結，在澆注過程中，結晶器要上下振動，同時還要在結晶器内壁注入潤滑劑。潤滑劑是一種渣，撒在結晶器内鋼水表面，它會随鋼水下移自動流入結晶器内壁。同時也起到結晶器内鋼水表面與空氣隔離的作用，避免鋼水氧化和散熱。

⑶ 連鑄工藝的優越性

與模鑄相比，連鑄具有以下優越性：

① 簡化工序、節能；

② 鑄坯切頭率降低、金屬收得率比模鑄高7-12%；

③ 高效凝固；

④ 優化成型。

8、軋鋼

由煉鋼出來的鋼水經過連鑄、連軋（或錠、初軋、軋制）成為鋼材。

軋制過程是軋件與軋輥之間的摩擦力将軋件拉進不同旋轉方向的軋輥之間使之産生塑性變形的過程。一般的軋鋼工序可分為：軋制分冷軋、熱軋、粗軋、中軋、精軋、精整。其次有拉拔等。

鋼經軋制後既可獲得需要的形狀，又可改善鋼的内部質量，提高鋼的機械性能。

軋制的發展方向是：軋制速度越來越快，軋制的精度越來越高，軋制的尺寸越來越大。

軋機的主要參數：250，350，450，550，650，850MM，等等，以軋機的公稱直徑為參數。

軋鋼生産設備按其在生産中所起的作用分主、輔設備兩大類。

主設備指使軋件産生塑性變形的主體設備，軋鋼生産的主要設備是軋鋼機。軋鋼機主要由主電機、工作機座、傳動裝置、三大部分組成。而工作機座主要由：軋輥、軋輥軸承、機架、軋輥調整裝置、上軋輥平衡裝置、(型鋼軋機還有導衛裝置)等構成。

輔設備指主機以外的用來完成其它輔助工序的各種設備（主要有加熱設備、剪切設備、矯直設備、卷取機、運送輥道、垛闆機、打捆機等）

目前鋼材品種數很多，大體上分為：闆材、管材、型材、線材等幾類。

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