《冶金工程概论》课程考核（课程论文）题目：钢铁冶金工艺流程钢铁冶金工艺流程摘要：近年来虽然我国的钢铁工业取得了长足的发展，但钢铁技术装备制造水平不高，尤其是对钢铁工业中具有标志性意义、高附加值的核心装备：如连轧成套设备、连铸连轧成套设备、大口径无缝管设备、100吨以上超高功率电炉等装备及技术仍以引进为主。

国内钢铁装备制造以结构和质量档次较低的初级产品为主，缺乏核心技术，使我国钢铁装备制造在整个钢铁装备制造价值链中仍处于加工组装的位置，只能获得较低的利润，而钢铁强国则以高技术含量、高附加值技术装备制造技术为主，利用发展中国家工业化阶段，获取大量利润。

关键字：钢铁的生产流程；炼铁原料；高炉冶金Steel metallurgical process flowAbstract: in recent years, although the steel industry in China has achieved great development, but steel technology equipment manufacturing level is not high, especially in steel industry in a landmark significance and high added value of the core equipment: such as rolling equipment, slab continuous casting and rolling equipment, large diameter seamless tube equipment, 100 tons of equipment and high power electric furnace and the introduction of technology is still primarily. Domestic steel equipment manufacturing to structure and low quality and grade of primary products, lack of core technology, and to make our country steel equipment manufacturing in the whole steel equipment manufacturing in the value chain of the position of the assembly is still in the processing, can only get lower profits, and steel power is to high tech content, high added value technology equipment manufacturing technology is given priority to, use of developing country industrialization stage, and gain a profit.引言：研究创新、核心技术竞争力、产业化、产业链、产业集群等理论的基础上，分析了当前我国钢铁装备产业化的主要目标和核心技术，在此基础上总结钢铁装备制造产业的演化路径和产业化主要影响因素，就如何把握钢铁装备制造良好的发展机遇,如何合理的进行技术创新, 在关注钢铁企业的研发动态的同时，合理规划企业经营管理方式，形成拥有自主知识产权的科研成果，打造我国钢铁装备品牌，制定适合钢铁装备制造发展的政策体系。

钢铁冶金工艺流程：铁矿石--炼铁，提取铁--制取钢。

一、钢铁冶金过程的热力学原理：1，氧化物的（1）位置低的金属氧化物较位置高的金属氧化物稳定，位置低的元素能还原位置高的元素，钢铁冶金中主要氧化物的稳定性由强到弱的顺序是CaO，Al2O3，SiO2，MnO，FeO，P2O5FeO、P2O5最不稳定，几乎可全部被还原；MnO大部分被还原，SiO2小部分被还原；Al2O3、CaO几乎不会被还原。

（2）大多数氧化物的稳定性随温度升高而降低。

2，应用：还原剂选择：金属类、碳质类。

（1）金属类：用位置低的元素还原位置高的氧化物时，两者位置相距愈远愈好，因为反应的G负值愈大，反应进行得愈彻底。

所以Mn、Si、Al能还原FeO，其中Al效果最好，Si次之，Mn最弱。

（2）碳质类：中，大部分氧化物的稳定性随温度升高而降低，而2C+O2=2CO反应直线显示：温度升高，生成物CO的稳定性增加，这相反的变化趋势使其与其他氧化反应直线均会相交。

交点对应温度为该氧化物还原碳的最低温度Tmin。

T>Tmin时，CO稳定，碳可以作为该氧化物的还原剂；相反时，CO则成为该元素的氧化剂。

实际生产中高炉温度仅能还原MnO、FeO，电炉温度才能还原Al2O3，SiO2 。

二、炼铁：目前最常用的方法有高炉炼铁，直接还原和熔融还原铁三种方法。

（一）炼铁原料：1，铁矿石：一种或几种含铁矿物和脉石组成2，燃料：焦炭，并作为还原剂3，熔剂：有酸、碱之分，多选用碱性石灰石（二）炼铁前处理：1. 铁矿石：破碎，筛分，选矿，烧结，造块（1）破粹，各式破粹机（2）选矿：水选，磁选（3）烧结，造块2．焦炭燃料炼焦的煤粉或几种煤粉混合物在煤焦炉内，隔绝空气加热至1000～1100℃，干馏后留下多孔块状产物。

基本要求：含炭量多，控制S、P、水、挥发物含量，有足够发热量，坚固，以及气孔率大和粒度均匀。

（三）高炉生产炉料：铁矿石，焦炭，熔剂从顶部加入，向下运行，顶部 200℃区：铁矿+CO→部分铁间接还原2CO+O2→CO2与粉状、烟状的游离碳中部 1100℃区：游离碳进入矿石中，将残存Fe2O3直接还原成Fe，剩余的Fe2O3溶解于Fe中，使Fe熔点降低，由固态变成海绵铁。

石灰石高温分解成CaO+酸性脉石，并进入炉渣。

增碳带 T＞1000℃区：Fe2O3→FeO风口处 T＞1500℃区：Fe2O3→铁，熔融的铁水与炉渣一起进入炉缸，并分层次分布，轻的渣浮在铁水表层，分别从两口排出。

A.炉渣：其它工业原料、制水泥、造砖、铺路。

B.铁水：浇铸生铁锭[W（C）=2%，并含Fe、Si、Mn、P、S]。

品种有：a.铸造生铁（灰铸铁）：含Si较多，C以游离石墨形式存在，灰色断面。

b.炼钢生铁（白口生铁）：碳以Fe3C形式存在，银色断口。

c.高锰、高硅特种生铁：炼钢用作脱氧剂或炼制合金钢附加材料。

（四）高炉冶金的理化过程：燃料的燃烧，铁的还原，铁的增碳，其它元素还原，去硫、造渣。

1 燃料的燃烧：焦碳自炉顶下落至风口时与空气相遇，燃烧，进行放热反应。

C+O2→CO2+1600～1750℃CO2上升，遇赤热焦碳，被还原成COCO2+C→2CO-ΔCO热气继续上升，遇热矿石，发生还原反应，将Fe还原出来2 铁的还原：直接或间接还原两种1）直接还原：950℃以上，固体碳呈烟状进入矿石孔隙内完成反应。

FeO+C→Fe+CO2CO→CO2+C2）间接还原：开始于炉口（250℃－350℃）终止于950℃。

顺序地利用CO，将高价的铁氧化物还原成低价的铁氧化物。

3Fe2O3+CO→2Fe3O4+CO22Fe3O4+2CO→6FeO+2CO26FeO+6CO→6Fe+6CO23 铁的增碳：从矿石还原出的铁,初期含碳量低，呈固态海绵状，当其下落过程与焦炭接触，不断吸收碳，并被碳饱和。

C含量增加，也降低了铁的熔点，呈熔融态。

生铁的最终碳含量决定下列元素的含量1） Mn、Cr、V、Ti等元素与碳形成碳化物溶于生铁中可提高生铁的含碳量，如锰铁 [W（Mn）=80%]的W（C）≥7%2） Si、P、S等能与铁生成化合物，减少溶解碳的铁，降低生铁含碳量，Si铁中Wc≤3.75%4 其它元素的还原：1）锰还原：矿石中带进，以MnO2形态存在。

顺序由高价还原生成低价，最终为Mn。

700℃: MnO2+C→MnO+CO>1100℃: MnO+C→Mn+CO仅有40％－80％锰被还原并溶于铁，其余或被烧损或进入炉渣与SiO2→MnSiO3若提高温度，或提高渣的碱度可将渣中锰还原出来。

2）硅的还原：存于脉石中的SiO2，在T>1100℃条件下被固体C还原出来。

SiO2+2C→Si+2CO3）磷还原：矿石中Ca3(PO4)2在1200℃条件下，被固态碳或SiO2还原。

Ca3(PO4)2+5C→3CaO+2P+5CO或 2Ca3(PO4)2+3SiO2→3CaSiO4+2P2O5P2O5+C→4P+10CO还原中，P与Fe结合成Fe2P或Fe3P溶于铁中5 去硫：以FeS存在于铁中，会降低生铁质量，可在炉料中加适量石灰石去除：FeS+CaO→CaS+FeO6 造渣：炉渣具有重要作用：1）熔化其余各种氧化物，控制生铁合格成分。

2）浮在熔融液表面，能保护金属，防止其过分氧化、热量散失或不致过热。

因添加剂不同，有酸性、碱性、中性渣。

造渣是矿石中废料，燃料中灰分与熔剂熔合过程的产物。

与熔融金属液不互熔，又比其轻，能浮在熔体表面，便于排出。

主要成分；SiO2、Al2O3、CaO,及少量MnO、FeO、CaS等。

（五）直接还原与熔融还原1）高炉炼铁的缺点：投资大、流程长，能耗高，污染大。

2）改进：不用焦碳，不用高炉，用烟煤或天然气作还原剂，采用直接还原或熔融还原生产铁，以供电炉炼钢二次精炼，连铸连轧。

3）直接还原：用煤或天然气等还原剂直接将固态铁矿石还原成固态海绵铁。

可用煤基回转窑、气基竖炉等设备直接还原。

煤基回转窑中：Fe2O3+3CO→2Fe+3CO2气基竖炉中：CH4+H2O→CO+3H2+天然气裂化反应Fe2O3+3H2→2Fe+3H2OFe2O3+3CO→2Fe+3CO24)熔融还原：用铁矿石和普通烟煤作原料，在汽化炉的流化床中，将直接还原得到海绵铁进一步加热熔化，在熔融汽化炉的炉底形成铁水与炉渣的熔池。

三、炼钢一）、任务将生铁中过量的碳、硅、锰等元素氧化去除，使其含量降到规格范围，并将有害元素硫、磷造渣去除，使其含量降到规格范围以下。

主要进行脱碳、脱硅、脱锰、脱硫、脱磷及脱氧反应。

二）、炼钢过程的物理化学原理（一）脱碳：炼钢的最主要反应，是通入纯度99.5%以上的氧气，通过两种氧化方式（直接或间接）进行1、直接氧化：在温度高于1100℃条件下 2C+O2→2CO2、间接氧化：在温度低于1100℃条件下 2Fe+O→2FeOC+FeO→Fe+CO碳氧化时需要吸收大量的热。

要保证上述反应顺利进行需在较高温度下进行。

脱碳（碳氧化）时产生的CO气体有助于钢搅动“沸腾”，均匀成分，并能有效清除钢液中气体和非金属夹渣。