钢铁是怎样炼成的？

wangyanwei · 发表于 2008-11-19 08:34:48

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例如，从铁矿石到成钢铁棒（GB T1220的Y12Cr18Ni9），如要达到标准所要求的机械性能，须经哪些步骤？

如果是有流程图的那种，那就最好了，看着直观。

上学没有认真学，现在后悔了。现在只了解个大概。

备注：我要的不是苏联作家尼古拉·阿历克塞耶维奇·奥斯特洛夫斯基所著的一部长篇小说

lcshjsb · 发表于 2008-11-19 08:39:09

冶金是研究如何经济的从矿石和其他金属原料中提取金属和金属化合物的科学，而从矿石或其他金属原料中提取金属的方法很多，主要可归结为火法冶金、湿法冶金和电冶金三种。钢铁冶金主要用火法，而有色金属冶金则火法和湿法兼有。钢铁冶金所采用的火法冶金主要工序有：选矿、烧结、球团、熔炼、精炼等，经过精炼工序后，钢铁原料即成为了钢水，还需要根据后续工艺要求进行：铸锭（板坯、方坯）、轧钢（线材、管材、螺纹钢、板材、异型钢等）等工序，最终成为各种钢材产品。

      铁矿石经烧结后，成为了人造富矿，再经过一种使其还原为液态生铁的鼓风冶炼竖炉－高炉，即可获得液态生铁。高炉是一个竖直的圆筒型炉子，外面用钢板制成炉壳，里面砌耐火砖作为炉衬，并安装有冷却壁，高炉的大小按有效容积或内容积来表示，高炉的生产是在高温、密闭、具有一定压力的条件下连续进行的。把块状炉料（人造富矿、焦炭、石灰石等）按生产工艺要求（即装料制度）经炉顶装料设备，分批、间断的装入炉内，在炉内构成料柱。另一方方面，动力厂的鼓风机把冶炼所需的空气连续不断的送到炼铁厂，经热风炉加热到900～1300℃左右后，通过热风围管和布置在炉缸周围的风口吹入炉内，使焦炭在风口处燃烧，产生大量含CO的高温煤气，炽热的煤气在上升过程中把热量传给炉料，炉料在炉内逐步下降，温度逐步升高，冶炼逐步进行。冶炼好的液态生铁（铁水）和液态熔渣积储在炉缸内，炉渣浮在铁水上面。冶炼完成后，铁水与炉渣分别从位于炉缸下部的出渣口和出铁口排出进入渣罐和铁水罐，出渣口高于出铁口。高炉生产常用的技术经济指标除铁矿石品位、热风温度外，主要的还有高炉利用系数、入炉焦比、休风率、生铁合格率、生铁成本等。

      对于高炉运行自动控制系统，大型现代高炉需要测量的热工参数主要有：

1.    装料系统：（1）装入料种类及称量；（2）料面高度；（3）料层下降速度；（4）下料次数；（5）布料器旋转的位置。

2.    高炉煤气系统：（1）炉喉煤气压力；（2）大小料钟之间的空间煤气压力；（3）煤气上升管内煤气温度；（4）炉胸上部（边缘和直径方向）煤气温度；（5）边缘煤气成份；（6）除尘器内煤气成份。

3.    鼓风系统：（1）冷风压力；（2）热风压力；（3）冷风流量；（4）冷风温度；（5）热风温度；（6）冷风湿度。

4.    炉体系统：（1）炉腹砖衬温度；（2）炉基温度；（3）冷却水流量、压力、温度。

5.    热风炉系统：（1）穹顶温度；（2）废气温度；（3）各热风炉煤气流量；（4）煤气压力等。

      以宁波钢铁有限公司 2800m3 高炉为例，整个控制系统由高炉上料及炉顶装料炉顶压力系统、高炉热风炉系统、高炉本体控制系统、高炉水冲渣系统、高炉矿槽控制系统、出铁场及除尘系统、喷煤分配器系统、高炉煤气清洗系统、制粉系统、煤粉喷吹系统、高炉水处理系统组成。整个高炉控制系统一共部署了14 套Siemens 公司S7-400H系列PLC，21 台基于 Windows Xp操作系统的 Citect 工作站，一套 Citect公司提供的中间件产品Plant2Business 2.0 和一套大型关系型数据库 Oracle 。网络系统采用 15台Siemens 公司的OSM交换机构成一个环形的冗余网络。

      要实现高炉生产综合自动化控制还有不少困难需要克服，例如：目前还没有可靠的测量和控制炉内气流分布及炉内热工过程、炉料表面形状、炉体状况、各风口鼓风量的分配、煤气中各种成份含量等的设备。此外，要想确定能全面反映高炉工作情况的参数，高炉正常生产的规律，以及消除破坏高炉顺行的因素并使之恢复正常生产的措施等等都是相当困难。

      冶炼数学模型的准确和完善是自动控制系统的核心，高精度的测量仪表是高炉自动控制的关键，稳定的原料质量、准确灵活的执行机构，如原料系统的给料机、称量设备则是自动化控制的必要条件。由于高炉冶炼过程的复杂性，数学模型难以完全准确，所以高炉操作自动控制目前还未实现全闭环控制，多数国家是先实现某一局部的闭环控制，然后逐步扩大控制范围。

lcshjsb · 发表于 2008-11-19 08:40:14

炼钢工艺过程
造渣：调整钢、铁生产中熔渣成分、碱度和粘度及其反应能力的操作。目的是通过渣——金属反应炼出具有所要求成分和温度的金属。例如氧气顶吹转炉造渣和吹氧操作是为了生成有足够流动性和碱度的熔渣，以便把硫、磷降到计划钢种的上限以下，并使吹氧时喷溅和溢渣的量减至最小。
出渣：电弧炉炼钢时根据不同冶炼条件和目的在冶炼过程中所采取的放渣或扒渣操作。如用单渣法冶炼时，氧化末期须扒氧化渣；用双渣法造还原渣时，原来的氧化渣必须彻底放出，以防回磷等。
熔池搅拌：向金属熔池供应能量，使金属液和熔渣产生运动，以改善冶金反应的动力学条件。熔池搅拌可藉助于气体、机械、电磁感应等方法来实现。
电炉底吹：通过置于炉底的喷嘴将N2、Ar、CO2、CO、CH4、O2等气体根据工艺要求吹入炉内熔池以达到加速熔化，促进冶金反应过程的目的。采用底吹工艺可缩短冶炼时间，降低电耗，改善脱磷、脱硫操作，提高钢中残锰量，提高金属和合金收得率。并能使钢水成分、温度更均匀，从而改善钢质量，降低成本，提高生产率。
熔化期：炼钢的熔化期主要是对平炉和电炉炼钢而言。电弧炉炼钢从通电开始到炉料全部熔清为止、平炉炼钢从兑完铁水到炉料全部化完为止都称熔化期。熔化期的任务是尽快将炉料熔化及升温，并造好熔化期的炉渣。
氧化期和脱炭期：普通功率电弧炉炼钢的氧化期，通常指炉料溶清、取样分析到扒完氧化渣这一工艺阶段。也有认为是从吹氧或加矿脱碳开始的。氧化期的主要任务是氧化钢液中的碳、磷；去除气体及夹杂物；使钢液均匀加热升温。脱碳是氧化期的一项重要操作工艺。为了保证钢的纯净度，要求脱碳量大于0.2％左右。随着炉外精炼技术的发展，电弧炉的氧化精炼大多移到钢包或精炼炉中进行。
精炼期：炼钢过程通过造渣和其他方法把对钢的质量有害的一些元素和化合物，经化学反应选入气相或排、浮入渣中，使之从钢液中排除的工艺操作期。
还原期：普通功率电弧炉炼钢操作中，通常把氧化末期扒渣完毕到出钢这段时间称为还原期。其主要任务是造还原渣进行扩散、脱氧、脱硫、控制化学成分和调整温度。目前高功率和超功率电弧炉炼钢操作已取消还原期。
炉外精炼：将炼钢炉（转炉、电炉等）中初炼过的钢液移到另一个容器中进行精炼的炼钢过程，也叫二次冶金。炼钢过程因此分为初炼和精炼两步进行。初炼：炉料在氧化性气氛的炉内进行熔化、脱磷、脱碳和主合金化。精炼：将初炼的钢液在真空、惰性气体或还原性气氛的容器中进行脱气、脱氧、脱硫，去除夹杂物和进行成分微调等。将炼钢分两步进行的好处是：可提高钢的质量，缩短冶炼时间，简化工艺过程并降低生产成本。炉外精炼的种类很多，大致可分为常压下炉外精炼和真空下炉外精炼两类。按处理方式的不同，又可分为钢包处理型炉外精炼及钢包精炼型炉外精炼等。
钢液搅拌：炉外精炼过程中对钢液进行的搅拌。它使钢液成分和温度均匀化，并能促进冶金反应。多数冶金反应过程是相界面反应，反应物和生成物的扩散速度是这些反应的限制性环节。钢液在静止状态下，其冶金反应速度很慢，如电炉中静止的钢液脱硫需30～60分钟；而在炉精炼中采取搅拌钢液的办法脱硫只需3～5分钟。钢液在静止状态下，夹杂物*上浮除去，排除速度较慢；搅拌钢液时，夹杂物的除去速度按指数规律递增，并与搅拌强度、类型和夹杂物的特性、浓度有关。
钢包喂丝：通过喂丝机向钢包内喂入用铁皮包裹的脱氧、脱硫及微调成分的粉剂，如Ca-Si粉、或直接喂入铝线、碳线等对钢水进行深脱硫、钙处理以及微调钢中碳和铝等成分的方法。它还具有清洁钢水、改善非金属夹杂物形态的功能。
钢包处理：钢包处理型炉外精炼的简称。其特点是精炼时间短（约10～30分钟），精炼任务单一，没有补偿钢水温度降低的加热装置，工艺操作简单，设备投资少。它有钢水脱气、脱硫、成分控制和改变夹杂物形态等装置。如真空循环脱气法（RH、DH），钢包真空吹氩法（Gazid），钢包喷粉处理法（IJ、TN、SL）等均属此类。
钢包精炼：钢包精炼型炉外精炼的简称。其特点是比钢包处理的精炼时间长（约60～180分钟），具有多种精炼功能，有补偿钢水温度降低的加热装置，适于各类高合金钢和特殊性能钢种（如超纯钢种）的精炼。真空吹氧脱碳法（VOD）、真空电弧加热脱气法（VAD）、钢包精炼法（ASEA-SKF）、封闭式吹氩成分微调法（CAS）等，均属此类；与此类似的还有氩氧脱碳法（AOD）。
惰性气体处理：向钢液中吹入惰性气体，这种气体本身不参与冶金反应，但从钢水中上升的每个小气泡都相当于一个“小真空室”（气泡中H2、N2、CO的分压接近于零），具有“气洗”作用。炉外精炼法生产不锈钢的原理，就是应用不同的CO分压下碳铬和温度之间的平衡关系。用惰性气体加氧进行精炼脱碳，可以降低碳氧反应中CO分压，在较低温度的条件下，碳含量降低而铬不被氧化。
预合金化：向钢液加入一种或几种合金元素，使其达到成品钢成分规格要求的操作过程称为合金化。多数情况下脱氧和合金化是同时进行的，加入钢中的脱氧剂一部分消耗于钢的脱氧，转化为脱氧产物排出；另一部则为钢水所吸收，起合金化作用。在脱氧操作未全部完成前，与脱氧剂同时加入的合金被钢水吸收所起到的合金化作用称为预合金化。
成分控制：保证成品钢成分全部符合标准要求的操作。成分控制贯穿于从配料到出钢的各个环节，但重点是合金化时对合金元素成分的控制。对优质钢往往要求把成分精确地控制在一个狭窄的范围内；一般在不影响钢性能的前提下，按中、下限控制。
增硅：吹炼终点时，钢液中含硅量极低。为达到各钢号对硅含量的要求，必须以合金料形式加入一定量的硅。它除了用作脱氧剂消耗部分外，还使钢液中的硅增加。增硅量要经过准确计算，不可超过吹炼钢种所允许的范围。
终点控制：氧气转炉炼钢吹炼终点（吹氧结束）时使金属的化学成分和温度同时达到计划钢种出钢要求而进行的控制。终点控制有增碳法和拉碳法两种方法。
出钢：钢液的温度和成分达到所炼钢种的规定要求时将钢水放出的操作。出钢时要注意防止熔渣流入钢包。用于调整钢水温度、成分和脱氧用的添加剂在出钢过程中加入钢包或出钢流中。

wangyanwei · 发表于 2008-11-19 09:21:41

问一个“弱智”的问题！

如果一个钢棒是在两个厂完成，钢厂生产钢坯，轧钢厂在轧钢成棒，

机械性能（如抗拉强度，屈服强度，伸长率，硬度等）是在钢厂完成还是轧钢厂完成？

我们看到市场上卖的钢棒声称是执行某国的什么标准，这个标准主要是跟钢厂有关还是跟轧钢厂有关，还是二者的结合？

[ 本帖最后由 wangyanwei 于 2008-11-19 09:23 编辑 ]

wangyanwei · 发表于 2008-11-21 08:59:43

我认为机械性能很大程度上要依靠轧钢厂的，不知大虾们有何见解？

yangbuhui · 发表于 2008-11-21 09:16:41

首先保证化学成分，机械性能是由热处理工艺来决定的。

heyizhu · 发表于 2008-11-21 15:12:49

铁矿石炼成钢水主要是脱氧,钢水炼成钢主要是控制碳含量,然后用钢锭及其它合金元素一起炼成所需成分的材料,经过铸造成型、锻压、再经过热处理即得所需材料

wangyanwei · 发表于 2008-12-5 11:07:26

我看到某钢厂介绍　热处理在轧制之前,不知是否?　

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