鋼鐵制造流程介紹

1、鋼鐵制造流程介紹 鋼鐵鐵制造流程 College of material science and engineering, ChongQing university 2021-6-30 2 鋼鐵制造流程 鋼鐵制造的工藝流程 高爐煉鐵 鐵水預(yù)處理 轉(zhuǎn)爐煉鋼 精煉 連鑄 軋制 鋼鐵鐵制造流程 College of material science and engineering, ChongQing university 2021-6-30 3 鋼鐵制造的工藝流程 鋼鐵制造業(yè)一般可分為長流程和短流程 長流程包括原料供應(yīng)、煉鐵、煉鋼、軋鋼等生產(chǎn)工序，其特點(diǎn)是生產(chǎn)流程長， 任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都有可能

2、影響整個(gè)生產(chǎn)的正常進(jìn)行。短流程是以煉鋼開 始。無論長流程還是短流程，煉鋼到軋鋼都是提高鋼鐵企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。 鋼鐵制造業(yè)的加工對象是高溫液體或高溫固體，時(shí)間和溫度條件以及整個(gè)生產(chǎn) 過程的工序銜接非常重要。 比如，鋼水在連鑄過程中，既要保證鋼水溫度，又不能使連鑄機(jī)斷流。連鑄坯 生產(chǎn)出來后，要和軋機(jī)有機(jī)結(jié)合，做到熱裝熱送，充分利用高溫坯的高溫?zé)崮埽?減少再加熱過程，減少鋼坯燒損。 這樣一個(gè)連續(xù)和離散混合的生產(chǎn)過程，包括許多的物理、化學(xué)變化，每個(gè)環(huán) 節(jié)都要受到生產(chǎn)與管理的控制。 鋼鐵鐵制造流程 College of material science and engineering, ChongQi

3、ng university 2021-6-30 4 鋼鐵制造的工藝流程 鋼鐵鐵制造流程 College of material science and engineering, ChongQing university 2021-6-30 5 高爐煉鐵基本原理 煉鐵的原理：用還原劑將鐵礦石中的鐵氧化物還原成金屬 鐵 鐵氧化物（Fe2O3、Fe3O4、FeO）+還原劑（C、CO、H2）= 鐵（Fe） 煉鐵的方法 直接還原法（非高爐煉鐵法） 高爐煉鐵法（主要方法） 高爐煉鐵的原料及其作用 鐵礦石：（燒結(jié)礦、球團(tuán)礦）提供鐵元素。 冶煉一噸鐵大約需要1.52噸礦石。 焦碳： 冶煉一噸鐵大約需要500K

4、g焦炭。 提供熱量；提供還原劑；作料柱的骨架。 熔劑：（石灰石、白云石、螢石） 使?fàn)t渣熔化為液體； 去除有害元素硫（S）。 空氣：為焦碳燃燒提供氧。 鋼鐵鐵制造流程 College of material science and engineering, ChongQing university 2021-6-30 6 鐵水預(yù)處理 鐵水預(yù)處理是指將鐵水兌入轉(zhuǎn)爐之前進(jìn) 行的各種提純處理 普通鐵水預(yù)處理 普通鐵水預(yù)處理包括：鐵水脫硫、脫硅、脫磷的三脫預(yù)處理 特殊鐵水預(yù)處理 特殊鐵水預(yù)處理是針對鐵水中含有特殊元素進(jìn)行提純精煉或 資源綜合利用如鐵水提釩、提鈮、脫鉻等預(yù)處理工藝 鋼鐵鐵制造流程 Coll

5、ege of material science and engineering, ChongQing university 2021-6-30 7 鐵水預(yù)處理必要性 用優(yōu)質(zhì)鐵水冶煉優(yōu)質(zhì)鋼水，是提高產(chǎn)品質(zhì)量、擴(kuò)大品種、增加效率和 增強(qiáng)產(chǎn)品市場競爭力的重要條件之一，也是生產(chǎn)低硫潔凈鋼的基礎(chǔ)。 鐵水預(yù)處理有利于提高煉鐵、煉鋼技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，對于鐵水預(yù)處理方 法的研究領(lǐng)域在不斷開闊，目的是探尋保證良好的脫硫、脫磷效果， 最低的處理成本和簡單實(shí)用的操作方法。 鐵水預(yù)處理工藝興起于上世紀(jì)70年代。 歐美的鋼廠由于原料中含磷比較低，因此鐵水預(yù)處理主要是圍繞鐵水的脫 硫。 日本的鋼廠鐵水中磷含量相對較高， 相繼

6、開發(fā)了鐵水的“三脫”工藝， 即鐵水預(yù)處理脫硅、脫磷和脫硫。 好處 高鋼水純凈度，大批量生產(chǎn)低磷低硫鋼成為可能； 降低全工序的成本，如合金和耐材的消耗； 由于轉(zhuǎn)爐操作的簡化和標(biāo)準(zhǔn)化，轉(zhuǎn)爐產(chǎn)能提高； 成分命中率提高，工序更易于調(diào)度。 鋼鐵鐵制造流程 College of material science and engineering, ChongQing university 2021-6-30 8 鐵水預(yù)處理脫硫 鐵水在進(jìn)入轉(zhuǎn)爐冶煉前進(jìn)行脫硫具備最佳的反應(yīng)條件 鐵水中含有大量Si、C、Mn等還原性好的元素，其還原性有利于脫硫 反應(yīng)，(強(qiáng)脫硫劑Ca、Mg等燒損少)； 鐵水中C、Si能大大提高S在

7、鐵水中的活度系數(shù)，致使硫較易脫到低的 水平； 鐵水中氧含量低，硫的分配系數(shù)相應(yīng)有所提高，有利于脫硫； 在鐵水預(yù)處理脫硫過程中，鐵水成分的變化比煉鋼或鋼水處理過程中鋼 水成分的變化對最終鋼種影響要?。?鐵水處理溫度較低，對處理裝置的壽命有利。 鐵水脫硫法是指在鐵水罐、鐵水包、混鐵車中進(jìn)行脫硫 在高爐、爐外精煉爐和轉(zhuǎn)爐內(nèi)每脫除1kg硫的成本分別是鐵水脫硫法的2倍 6.1倍，16.9倍，鐵水脫硫法的成本低效率高。 鐵水脫硫預(yù)處理的工藝方法 投擲法: 將脫硫劑投入鐵水中 噴吹法: 將脫硫劑噴入鐵水中 攪拌法(KB法): 將通過中空機(jī)械攪拌器向鐵水內(nèi)加入脫硫劑,攪拌脫硫。 鋼鐵鐵制造流程 College

8、 of material science and engineering, ChongQing university 2021-6-30 9 鐵水預(yù)處理脫磷 鋼鐵鐵制造流程 College of material science and engineering, ChongQing university 2021-6-30 10 鐵水預(yù)處理脫硅 生產(chǎn)中實(shí)際操作中用噴槍插入鐵水深處噴吹空氣 和固體氧化劑（鐵鱗、燒結(jié)礦等+和石灰粉劑）， 抑制溫度升高，增加渣中（FeO），抑制碳的氧 化，加強(qiáng)攪拌，可以達(dá)到高的脫硅率。在鐵水預(yù) 處理脫硅時(shí)，產(chǎn)生的渣有很強(qiáng)的泡沫性，這是在 生產(chǎn)上需要注意的問題。 為了

9、在鐵水預(yù)處理時(shí)使硅優(yōu)先氧化，除了考慮硅 氧化的熱力學(xué)條件以外，還應(yīng)考慮硅氧化的動力 學(xué)條件。 當(dāng)硅含量較高時(shí)，F(xiàn)eO相反應(yīng)界面的傳 質(zhì)為限制性環(huán)節(jié)。 鋼鐵鐵制造流程 College of material science and engineering, ChongQing university 2021-6-30 11 轉(zhuǎn)爐煉鋼的技術(shù)發(fā)展 18551856年英國人亨利.貝塞麥(Henly)開發(fā)了酸性底吹 空氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法； 1878年英國人托馬斯(S.G.Thomas)堿性底吹空氣轉(zhuǎn)爐煉 鋼法； 1940年廉價(jià)獲得氧氣后，瑞士、奧地利開發(fā)了頂吹氧氣轉(zhuǎn) 爐，1952年在奧地利林茨(Linz)和多

10、納維茨城(Donawitz)建 成第一座30噸堿性頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐(LD轉(zhuǎn)爐)；或稱BOF (Basic Oxygen Furnace)； 1970年開發(fā)頂?shù)讖?fù)合吹煉轉(zhuǎn)爐； 1964年我國第1家氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼廠在首鋼建成投產(chǎn),與 此同時(shí)我國太鋼從奧鋼聯(lián)引進(jìn)了2臺50 t氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐,使我 國的氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼進(jìn)入了發(fā)展的初始階段。 鋼鐵鐵制造流程 College of material science and engineering, ChongQing university 2021-6-30 12 轉(zhuǎn)爐煉鋼 鋼鐵鐵制造流程 College of material science and en

11、gineering, ChongQing university 2021-6-30 13 轉(zhuǎn)爐設(shè)備 轉(zhuǎn)爐爐體及轉(zhuǎn)爐傾動系統(tǒng) 鐵水、廢鋼、散狀材料設(shè)備 氧槍提升機(jī)構(gòu) 轉(zhuǎn)爐煙氣凈化與回收設(shè)備 鋼鐵鐵制造流程 College of material science and engineering, ChongQing university 2021-6-30 14 轉(zhuǎn)爐煉鋼過程 上一爐出鋼-倒完?duì)t渣(或加添加劑)- 補(bǔ)爐或?yàn)R渣-堵 出鋼口-兌鐵水-裝廢鋼-下槍-加渣料（石灰、鐵皮）- - 點(diǎn)火- 熔池升溫-脫P(yáng)、Si 、Mn-降槍脫碳。 看爐口的火，聽聲音?？椿鹆炼?加第二批（渣料）-提 槍化渣，控

12、制“返干”。 降槍控制終點(diǎn)（FeO），倒?fàn)t取樣測溫，出鋼。 技術(shù)水平高的爐長，一次命中率高。50%。（寶鋼是付槍） 根據(jù)分析取樣結(jié)果-決定出鋼（或補(bǔ)吹）-脫氧、合金化。 不要補(bǔ)吹的就是通常說的一次命中。 鋼鐵鐵制造流程 College of material science and engineering, ChongQing university 2021-6-30 15 精煉作用與功能 將煉鋼爐（轉(zhuǎn)爐、電爐等）中初煉過的鋼液移到 另一個(gè)容器中進(jìn)行精煉的煉鋼過程，也叫二次冶 金 將初煉的鋼液在真空、惰性氣體或還原性氣氛的容器中進(jìn)行脫氣、脫氧、 脫硫，去除夾雜物和進(jìn)行成分微調(diào)等； 將煉鋼分兩步

13、進(jìn)行的好處是：可提高鋼的質(zhì)量，縮短冶煉時(shí)間，簡化工 藝過程并降低生產(chǎn)成本； 爐外精煉的種類很多，大致可分為常壓下爐外精煉和真空下爐外精煉兩 類。按處理方式的不同，又可分為鋼包處理型爐外精煉及鋼包精煉型爐 外精煉等。 鋼鐵鐵制造流程 College of material science and engineering, ChongQing university 2021-6-30 16 精煉常用方法與設(shè)備 鋼鐵鐵制造流程 College of material science and engineering, ChongQing university 2021-6-30 17 精煉工藝路徑 以

14、鋼種為中心,正確選擇精煉設(shè)備 CAS-OB是最簡單的非真空精煉設(shè)備，多適用于普碳鋼、低合金 鋼等以化學(xué)成分交貨的鋼種； LF有很強(qiáng)的清洗精煉和加熱功能,適宜冶煉低氧鋼、低硫鋼和高合 金鋼； VD脫碳能力弱(受鋼包凈高度的限制),具備一定的鋼渣精煉功能, 適宜生產(chǎn)重軌、軸承、齒輪等氣體含量和夾雜物要求嚴(yán)格的優(yōu)質(zhì) 鋼種； RH脫碳能力強(qiáng),適宜大量生產(chǎn)超低碳鋼、IF鋼(低N無間隙鋼)； VOD、AOD等門用于生產(chǎn)不銹鋼； 此外,經(jīng)常采用不同功能的精煉爐組合使用,如CAS-RH LF-RH LF- VD AOD-VOD。 鋼鐵鐵制造流程 College of material science and

15、engineering, ChongQing university 2021-6-30 18 連鑄工藝模鑄與連鑄 模鑄(ingot casting) 將高溫鋼液澆注到一個(gè)或多個(gè)鋼錠模內(nèi)使之凝固成形的方法，是 鋼液凝固成形的基本方法，其典型特征是生產(chǎn)過程的間續(xù)化。 連續(xù)鑄鋼(continuous casting) 將高溫鋼液連續(xù)地澆鑄到一個(gè)或多個(gè)強(qiáng)制水冷的金屬型腔內(nèi)。凝 固成形后，再經(jīng)二次冷卻，使之凝固，且成一定形狀（規(guī)格）鑄坯的 工藝方法，其典型特征是生產(chǎn)過程的連續(xù)化。 鋼鐵鐵制造流程 College of material science and engineering, ChongQing

16、 university 2021-6-30 19 連鑄工藝設(shè)備 鋼鐵鐵制造流程 College of material science and engineering, ChongQing university 2021-6-30 20 連鑄工藝相關(guān)技術(shù) 連鑄配套技求如下 保護(hù)澆注 采用無氧化保護(hù)澆注，大鋼包與中間包用長水口，中間包與結(jié) 晶器之間用浸入式水口，鋼水面用保護(hù)渣，連接處用氬氣保護(hù)。 電磁攪拌 安裝在不同部位和不同攪拌方向的電磁攪拌裝置可達(dá)到不同效 果。有結(jié)晶器電磁攪拌（MEMS），結(jié)晶器下方電磁攪拌（IEMS）， 二次區(qū)電磁攪拌（SEMS）和冶金長度末端的電磁攪拌（FEMS）。 這

17、些攪拌裝置可以單獨(dú)亦可組合使用。 液面控制 這應(yīng)采用靈敏可靠的結(jié)晶器液面測量及自動控制。目前對特殊 鋼方坯連鑄機(jī)采用鈷60或銫137液位檢測儀，自動調(diào)節(jié)中間罐水口開口度 控制液面，使液面波動范圍在03mm內(nèi)。 中間包設(shè)計(jì) 中間包按大容量和最佳形狀設(shè)計(jì)。為保證夾雜物充分上浮析 出，中間包鋼液面深度不小于800mm，利用中間包鋼水重量變化來自動 調(diào)節(jié)鋼水包水口開口度，控制中間包熔池深度。 振動裝置 采用小振幅高頻率的結(jié)晶器振動，一般頻率可達(dá)0360次/min， 振幅10mm（有的為4mm）。 二冷控制 精確控制二次噴水冷卻。按不同鋼種、不同拉速自動調(diào)節(jié)，均 勻冷卻。盡管氣-水霧冷卻會增加控制上的困

18、難、價(jià)格較高，但對特殊鋼 連鑄來說仍是十分必要的。 自動控制 采用計(jì)算機(jī)控制對穩(wěn)定鑄坯質(zhì)量非常重要。 鋼鐵鐵制造流程 College of material science and engineering, ChongQing university 2021-6-30 21 軋制工藝流程 鋼鐵鐵制造流程 College of material science and engineering, ChongQing university 2021-6-30 22 煉鋼生產(chǎn)物流仿真系統(tǒng) 鋼鐵鐵制造流程 College of material science and engineering, Chon

19、gQing university 2021-6-30 23 煉鋼物流仿真系統(tǒng)原理與特點(diǎn) 原理圖 仿真系統(tǒng)的特點(diǎn) 仿真建立的模型是對系統(tǒng)實(shí)際觀測所獲得的數(shù)據(jù)建立起來的動態(tài)模型，它 更貼近于實(shí)際，便于對系統(tǒng)進(jìn)行分析； 由于仿真建立的模型是對實(shí)際系統(tǒng)的映像，因此它對各種復(fù)雜的系統(tǒng)具有 很好的適應(yīng)性； 系統(tǒng)仿真所建立的是一個(gè)隨機(jī)模型，系統(tǒng)的參數(shù)受隨機(jī)因素影響所發(fā)生的 變化在模型中可以得到充分的體現(xiàn)； 系統(tǒng)仿真可以幫助優(yōu)化。 鋼鐵鐵制造流程 College of material science and engineering, ChongQing university 2021-6-30 24 煉鋼物

20、流仿真系統(tǒng)模型的抽象 模型的結(jié)構(gòu)特征 車間 上下游車間的生產(chǎn)能力需要相互平衡和相互適應(yīng)，如果一旦破壞了這種 平衡與適應(yīng)關(guān)系，就會給生產(chǎn)帶來不良的影響。 跨 在跨的層面上涉及的調(diào)度對象主要是天車。合理的天車調(diào)度可以合理、 有效的保障工序、工位的操作。 工序 工序是指被加工對象在同一工作地點(diǎn)或完成一組連續(xù)作業(yè)的工藝過程。 實(shí)現(xiàn)工序與工序之間的協(xié)調(diào)，合理安排冶煉單元在工序的作業(yè)，使車間 的生產(chǎn)效率最大化，是車間生產(chǎn)調(diào)度最終目標(biāo)。 工位 工位也就是作業(yè)點(diǎn)。在這些作業(yè)點(diǎn)上，冶煉單元（鋼包）完成加工、 測量、運(yùn)輸?shù)炔僮鳌?鋼鐵鐵制造流程 College of material science and en

21、gineering, ChongQing university 2021-6-30 25 煉鋼物流仿真系統(tǒng)組態(tài)實(shí)現(xiàn) 組態(tài)模型運(yùn)行機(jī)制 每個(gè)組件內(nèi)都不包含仿真引擎，所有的狀態(tài)和實(shí)現(xiàn)均通過運(yùn)行時(shí)服務(wù)與底 層算法實(shí)現(xiàn)交互。 鋼鐵鐵制造流程 College of material science and engineering, ChongQing university 2021-6-30 26 煉鋼物流仿真系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 煉鋼生產(chǎn)物流系統(tǒng)的靜態(tài)模型 層次化網(wǎng)絡(luò) 設(shè)備資源的活動周期 0.1 1.* 0.1 0.* 0.1 0.* 0.1 0.* 工序 - - - 工序ID 工序名稱 工序號 : int : String : int 工位 - - - - 工位編號 工序名稱 工位類型 作業(yè)周期 : int : int : int : int 設(shè)備 - - - 設(shè)備ID 設(shè)備名稱 設(shè)備類型 : int : String : String 運(yùn)輸線類 - - - 運(yùn)輸線ID 前向工序ID 后續(xù)工序ID : int : int : int 活動周期 - - - - - - ID 最小值 最大值 方差 均值 分布類型 : int : int : int : int : int : i