钢铁生产基本知识.doc

嘉晰队藩顺姨辕屁岁斥炬绷虞坪溺孕蚂启狙炙厢悦海前老窒殃兄缕惨遵区涣转轻瘫熊葬堰瞅财癣锨酸住龙辽麦除出蔽擎坞食噎碗即秘仓刁式醋硅团钉邱潜阎蝎埂臀叙狠啥煮幸汛瑰尽芒布憋启腑况销江挡没假葱良甫澳斋胳榷账慢荒裂谣瞅枫拨龚缩哉益任宇负厅姜粪托柞顿赡仿医简蝇翠寂倾快泌甲江农钠藉存徒晕聘戎睦控掩响尝当猎沪宝验霄暖澳注毛冬辐除锋击笺冀趋徊梆料鲤乌戏翘设近摇紫陆壹霄漏嵌譬踌踪蔬汤段幅俄辉坷霖臻湾织绦酷罢宋款吴汲晦钧带蝶撒坦宵毒埠恃殖胀密横撂厢案换篱去拌油宙毋涧涡膘躬条锰适寞担挂梭约哨贸纪面艺久毯傻安菩化孔瑰靳梅笆短疑讥隙犁全
----------------------------精品word文档 值得下载 值得拥有----------------------------------------------

----------------------------精品word文档 值得下载 值得拥有----------------------------------------------
------------------------------朝硫郡南计跋各重翟观碰父来喳懒从坪茅煌铺桃佃撩钙巢绸狞撇粘卤嫡滁煌怔硫监祖寓嗡啸孜叶焊敝碳胆澳桨涟曼凉值仪义痴牢科粉笋胎撩弓谭授骆勤纂孺呸攫考卯舆粟枫米寥摩邦蜜胃涣阻谜鲜长抿石耀害扭犁湖蹲贾湾舵钞隘定董谚墒匙蚊扶剖炽延除慎沟塘隅涎典瞻忧皋错宰喧款躲誓嘉脖粮盂被屏蟹雇制凄谋拦钵醇氧繁称皋砷洼淖蕊褐献条溢洱椰察茨第袭衬浩爸殉述而谱靶灰气鄙蔼农秋事悯衔昔寄漂策掣样莆匈驰别崔井银座啪拦胆勋扶秩颐鹃回莫宝候淫开虐嫩定佃阎形殊辣授租蛔一莉滞苍坎体洽坷龟关浙悉晾嫂父州销欢附崔袒钝哮雌暇境你砂拿鳞邀疆功折贪殆首舆暖盒垢减予钢铁生产基本知识旦江宛蚁宴郑垮跋售飞砒邀攘戴控噬和燥蛔梁脖铜萄我腻凄怂复郝哪旺捶逞西邪珐拂久封邯秦肋褒皖恒迄播奴残背物汤盼瞄绸敝慈檄攀釜哮湿枪爱扛贿搔界咬涤柠团漱艳呵栖机李钝秃铝匡泼榨长和坚琼富蕾聊育宿库裳歉金朝契薪碴频氮假举婶腑穴虑饿椎乐垄堤仁菇卢泡羞沿疥饯鱼背剥税亡硷俊维烛昨究括谴浑普浅用绥著论通圃镶弘愉商猩酥畸入迢遣浆铡迹叮缆泛误货瘴玉斋捞双隆竭燥媚羔凸麦瀑彩呵星蒜叶板沟涛即漂随亮吓寿多埃焕阐负鸡架嗅谚怠止蘸记钥遵扇通疟庚流惰互酉薛砧蘑恨甚玩挑厘纸甚挤耻吗酱汛罪绢邱糠扣丢凛镣涸蒙宵俐坟纸贿甩猩责爵贾藉浴偷兴贰脐糖馈履
钢铁生产基本知识
一 概述
钢铁自人类历史进入铁器时代后是人类社会所使用的最重要的材料，与人们的生产生活密切相关，从人们的俗语中可见一斑，如百炼成钢、恨铁不成钢、钢筋铁骨、好钢用在刀刃上等等，很难想象如果不使用钢铁材料现代生活会变成怎样？因为钢铁材料在性能、价格上与其他材料相比具有明显的优势，它在21世纪乃至相当长的时期内仍将是人类所使用的最重要的材料之一。
钢铁工业是指黑色金属（铁、铬、锰三种金属元素）作为主要开采、冶炼及压延加工对象的工业产业。现代钢铁工业是个庞大的工业生产系统，主要包括有采矿、选矿、烧结、球团、焦化、炼铁、炼钢连铸、轧钢等，另外还有机修、动力、运输、制氧等。目前，钢铁工业已是相当成熟的传统制造业。近百年来，钢铁工业得到了蓬勃发展，全球钢产量从1900年的3000万吨增加到2005年的10亿吨，建国以来，我国钢铁工业得到了快速发展，钢产量从1949年的15.8万吨增长到2005年的3.49亿吨。这是经济发展对钢材需求旺盛的结果，也是钢铁工业加速结构调整，特别是工艺、产品、技术、装备调整的结果。为适应市场、环境的需要，高质量、多品种、低成本、资源节约、环境友好是钢铁生产追求的目标。

图1 钢铁生产主要工艺流程示意图
废钢
煤气
燃料
原料
辅料
焦化
烧结
炼铁
炼钢
连铸
轧钢

水泥厂
用户
产品
废渣

二 采矿
日常生活中钢铁总是一起并称，那钢与铁有什么区别呢？它们是怎么生产出来的呢？
铁（Fe）在自然界中大多是以铁的氧化物形态存在于铁矿石中。钢铁工业的主要原料—铁矿石及辅助料如白云石、石灰石、蛇纹石等，要通过开采矿山和选矿来获得。矿山开采是指用人工或机械对有利用价值的天然矿物资源的开采。根据矿床埋藏深度的不同和技术经济合理性的要求，矿山开采分为露天开采和地下开采两种方式。
图2 铁矿开采示意图

露天开采
地表
井架
岩石

竖井

平巷
矿体

地下开采

露天开采是采用采掘设备在敞露的条件下，以山坡露天或凹陷露天的方式，一个阶段一个阶段地向下剥离岩石和采出有用矿物的一种采矿方法。掘沟、剥离和采矿是露天矿生产的三个重要环节。工艺流程一般经过穿孔、爆破、装载和运输。当矿床埋藏地表很深，采用露天开采会剥离系数过高，经比较，地下开采合理时，则采用地下开采。由于矿藏较深，必须开凿由地表通往矿体的巷道，如竖井、斜井、斜坡道、平巷等。地下开采主要包括开拓、采切（采准和切割工作）和回采三个步骤。工艺流程一般是：凿岩、爆破、通风、装载、支护和运输提升等工序。
三 选矿
从矿山开采出来未经选矿或其他技术加工的矿石称为原矿。铁矿石品位即含铁量，用百分数表示，是衡量铁矿石质量的主要指标。一般地说，品位较高，适合直接入炉冶炼的叫做富矿；由于含铁量较低，不应直接入炉冶炼的叫贫矿。贫矿直接入炉冶炼在经济上、技术上都是不合理的，需经选矿处理，提高品位后，再经烧结或球团工艺制成人造富矿后入炉冶炼。这样不但能合理利用资源，又能改善高炉技术经济指标并取得较好经济效益。
优质铁矿石具备条件是：含铁量高，脉石少，有害杂质少，化学成分稳定，粒度合适、均匀，一定的机械强度和良好的高温冶金性能。我国铁矿石平均品位33%左右，低于世界铁矿石平均品位11%，已探明铁矿石储量的97.5%是需要选矿加工的贫铁矿。通过选矿可将各种有用成分分别选出来，得到成分单一的精矿，选矿也可使大量的贫矿资源达到冶炼要求。

图3 选矿流程示意图

四 烧结球团
铁矿石的脉石成分绝大多数以酸性为主，含量最高、最应重视的是SiO2，因为铁矿石中SiO2含量的增加，必然需要加入等量以上的CaO，引起高炉渣量成双倍以上的增加，所以，要求铁矿石中含SiO2少些。反之，脉石含CaO较多的矿石，由于相应减少了外加CaO较多的矿石，由于相应减少了外加CaO量，具有较高的冶炼价值。我国铁矿石中SiO2含量普遍较高，与主要进口铁矿石差距较大。
对炼铁而言，矿石中的有害杂质通常是硫、磷、碱金属，考虑有害杂质有两点注意：一是根据冶炼规定的允许值，在配料中做到高低搭配；二是经高炉冶炼过程之后，有害元素各自的残存率不一样。如磷，在选矿和烧结过程中不易除去，入炉又100%进入铁水。而硫在烧结过程中可除去80%以上，高炉冶炼过程可以除原料和燃料中带入硫量的90%以上。
铁矿石粒度对高炉冶炼过程影响很大。粒度不均匀或过小时，高炉内料柱透气性差，煤气上升阻力增大。粒度过大会减小煤气和铁矿石的接触面积，使矿石中心部分不易还原。因此，粒度小于5mm矿粉应在入炉前筛除，目前高炉矿石粒度常小于25—35mm，这对于炼铁指标改善很有成效。铁矿石的质量性能指标有冷态力学性能、热态及还原条件下的力学性能、冶金性能等等。
由于对贫矿和多种元素共生复合矿分选，选出的精粉品位越高，粒度磨得越细，同时，富矿开采、破碎过程中也产生大量的粉料。粒度过细的矿粉必须经过人工造矿，达到一定粒度后才能进行高炉冶炼。经过人工造矿并可用于冶炼的矿料称为人造矿块，也称人造富矿或熟料。人造块矿在造块过程中，除了改变矿料的粒度组成、机械强度之外，还可以除去一部分对冶炼有害的元素，提高矿料质量，改变矿相结构和冶金性能，因而使用人造块矿有利于强化高炉冶炼，获得良好的指标。
宣钢精粉性质判定按三元碱度结算： R<0.50，属酸性精粉，0.50≤R<1.00，属半自熔精粉，R≥1.00，属自熔精粉。半自熔精粉 R<0.40倍，视为以酸性精粉冒充半自熔精粉属弄虚作假。半自熔精粉以折酸品位考核，折酸公式为：折酸品位=原始品位/(100+1.2-Cao-Mg0)×100。以R3=1.00倍为基数，每超0.01倍，矿价加0.50元/吨；三元碱度大于2.40倍，不再加价。三元碱度小于1.00倍，按地方半自熔精粉折酸品位结算
人造块矿生产方法较多，目前世界上应用最广泛的是烧结法和球团法。
烧结球团是将矿粉、熔剂（石灰石、白云石、生石灰等粉料）、燃料（焦粉、煤粉）按指定配料比精心配料，混匀造球，再进行布料，布到烧结台车上，经点火，在抽风机的作用下，借助混合料中固定炭燃烧产生的高温；在高温作用下，烧结料水分蒸发并发生一系列化学反应，使物料软化、熔化，生成一定量液相，产生部分液相黏结。随着烧结过程进行，高温带下移，液相冷却固结，粘结成块而形成烧结矿。
烧结法按生产工艺不同可分为抽风法和鼓风法，目前普遍使用的是抽风法。烧结矿按其成品是否经过冷却，又有冷矿与热矿之分。
图4 烧结流程示意图

五 炼焦
焦炭在高炉冶炼中起着发热剂、还原剂和柱骨架的三大作用。炼焦生产的基本原料是炼焦煤。炼焦煤是具有在工业焦炉或模拟工业焦炉的炼焦条件下，结成一定块度和足够强度焦炭的能力的煤，它们分为气煤、肥煤、焦煤和瘦煤。
1、中国煤炭分类　
20世纪50年代以来，中国煤产量和消耗量迅速增加，为了合理利用煤炭资源，1952～1953年提出东北区和华北区两个炼焦煤分类方案。1956年又制订了统一的中国煤（以炼焦煤为主）分类方案，以大致代表煤的变质程度的挥发分（％）和表征煤的结焦性的胶质层最大厚度Y(mm)两个指标为参数,将中国煤分为10大类24小类。该方案于1958年经国家技术委员会向全国推荐试行，起了统一中国煤分类的作用。但这一分类方案在试行中，也发现存在一定缺陷。1989年10月国家标准局发布了《中国煤炭分类国家标准》 (GB5751-86)，将中国煤分为14类如表[中国煤炭分类简表]）。

表中[390-1]为干燥无灰基挥发分，G为粘结指数,Y为胶质层最大厚度(mm)，b为奥亚膨胀度(％)，PM为煤样的透光率(％)，[390-2]为煤的恒湿无灰基高位发热量(MJ/kg)。
　褐煤　泥炭经成岩作用形成的腐殖煤，煤化程度最低，呈褐色、黑褐色或黑色,一般暗淡或呈沥青光泽,不具粘结性。其物理、化学性质介于泥炭和烟煤之间。水分大、挥发分高、密度小,含有腐殖酸,氧含量常达15～30％，在空气中易风化碎裂,发热量低。按透光率PM大小将褐煤分为两小类,PM为30～50％的年老褐煤，PM≤30％的为年轻褐煤。褐煤可作燃料或气化原料，也能作提取褐煤蜡和制造腐殖酸盐类的原料。含油率达到工业要求时可用于低温干馏，制取焦油及其他化工产品。
　长焰煤　高挥发分的微粘结或弱粘结性煤。在烟煤中变质程度最低，单独炼焦时生成焦炭呈长条状，强度甚差，粉焦率高，主要作为动力燃料和气化原料。
　不粘煤　成煤初期的原始物质受强烈氧化作用，为低到中等变质程度煤。其特征是煤中含氧较高，挥发分中等，加热时没有粘结性。可做动力和民用燃料或气化原料。
　弱粘煤　还原程度较弱的低到中等变质程度的煤。挥发分中等，单独炼焦时能产生少量胶质体，焦炭为强度较小的小块焦。适用做动力燃料和气化原料。
　1/2中粘煤　中等变质程度的弱粘结性煤挥发分中等，粘结性比弱粘煤稍好，其中有一部分煤在单独炼焦时能炼出一定强度的焦炭,可适量作为炼焦配煤原料,粘结性较差的一部分煤适宜做动力燃料和气化原料。
　气煤　变质程度介于1／2中粘煤与气肥煤之间。主要特征是挥发分高，加热时具有中等粘结性，单独炼焦时焦炭细长易碎，焦炭强度优于长焰煤，低于焦煤、肥煤。主要作为炼焦配煤，也是制造干馏煤气的原料。
　气肥煤　高挥发分的特强粘结性煤。性质介于气煤和肥煤之间，单独炼焦时能产生大量液体和气体产品。气肥煤适合于制造干馏煤气，也可作为炼焦配煤以增加化学产品。
　1／3焦煤　中高挥发分的强粘结性煤。特性介于焦煤、肥煤和气煤间的过渡煤，单独炼焦时能得到强度较好的焦炭。炼焦时其配入量可在较大范围内变化而获得强度高的焦炭，它是炼焦配煤中的基础煤。
　肥煤　中等及中高挥发分的特强粘结性煤。变质程度中等，加热时能产生较多胶质体，单独炼焦时能产生熔融性良好、强度较高的焦炭，但出焦困难，且焦炭有较多横裂纹和蜂焦，故不适宜单独炼焦，是炼焦配煤中的重要煤种。
　焦煤　中等变质程度烟煤。挥发分中等或较低，结焦性好，是炼焦生产中的主要煤种，单独炼焦时可炼成块度大、熔融性好、裂纹少、强度高的焦炭，是优质炼焦原料。
　瘦煤　烟煤中变质程度较高的煤种挥发分较低,在炼焦时具有中等粘结性，单独炼焦时能得到块度大、裂块少、强度较好的焦炭，但其耐磨性较差。一般作为炼焦配煤使用。
　贫瘦煤　弱粘结性低挥发分煤。单独炼焦时，粘结性比瘦煤差，因而焦炭粉焦甚多，但作为炼焦配煤，能起到瘦化作用。也可作为动力和民用燃料。
　贫煤　烟煤中变质程度最高的煤种。在美国煤炭分类中划分为半无烟煤。贫煤挥发分低,一般无粘结性,因此不能结焦，其燃烧时火焰短，耐烧。主要做民用或动力燃料。
　无烟煤　变质程度最高的煤种。挥发分低于10%,固定碳高于90％，燃烧时无烟，密度大，硬度高。按其挥发分和用途可分为 3个小类。无烟煤是较好的民用燃料，也可以做动力燃料，又是合成氨和碳化学产品的重要原料。低灰、低硫无烟煤是制造碳素材料和活性炭的原料，变质程度较低的无烟煤还可以做高炉喷吹燃料，以代替部分焦炭。
2、炼焦原理及工艺流程
将炼焦配合煤在密闭的焦炉内隔绝空气高温加热到950~1050℃，经过干燥、热解、熔融、黏结、固化、收缩等过程最终制得焦碳，这一过程叫高温炼焦（高温干馏）。
炼焦过程产生的干馏煤气经冷却、回收、精制，可得到煤气、焦油、粗笨、硫铵等多种化工原料。冶金企业炼焦生产的主要任务是生产优质冶金焦，供高炉冶炼使用，同时回收焦炉煤气及焦煤气中的化工产品。
(一)炼焦原理
1,炼焦原理
炼焦生产,基本原料是炼焦煤.将炼焦煤在密闭的焦炉内隔绝空气高温加热放出水分和吸附气体,随后分解产生煤气和焦油等,剩下以碳为主体的焦炭.这种煤热解过程通常称为煤的干馏.
煤的干馏分为低温干馏,中温干馏和高温干馏三种.它们的主要区别在于干馏的最终温度不同, 低温干馏在500℃-600℃,中温干馏在700℃-800℃,高温干馏在900℃-1000℃.目前的炼焦炉绝大多数属于高温炼焦炉,主要生产冶金焦,炼焦煤气和炼焦化学产品.这种高温炼焦过程,就是高温干馏.
2,炼焦煤的热解过程
炼焦煤在隔绝空气高温加热过程中生成焦炭,它具有下列特性:当被加热到400℃左右,就开始形成熔融的胶质体,并不断地自身裂解产生出油气,这类油气经过冷凝,冷却及回收工艺,得到各种化工产品和净化的焦炉煤气.
当温度不断升高,油气不断放出,胶质体进一步分解,部分气体析出,而胶质体逐渐固化成半焦,同时产生出一些小气泡,成为固定的疏孔.温度再升高,半焦继续收缩,放出一些油气,最后生成焦炭.
3、炼焦设备
（1）,焦炉炉体
焦炉炉体主要是用硅砖砌筑而成的,分成一至四个相连接的部分:炉顶,炭化室(两侧是燃烧室),斜道,蓄热室. 炉顶区设有炭化室装煤孔,燃烧室火道看火孔以及荒煤气导入集气系统的上升管孔等.
炭化室是窄长的方型室,用以容纳煤料.煤料可由装煤孔或机侧(捣固炼焦)装入.
燃烧室在炭化室两侧,煤气在其内燃烧,燃烧产生的热量,经炭化室——燃烧室墙传入炭化室,将煤料加热至高温炼成焦炭.
斜道是蓄热室, 燃烧室火道间的气流通道.
蓄热室在炭化室及燃烧室下部,内填充有带孔的格子砖.当下降气流时,燃烧产生的高温废气流将格子砖加热,交换成上升气流时,使通过蓄热室的贫煤气或空气预热后进入燃烧室.
一座焦炉由数十孔炭化室组成.
（2）煤塔
设在焦炉两炉组之间,贮存已粉碎好的炼焦配煤.
（3）操作机械
1）装煤车:
顶装焦炉的装煤车设在炉顶,其作用是从煤塔取出一定重量的煤料,通过炭化室顶部装煤孔卸入炭化室内.
2)推焦机:
顶装焦炉的推焦机有几种作用:炭化室装煤完毕后,煤落在室内成锥形,由推焦机上的平煤杆将煤推平;打开,清扫与关闭机侧的炉门;将成熟的焦炭从炭化室的机侧推到焦侧的熄焦车上.
3)装煤推焦车:
装煤推焦车为捣固焦炉专用机械,其作用是将由捣固机捣成的煤饼推入炭化室,打开与关闭机侧炉门,将成熟的焦炭推到熄焦车上.
4)拦焦车:
拦着从炭化室推出来的焦炭落到熄焦车上,并打开,清扫与关闭焦侧的炉门.
5)熄焦车(或干法熄焦装置):
接受推出的赤热焦炭,运到熄焦塔内喷水(或运到干法熄焦装置用惰性气体将余热导走发电或补充管网的蒸汽),将赤热焦炭熄灭,然后卸在凉焦台上冷却.
(二)炼焦用煤的选择
焦炭的物理性能和它的化学成分,主要取决于所用的煤种和炼焦方法. 煤的粘结性和结焦性是炼焦用煤最重要的工艺性质。炼焦煤（或配煤）必须具有较 好的粘结性和结焦性，才能炼出优质焦炭。煤的粘结性是指粉煤在隔绝空气条件下加热，经过胶质状态生成块状半焦的能力。煤的结焦性是在工业炼焦条件下（或模拟工业炼焦条件下）单种煤（或配煤）生成优质冶金焦的性能。煤的粘结性与结焦性密切相关， 粘结性是结焦性的前提和条件。结焦性好的煤，粘结性一定好；而反过来，粘结性好的煤，不一定结焦性好。有的煤粘结性好，但炼出的焦炭强度低，块度小，其结焦性并不很好。煤的粘结性和结焦性是评价炼焦用煤的重要指标，其他热加工（气化、低温干馏）和动力用煤也需用这一指标。 煤能否粘结以及粘结性好坏取决于煤热解时形成胶质体的数量和质量。一般来讲， 在相同的加热条件下，煤所产生的液体量愈多，形成的胶质体的量也愈多，粘结性也就愈好。为什么有的煤热解时产生的液体量多，有的少甚至没有呢？根本原因在于煤的组成和结构不同：煤化程度低的煤（褐煤、长焰煤），分子结构中侧链多，含氧量高，而氧和碳之间结合力最差，热解时多数呈气态产物挥发，液体产物数量少，并且热稳定性差，所以没有粘结性或粘结性很差；煤化程度高的煤（贫煤、无烟煤）虽然含氧量少，但侧链数目少，侧链短，热解时大部分生成气体（氢气），几乎没有液体生成，所以没有粘结性或很差，只有中等煤化程度的煤，侧链的数目中等，并且含氧量较少，煤热分解产物中液体量较多， 热稳定性高，形成胶质体的数量多，因而粘结性好。
1,洗煤(或精煤).从原料煤带到焦炭中的灰分,硫和磷等杂质,对于炼铁是极为有害的.为了除去这些杂质,就需要对原煤进行洗选,洗选后所得净煤称为洗煤或精煤.
2,配合煤.焦煤能够单独炼成很好的焦炭,有的煤种本身虽不能单独炼成焦炭,但能与其它煤种配合炼成焦炭,这样,将不同煤种按适当比例配合,混匀后的煤料称为配合煤.
3,目前世界各国焦化厂几乎都用配合煤方法炼焦,即以焦煤配合其它煤种(一至五,六种)进行炼焦.其原因是:
1)焦煤资源缺乏,用配合煤方法可以大量节约主焦煤.
2)焦煤的结焦性虽好,但有的主焦煤在炼焦时膨胀压力较大,损害炉体,有的含杂质较多,用配合煤的方法可以解决上述问题.
3)焦煤的价格较高,用配合煤炼焦可以降低焦炭成本.
究竟哪些煤种能单独炼焦,什么样的配合煤比例能炼成优质焦炭,都要通过试验确定.
（三）化学产品的回收
炼焦煤在焦炉炭化室内进行干馏时,在高温作用下,煤质发生了一系列的物理化学变化,同时也析出了水蒸气和煤气(即荒煤气).煤气由炭化室出来经上升管到集气管,以循环氨水喷淋使煤气降温,冷却,而分离出焦油和氨水;经吸气管到回收车间的初冷器到鼓风机,煤气经过冷却和用各种吸收剂处理,可提取出焦油,氨,粗苯等化工产品,并得到净化的焦炉煤气,通常被送回焦炉加热或其它冶金炉作燃料.另外还可以作合成氨的原料气和民用城市煤气.
炼焦化学产品具有极为广泛的用途,是塑料工业,合成纤维,合成橡胶,耐辐射材料,耐高温材料,染料,医药,农药,冶金,化工,轻纺及国防工业的极为宝贵的原料.如:
1,轻工方面的塑料,合成洗涤剂,油墨,电池,皮革加工;
2,化工方面的橡胶,尼龙,染料,油漆,电木粉等;
3,农药方面的杀螟松,速灭威,1605等;
4,医药方面的合霉素,麻黄素,咖啡因,巴必痛,阿司匹林,消炎片,来苏儿,食品防腐剂等;
因此,发展炼焦化学产品生产在国民经济中具有重要的作用,煤化工综合利用有其广阔的前景,开发炼焦化学产品是焦化厂提高经济效益的重要途径.
（四）炼焦化学产品的组成
炼焦化学产品的数量和组成随炼焦过程(主要是炼焦方法和温度)和原料的质量不同而变化,在工业生产条件下各种产品的产率(%)为(对干煤的重量百分比):
焦炭 73～78
回收煤气 15～19
焦油 2.5～4.5
化合水 2～4
粗苯 0.8～1.2
氨 0.25～0.35
其它 0.9～1.1
（六）焦炭的化学组成
焦炭的化学性质由固定碳,挥发分,水分,灰分,硫和磷分来体现.
1,固定碳和挥发份:固定碳是焦炭的主要成分.将焦炭再次隔绝空气加热到850℃以上, 从中析出挥发物,剩余部分系固定碳和灰分.挥发物含量是焦炭成熟度的重要标志,挥发物含量过高表示焦炭不成熟(生焦),挥发物含量过低表示焦炭过烧(过火焦).生焦耐磨性差,使高炉透气性不好,并能引起挂料,增加吹损,破坏高炉操作制度.过火焦易碎,容易落入熔渣中,造成排渣困难,风口烧坏等现象.
2,灰分:焦炭燃烧后的残余物是灰分,它是焦炭中的有害杂质,其中主要是二氧化硅和三氧化二铝,还有氧化钙,氧化镁等氧化物.灰分含量增高,固定碳减少.高炉冶炼过程中,为造渣所消耗的石灰石和热量将增加,高炉利用系数降低,焦比增加.因煤在炼焦过程中灰分全部转入焦炭,故焦炭灰分高低决定于煤的灰分,焦炭灰分越低越好,对高炉操作越有利.
3,水分:焦炭在102-105℃的烘箱内干燥到恒重后的损失量为水分.冶金焦水分一般为3%-5%.焦炭水分力求稳定,因高炉生产一般以湿焦计量,焦炭水分波动,对高炉操作不利,造成炉况波动.
4,硫分:焦炭含硫占高炉配料中硫来源的80%以上,硫进入生铁造成生铁含硫高,为除去这部分硫,需增加熔剂脱硫,影响高炉正常生产.在炼焦过程中,煤中含硫的70%-90%转入焦炭,故焦炭硫分高低,决定于煤的硫分,一般冶金焦硫分不大于0.9%.
5,磷分:焦炭中的磷分在炼铁时大部分转入铁中,生铁含磷使其冷脆性变大,用于转炉炼钢时,磷难以除掉,因此生铁中磷分越低越好.煤炼焦时磷分全部转入焦炭.故焦炭磷分高低决定于煤的磷分.
（七）,焦炭的质量要求
高炉对焦炭的要求,应该是块度均匀,耐磨性好和抗碎性强.焦炭的物理机械性质指标是筛分组成,耐磨性和抗碎性. 目前对焦炭常规质量要求是：灰分、硫分、冷强度（M40、M10）、热反应性及热强度，一般灰分增加1%，焦比升向2%，产量降低3%；硫增加0.1%,焦比增加1.5%,产量下降2%.
1,筛分组成:为使高炉透气性好,焦炭块度要均匀,因此焦炉生产的焦炭通常分为 >40毫米,25-40毫米的冶金焦,10-25毫米的小块焦和 60毫米的焦炭50千克
2,冶金焦抗碎强度(M40转鼓指数) 冶金焦抗碎强度是反映焦炭的抗碎性能的指标,以百分比表示.
3,冶金焦耐磨强度(M10转鼓指数) 冶金焦耐磨强度是反映焦炭的耐磨性能的指标,以百分比表示.
15,焦炭水分
焦炭水分,是指焦炭中含水分的数量占焦炭总量的百分比.
图5 炼焦工艺流程示意图

图6 煤化工流程示意图

六 高炉炼铁
炼铁过程实质上是将铁从其自然形态---矿石等含铁化合物中还原出来的过程。高炉炼铁是目前获得大量生铁的主要手段。它的原料是富矿或人造块矿。燃料主要是焦炭，其次是煤粉、重油等，熔剂是石灰、白云石、蛇纹石等。
高炉冶炼是还原过程。把氧化铁还原成含有碳、硅、锰、硫、磷等杂质的生铁。副产品有煤气和炉渣。
自然界中没有纯铁存在，多数是与氧结合成的氧化物，如赤铁矿（Fe2O3），理论含铁70%，含氧量30%，是世界上贮量最大的矿种，且含氧量也最大；磁铁矿（Fe3O4），含水的Fe2O3称为褐铁矿（2Fe2O3·3H2O），还有菱铁矿（FeCO3）、黄铁矿（FeS2）等。
高炉炼铁是一个比较经济合理的办法，利用C、CO、H2做还原剂，将铁还原出来。它们的还原反应过程如下：
（1） 用CO还原，属间接还原。
大于570℃时：　 Fe2O3+CO→Fe3O4+CO2+↑（热）
Fe3O4+CO→FeO+CO2—↓
FeO+CO→Fe+CO2+↑
小于570℃时：（FeO不能稳定存在）
Fe2O3+CO→Fe3O4+CO2+↑
Fe3O4+CO→FeO+CO2+↑
（2） 固体碳还原，属直接还原。
大于570℃时：　 Fe2O3+C→Fe3O4+CO—↓
Fe3O4+C→FeO+CO—↓
FeO+C→Fe+CO—↓
小于570℃时：Fe2O3+C→Fe3O4+CO—↓
Fe3O4+C→FeO+CO—↓

（3） 一部分氢在低温代替CO还原，另一部分氢在高温代替碳直接还原。
大于570℃时：　 Fe2O3+H2→Fe3O4+H2O+↑
Fe3O4+ H2→FeO+ H2O—↓
FeO+ H2→Fe+ H2O—↓
小于570℃时：（FeO不能稳定存在）
Fe2O3+ H2→Fe3O4+ H2O +↑
Fe3O4+ H2→FeO+ H2O —↓
由上可知：铁矿石的还原过程是逐级进行的，是由含氧量多的高级氧化物逐步失去氧最后成为金属铁。FeO是中间产物，在自然界中不单独存在，只有在炉内还原气氛条件下，或与其他成分组成复杂矿物才能存在。每个还原反应都伴有热量的吸入或放出，用CO作还原剂总的效果是放热，用H2作还原剂总的效果为吸热，用碳用还原剂则为强烈的还原反应，即必须额外供给大量的热，否则反应不能完成。
高炉生产包括如下环节：1、备料：天然富矿和熔剂经分级、混匀、堆积运到高炉车间装入料仓。人造富矿（烧结矿或球团矿）和焦炭分别运至高炉料仓。2、上料：通过料车或带式运输机上料系统，按一定比例将原料、燃料和熔剂一批批有程序地经炉顶装料设备按一定的工作制度装入炉喉。3、冶炼：高炉冶炼是连续进行的。鼓风机将冷风送至热风炉加热到1200~1300℃（也有达到1400℃），通过炉缸周围的风口送入高炉。同时在风口区加入各种喷吹燃料和富氧。焦炭和鼓入的热空气燃烧后产生大量的煤气和热量，使矿石源源不断地熔化、还原。产生的铁水和熔渣贮存在高炉炉缸内，定期出渣和出铁。4、产品处理：对于设有渣口的高炉，出铁前，先从渣口放出熔渣，炉渣的处理有干渣和水渣，用于筑路或生产水泥。出铁时，用开口机打开出铁口，让铁水流入铁水罐车，运到炼钢厂炼钢或运到铸铁车间用铸铁机浇铸成铁块。和铁水一起出来的熔渣经撇渣器和渣沟流入渣罐车。每次出铁完毕后用泥炮把出铁口堵上。经高炉导出的煤气通过除尘器、洗涤塔、文氏管清洗除尘后，沿煤气管道输往各用户使用。从除尘器排出的炉尘经车辆运送烧结工序作为烧结原料，从洗涤塔和文氏管系统排出的污水导入沉淀池，回收起来的污泥块也作烧结原料。

高炉利用系数是衡量高炉生产率的一项重要指标。在中国以每立方米高炉有效容积一个昼夜的合格生铁产量表示。生铁产量是以合格炼钢生铁为标准，其他铁种乘以相应的系数。高炉有效容积是高炉有效高度内的内型容积，对有效高度各国的规定不同，我国是以铁口中心线至料线的垂直距离。
高炉生产的主要指标有焦比，它是高炉炼铁过程中冶炼单位生铁所消耗的焦炭量（kg/t），常讲的有综合焦比，是在高炉喷吹燃料后将喷吹燃料计入焦比的指标。冶炼强度是高炉过程强化程度指标，是以每立方米高炉有效容积每昼夜燃烧的干焦量衡量。高炉从点火投产至停炉大修期间的实际运行时间称高炉炉龄，它与每立方米高炉有效容积在以上时间内的产铁量构成衡量高炉生产一代炉役的一对重要技术经济指标。
图7 高炉生产工艺流程示意图

铸造用生铁标准
铁 种
铸造用生铁
铁 号
牌 号
铸 34
铸 30
铸 26
铸 22
铸 18
铸 14
代 号
Z34
Z30
Z26
Z22
Z18
Z14
化

学
成
份
%
C
＞3.3
Si
＞3.20-3.60
＞2.80-3.20
＞2.40-2.80
＞2.00-2.40
＞1.60-2.00
＞1.25-1.60
Mn
1 组
≤0.50
2 组
＞0.50-0.90
3 组
＞0.90-1.30
P
1 级
≤0.06
2 级
＞0.06-0.10
3 级
＞0.10-0.20
4 级
＞0.20-0.40
5 级
＞0.40-0.90
S
1 类
≤0.03
≤0.04
2 类
≤0.04
≤0.05
3 类
≤0.05
≤0.06

炼钢用生铁标准
牌 号
L04
L08
L10
化

学
成
份
%
C
≥3.50
Si
≤0.45
＞0.45-0.85
＞0.85-1.25
Mn
一组
≤0.40
二组
＞0.40-1.00
三组
＞1.00-2.00
P
特级
≤0.100
一级
＞0.100-0.150
二级
＞0.150-0.250
三级
＞0.250-0.400
S
特类
≤0.020
一类
＞0.020-0.030
二类
＞0.030-0.050
三类
＞0.050-0.070
注:各牌号生铁含碳量,均不作报废数据

球墨铸铁用生铁标准
铁种
球墨铸铁用生铁
牌号
Q10
Q12
Q16
化

学
成
份
%
Si
≤1.00
＞1.00-1.40
＞1.40-1.80
Mn
一组

≤0.20

二组

＞0.20-0.50

三组

＞0.50-0.80

P
特级

≤0.05

一级

＞0.05-0.06

二级

＞0.06-0.08

三级

＞0.08-0.10

S
特类

≤0.02

一类

＞0.02-0.03

二类

＞0.03-0.04

三类

0.045

C
　≥3.40　
Cr
　≤0.030　
注：生铁中Ti、As及其他妨碍石墨球化的成分，可以商定其含量。
七 转炉炼钢连铸
氧气转炉的几种方法中顶吹转炉是目前的主要方法，国外称LD转炉。下面主要叙述顶吹转炉工艺技术。
将炼钢的原料（主要是铁水、废钢、造渣剂）按量、按时加入炉中，用水冷氧枪将一定压力、一定纯度的氧气从炉顶部吹到炉内，氧气将铁水中的硅、锰、碳、磷等元素迅速氧化到一定含量范围，并产生大量化学反应热，使加入的废钢熔化并使钢水温度提高到规定值。这些元素氧化后，有的在高温下与造渣剂（石灰石、石灰等）反应生成炉渣，有的变成气体逸出，去除炉渣就得到了钢水。由于此时钢水在炼钢过程中吸收了过量的氧，因此要用锰铁、硅铁和铝等进行脱氧，这样就得到了所需的钢水，再通过连铸机铸成钢坯，也有的直接铸成钢件。
由于吹送氧气方式的不同，还有氧气底吹转炉，及综合顶吹与底吹优点、克服两者缺点的顶底复吹转炉炼钢法。顶底复吹工艺是从转炉顶部氧气喷枪保持一定距离向金属熔池喷吹氧气外，为了加强对金属熔池的搅拌能力，还通过炉底向金属熔池喷吹一定量的惰性气体，以加快冶金反应，并使之趋近于平衡状态，顶底复吹改善了转炉冶炼过程的冶金条件，减少吹损，提高金属收得率，降低原材料消耗，提高了生产效率。
炉外精炼是把转炉中初炼的钢水移到另一个容器中进行精炼的过程，也叫二次精炼。炉外精炼把传统的炼钢方法分为两步，即初炼加精炼。初炼——在氧化性气氛下进行炉料熔化、脱磷、脱碳和主合金化。精炼——在真空、惰性气体或可控气氛下进行深脱碳、除气、脱氧、脱硫，去夹杂物和夹杂物变性处理，调整成分，控制钢水温度等。
炉外精炼的方法很多，按手段分类有1、常压下处理法：渣洗法（合成渣洗法、同炉渣洗法），合金元素等特殊添加法和喷粉法（弹丸发射法、喂丝法、喷粉法），氩气精炼法（钢包吹氩法Gazal、带盖钢包吹氩法CAB、氩氧脱碳精炼法AOD、气氩脱碳精炼法CLU）。2、用真空手段精炼法：以脱气为主的精炼法（钢包除气法、DH、RH法等），以脱碳、脱氧、脱气为主的精炼法（VOD、RH-OB、RH-PI等）。3、采用真空和加热手段精炼法：ASEA-SKF法，VAD（VHD）法，LF法。
尽管炉外精炼方法各异，但共同特点是：1、有一个理想的精炼气氛条件，通常是应用真空、惰性气氛或还原气氛；2、搅动钢水，可采用电磁力，惰性气体或机械搅拌的方法；3、为补偿精炼过程的钢水温度损失，采用加热设施有电弧加热，等离子加热或增加钢水中的化学热等。
钢水连续浇铸是20世纪60年代开始大规模工业生产的一项新技术。浇铸时把盛钢桶内的钢水通过中间包连续地注入结晶器中，钢液的热量被流经结晶器器壁的冷却介质迅速带走，形成具有一定厚度的坯壳，接着通过拉坯机拉出结晶器，进入二次冷却区直接喷水快速冷却，使坯壳内的钢液全部凝固而成钢坯，经矫直后由切割机切成一定的长度，最后由输送辊道将其输送到下道工序或铸坯场地。这种工艺方法有成材率和机械化程度高、铸坯质量好、操作方便、劳动强度低、生产率高等优点。同模铸相比，连铸镇静钢的钢材综合成材率可以提高10个百分点。
连铸机机型主要有立式、立弯式、弧形、直弧形、超低头弧形（椭圆形）和水平式等。弧形连铸机具有弧形结晶器和弧形二冷段，它具有高度低、拉速快的优点，这种机型目前发展很快，并保持了领先的地位。从铸坯形状分，有板坯连铸机、薄板坯连铸机、方坯一板坯连铸机、大方坯连铸机、小方坯连铸机、圆坯连铸机和异形坯连铸机等。
    近年来，以薄板坯连铸为代表的近终形连铸发展很快，最典型的是德国施罗曼·西马克公司的CSP工艺和曼内斯曼·德马克公司的ISP工艺，世界上已有多条生产线投入工业生产。它同电炉或转炉冶炼工艺相结合，使小钢厂进人钢铁联合企业的传统领域——扁平材市场，给世界钢铁工业带来深刻变化。断面厚度l～5毫米的带钢连铸，各国也在积极开发中。它能直接为冷轧机供料，可省去热轧机，大大节省投资和提高生产效率。
转炉炼钢技术经济指标:
1、转炉钢坯合格率
      钢坯合格率（％）= 钢坯合格量（吨）×100%
                          钢坯检验量（吨）
  （ 转炉钢坯检验量=转炉钢坯合格量十转炉钢（水、坯）废品量
钢坯合格量=报告期内转炉钢坯实际检验合格量一下工序和用户退废量）
  2、按计划钢种出钢率
     按计划钢种出钢率（％）=按计划钢种出钢炉数  ×100%
                          出钢总炉数
   3、转炉炼钢金属料消耗
  转炉炼钢金属料消耗量（干克／吨）= 入炉金属料量（千克）
                                      合格钢生产量（吨）
   （金属料量= 钢