钢铁冶炼

钢、铁冶金工艺过程的总称

钢铁冶炼（iron and steel smelting），是钢、铁冶金工艺过程的总称。工业生产的铁根据含碳量分为生铁（含碳量2%以上）和钢（含碳量低于2%）。

原理

电子枪是电子束熔炼炉的心脏。它包括枪头(一般由灯丝、阴极、阳极等组成)、聚焦线圈和偏转线圈等。电子枪按其结构形式可分为轴向枪(或称皮尔斯枪)、非自加速环形枪、自加速环形枪及横向枪，它们的基本结构及其在电子束熔炼过程中的工作情况示于图2。电子枪的数量有单枪、双枪和多枪等。

发展

2012年8月我国精炼锌产量39.7万吨，同比下降2.2%，环比增长8.5%。1-8月累计精炼锌产量313.4万吨，同比下降5.1%。8月国内锌冶炼企业开工率仅为72.41%，同比下降2.68个百分点，创年内最低。开工率下降的主要原因是受限电以及原料紧缺影响。8月锌价继续下滑，国内加工费、进口加工费均走低，且矿山惜售情绪较浓，冶炼企业原料压力加重。进入9月份，限电有所缓解，企业检修也基本完成，并且下游生产旺季将至，预计冶炼厂生产情况会有所好转。

2012年1-9月，黑色金属冶炼及压延加工业累计完成固定资产投资3696亿元，同比增长3.90%，增速较1-8月下滑了3.76个百分点。中投调查，2012年9月有色金属冶炼及压延加工业累计完成固定资产投资3279.33亿元，同比增长18.62%，增速较1-8月上升了0.25个百分点。钢铁行业投资9月同比增速明显下滑，且1-9月累计同比增速处于近2年来的低位。

分类

铁冶炼

现代炼铁绝大部分采用高炉炼铁，个别采用直接还原炼铁法和电炉炼铁法。高炉炼铁是将铁矿石在高炉中还原，熔化炼成生铁，此法操作简便，能耗低，成本低廉，可大量生产。生铁除部分用于铸件外，大部分用作炼钢原料。由于适应高炉冶炼的优质焦炭煤日益短缺，相继出现了不用焦炭而用其他能源的非高炉炼铁法。直接还原炼铁法，是将矿石在固态下用气体或固体还原剂还原，在低于矿石熔化温度下，炼成含有少量杂质元素的固体或半熔融状态的海绵铁、金属化球团或粒铁，作为炼钢原料（也可作高炉炼铁或铸造的原料）。电炉炼铁法，多采用无炉身的还原电炉，可用强度较差的焦炭（或煤、木炭）作还原剂。电炉炼铁的电加热代替部分焦炭，并可用低级焦炭，但耗电量大，只能在电力充足、电价低廉的条件下使用。

钢冶炼

炼钢主要是以高炉炼成的生铁和直接还原炼铁法炼成的海绵铁以及废钢为原料，用不同的方法炼成钢。主要的炼钢方法有转炉炼钢法、平炉炼钢法、电弧炉炼钢法3类（见钢，转炉，平炉，电弧炉）。以上3种炼钢工艺可满足一般用户对钢质量的要求。为了满足更高质量、更多品种的高级钢，便出现了多种钢水炉外处理（又称炉外精炼）的方法。如吹氩处理、真空脱气、炉外脱硫等，对转炉、平炉、电弧炉炼出的钢水进行附加处理之后，都可以生产高级的钢种。对某些特殊用途，要求特高质量的钢，用炉外处理仍达不到要求，则要用特殊炼钢法炼制。如电渣重熔，是把转炉、平炉、电弧炉等冶炼的钢，铸造或锻压成为电极，通过熔渣电阻热进行二次重熔的精炼工艺；真空冶金，即在低于1个大气压直至超高真空条件下进行的冶金过程，包括金属及合金的冶炼、提纯、精炼、成型和处理。

钢液在炼钢炉中冶炼完成之后，必须经盛钢桶（钢包）注入铸模，凝固成一定形状的钢锭或钢坯才能进行再加工。钢锭浇铸可分为上铸法和下铸法。上铸钢锭一般内部结构较好，夹杂物较少，操作费用低；下铸钢锭表面质量良好，但因通过中注管和汤道，使钢中夹杂物增多。在铸锭方面出现了连续铸钢、压力浇铸和真空浇铸等新技术。

主要辅料

钢铁冶炼过程中，为了除去磷、硫等杂质，造成反应性好、数量适当的炉渣，需要加入冶金熔剂如石灰石、石灰或萤石等；为了控制出炉钢水温度不致过高，需要加入冷却剂如氧化铁皮、铁矿石、烧结矿或石灰石等；为了除去钢水中的氧，需要加入脱氧剂如锰铁、硅铁等铁合金等。上述材料统称为辅助原料。

石灰石

主要由方解石组成，化学成分为CaCO3。纯方解石含CaO56%、CO244%。开采出的石灰石因有杂质，CaO的含量一般为50～55%。在钢铁冶炼中，石灰石是造渣用的碱性熔剂，要求：①CaO含量高。②SiO2、Al2O3、S、P含量低。SiO2和Al2O3能降低石灰石作为熔剂的有效性能。在高炉冶炼中，石灰石里的SiO2和Al2O3含量每增加1%，其有效熔剂性能约降低2.8%。③大中型高炉用的石灰石，粒度为20～50毫米，小高炉为10～30毫米。

白云石

纯白云石【CaMg（CO3）2】含MgO21.9%、CaO30.4%、CO247.7%。天然白云石还含有SiO2、Fe2O3、Al2O3等杂质，颜色通常呈灰白色或淡黄色。白云石在钢铁工业中大量用作碱性耐火材料，焦油白云石用作炼钢炉炉衬。白云石还用作碱性熔剂，以提高炉渣中 MgO的含量，改善流动性，利于脱硫，减少炉衬熔损。对作为熔剂的白云石的要求是含MgO高，含Al2O3、Fe2O3和SiO2低。中国白云石的化学成分一般为：CaO26～31%，MgO17～21%，SiO21～5%，Al2O30.5～3%，Fe2O30.1～3%，CO243～46%。

石灰

由石灰石煅烧而成，是炼钢最重要的熔剂。煅烧石灰必须用优质的石灰石原料，合适的煅烧设备，控制得当的煅烧过程和使用低硫低灰分燃料。采用缓慢加热高温煅烧所得的粗晶粒石灰（称为硬烧或死烧石灰），在炼钢炉中熔化慢，不易成渣。采用快速加热迅速通过高温区所得的晶粒细、活度大的石灰（称为活性石灰或软烧活性石灰），在炼钢炉中可防止钢液表面散热过多，熔化快，容易成渣，从而提高了脱硫、脱磷效率。炼钢用活性石灰的质量要求是：CaO＞92%；P＜0.008%；S厘米；活性度＞360毫升（滴定法）；粒度10～30毫米。石灰还用于铁水的炉外脱硫（见铁水炉外脱硫）。

萤石

又名氟石，主要化学成分为CaF2，有黄、淡紫、玫瑰、绿黑等各种颜色的结晶，比重 3.2，熔化温度约935℃。在高炉中，萤石作洗炉用（通过降低熔点，清除炉墙结瘤）；在炼钢中，用作助熔剂，可降低石灰的熔点，改善炉渣流动性，提高脱硫效率。萤石分解后有强腐蚀性，对设备和炉衬不利，使用量应适当控制。钢铁冶炼用萤石的成分：CaF275～95%，SiO25～20%，S0.10～1.5%。

氧化铁皮

又称铁鳞，是钢锭和钢坯在加热和轧制过程中产生的。它含铁约70～75%，在炼钢中可用作氧化剂；炼钢精炼期使用它能加速石灰溶解，且不降低熔渣碱度，又有利于熔池沸腾，对去磷有一定效果。此外氧化铁皮可配加入烧结料，以及在铁合金冶炼中用以代替钢屑。

锰矿

用于冶炼锰铁，有时用于高炉炼铁以调整生铁含锰量，或用于高炉洗炉。

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