钢铁材料的生产过程

钢铁生产工艺流程可包括选矿、烧结、炼焦、高炉炼铁、转炉 （或电炉）炼钢、连铸和轧制等过程 （图4-1），还有制氧／制氮、烟气除尘、循环水冷却、煤气回收等辅助系统。

图4-1 钢铁生产工艺流程

选矿

钢铁生产第一步为铁矿石的选择，而铁矿石就是主要的炼铁原料。铁矿石除了铁的化合物，还有Si、Mn、P、S等化合物。炼铁要求含铁量大于90％铁矿石才可直接入炉，因此磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿和菱铁矿都是最常用的炼铁原料，但必须进行相应的选矿过程，即多级磁选或干湿磁选进行磁铁矿选矿、重选和浮选进行赤铁矿选矿、水洗和重选进行褐铁矿选矿、弱磁—强磁—浮选渐进性菱铁矿选矿。

高炉炼铁

高炉炼铁是钢铁生产中的重要环节，指用还原剂将铁矿石中的铁氧化物还原成金属铁。具体生产方式如下：高炉生产时从炉顶装入铁矿石、焦炭、造渣用熔剂 （石灰石），从位于炉子下部沿炉周的风口吹入经预热的空气；在高温下焦炭 （有的高炉也喷吹煤粉、重油、天然气等辅助燃料）中的碳同鼓入空气中的氧燃烧生成的一氧化碳，在炉内上升过程中除去铁矿石中的氧，从而还原得到铁；炼出的铁水从铁口放出；铁矿石中不能还原的杂质和石灰石等熔剂结合生成炉渣，从渣口排出；产生的煤气从炉顶导出，经除尘后，作为热风炉、加热炉、焦炉、锅炉等的燃料 （图4-2）。

图4-2 高炉炼铁过程示意图

高炉是炼铁的主要设备，其本体自上而下分为炉喉、炉胸、炉身、炉腹、炉缸五部分。

转炉炼钢

转炉炼钢是以铁水、废钢、铁合金为主要原料，靠铁液本身的物理热和铁液组分间化学反应产生热量而在转炉中完成炼钢过程。转炉按耐火材料可分为酸性转炉和碱性转炉，按气体吹入炉内的部位有顶吹转炉、底吹转炉和侧吹转炉；按气体种类为分空气转炉和氧气转炉。具体生产方式如下：以氧气顶吹转炉炼钢为例，按照配料标准，先把废钢、铁水、适量的造渣材料 （如生石灰等）装入转炉内，再把氧气喷枪从炉顶插入炉内，吹入氧气 （纯度大于99％的高压氧气流），使其直接跟高温的铁水发生氧化反应，除去杂质。在除去大部分硫、磷后，当钢水的成分和温度都达到要求时，即停止吹炼，提升喷枪，准备出钢。出钢时使炉体倾斜，钢水从出钢口注入钢水包里，同时加入脱氧剂进行脱氧，并调节成分。钢水合格后，可以浇成钢的铸件或钢锭，钢锭可以再轧制成各种钢材。氧气顶吹转炉在炼钢过程中会产生氧化铁尘粒和高浓度的一氧化碳气体等有害物质，必须加以净化回收，综合利用，以防止污染环境。从回收设备得到的氧化铁尘粒可以用来炼钢；一氧化碳可以做化工原料或燃料；烟气带出的热量可以生产水蒸气。生成的炉渣也可以用来做钢渣水泥，含磷量较高的炉渣，可加工成磷肥等。

连铸

连铸是连续铸钢的简称，连铸的生产方式如下：将装有精炼好钢水的钢包运到回转台，回转台转动到浇注位置后，将钢水注入中间罐，中间罐再由水口将钢水分配到各个结晶器，结晶器将钢水凝成一定形状的铸件后，从结晶器下方出口由引锭杆、拉矫机与结晶振动机构共同作用连续拉出，经二次冷却道喷水冷却、电磁搅拌，全部凝固后经切割机切成坯料。其主要设备为连铸机，连铸机主要由中间罐、结晶器、振动机构、引锭杆、二次冷却道、拉矫机和切割机组成。

轧制

轧制是生产钢材最常用的生产方式，即将金属坯料通过一对旋转轧辊的间隙 （各种形状），因受轧辊的压缩使材料截面减小、长度增加的压力加工方法。主要用来生产型材、板材、管材。轧制分热轧和冷轧两种。热轧就是在再结晶温度以上进行的轧制，冷轧是在再结晶温度以下进行的轧制。热轧可以破坏钢锭的铸造组织，细化钢材的晶粒，并消除显微组织的缺陷，从而使钢材组织密实，力学性能得到改善。但经过热轧之后，钢材内部的非金属夹杂物 （主要是硫化物和氧化物，还有硅酸盐）被压成薄片，出现分层 （夹层）现象。冷轧是以热轧钢卷为原料，经酸洗去除氧化皮后进行冷连轧，其成品为轧硬卷。由于连续冷变形引起的冷作硬化使轧卷的强度、硬度上升，韧塑性指标下降，因此冲压性能将恶化，只能用于简单变形的零件。

练习与实践

简述与实践题

1.钢铁生产包括哪些流程？

2.热轧和冷轧有什么区别？