冶金概论论文_钢铁冶金概论论文
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选课课号：(2011-2012-2)-BG11191-320001-1课程类别：公选课
《冶金工程概论》课程考核
题目：
（课程论文）钢铁冶金联合企业生产环及过程及特点—冶金与计算机科学的联系
作者：学号：
授课教师：杜长坤
班级： 计算机科学与技术1102级
重庆科技学院冶金与材料工程学院
2012年5月 8日中国重庆
钢铁冶金联合企业生产环及过程及特点—冶金与计算机科学的联系
作者：***
重庆科技学院电气信息工程学院计算机科学与技术班
摘要：钢铁工业是国家的基础工业之一，钢铁产量往往是衡量一个国家工业水平和生产能力的主要标志，首先要提高钢铁生产就必须明确知道起生产环节及特点等，这样才可以知道该怎么改进设备以提高钢铁生产，节约成本。而随着计算机科学的不断提高，计算机专业在钢铁生产中占着不可或缺的重要地位！关键词：冶金环节钢铁生产计算机科学
1.冶金炼铁的生产过程
现代化的钢铁联合生产企业，其生产环节是一个复杂而庞大的生产体系，每个生产环节都有其主要生产过程、主要设备、生产方法以及特点。主要包括原料处理、炼铁、炼钢、轧钢、能源供应、交通运输等。
1.1选原材料
炼铁原料： 1，铁矿石：一种或几种含铁矿物和脉石组成2，燃料：焦炭，并作为还原剂 3，熔剂：有酸、碱之分，多选用碱性石灰石，选矿经历了从处理粗粒物料到细粒物料、从处理简单矿石到复杂矿石、从单纯使用物理方法向使用物理化学方法和化学方法的发展过程。包括精矿、中间产品、尾矿的脱水，尾矿堆置和废水处理。选矿主要在水中进行，选后产品需要脱水干燥。方法有重力泄水、浓缩、过滤和干燥。尾矿水可回收再用。不合排放标准的废水须经净化处理。旧尾矿场地要进行植被、复田。
1.2炼铁
炼铁是把铁矿石还原成生铁的连续生产过程，其中，高炉冶炼在钢铁工业中占有重要地位。具体的炼铁过程为：
(1)炉顶装入铁矿石、焦炭、造渣用熔剂(石灰石)
燃料的燃烧：焦碳自炉顶下落至风口时与空气相遇，燃烧，进行放热反应。
C+O2→CO2+1600～1750℃
CO2上升，遇赤热焦碳，被还原成CO
CO2+C→2CO-Δ
CO热气继续上升，遇热矿石，发生还原反应，将Fe还原出来
(2)从位于炉子下部沿炉周的风口吹入经预热的空气
(3)在高温下焦炭（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和氢气，在炉内上升过程中除去铁矿石中的氧，从而还原得到铁。铁的还原：直接或间接还原两种.1）直接还原：950℃以上，固体碳呈烟状进入矿石孔隙内完成反应。FeO+C→Fe+CO
2CO→CO2+C
2）间接还原：开始于炉口（250℃－350℃）终止于950℃。顺序地利用CO，将高价的铁氧化物还原成低价的铁氧化物。
3Fe2O3+CO→2Fe3O4+CO
22Fe3O4+2CO→6FeO+2CO2
6FeO+6CO→6Fe+6CO2
(4)炼出的铁水从铁口放出
(5)铁矿石中不还原的杂质和石灰石等熔剂结合生成炉渣，从渣口排出。炉渣具有重要作用：
1）熔化其余各种氧化物，控制生铁合格成分。
2）浮在熔融液表面，能保护金属，防止其过分氧化、热量散失或不致过热。因添加剂不同，有酸性、碱性、中性渣。
造渣是矿石中废料，燃料中灰分与熔剂熔合过程的产物。与熔融金属液不互熔，又比其轻，能浮在熔体表面，便于排出。
主要成分；SiO2、Al2O3、CaO,及少量MnO、FeO、CaS等。
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。特点：
高炉炼铁的缺点：投资大、流程长，能耗高，污染大。
改进：不用焦碳，不用高炉，用烟煤或天然气作还原剂，采用直接还原或熔融还原生产铁，以供电炉炼钢二次精炼，连铸连轧。
直接还原：用煤或天然气等还原剂直接将固态铁矿石还原成固态海绵铁。可用煤基回转窑、气基竖炉等设备直接还原。
煤基回转窑中：Fe2O3+3CO→2Fe+3CO
2气基竖炉中：CH4+H2O→CO+3H2+天然气裂化反应
Fe2O3+3H2→2Fe+3H2O
Fe2O3+3CO→2Fe+3CO2
1.3炼钢
炼钢，就是通过冶炼来降低生铁中的碳和去除有害杂质，再根据对钢性能的要求加入适量的合金元素，使其成为具有高的强度、韧性或其它特殊性能的钢。主要方法有三种：
（1）氧气转炉炼
氧气顶吹转炉炼钢设备工艺，如图4所示。按
照配料要求，先把废钢等装入炉内，然后倒入铁水，并加入适量的造渣材料（如生石灰等）。加料后，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），使它直接跟高温的铁水发生
氧化反应，除去杂质。用纯氧代替空气可以克服由
于空气里的氮气的影响而使钢质变脆，以及氮气排
出时带走热量的缺点。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和调节成分。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大量棕色烟气，它的主要成分是氧化铁尘粒和高浓度的一氧化碳气体等。因此，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；一氧化碳可以作化工原料或燃料；烟气带出的热量可以副产水蒸气。此外，炼钢时，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，等等。
氧气顶吹转炉炼钢法具有冶炼速度快、炼出的钢种较多、质量较好，以及建厂速度快、投资少等许多优点。但在冶炼过程中都是氧化性气氛，去硫效率差，昂贵的合金元素也易被氧化而损耗，因而所炼钢种和质量就受到一定的限制。特点：热平衡条件更为有利，所以原料中可以加入较多废钢（可达30％左右），所产的钢含氮量低，质量更好。它不耗燃料，而且生产率高得多，利用废钢的能
力虽差一些，但在废钢来源不多的多数地区也已够用。
（2）电弧炉冶炼
电炉熔炼工艺包括：
1）、装料
2）、熔化期：占一半以上冶炼时间，耗电达三分之二，包括起弧、穿井、电极回升、熔清、吹氧助熔。
3）、氧化期：脱碳、脱磷、升温
4）、还原期：造还原渣，以碳硅为主要还原剂，脱出钢中氧、硫，调整成分和温度。
5）、出钢：当钢水成份温度合格，脱氧良好，炉渣变白，流动性好，即可向炉内加入终脱氧剂，然后出钢。出钢温度比液相线高出70—120℃。
特点：电弧炉以电为热源，可以迅速熔化废钢和合金，而且可以基本密闭，排除大气的作用。另一方面，电弧炉一般容量较小（同转炉和平炉比），操作成本较高。由于这些特点，电弧炉炼钢法曾主要用来生产特殊钢或合金钢。但近年来，随着电弧炉本身大型化和加大功率的成功，降低了电弧炉钢的生产成本，加上用废钢作原料价格低廉，在工业发达国家中出现了许多专门炼普通钢的电弧炉钢厂。
（3）平炉炼钢
相隔10年之后，法国人马丁利用蓄热池原理发明了平炉炼钢法,1888年出现了碱性平炉。由于平炉炼钢法适应于各种原材料条件（铁水和废钢可用任何比例），对原料的要求不那么严格，容量大，生产的品种多，所以不到20年它就成为世界上主要的炼钢方法，直到20世纪50年代，在世界钢产量中，约85%是平炉炼出来的平炉炼钢法长期占居炼钢工艺主导地位。
特点：就是在废钢与生铁配比方面和生铁磷含量方面有宽广的适应能力，因而在发明后为全世界广泛采用。
2.冶金与计算机科学的联系
随着科学技术的高速发展，随着计算机技术的多层次应用，冶金技术的提高必须依靠计算机科学与技术的协调发展才可以得到跨越性的提高，在钢铁生产中高炉炼铁较其他部门需要更复杂的数学模型，目前计算机控制主要用于各种数据的收集、分析、记录，炉料的称量、校正、装卸、运输，控制热平衡，稳定炉况等。高炉计算机控制，现在倾向于采用以下两种形式:
①分支控制，即上料系统和热风炉各用一台小型计算机控制，高炉本体另用一台主计算机控制。也有数座高炉共用一台主机集中控制，而每座高炉的热风及上料系统，各由一台小型计算机控制。②将高炉分成若干区域，进行局部控制。计算机接受高炉各部分发来的信号，然后发出指令，直接传送给调节器或提供给操作人员。
计算机除作数据记录、称量控制和配料计算等工作外，还用于高炉模型的控制。其主要项目是：①热状态和透气性；②预报生铁含硅量；③应该采取的即时措施（如矿焦比、风量、风温、湿度等）及为防止漏水所必需的指令
总的说来，计算机在炼铁过程中的应用现在仍然处于发展阶段。但随着对高炉大型化、连续化、高速化和高效率化等的要求日益迫切，实现高炉总体的自动化，无疑是必由之路。
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