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鋼鐵生產過程簡要介紹說明

鋼鐵的基本生產過程,是首先獲得鐵礦石和焦煤等原料,然后把它們在煉鐵高爐內煉制成生鐵;下一步再以生鐵為原料,用不同的煉鋼爐冶煉成鋼;鋼要鑄成鋼錠或連鑄坯形狀,再送到軋鋼機進行軋制加工,或者經過鍛造,最終成為可用的各種形狀的鋼材。

一、鐵礦石開采和加工

從地球誕生的那一天開始,鐵元素凝聚成的礦藏就非常不均衡地分布于世界各地。

鐵元素是以化合物的狀態存在于自然界中,尤其是以氧化鐵的狀態存在量特別多。在理論上來說,凡是含有鐵元素或鐵化合物的礦石都可以叫做鐵礦石。但是在工業上或者商業上來說,鐵礦石不但是要含有鐵的成份,而且必須有比較高的鐵含量,才有利用的價值。有較好冶煉性能和利用價值的,主要是赤鐵礦和磁鐵礦兩種。

鋼鐵生產過程簡要介紹說明 技術信息 第1張

赤鐵礦石

呈暗紅色或棕色的是赤鐵礦,它的主要成份為三氧化二鐵Fe2O3,比重大約5.26,多數含Fe在70%以下,含O多于30%,是最主要的鐵礦石種類。

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磁鐵礦石

呈黑灰色或夾雜金屬光澤的是磁鐵礦,它的主要成份為四氧化三鐵Fe3O4,比重大約5.15左右,理論最高含Fe可達72.4%,含O最少27.6%,具有磁性,也是主要的鐵礦石種類。

有的鐵礦石埋藏淺,采用露天開采,猶如給地球開天窗一般地挖大坑,開采成本相對低一些。有些深部的鐵礦只能用井下巷道開采,與采掘地下煤炭的方法相類似。

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馬鞍山鋼鐵公司南山露天鐵礦,使用鐵路電機車運輸

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露天鐵礦用電鏟與大型礦車運輸的聯合采礦作業

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首鋼遷安水廠鐵礦使用的130噸電傳動1600馬力礦車,有6米多高

但是世界上含鐵達到66%以上的礦石不多,很多鐵礦的“品位”(也就是含鐵量)較低,可能也就是30%到50%之間,原礦石里的石頭成分太高,是不能直接用于煉鐵的。所以為了提高礦石原料當中的含鐵量,要利用機械設備去除部分石頭雜質,進一步富集含鐵的成分,這就是要進行“破碎”和“選礦”,其中的選礦環節都要大量用水。

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選礦車間景象——球磨機和螺旋分級機

照片中這樣略小規模的赤鐵礦選場,每天可加工2000—3000噸含鐵60%左右“鐵精礦”。鐵精礦呈粉狀,一般稱為鐵礦粉,含鐵量高的可以達到62—66%。

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選后得到的鐵礦粉

這樣的礦粉還不能直接裝進高爐里冶煉,就象人們只在取暖爐里燒型煤一樣,必須人為地再把它們“捏”成塊狀,增加透氣和還原性。國際上通行的辦法是二次加工制造“燒結礦”和“球團礦”,這兩樣“人造塊礦”同時提高了抗壓強度,有利于高爐冶煉。

鐵精粉原料中加入的燃料,經過高溫點火后,燃燒放出大量熱量,使料層中礦物產生熔融,隨著燃燒層下移和冷空氣的通過,在1000—1100℃生成的熔融液相被冷卻而再結晶,凝固成具有網孔結構的大塊燒結礦。

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多孔隙的燒結礦

球團礦的加工是先如同搖元宵一樣,把精礦粉混合配料進行“造球”,然后也是上機焙燒,其規格沒有燒結礦那么大。

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焙燒后的球團礦

燒結礦和球團礦就是可以加入高爐進行冶煉的礦石原料。 


二、采煤煉焦炭

現在世界上95%以上的鋼鐵生產,還在使用300年前英國人達比發明的焦炭煉鐵方法,所以煉鐵要有焦炭,主要是當燃料用,同時焦炭也是還原劑,沒有它就不能從氧化鐵里置換出鐵。

焦炭不是礦物,而是要用特定的幾種煤混合“煉制”出來,一般的配比是肥煤25—30%,焦煤30—35%,然后裝入煉焦爐里炭化12—24小時后,形成堅硬多孔的焦炭。

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焦炭成品

焦炭外觀與煤還是有幾分相像的,但是它的熱值很高,比煤純凈,幾乎就是純碳,而且重量要比煤輕一半以上,因為絕大部分雜質都被清除掉了。


三、高爐煉鐵

高爐煉鐵是將鐵礦石與燃料(焦炭有雙重作用,一當燃料,二作還原劑)、配料石灰石等,在高爐中熔化,使它在高溫狀態下發生還原反應,從氧化鐵里還原出基本是以鐵元素為主的、含部分碳的“生鐵”,也就是鐵水。

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煉鐵廠高爐外觀

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高爐出鐵水

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鐵水注入到鐵水包內,運輸去煉鋼廠,或送到鑄鐵機

如果鐵水不直接送去煉鋼,還可以鑄造成生鐵塊,儲存或到市場上銷售。

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鑄造成型的生鐵塊

不過生鐵塊由于含碳量超過2%以上,所以很脆,落地就會摔斷。

直接用生鐵可以鑄造出各種鑄鐵產品,例如柴油機曲軸、鑄鐵管等。


四、煉鐵成鋼

鐵與鋼性質上的根本區別,就是含碳量,含碳量低于2%才是真正的“鋼”。通常所說的“煉鋼”就是在高溫冶煉過程中使生鐵脫碳,把鐵變成鋼。常用的煉鋼設備是轉爐或電爐。

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向氧氣轉爐內倒入鐵水和廢鋼

轉爐煉鋼的原料包括85%左右的鐵水、10—15%的廢鋼兩類,再吹進氧氣助燃,不用加任何燃料,依靠熾熱鐵水自身的物理熱能很短時間內就把鋼煉好了。

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150噸轉爐煉鋼景象

而電爐煉鋼要依靠外部的能源(電能)加熱熔化廢鋼和生鐵塊,它不用鐵水煉鋼。

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大功率電弧爐在煉鋼

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電爐出鋼,鋼水倒入鋼包

五、鑄造鋼坯

目前除了生產特殊鋼、大型鑄鋼件還需要少量鑄造鋼錠,用于鍛造加工以外,國內外大批量生產普通鋼鐵基本廢棄了鑄造鋼錠——開坯——軋材的舊工藝,絕大多數采用把鋼水鑄造成鋼坯、再去軋材的辦法,稱為“連鑄”。

如果不等鋼坯降溫、中途不落地、直接送進軋鋼機,可以“一火成材”制造出需要的鋼材產品。如果中途冷卻鋼坯,落地保存,鋼坯就可以成為市場銷售的商品。

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鋼水正在澆入連鑄機

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連鑄機效率高,可以設計同步生產3—8根方坯

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連鑄大板坯

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火焰切割方鋼坯

少量企業更為先進,能夠采用先進的“近終型”連鑄方法,直接把鋼水鑄成很薄的鋼帶坯,或型鋼坯,減少軋鋼機加工的環節,更加節省能源,增加效益。

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碳素結構鋼方坯成品

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首鋼京唐鋼鐵公司的大板坯

六、鋼坯軋制成材

普通鋼材的種類繁多,常見的有各種型鋼、螺紋鋼、鋼板、帶鋼、鋼管等,有的要熱加工,有的需要冷加工,因此都要使用軋制鋼材的設備,稱為“軋鋼機”。

我們以熱軋棒材(圓鋼)和熱軋鋼卷兩個例子做簡單說明。

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鋼坯再加熱到接近1000度

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安陽鋼鐵公司260mm連續棒材軋鋼機

在軋機的碾壓下,鋼坯由粗變細,越來越接近產品最終直徑,送入棒材冷床進行降溫。棒材多數用于加工機械結構件等。

如果在最后一架棒材成品軋鋼機上使用花紋軋輥,就可以生產出螺紋鋼,也就是名為“鋼筋”的建筑結構用材。

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圓鋼在冷床上降溫,顏色由紅變黑

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棒材成品堆成穩固的垛型

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國標三級螺紋鋼,主要用于綁扎灌注鋼筋混凝土結構

生產卷狀鋼材要使用熱卷連軋機。先軋出熱卷,此后進一步用冷軋的方法加工出光潔度較高的冷軋鋼卷,以及再加工成涂鍍板卷。這種薄鋼材由于中間沒有斷頭,非常有利于象做服裝那樣,在鋼板上套裁切割,做出各種家用電器鋼板、汽車外殼等變形復雜的產品。

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首鋼京唐鋼鐵公司2250熱連軋機在生產卷板

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熱軋薄鋼板以卷狀交貨

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首鋼京唐鋼鐵公司冷軋廠的冷軋卷產品

七、鍛造鋼材

根據不同的需要,有一部分特殊性能、或特殊形狀的鋼材,是無法用生產大批量產品的軋鋼機加工出來的,而要采用小批量、甚至僅僅生產一兩件的數量進行生產。因此,煉鋼后需要鑄造若干個鋼錠,然后經過加熱,在模鍛機、液壓機等特種加工設備上制成異形特種鋼材。特別需要說明的是,這一類鋼材有一半以上并不是在鋼鐵企業里生產出來的,它們的產地是大中型機械工廠。

我們以鍛造大型風力發電機主軸件為例,來簡要形象地說明鍛造鋼材生產。

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鍛造毛坯(鋼錠)經過加熱后出爐

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用4000噸鍛造水壓機加工大型軸件

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鍛造出的風力發電機主軸

我們看到經過怎樣的“千錘百煉”過程,鋼鐵產品終于誕生了。


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用戶評論

  1. 董經理
    以上的文章只是拋磚引玉,還有什么更好的方法,歡迎加微信steeltuber一起討論。
    2018-04-02 11:03:38 回復

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