鋼鐵冶煉工藝技術(shù)培訓(xùn)教材前言本教材聚焦鋼鐵冶煉全流程核心技術(shù)，結(jié)合行業(yè)實踐經(jīng)驗與前沿發(fā)展趨勢，為冶金技術(shù)人員、生產(chǎn)操作者及相關(guān)學(xué)習(xí)者提供系統(tǒng)、實用的技術(shù)指導(dǎo)。內(nèi)容涵蓋煉鐵、煉鋼、精煉連鑄及工藝優(yōu)化等模塊，注重原理闡釋與實操結(jié)合，助力讀者掌握關(guān)鍵技術(shù)并解決生產(chǎn)實際問題。第一章鋼鐵冶煉工藝概述1.1基本流程與核心環(huán)節(jié)鋼鐵冶煉是將含鐵原料（鐵礦石、廢鋼等）經(jīng)煉鐵（提取生鐵）、煉鋼（去除雜質(zhì)并調(diào)整成分）、精煉（深度提純）、連鑄（鑄造成坯）等工序轉(zhuǎn)化為鋼材的過程。典型流程為：鐵礦石/廢鋼→高爐/電爐煉鐵→鐵水預(yù)處理→轉(zhuǎn)爐/電爐煉鋼→爐外精煉→連續(xù)鑄鋼→軋鋼。1.2技術(shù)發(fā)展趨勢從傳統(tǒng)塊煉法、坩堝煉鋼，到現(xiàn)代高爐-轉(zhuǎn)爐長流程（以鐵礦石為原料）、電爐短流程（以廢鋼為原料），技術(shù)迭代圍繞高效化（提升產(chǎn)能與質(zhì)量）、綠色化（降低能耗與污染）、智能化（自動化控制與數(shù)據(jù)驅(qū)動）展開。當(dāng)代技術(shù)重點探索氫基還原、碳捕集利用等“近零碳”生產(chǎn)路徑。第二章煉鐵工藝技術(shù)2.1高爐煉鐵原料體系鐵礦石：需滿足品位（含鐵量）、還原性、粒度要求，常見品種為赤鐵礦（Fe?O?）、磁鐵礦（Fe?O?），需經(jīng)破碎、篩分、選礦預(yù)處理。焦炭：作為燃料、還原劑及料柱骨架，要求固定碳含量高、灰分低、強度好，需控制水分與粒度均勻性。熔劑：石灰石（CaCO?）或白云石（CaMg(CO?)?），用于造渣去除脈石，需控制有效CaO/MgO含量。2.2高爐結(jié)構(gòu)與冶煉原理高爐為豎式圓筒形爐體，由爐喉、爐身、爐腰、爐腹、爐缸組成，內(nèi)襯炭磚、高鋁磚等耐火材料。冶煉時，爐料（礦石、焦炭、熔劑）從爐頂裝入，熱風(fēng)（1000-1300℃）從風(fēng)口鼓入，發(fā)生還原反應(yīng)（Fe?O?+CO→Fe+CO?）、造渣反應(yīng)（CaO+SiO?→CaSiO?），鐵水與爐渣分別從鐵口、渣口排出。2.3高爐操作核心技術(shù)爐溫控制：通過調(diào)整焦炭負(fù)荷（礦石與焦炭比例）、熱風(fēng)溫度、噴煤量（煤粉替代部分焦炭）實現(xiàn)。爐溫波動會導(dǎo)致鐵水成分（Si、S含量）及爐況失常。爐況判斷：通過煤氣成分（CO、CO?、H?）、料面下降速度、風(fēng)壓風(fēng)量變化等參數(shù)，識別“順行”（料柱透氣性好）或“懸料”“崩料”等異常，及時調(diào)整裝料制度（批重、料線）或送風(fēng)制度。富氧噴煤技術(shù)：向風(fēng)口噴入煤粉（煙煤/無煙煤）并提高鼓風(fēng)氧含量，可降低焦炭消耗（噸鐵噴煤量達(dá)150-200kg），需控制煤粉細(xì)度（<0.074mm占比>80%）與噴吹均勻性。第三章煉鋼工藝技術(shù)3.1轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝3.1.1工藝流程以鐵水為主要原料（占比70%-90%），搭配廢鋼，通過頂?shù)讖?fù)合吹煉（頂吹氧氣、底吹氮氣/氬氣）實現(xiàn)：1.裝料：鐵水（預(yù)處理后脫S/P）、廢鋼、造渣劑（石灰、螢石）按比例裝入轉(zhuǎn)爐。2.吹煉：氧氣射流（純度>99.5%）作用下，鐵水中C、Si、Mn等元素被氧化，生成CO氣體（推動熔池攪拌）與爐渣（CaO-FeO-SiO?系），過程分“吹氧脫碳”“造渣脫磷”“升溫調(diào)成分”階段，吹煉時間約15-25分鐘。3.出鋼：達(dá)到目標(biāo)成分（C≤0.06%、P≤0.015%等）后，向鋼包加入脫氧劑（Si-Mn合金、鋁塊），同時進(jìn)行爐渣改質(zhì)（加入石灰或螢石調(diào)整堿度）。3.1.2操作要點槍位控制：頂槍高度影響氧氣射流穿透深度，前期（脫碳期）槍位低（強化攪拌），后期（調(diào)溫期）槍位高（減少噴濺）。爐渣管理：控制爐渣堿度（CaO/SiO?=3-4）與FeO含量（15%-25%），避免“返干”（爐渣黏稠）或“泡沫渣”（噴濺風(fēng)險）。3.2電爐煉鋼工藝3.2.1電弧爐（EAF）煉鋼以廢鋼為主要原料（占比>90%），通過石墨電極與爐料間的電弧產(chǎn)生熱量（溫度達(dá)1600-1800℃），流程包括：廢鋼裝料→通電熔化→造渣脫磷→合金化→出鋼。特點是靈活性高（可生產(chǎn)特種鋼）、污染小，但能耗較高（噸鋼電耗約400-600kWh）。3.2.2感應(yīng)爐煉鋼利用電磁感應(yīng)加熱爐料（金屬爐料在交變磁場中產(chǎn)生渦流發(fā)熱），常用于小批量、高精度合金生產(chǎn)（如模具鋼、高溫合金）。爐型分工頻（50Hz）與中頻（100-1000Hz），需嚴(yán)格控制爐料清潔度（避免夾雜）。第四章精煉與連鑄工藝4.1爐外精煉（LF/RH）4.1.1鋼包精煉爐（LF）通過電極加熱（補償溫降）、氬氣攪拌（均勻成分與溫度）、造還原渣（CaO-Al?O?系）實現(xiàn)：脫硫：渣中FeO含量<1%時，S可從0.02%降至0.005%以下。脫氧：加入Al、Si-Ca合金，將鋼中O含量從100ppm降至20ppm以下。成分微調(diào)：精準(zhǔn)加入合金（如Ni、Cr），控制成分偏差<0.02%。4.1.2真空循環(huán)脫氣（RH）鋼水在真空室（壓力<100Pa）中循環(huán)流動，實現(xiàn)：脫氣：H、N含量分別降至2ppm、30ppm以下。脫碳：超低碳鋼（C≤0.003%）生產(chǎn)的核心工藝。4.2連續(xù)鑄鋼工藝4.2.1連鑄原理鋼水通過中間包均勻分配到結(jié)晶器（銅制水冷模），快速凝固形成坯殼（厚度10-20mm），隨后經(jīng)二冷區(qū)（噴水冷卻）進(jìn)一步凝固，由拉矯機牽引出坯，最后切割成定尺（如12m長的板坯、方坯）。4.2.2關(guān)鍵參數(shù)控制拉速：與結(jié)晶器冷卻強度匹配，板坯拉速通常為1-2m/min，過快易導(dǎo)致漏鋼（坯殼破裂），過慢降低產(chǎn)能。冷卻強度：二冷區(qū)采用“弱冷”（減少內(nèi)裂）或“強冷”（提高產(chǎn)能），需根據(jù)鋼種（如低碳鋼強冷，高碳鋼弱冷）調(diào)整。結(jié)晶器振動：頻率200-400次/分鐘，振幅3-5mm，防止坯殼與結(jié)晶器粘連。第五章工藝優(yōu)化與發(fā)展趨勢5.1節(jié)能減排技術(shù)高爐富氧噴煤升級：采用“氧煤槍”技術(shù)，噸鐵噴煤量突破250kg，噸鐵能耗降低5%-8%。轉(zhuǎn)爐干法除塵：通過LT法（干法電除塵）回收轉(zhuǎn)爐煤氣（CO含量>80%），粉塵排放從100mg/Nm3降至10mg/Nm3以下。余熱回收：高爐煤氣余壓發(fā)電（TRT）、轉(zhuǎn)爐汽化冷卻（回收蒸汽），噸鋼余熱發(fā)電量達(dá)30-50kWh。5.2智能化冶煉技術(shù)大數(shù)據(jù)監(jiān)控：通過爐溫、壓力、成分等傳感器數(shù)據(jù)，建立爐況預(yù)測模型（如高爐爐溫預(yù)測準(zhǔn)確率>90%）。專家系統(tǒng)：轉(zhuǎn)爐煉鋼終點碳溫預(yù)測（命中率>95%）、連鑄漏鋼預(yù)警，減少人工干預(yù)失誤。5.3未來發(fā)展方向短流程工藝：電爐+直接還原鐵（DRI）工藝，廢鋼與DRI搭配，噸鋼CO?排放較傳統(tǒng)長流程降低50%以上。綠色冶煉：氫基直接還原（用H?替代CO還原鐵礦石）、碳捕集利用（CCUS），推動鋼鐵行業(yè)“近零碳”生產(chǎn)。材料基因組技術(shù)：通過計算機模擬優(yōu)化鋼種成分與工藝，縮短新產(chǎn)品研發(fā)周期（從3-5年至1-2年）。附錄：常見問題與解決措施附錄1高爐懸料處理懸料表現(xiàn)為料面不動、風(fēng)壓驟升，處理方法：1.減風(fēng)降壓（風(fēng)量減少10%-20%），打開爐頂放散閥。2.適當(dāng)降低料線，用凈焦（無礦石的焦炭）疏松料柱。3.若仍無效，休風(fēng)坐料（強制放料），注意控制坐料速度避免爐缸涌渣。附錄2轉(zhuǎn)爐噴濺預(yù)防噴濺由CO爆發(fā)性產(chǎn)生導(dǎo)致，預(yù)防措施：1.控制鐵水Si含量（≤0.6%），避免前期“硅爆”。2.吹煉中期加入螢石（20-