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鋼鐵冶煉行業


冶金工業是指開采、精選、燒結金屬礦石并對其進行冶煉、加工成金屬材料的工業部門。分為:(1) 黑色冶金工業,即生產鐵、鉻、錳及其合金的工業部門,它主要為現代工業、交通運輸、基本建設和軍事裝備提供原材料;(2) 有色冶金工業,即生產非黑色金屬的金屬煉制工業部門,如煉銅工業、制鋁工業、鉛鋅工業、鎳鈷工業、煉錫工業、貴金屬工業、稀有金屬工業等部門。

鋼鐵冶煉(iron and steel smelting),是鋼、鐵冶金工藝過程的總稱。工業生產的鐵根據含碳量分為生鐵(含碳量2%以上)和鋼(含碳量低于2%)。
 
現代煉鐵絕大部分采用高爐煉鐵,個別采用直接還原煉鐵法和電爐煉鐵法。煉鋼主要是以高爐煉成的生鐵和直接還原煉鐵法煉成的海綿鐵以及廢鋼為原料,用不同的方法煉成鋼。其基本生產過程是在煉鐵爐內把鐵礦石煉成生鐵,再以生鐵為原料,用不同方法煉成鋼,再鑄成鋼錠或連鑄坯。
 
 
發展現狀
1、鋼鐵生產工藝流程逐漸優化。
上個世紀八十年代以來,鋼鐵行業的發展規模明顯擴大,到了九十年代國際競爭變得越發激烈,絕大多數的企業都將發展重點轉向了降低消耗、減少成本、增加品種、提高生產質量以及綠色環保等方面。傳統的冶金生產工藝屬于在一種冷態環境下作業的,最近幾年來才逐漸有所改善,鋼鐵行業有了明顯的進步,主要體現在生產流程、優化工藝、提高質量等方面。
關于技術方面的方面主要體現在兩個方面:具體如下:
(1)加大了新工藝的研發,以便可以更好的代替傳統生產工藝。先后研發了待崗連鑄連軋技術等,在眼下鋼鐵企業發展中占據著重要位置。
(2)在很大程度上完善了現有的技術裝備和生產工藝。這兩方面的進步相互滲透,相互促進,使得鋼鐵冶金工業邁出了飛躍性的一部,進一步走向了集約化發展。
2、鋼鐵產量不斷增長。
冶金工業在發展的過程中由于自身特性的問題很容易受到來自多方面因素的影響,例如國內經濟與國際經濟等方面,主要體現在國內宏觀經濟和國際宏觀經濟兩方面。
(1)國內方面。最近幾年以來國家先后出臺了相關宏觀調控政策對冶金行業進行了管理和扶持,初見成效。鋼鐵行業由于生產規模較大,低水平檢建設影響極差,這些政策的實施有效控制了低水平重復建設,嚴格禁止“地條鋼”等劣質產品進入鋼鐵市場,避免市場環境受到不良沖擊,在凈化了鋼鐵市場的同時也有效提高了鋼鐵市場的規范化和理性化。與此同時社會各個行業的消費結構也在隨著經濟的發展不斷升級,城市化進程不斷加快,這種社會背景為鋼鐵企業的發展奠定了良好的基礎。最近幾年西部大開發和振興東北老工業基地戰略逐漸打響,受到了社會各級高度重視的同時也為鋼鐵冶金行業的發展帶來了新的機遇。
(2)國際方面。最近幾年世界經濟朝著全球化方向發展,從目前的情況看來發展態勢良好,使得全球鋼鐵需求持續增長,各大企業的鋼鐵產量也在不斷增大。 
 
 
分類
 
鐵冶煉
現代煉鐵絕大部分采用高爐煉鐵,個別采用直接還原煉鐵法和電爐煉鐵法。高爐煉鐵是將鐵礦石在高爐中還原,熔化煉成生鐵,此法操作簡便,能耗低,成本低廉,可大量生產。生鐵除部分用于鑄件外,大部分用作煉鋼原料。由于適應高爐冶煉的優質焦炭煤日益短缺,相繼出現了不用焦炭而用其他能源的非高爐煉鐵法。直接還原煉鐵法,是將礦石在固態下用氣體或固體還原劑還原,在低于礦石熔化溫度下,煉成含有少量雜質元素的固體或半熔融狀態的海綿鐵、金屬化球團或粒鐵,作為煉鋼原料(也可作高爐煉鐵或鑄造的原料)。電爐煉鐵法,多采用無爐身的還原電爐,可用強度較差的焦炭(或煤、木炭)作還原劑。電爐煉鐵的電加熱代替部分焦炭,并可用低級焦炭,但耗電量大,只能在電力充足、電價低廉的條件下使用。
 
鋼冶煉
煉鋼主要是以高爐煉成的生鐵和直接還原煉鐵法煉成的海綿鐵以及廢鋼為原料,用不同的方法煉成鋼。主要的煉鋼方法有轉爐煉鋼法、平爐煉鋼法、電弧爐煉鋼法3類(見鋼,轉爐,平爐,電弧爐)。以上3種煉鋼工藝可滿足一般用戶對鋼質量的要求。為了滿足更高質量、更多品種的高級鋼,便出現了多種鋼水爐外處理(又稱爐外精煉)的方法。如吹氬處理、真空脫氣、爐外脫硫等,對轉爐、平爐、電弧爐煉出的鋼水進行附加處理之后,都可以生產高級的鋼種。對某些特殊用途,要求特高質量的鋼,用爐外處理仍達不到要求,則要用特殊煉鋼法煉制。如電渣重熔,是把轉爐、平爐、電弧爐等冶煉的鋼,鑄造或鍛壓成為電極,通過熔渣電阻熱進行二次重熔的精煉工藝;真空冶金,即在低于1個大氣壓直至超高真空條件下進行的冶金過程,包括金屬及合金的冶煉、提純、精煉、成型和處理。
鋼液在煉鋼爐中冶煉完成之后,必須經盛鋼桶(鋼包)注入鑄模,凝固成一定形狀的鋼錠或鋼坯才能進行再加工。鋼錠澆鑄可分為上鑄法和下鑄法。上鑄鋼錠一般內部結構較好,夾雜物較少,操作費用低;下鑄鋼錠表面質量良好,但因通過中注管和湯道,使鋼中夾雜物增多。在鑄錠方面出現了連續鑄鋼、壓力澆鑄和真空澆鑄等新技術。
 
主要輔料
鋼鐵冶煉過程中,為了除去磷、硫等雜質,造成反應性好、數量適當的爐渣,需要加入冶金熔劑如石灰石、石灰或螢石等;為了控制出爐鋼水溫度不致過高,需要加入冷卻劑如氧化鐵皮、鐵礦石、燒結礦或石灰石等;為了除去鋼水中的氧,需要加入脫氧劑如錳鐵、硅鐵等鐵合金等。上述材料統稱為輔助原料。
石灰石
主要由方解石組成,化學成分為CaCO3。純方解石含CaO56%、CO244%。開采出的石灰石因有雜質,CaO的含量一般為50~55%。在鋼鐵冶煉中,石灰石是造渣用的堿性熔劑,要求:①CaO含量高。②SiO2、Al2O3、S、P含量低。SiO2和Al2O3能降低石灰石作為熔劑的有效性能。在高爐冶煉中,石灰石里的SiO2和Al2O3含量每增加1%,其有效熔劑性能約降低2.8%。③大中型高爐用的石灰石,粒度為20~50毫米,小高爐為10~30毫米。
白云石
純白云石 【CaMg(CO3)2】 含MgO21.9%、CaO30.4%、CO247.7%。天然白云石還含有SiO2、Fe2O3、Al2O3等雜質,顏色通常呈灰白色或淡黃色。白云石在鋼鐵工業中大量用作堿性耐火材料,焦油白云石用作煉鋼爐爐襯。白云石還用作堿性熔劑,以提高爐渣中 MgO的含量,改善流動性,利于脫硫,減少爐襯熔損。對作為熔劑的白云石的要求是含MgO高,含Al2O3、Fe2O3和SiO2低。中國白云石的化學成分一般為:CaO26~31%,MgO17~21%,SiO21~5%,Al2O30.5~3%,Fe2O30.1~3%,CO243~46%。
石灰
由石灰石煅燒而成,是煉鋼最重要的熔劑。煅燒石灰必須用優質的石灰石原料,合適的煅燒設備,控制得當的煅燒過程和使用低硫低灰分燃料。采用緩慢加熱高溫煅燒所得的粗晶粒石灰(稱為硬燒或死燒石灰),在煉鋼爐中熔化慢,不易成渣。采用快速加熱迅速通過高溫區所得的晶粒細、活度大的石灰(稱為活性石灰或軟燒活性石灰),在煉鋼爐中可防止鋼液表面散熱過多,熔化快,容易成渣,從而提高了脫硫、脫磷效率。煉鋼用活性石灰的質量要求是:CaO>92%;P<0.008%;S厘米;活性度>360毫升(滴定法);粒度10~30毫米。石灰還用于鐵水的爐外脫硫(見鐵水爐外脫硫)。
螢石
又名氟石,主要化學成分為CaF2,有黃、淡紫、玫瑰、綠黑等各種顏色的結晶,比重 3.2,熔化溫度約935℃。在高爐中,螢石作洗爐用(通過降低熔點,清除爐墻結瘤);在煉鋼中,用作助熔劑,可降低石灰的熔點,改善爐渣流動性,提高脫硫效率。螢石分解后有強腐蝕性,對設備和爐襯不利,使用量應適當控制。鋼鐵冶煉用螢石的成分:CaF275~95%,SiO25~20%,S0.10~1.5%。
氧化鐵皮
又稱鐵鱗,是鋼錠和鋼坯在加熱和軋制過程中產生的。它含鐵約70~75%,在煉鋼中可用作氧化劑;煉鋼精煉期使用它能加速石灰溶解,且不降低熔渣堿度,又有利于熔池沸騰,對去磷有一定效果。此外氧化鐵皮可配加入燒結料,以及在鐵合金冶煉中用以代替鋼屑。
錳礦
用于冶煉錳鐵,有時用于高爐煉鐵以調整生鐵含錳量,或用于高爐洗爐。
 
 
冶金工業存在問題
1、存在周期性。
冶金工業相較于其他行業來說存在很大差異,同時也存在著一定的產業關聯性以及一定的周期性。隨著社會經濟的不斷發展,各行各業對鋼鐵需求量旺盛,但是由于存在一定的經濟周期性,導致鋼鐵行業需求明顯減弱,發展不是十分穩定。通常情況下,鋼鐵冶金工業在發展的過程中是具有一定的規模經濟特性的,但是由于我國冶金行業在投資和建設規模上存在一定問題,因此在規模經濟特性方面上表現不是十分明顯,因此弊端并未充分顯現,但是所帶來的好處也并沒有享受到。
2、產能過剩。
目前鋼鐵冶金行業存在的最普遍的問題就是產能過剩,這也是很多行業都存在的問題。嚴重的產能過剩不利于我國鋼鐵行業的發展,有極大的可能會導致鋼鐵市場持續“冷態”,價格直線下降,從目前的情況來看,我國鋼鐵產能仍處于逐年增長的狀態,這是十分恐怖的現狀。
3、技術能力與創新能力存在問題。
雖然我國相關部門加大了對冶金工藝的研發,但是一些比較先進的技術仍然是靠引進國外技術,很多高檔鋼材和設備都不能自給自足,還是要通過進口,技術能力和創新能力都存在一定的問題。
 
 
節能降耗措施
冶金企業做好節能降耗工作應從以下幾方面人手:
(1)冶金企業應深刻認識到生產過程中采用先進節能降耗技術的重要意義。應將積極引進先進成熟的節能降耗技術,帶動原料、燃料和材料節約,是實現冶金企業降低生產投入成本,提升市場競爭力的戰略思想和手段。
(2)冶金企業應積極掌握世界科技前沿,引進當前先進生產工藝和技術。全面考慮企業的工藝配套問題,保證企業新開發項目不管是技術方面還是節能降耗方面都在高起點;對于那些落后的工藝和陳舊設備應進行技術改造或者直接更新。逐步實現冶金企業單體設備節能降耗向系統節能降耗轉變。
(3)冶金企業應將引進先進技術和本企業的具體情況結合起來。根據生產和設備能力狀況,在應用先進節能降耗技術時,有選擇地配套采用先進設備和工藝,避免盲目投資造成新的設備閑置或資源浪費。
(4)加大科技投入,不斷研究新企業生產節能降耗問題。將技術引進和二次創新有機地結合起來,形成有本企業特色的自主節能降耗技術體系。


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