钢铁⽣产⼯艺流程（连铸之前部分）
钢铁⽣产⼯艺流程简介
铁矿⽯从开采到最终轧制成各类钢材，需要经过采矿—选矿—烧结—炼铁—炼钢—精炼—各类轧制等若⼲道⼯序，另外还需要煤、焦、⽔、电、⽓等多种辅助材料，是⼀种综合的物理和化学变化过程。下⾯简要介绍各⼯序要点。 从铁矿⽯到各类成品材常规⽣产⼯艺流程见图1所⽰。
图1 钢铁⽣产常规⼯艺流程
⼀、铁矿⽯资源概况、开采与选矿
1.1铁矿⽯资源概况
铁矿⽯以各种复杂的伴（共）⽣形式⼴泛存在于地壳表、浅层中。据2005年的探明数据，世界铁矿⽯保有储量（可⽴即开发的⼯业品位的总量）为1600亿吨，基础储量（可开发的⼯业品位和⼀级边界品位储量）为3700亿吨。澳⼤利亚、巴西、中国、俄罗斯、乌克兰、加拿⼤、美国和印度等国家都是铁矿⽯资源⼤国。中国、巴西、澳⼤利亚、印度是世界上铁矿⽯产量最多的国家，其中巴西的淡⽔河⾕公司（CVRD）、澳⼤利亚的⼒拓（Rio Tinto）
和必和必拓（BHP）是世界上铁矿⽯⽣产量和贸易量最⼤的三家公司，三家的贸易量占世界铁矿⽯贸易总量的70%左右。
我国是铁矿⽯储量⼤国，⽬前已探明的资源储量为600多亿吨，可利⽤资源250多亿吨，但铁矿⽯品位（含铁量）较低，平均品位只有30%-35%左右，贫矿（低品位矿）⽐例为97%。我国铁矿⽯分布⼴泛⽽⼜相对集中，储量较多的地区有辽宁、河北、四川、内蒙古、⼭东和安徽等。
按照铁存在的化合物形式，可将铁矿⽯分为⾚铁矿（Fe2O3）、磁铁矿（Fe3O4）、菱铁矿（FeCO3）
和褐铁矿
（Fe2O3·H2O）等。
1.2铁矿⽯的开采
主要开采形式有露天开采和地下开采。
1.3 铁矿⽯的选矿
我国铁矿由于贫矿多（占总储量的97.5％）和伴(共)⽣有其它组分的综合矿多（占总储量的1／3），所以在冶炼前绝⼤部分需
要进⾏选矿处理。选矿的⽬的就是通过各种⽅法，将铁矿⽯中的铁氧化物以外的脉⽯等其它杂质尽可能地去除，提⾼最终产品中铁的含量。
主要流程：铁矿⽯破碎—磨粉—选矿—烘⼲—成品精矿粉。
选矿⼯艺流程⽰意图见图2。
图2 铁矿⽯选矿⼯艺流程⽰意图
为了提⾼选矿效果，⾸先必须将铁矿⽯破碎到相当的细度，然后再进⾏选矿处理。
主要的选矿⽅法有重⼒选、浮选、反浮选、磁选、⽔选、电选及化学选等，⽬前⼴泛采⽤的选矿技术有浮选⼯艺、反浮选和磁选⼯艺等。 磁选⼯艺：是⼀种物理选矿⽅法，适⽤于磁铁矿、⾚铁矿、菱铁矿、褐铁矿等的选矿，特别是磁铁矿，利⽤铁矿的磁性，将其与脉⽯分离。主要设备为电磁平环强磁选机等。
浮选⼯艺：是⼀种化学选矿⽅法，主要适⽤于⾚铁矿和假象⾚铁矿、菱铁矿及褐铁矿等弱磁性的铁矿⽯。浮选⼯艺利⽤的是不同矿物对⽔亲和⼒不同、可浮性不同⽽进⾏选矿的，矿物的沉浮⼏乎与矿物密度⽆关。与⽔亲和⼒⼤、容易被⽔润湿的矿物⼀般难于附着在⽓泡上，故难浮；⽽与⽔亲和⼒⼩，不易被⽔润湿的矿物，则容易上浮。因此可以说，浮选是以
矿物被⽔润湿性不同为基础的选矿⽅法，⼀般把矿物易浮与难浮的性质称为矿物的可浮性。在现代浮选过程中，浮选药剂的应⽤尤其重要，因为经浮选药剂处理后，可以改变矿物的可浮性，使要浮的矿物能选择性地附着于⽓泡上，从⽽分离不同矿物，达到选矿的⽬的。使⽤的选药剂为脂肪酸类及皂类。
欲速则不达教学设计通常浮选作业浮起的矿物是有⽤矿物，这样的浮选过程称之为正浮选，反之，浮起的矿物为脉⽯，则称之为反浮选(或逆浮选)。
浮选⼯艺是⼀个较复杂的矿⽯处理过程，其影响因素可分为不可调节因素(原矿性质和⽣产⽤⽔的⽔质)和可调节因素(浮选流程、磨矿细度、矿浆浓度、矿浆酸碱度、浮选药剂制度)等。
viewer同时，还可以将浮选与磁选法结合使⽤，提⾼选矿效果。
选矿后获得的含铁分较⾼的矿粉经烘⼲后成为铁精粉。由于⾼炉不能直接使⽤粒度很细的粉状物料，
因此铁精粉需送往烧结⼚，经烧结⼯艺或球团⼯艺处理，形成烧结矿或球团矿后⽅可供⾼炉⽣产使⽤。
另外，还有⼀部分铁矿⽯因含铁品位很⾼，⽆需选矿处理，开采后经简单破碎便可直接⼊⾼炉冶炼。
按照⽬前国内铁矿⽯平均品位和铁精粉品位64%计算，理论上精选1吨铁精粉约需2.0-2.2吨原矿。
⼆、烧结、球团⼯序
经选矿形成的精矿粉是不能直接供⾼炉使⽤的（保证⾼炉的透⽓性），必须经过特定⼯艺处理，使之成为具有⼀定块度（10-25mm）的块状原料，才能提供给⾼炉使⽤。
精矿粉的成形⽅法主要有烧结法和球团法。主要设备主要为烧结机、链箅机回转窑、圆盘造球机、带式焙烧机、竖炉等。两种⽅法所获得的成品矿分别为烧结矿和球团矿。
2．1 烧结⼯艺
2.1.1 定义
所谓烧结⽣产, 就是将矿粉（包括⾼炉炉尘及轧钢⽪、钢渣等含铁细粒状物料）、熔剂（⽯灰⽯、⽩
云⽯、⽣⽯灰等粉料）、燃料（焦粉、煤粉）按⼀定⽐例配合、混匀后，经由布料系统将料布到烧结台车上进⾏点⽕烧结，借助于燃料燃烧产⽣的⾼
温，使烧结料⽔分蒸发并发⽣⼀系列化学反应，产⽣部分液相粘结，形成有⾜够强度和粒度的块状炉料，再经破碎和筛分后，最终得到的产品就是烧结矿。烧结矿是⾼炉冶炼铁⽔的主要原料。
2.1.2 烧结⽣产⽤料娄成后
含铁原料：含铁量较⾼、粒度<5mm的精矿粉、⾼炉炉尘、轧钢⽪、钢渣等。⼀般要求含铁原料品位⾼、成分稳定、杂质少。
熔剂：主要有⽯灰⽯（CaCO3）、⽣⽯灰(CaO)、消⽯灰(Ca(OH2))、⽩云⽯(CaCO3·MgCO3)等等。烧结⽣产要求熔剂中有效CaO含量⾼、杂质少、成分稳定、含⽔3％左右，粒度⼩于3mm的占90％以上。在烧结料中加⼊⼀定量的⽩云⽯，使烧结矿含有适当的MgO，对烧结过
程有良好的作⽤，可以提⾼烧结矿的质量。
加⼊熔剂的作⽤：将⾼炉冶炼时所需的⼀部分或⼤部分熔剂（以及所发⽣的化学反应）转移到烧结过程中进⾏，从⽽有利于⾼炉进⼀步提⾼冶炼强度，降低焦⽐；熔剂中的CaO、MgO与烧结料中的氧化物及酸性脉⽯SiO2和Al2O3等在⾼温作⽤下，⽣成低熔点的化合物，可改善烧结矿强度、冶⾦性能和
还原性；增加烧结料中的液相量，提⾼粘度，改善成球性，提⾼烧结矿强度。
燃料：主要为焦粉和煤粉。对燃料的要求是固定碳含量⾼、灰分低、挥发分低、含硫低、成分稳定，含⽔⼩于10％，粒度⼩于3mm的占95％以上。
2.1.3 烧结设备
按⼯艺流程，烧结⽣产的主要设备包括破碎和筛分设备、配料设备、混合设备、布料设备、点⽕设备、烧结机、风机、除尘及贮矿输料设备等。烧结过程是在烧结机上进⾏的，烧结机主要设备包括台车、台车驱动装置、破碎机、点⽕器以及抽风系统和上料系统组成。⼀台烧结机由多组台车组成。烧结机⼤⼩是以烧结台车的有效铺料⾯积计算的。⽬前，国内最⼤的烧结机是尚未投产的⾸钢京唐公司的550m2烧结机，其次为宝钢495m2烧结机。
2.1.4 ⼯艺流程
烧结⽣产主要过程包括烧结料的准备、配料与混合、烧结作业（布料、点⽕、烧结）和产品处理等⼯序。
谭盾地图烧结⼯艺流程简图见图3。
铺底料
除
烟
设
备焦
粉
破
碎
机
图3 烧结⼯艺流程
2.1.5 烧结⽣产主要操作指标
烧结⽣产过程中主要操作条件和指标包括料层厚度、烧结温度、点⽕温度、垂直燃烧速度、混合料⽔分、燃料配⽐、机速等等。
2.1.6 烧结机主要技术经济指标
主要包括烧结机利⽤系数、合格率、劳动⽣产率、烧结机作业率等。
烧结机利⽤系数定义为每平⽅⽶有效抽风⾯积每⼩时⽣产的烧结矿数量，t/(m2·h)。
2.1.7 烧结矿主要性能指标
（1）烧结矿品位：是指烧结矿中各种氧化物含铁总量的多少，也称全铁。
（2）烧结矿FeO含量、SiO2含量。
（3）平均粒度。
（4）烧结矿碱度：烧结矿中碱性氧化物与酸性氧化物之⽐称为烧结矿的碱度。⼆元碱度CaO/SiO2；四元碱度
CaO+MgO/SiO2+Al2O3。按碱度分：可分为普通烧结矿（R＜1.0）、⾃熔性烧结矿(1.2-1.5)、⾼碱度烧结矿(＞1.5)。现代烧结⽣产普遍⽣产⾼碱度烧结矿。
⾼碱度烧结矿优点：烧结矿强度⾼、粒度均匀、粉末少；还原性好；软化性能好；可搭配使⽤质量更好的酸性球团矿。
（5）烧结矿还原性RI：表⽰烧结矿的易还原程度。
（6）烧结矿转⿎强度：包括抗冲击强度和耐磨强度，它是指烧结矿在常温下抗磨剥和抗冲击能⼒的指标。
测定⽅法：取5kg成品烧结矿，装⼊转⿎Φ1000mm×500mm，转⿎以25转/分钟的转速旋转8分钟（200转）；取出转⿎中的烧结矿，分别⽤筛孔为6.3mm×6.3mm和0.5mm×0.5mm 的两种筛⼦进⾏筛分，测定⼤于6.3mm部分的⽐例和⼩于0.5mm部分的⽐例，分别为抗冲击强度和耐磨强度。质量好的烧结矿抗冲击强度可达到80%以上，耐磨强度5%以下。
（7）烧结矿低温还原粉化强度RDI。指烧结矿经400～600℃低温还原后的机械强度(主要有三种表⽰RDI+6.3、RDI+3.15、RDI-0.5)。
（8）软熔性能：开始软化温度、软化终了温度、软化区间。要求开始软化温度越⾼越好、软化终了温度越低越好、软化区间越窄越好。
2.2 球团矿⽣产⼯艺
2.2.1 定义
将细磨铁精矿粉或其它含铁粉料添加少量粘结剂（膨润⼟）和熔剂混合后，在加⽔润湿的条件下，通过造球机滚动成球（8-
15mm），再经过⼲燥、焙烧、固结、冷却筛分，成为具有⼀定强度和冶⾦性能的球型含铁原料。
2.2.2 球团矿⽣产设备
⽬前，可⽤于⽣产球团的设备主要有圆盘造球机(造球设备)和链箅机回转窑、带式焙烧机、竖炉(焙烧设备)等。
圆盘造球机：将铁精矿粉与焦粉、⽯灰⽯粉或⽣⽯灰混合后，输⼊圆盘造球机上部的混合料仓内，均匀地向造球机布料，同时由⽔管供给雾状喷淋⽔，倾斜（倾⾓⼀般为40-50°）布置的圆盘造球机由机械传动旋转，混合料加喷淋⽔在圆盘内滚动成球。
带式焙烧机：带式焙烧机⼯艺可将球团焙烧的整个⼯艺过程——⼲燥、预热、焙烧、冷却都在⼀个设备上完成，具有⼯艺过程简单、布置紧凑、所需设备吨位轻等特点，为⼯⼚缩⼩占地⾯积、减少⼯程量、实现焙烧⽓体的循环利⽤以及降低热耗和电耗创造了条件。
2.2.3 球团矿⽣产⼯艺流程
养殖技术顾问杂志
球团矿⽣产过程⼀般包括原料准备、配料、混合、造球、⼲燥、预热和焙烧、冷却、成品和返矿处理等⼯序，见图4所⽰。
图4 球团矿⼯艺流程
球团矿的⽣产中，配料、混合与烧结矿的⽣产⽅法相同，然后是将混合好的原料经造球机制成8-15mm的球状，最后进⾏焙烧。
精密合金
2.2.4 球团矿性能指标
球团矿主要的性能指标有：
（1）⽣球抗压强度：单个⽣球（未经焙烧的球团）能够承受的压⼒，⼀般要求⽣球达到15-20N/个，最终成品球1500N/个以上。
（2）⽣球落下强度：单个⽣球从0.5m⾼处落到钢板上反复跌落，直到⽣球破坏为⽌的次数，⼀般要求不⼩于4次。
（3）还原膨胀率：炉内热还原时体积的变化。
（4）低温还原粉化率：表⽰⽅法与烧结矿相同。
（5）转⿎指标：表⽰⽅法与烧结矿相同。
（6）软熔性能(软化开始温度、软化终了温度、软化区间)：球团矿的软熔性能较差，软化开始温度较低、软熔温度区间较宽。
2.2.5 球团矿与烧结矿的⽐较
（1）烧结⽣产采⽤过细的精矿粉作原料时，会影响透⽓性，降低产量和质量，因此烧结⽣产适合采⽤粒度较粗的富矿粉造块。球团矿⽣产则要求必须采⽤粒度极细的铁精矿，这样易于造球，成球率⾼，强度也⾼。球团矿除了可作为⾼炉原料外，还可作为电炉炼钢的原料。
（2）由于球团矿的焙烧温度低于烧结矿的烧结温度，因此球团矿的FeO含量低，球团矿的强度和还原性好，但低温还原粉化率⾼。
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