专利名称：一种钢铁生产工艺及其专用设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种冶金行业的钢铁生产工艺，本发明还涉及实现该钢铁工艺的专用设备。
现有的钢铁生产工艺是经过采矿、选矿并处理后得到精矿粉；精矿粉经过烧结过程，生成炼铁用的原料烧结矿；烧结矿随焦炭一起加入高炉进行炼铁生产；高炉冶炼出的铁水装入铁水罐，运输到炼钢厂，进行转炉或电炉等冶炼，形成钢水；成品钢水经过模铸或连铸过程，形成模铸锭或连铸坯；之后经过轧钢机轧制成成品钢材。该生产流程的不足是主辅工序多，生产周期长，劳动生产率低，能耗高，人员多，资金占用量大，生产成本高，环保难度大，经济效益和社会效益低。
本发明的目的在于提供一种克服上述缺点的全新的钢铁生产工艺，该生产工艺生产周期短，生产成本低，人员少，生产率高，经济效益和环保社会效益显著，本发明的目的还在于提供一种实现上述工艺的专用设备。
本发明是这样实现的一种钢铁生产工艺，以矿石为原料生产出铁水，以铁水为原料生产炼制出钢水，钢水浇制出铸坯，铸坯轧制成成品钢材，上述生产工艺的全过程是一个连续的、不间隔的生产过程，从原料精矿粉到最终成为成品钢材，均在一个封闭的设备系统中不间断的完成。
为实现上述生产工艺要采用专门设计的设备，该设备由炼铁反应室、铁水收集室、炼钢反应室、钢水收集室、近终形连铸成形系统、连轧成材系统、自动控制系统七部分构成，其中，前六部分装置相邻部分相互连通，自动控制系统控制前六部分的生产操作。
本发明的优点是本生产工艺中，从原料精矿粉到最终成为钢材的全过程均在封闭、连续的黑匣子式专用生产设备中完成，省去了焦炭生产、矿石烧结、高炉炼铁、转炉炼钢等工序，省去了各工序间的产品运输，以及因运输带来的能量损耗等一系列问题，本生产工艺从原料投入到成材生产周期短，能耗低，利于环保，生产人员少，生产率高，钢铁生产成本大幅度下降，给钢铁生产带来较强的经济效益和生命力。
以下结合附图对本发明做进一步详细的描述。
图1为本发明专用设备示意图。
图2、图3、图4分别是图1中A-A、B-B、C-C剖视图。
由图可知，本发明的专用设备由炼铁反应室1、铁水收集室2、炼钢反应室3、钢水收集室4、近终形连铸成型系统5、连轧成材系统6及自动控制系统7七部分组成。
炼铁反应室1内布置若干个原料喷射器8，通过喷射器8往室1内喷入经充分混合有氧气的精矿粉颗粒、造渣剂、煤粉等。煤粉与氧气发生反应而燃烧，在室内产生平均温度达1700℃左右的高温煤气；精矿粉(铁矿石)在运动过程中不断被煤气加热和还原，其中的含氧量不断下降，生成铁水，落入铁水收集室2，进行聚集形成铁水熔池。
铁矿石中主要成分是Fe2O3，其被CO(煤气)还原的过程可分为下面几个步骤
产生的CO2还可与C发生反应生成CO
C也可以还原液态的FeO
铁水在铁水收集室内经挡渣坝9挡渣，去除部分渣子后，粗铁水被变为成品铁水，通过铁水出口10注入炼钢反应室3。在炼钢反应室3，成品铁水在下落过程中，从入口11被吹入与氧气充分混合的石灰粉及其他造渣原材料，将铁水流击碎成细小的铁水液滴，造渣料与铁水液滴充分接触，进行一系列化学反应，完成脱碳、脱硅、脱硫、脱磷及提高温度等工艺过程，生成粗钢液滴落入钢水收集室4的粗钢水熔池；通过挡渣坝12挡除钢渣后，进入成品钢水熔池，在此从入口18喷入钢种所需要的各种脱氧剂及合金，进行脱氧及合金化的工艺过程，形成成品钢水，成品钢水熔池中设有成分探测器19，探测到的数据传送给自动控制系统7，自动控制系统7控制加入的脱氧剂和合金的数量。
铁水被炼成钢水的反应有如下步骤铁液中化学元素的氧化式中，M——铁液中的元素脱碳反应脱磷反应脱硫反应钢的脱氧式中M——脱氧剂成品钢水经过钢水出口13注入中间包14，在中间包14内再进行必要的中间包冶金，之后注入近终形连铸系统5，形成近终形连铸坯；连铸坯进入钢坯温控炉15，实现铸坯温度的连铸控制与调节，达到轧制所需要的温度，实现连续轧材，最终得到用户所要求的钢材。
在铁水收集室2、钢水收集室4、连铸中间包13，均设有出渣口17，将反应产生的钢渣排出到系统外面，实现铁水及钢水的净化处理等功能。在铁水反应室1、炼钢反应室3，均设有烟气收集及除尘口16，通过必要的设备将烟气(主要是煤气)、灰尘抽出进行处理，作为钢铁生产的副产品，实现其他的用途。整个生产系统设有自动控制系统7，对加料、化学反应、过程参数监测、成品控制等均实现全自动控制。
本发明可实现从原料到钢材的生产周期仅用30min；年产能力100万吨钢材的黑匣子工厂，定员仅50人；生产成本折合现价格计算为吨钢500元人民币。
权利要求
1.一种钢铁生产工艺，以矿石为原料生产出铁水，以铁水为原料生产炼制出钢水，钢水浇制出铸坯，铸坯轧制成成品钢材，其特征在于上述生产工艺过程是一个连续的、封闭的生产过程，从原料精矿粉到最终成为成品钢材，均在一个封闭的设备中不间断的完成。
2.一种实现权利要求1所述生产工艺过程的专用设备，其特征在于该设备由炼铁反应室(1)、铁水收集室(2)、炼钢反应室(3)、钢水收集室(4)、近终形连铸成形系统(5)、连轧成材系统(6)、自动控制系统(7)七部分构成，其中，前六部分装置相邻部分相互连通，自动控制系统(7)控制前六部分的生产操作。
3.根据权利要求2所述的专用设备，其特征在于所述炼铁反应室(1)内部布置若干原料喷射器(8)，下部为铁水收集室(2)，铁水收集室(2)中部设置挡渣坝(9)，下部开设铁水出口(10)，铁水出口(10)与炼钢反应室(3)连通，炼钢反应室(3)周围设置氧气和石灰粉吹入口(11)，下部为钢水收集室(4)，钢水收集室(4)中部设置挡渣坝(12)，下部开设钢水出口(13)，近终形连铸成形系统(5)包括中间包(14)、连铸机，钢水出口(13)与中间包(14)连通，连轧成材系统(6)包括铸坯温控炉(15)和轧机，连铸机出口连接铸坯温控炉(15)，温控炉(15)出口连接轧机，铁水收集室(2)、钢水收集室(4)、中间包(14)内部合适位置均设有出渣口(17)，在炼铁反应室(1)、炼钢反应室(3)，还设有烟气收集及除尘口(16)。
4.根据权利要求1所述的钢铁生产工艺，其特征在于所述连续封闭的生产工艺具体为精矿粉颗粒、造渣剂、煤粉等与氧气充分混合，通过喷射器(8)向炼铁反应室(1)内喷出，在室中进行铁矿石到铁的还原过程，并去除杂质，生成铁水，落入铁水收集室(2)，铁水在铁水收集室(2)经挡渣坝(9)挡渣，去除部分渣子后，粗铁水边为成品铁水，通过铁水出口(10)注入炼钢反应室(3)；在炼钢反应室(3)，成品铁水在下落过程中，被吹入与氧气充分混合的石灰粉及其他造渣原材料，将铁水流击碎成细小的铁水液滴，造渣料与铁水液滴充分接触，进行一系列化学反应，完成脱碳、脱磷、脱硅及提高温度等工艺过程，生成粗钢液滴落入钢水收集室(4)内，粗钢水经过挡渣坝(12)挡除钢渣后，变为半成品钢水，半成品钢水中喷入钢种所需要的各种脱氧剂及合金，进行脱氧及合金化的工艺过程，形成成品钢水；成品钢水经过钢水出口(13)注入近终形连铸系统(5)，形成近终形连铸坯；连铸坯进入钢坯温控炉(15)，实现铸坯温度的连铸控制与调节，达到轧制所需要的温度，实现连续轧材，最终得到用户所要切的钢材；生产过程中，在铁水收集室(2)和炼钢反应室(3)产生的烟尘由烟气收集口(16)抽出，并通过其他设备处理；在上述整个生产过程中，自动控制系统(7)对加料、化学反应、过程参数监测、成品控制等均进行全自动控制。
全文摘要
本发明公开了一种钢铁生产工艺及其专用设备，该钢铁生产工艺是一个连续的、封闭的生产过程，从原料精矿粉到最终成为成品钢材，均在一个封闭的专用设备中不间断的完成，该专用设备由炼铁反应室1、铁水收集室2、炼钢反应室3、钢水收集室4、近终形连铸成形系统5、连轧成材系统6、自动控制系统7七部分构成，其中，前六部分装置相邻部分相互连通，自动控制系统7控制前六部分的生产操作。
文档编号C21B13/14GK1392272SQ0111504
公开日2003年1月22日 申请日期2001年6月14日 优先权日2001年6月14日
发明者张胜生, 杨君胜, 陈向阳, 邱现金, 吕铭, 付博, 丛玉伟 申请人:莱芜钢铁股份公司炼钢厂