高爐煉鐵
現(xiàn)代煉鐵的主要方法，鋼鐵生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)。這種方法是由古代豎爐煉鐵發(fā)展、改進而成的。盡管世界各國研究發(fā)展了很多新的煉鐵法，但由于高爐煉鐵技術經(jīng)濟指標良好，工藝簡單，生產(chǎn)量大,勞動生產(chǎn)率高,能耗低，這種方法生產(chǎn)的鐵仍占世界鐵總產(chǎn)量的95％以上。
高爐生產(chǎn)時從爐頂裝入鐵礦石、焦炭、造渣用熔劑(石灰石)，從位于爐子下部沿爐周的風口吹入經(jīng)預熱的空氣。在高溫下焦炭（有的高爐也噴吹煤粉、重油、天然氣等輔助燃料）中的碳同鼓入空氣中的氧燃燒生成的一氧化碳和氫氣，在爐內(nèi)上升過程中除去鐵礦石中的氧，從而還原得到鐵。煉出的鐵水從鐵口放出。鐵礦石中不還原的雜質(zhì)和石灰石等熔劑結(jié)合生成爐渣，從渣口排出。產(chǎn)生的煤氣從爐頂導出，經(jīng)除塵后，作為熱風爐、加熱爐、焦爐、鍋爐等的燃料。
簡史和近況
早期高爐使用木炭或煤作燃料，18世紀改用焦炭，19世紀中葉改冷風為熱風(見冶金史)。20世紀初高爐使用煤氣內(nèi)燃機式和蒸汽渦輪式鼓風機后，高爐煉鐵得到迅速發(fā)展。20世紀初美國的大型高爐日產(chǎn)生鐵量達 450噸，焦比1000公斤／噸生鐵左右。70年代初，日本建成4197米3高爐，日產(chǎn)生鐵超過1萬噸，燃料比低于 500公斤／噸生鐵。中國在清朝末年開始發(fā)展現(xiàn)代鋼鐵工業(yè)。1890年開始籌建漢陽鐵廠，1號高爐（248米3,日產(chǎn)鐵100噸）于1894年5月投產(chǎn)。1908年組成包括大冶鐵礦和萍鄉(xiāng)煤礦的漢冶萍公司。1980年，中國高爐總?cè)莘e約8萬米3,其中1000米3以上的26座。1980年全國產(chǎn)鐵3802萬噸，居世界第四位。
70年代末全世界2000米3以上高爐已超過120座，其中日本占1/3，中國有四座。全世界4000米3以上高爐已超過20座，其中日本15座，中國有1座在建設中。
50年代以來，中國鋼鐵工業(yè)發(fā)展較快，高爐煉鐵技術也有很大發(fā)展，主要表現(xiàn)在：①綜合采用精料、上下部調(diào)劑、高壓爐頂、高風溫、富氧鼓風、噴吹輔助燃料（煤粉和重油等）等強化冶煉和節(jié)約能耗新技術，特別在噴吹煤粉上有獨到之處。1980年中國重點企業(yè)高爐平均利用系數(shù)為1.56噸/(米3·日)，焦比為539公斤/噸生鐵；②綜合利用含釩鈦的鐵礦石取得了突破性進展，含稀土的鐵礦石的利用也取得了較大的進展。
高爐冶煉主要技術經(jīng)濟指標 分述如下：
高爐利用系數(shù) 每立方米高爐有效容積一晝夜生產(chǎn)生鐵的噸數(shù),是衡量高爐生產(chǎn)效率的指標。比如1000米3高爐，日產(chǎn)2000噸生鐵，則利用系數(shù)為 2噸/(米3·日)。
焦比 每煉一噸生鐵所消耗的焦炭量,用公斤/噸生鐵表示。高爐焦比在 80年代初一般為450～550公斤/噸生鐵，先進的為 380～400公斤/噸生鐵。焦炭價格昂貴，降低焦比可降低生鐵成本。
燃料比 高爐采用噴吹煤粉、重油或天然氣后，折合每煉一噸生鐵所消耗的燃料總量。每噸生鐵的噴煤量和噴油量分別稱為煤比和油比。此時燃料比等于焦比加煤比加油比。根據(jù)噴吹的煤和油置換比的不同，分別折合成焦炭（公斤），再和焦比相加稱為綜合焦比。燃料比和綜合焦比是判別冶煉一噸生鐵總?cè)剂舷牧康囊粋€重要指標。
冶煉強度 每晝夜高爐燃燒的焦炭量與高爐容積的比值，是表示高爐強化程度的指標，單位為噸/（米3·日）。
休風率 休風時間占全年日歷時間的百分數(shù)。降低休風率是高爐增產(chǎn)的重要途徑。一般高爐休風率低于2％。
生鐵合格率 化學成分符合規(guī)定要求的生鐵量占全部生鐵產(chǎn)量的百分數(shù)，是評價高爐優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)的主要指標。
生鐵成本 是從經(jīng)濟方面衡量高爐作業(yè)的指標。
煉鋼
煉制鋼的工藝、方法和過程。古代的鋼鐵冶煉是在固體狀態(tài)下完成的（見塊煉鐵）。現(xiàn)在除少數(shù)例外，鋼都在1600℃左右以液體狀態(tài)煉成，然后鑄成錠、坯或直接鑄成鑄鋼件。
煉鋼的基本任務 煉鋼的基本任務可以歸納為“四脫”（脫碳、氧、磷和硫）、“二去”（去氣和去夾雜）、“二調(diào)整”（調(diào)整成分和溫度）。采用的主要技術手段為：供氧、造渣、升溫、加脫氧劑和合金化操作
鋼生產(chǎn)的基本原料和基本途徑 從根本上說，鋼的原料是鐵礦石。從鐵礦石到鋼，有幾種不同的工藝途徑。最主要的是“高爐途徑”，鐵礦石先在高爐內(nèi)煉成生鐵（見高爐煉鐵），再以生鐵為原料，用不同方法煉成鋼。通過這種途徑煉成的鋼，占世界鋼產(chǎn)量的98％左右。另一途徑是通過直接還原煉鐵，將礦石在低于礦石熔化溫度下煉成“海綿鐵”，用它作原料，然后主要用電爐冶煉成鋼，這種工藝流程，現(xiàn)只在較特殊的礦石資源和能源條件下采用；隨著能源條件的改變，今后可能得到發(fā)展。另外還有一種粉末冶金方法，用于制造某些特殊的零件，近年來也用于高速工具鋼等特殊用鋼，在鋼的總產(chǎn)量中，所占比重很小。
除生鐵和海綿鐵外，廢鋼也是重要的煉鋼原料。在工業(yè)發(fā)達國家，廢鋼來源豐富，價格通常比生鐵、海綿鐵低，而且用作煉鋼的原料還可以節(jié)約大量能源。在20世紀的前40年，由于煉鋼工業(yè)使用越來越多的廢鋼，世界生鐵產(chǎn)量對鋼產(chǎn)量的比例不斷下降（圖1）。事實上百余年來煉鋼方法的發(fā)明和發(fā)展，同廢鋼的供求情況密切相關。
主要煉鋼方法的發(fā)展概況
現(xiàn)有的大規(guī)模煉鋼方法都是1856年以后出現(xiàn)的。主要可分為轉(zhuǎn)爐煉鋼法、平爐煉鋼法、電弧爐煉鋼法三類。1860～1980年，各種煉鋼方法所生產(chǎn)的鋼，在鋼的總產(chǎn)量中所占的百分比,如圖2所示，從中可以看出各種煉鋼法的興起和衰落。
空氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法 最早發(fā)明的是酸性空氣底吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法，又稱貝塞麥轉(zhuǎn)爐煉鋼法。此法煉鋼過程中所需的熱量，來自原料鐵水物理熱及所含硅、碳及其他元素的發(fā)熱氧化反應，因此，不用另外的燃料，就能達到鋼水澆鑄所要求的高溫。貝塞麥法由于冶煉過程快，而且能耗低，發(fā)明以后，迅速得到推廣，基本上取代了原有的熟鐵攪煉爐和坩堝爐煉鋼法。從此，開始了人類大量用鋼的新時代。但貝塞麥法用酸性耐火材料(氧化硅質(zhì))作爐襯，不能造堿性渣脫磷脫硫，因此只適用于低磷低硫原料。為了利用西歐大量的高磷鐵礦資源，后來發(fā)展出了使用堿性耐火材料的堿性空氣底吹轉(zhuǎn)爐法（托馬斯轉(zhuǎn)爐煉鋼法）。這種方法在西歐各國很快推廣。
、平爐煉鋼法 又稱馬丁爐法或西門子-馬丁爐法。此法用外來燃料加熱，靠蓄熱室把爐溫提高到可以熔化鋼的程度，這樣就擴大了煉鋼原料的范圍，實際上可以采用0～100％的任何比例的廢鋼和生鐵配料（圖3）。最初的平爐也用酸性材料作爐襯，因此不能熔煉含磷高的生鐵。和轉(zhuǎn)爐一樣，酸性平爐不久就被堿性平爐所取代。
以空氣作氧化劑的轉(zhuǎn)爐，由于空氣所含的氮從爐內(nèi)帶走大量的熱，使煉鋼原料中不能搭配很多廢鋼。堿性平爐法的突出優(yōu)點，就是在廢鋼與生鐵配比方面和生鐵磷含量方面有寬廣的適應能力，因而在發(fā)明后為全世界廣泛采用。到了20世紀中葉，即在氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法崛起之前，平爐鋼產(chǎn)量穩(wěn)定地占了世界鋼總產(chǎn)量約80％。
氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法 50年代初，出現(xiàn)了堿性氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法。同原有的空氣轉(zhuǎn)爐相比，它的熱平衡條件更為有利，所以原料中可以加入較多廢鋼（可達30％左右），所產(chǎn)的鋼含氮量低，質(zhì)量更好。另一方面，同平爐相比，它不耗燃料，而且生產(chǎn)率高得多，利用廢鋼的能力雖差一些，但在廢鋼來源不多的多數(shù)地區(qū)也已夠用。因此從60年代起，世界氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼的產(chǎn)量和比例扶搖直上。現(xiàn)在,可以說氧氣轉(zhuǎn)爐已徹底淘汰了空氣轉(zhuǎn)爐,并在很大程度上取代了平爐的地位。60年代末出現(xiàn)了氧氣底吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法。近年來又發(fā)展了復合吹煉轉(zhuǎn)爐煉鋼法，已在許多國家應用。
電弧爐煉鋼法 從20世紀初開始，徐緩地向前發(fā)展，目前約占世界鋼產(chǎn)量的20％。電弧爐以電為熱源，可以迅速熔化廢鋼和合金，而且可以基本密閉，排除大氣的作用。另一方面，電弧爐一般容量較?。ㄍD(zhuǎn)爐和平爐比），操作成本較高。由于這些特點，電弧爐煉鋼法曾主要用來生產(chǎn)特殊鋼或合金鋼。但近年來，隨著電弧爐本身大型化和加大功率的成功，降低了電弧爐鋼的生產(chǎn)成本，加上用廢鋼作原料價格低廉，在工業(yè)發(fā)達國家中出現(xiàn)了許多專門煉普通鋼的電弧爐鋼廠。這種所謂小鋼廠投資遠比同樣產(chǎn)量的高爐-轉(zhuǎn)爐聯(lián)合企業(yè)低,所以發(fā)展較快。有些廠原料中除廢鋼外，還摻用一部分海綿鐵。
中國的煉鋼情況 中華人民共和國成立以前，中國煉鋼技術落后，生產(chǎn)設備以平爐為主，有少量的電弧爐和轉(zhuǎn)爐。50～60年代除鞍山、武漢和包頭等鋼鐵基地擴建和新建了一些新型平爐以外，全國在較大范圍內(nèi)建立了許多小型空氣側(cè)吹轉(zhuǎn)爐(見側(cè)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼)。60年代初，氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐在首都鋼廠投產(chǎn)。由于這種設備在經(jīng)濟上具有明顯的優(yōu)越性，后來在許多鋼廠新建了較大的氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐,最大的爐子容量為150噸。原有的空氣側(cè)吹轉(zhuǎn)爐一部分停產(chǎn),大部分改建成為氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐。1980年中國各種設備在總的煉鋼能力所占的比重約為：轉(zhuǎn)爐44％，平爐33％，電爐23％。
鋼水爐外處理和特殊煉鋼法 現(xiàn)代的轉(zhuǎn)爐、平爐、電弧爐煉鋼工藝可以不同程度地保證鋼的純凈，能夠滿足一般用戶對鋼質(zhì)量的要求。隨著科學技術的發(fā)展，需要質(zhì)量更高、品種更多的高級鋼。為了滿足這種要求，第二次世界大戰(zhàn)以來，出現(xiàn)了多種鋼水爐外處理（又稱爐外精煉）的方法，對轉(zhuǎn)爐、平爐和電弧爐煉出的鋼水進行附加處理，然后澆鑄。根據(jù)處理的目的不同，發(fā)展出了多種多樣的方法。應用最廣的爐外處理有：吹氬處理、真空脫氣、爐外脫硫等，使用這些方法以后，不論轉(zhuǎn)爐、平爐和電弧爐都可以生產(chǎn)高級的鋼種。某些尖端技術或特殊用途要求特高質(zhì)量的鋼，如果用爐外處理的辦法也達不到要求，則要用特殊煉鋼法煉制，例如電渣重熔法，和不同形式的真空冶金法。
鋼鐵煉制過程詳解
生鐵噸制造成本＝（1.6×鐵礦石+0.45×焦炭）/0.9
（根據(jù)高爐冶煉原理，生產(chǎn)1噸生鐵，需要1.5-2.0噸鐵礦石、0.4-0.6噸焦炭以及0.2-0.4噸熔劑，煉鐵工藝中影響總成本的主要因素是原料（鐵礦石、焦炭）成本，而包括輔料、燃料、人工費用在內(nèi)的其他費用與副產(chǎn)品回收進行沖抵后僅占總成本的10%左右）
粗鋼噸制造成本＝（0.96×生鐵+0.15×廢鋼）/0.82
（以2008年中國鋼鐵行業(yè)的平均鐵鋼比（0.96）和廢鋼單耗（0.15噸）作為測算依據(jù)，煉鋼工藝中因為耗電量的增加、合金的加入以及維檢費用的上升使得除主要原料外的其他費用占到煉鋼總成本的18％左右）
廢鋼、鋼鐵冶金焦價格參數(shù)假定不變（截至4月7日，全國廢鋼平均報價2800元/噸，全國鋼鐵冶金焦平均采購價格1900元/噸）。
A、以日本與三大礦山初步協(xié)議價110美元/噸計算
目前海運費為25.5美元（4月7日巴西圖巴朗-青島），2010年長協(xié)礦CVRD-南部粉礦(63.5%)進口到岸價格為(110+25.5)=135.5美元/噸，換算到國內(nèi)礦石價格為135.5*6.8265（匯率）*1.13(增值稅)=1045元/噸
生鐵噸制造成本=（1.6*1045+0.45*1900）/0.9=2808元/噸
粗鋼噸制造成本=（0.96*2687+0.15*2800）/0.82=3800元/噸
螺紋鋼制造成本=3800+150=3950元/噸（螺紋鋼軋制成本：約150元）
鐵以化合物的狀態(tài)存在于自然界中，尤其是以氧化鐵的狀態(tài)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； 高爐煉鐵是將鐵礦石在高爐中還原，熔化煉成生鐵。 基本生產(chǎn)過程是在煉鐵爐內(nèi)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。 高爐煉鐵是將鐵礦石在高爐中還原，熔化煉成生鐵。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(yè)上或者商業(yè)上來說，鐵礦石不但是要含有鐵的成份，而且必須有利用的價值才行。
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