【正文】 多低熔點(diǎn)的化合物和共熔體，即所謂的爐渣，并能達(dá)到完全熔化，且具有良好的流動(dòng)性，使渣鐵容易分離。 ? 所謂噴吹煤粉，就是將不能煉焦的煤磨成細(xì)粉，與鼓風(fēng)一起通過(guò)風(fēng)口噴入爐缸的燃燒帶，如同焦炭一樣，煤粉在燃燒帶內(nèi)與鼓風(fēng)中的氧反應(yīng)形成煤氣并放出熱量，所以噴吹煤粉可以代替焦炭的還原劑和熱源兩個(gè)作用，但是不能代替焦炭的料柱骨架作用。但因煉焦煤資源的匱乏，而且煉焦生產(chǎn)還給環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。在高爐煉鐵中，焦炭起三種作用： (1)提供冶煉所需的熱量； (2)還原礦石所需的還原劑； (3)在高溫區(qū)，焦炭是惟一的固體物，是支撐料柱的骨架和使氣流暢通的透氣通路。這種圓球經(jīng)過(guò)干燥、焙燒成為強(qiáng)度很高的球團(tuán)礦。燒結(jié)礦生產(chǎn)的流程見(jiàn)圖 22。將混合料中的燃料顆粒點(diǎn)著燃燒，產(chǎn)生 12501500℃ 的高溫，與此同時(shí)，在箅子下面抽空氣，使混合料的燃料從上往下燃燒，直到料層底部。 ? 所謂燒結(jié)，就是將精礦粉、富礦粉（小于 8mm）與配入的熔劑粉（小于 3mm的石灰石粉和白云石粉）和燃料粉（焦粉或無(wú)煙煤粉）組成混合料，同時(shí)加入一定量的水，將混合料制成小球。由于高爐煉鐵需要?dú)饬魍〞?，所以只能加入塊礦，精礦粉要通過(guò)燒結(jié)的辦法制成燒結(jié)礦或通過(guò)球團(tuán)的辦法焙燒成球團(tuán)礦。在自然界中，有工業(yè)開(kāi)采價(jià)值的菱鐵礦比其它三種礦石要少，含鐵量不高，但受熱分解放出CO2后，不僅含鐵量顯著提高，而且也變得疏松多孔，易還原。 ? (4)菱鐵礦石。赤鐵礦石廣泛分布于自然界中，常形成巨大的礦床，就世界范圍而言，其儲(chǔ)量最多（占鐵礦石總儲(chǔ)量的 %），是煉鐵的最主要鐵礦石資源。顏色呈紅色或紅褐色，故又稱(chēng)為紅礦。 表 21 常用鐵礦石的分類(lèi)、組成及性能 礦石名稱(chēng) 礦物及化學(xué)式 密度(t/m3) 顏色 含 Fe量 ,% 強(qiáng)度 還原性 磁鐵礦石 Fe3O4 黑色或灰色 4070 堅(jiān)硬致密 難還原 赤鐵礦石 Fe2O3 紅色至淺灰色 5560 軟，易破碎 易還原 褐鐵礦石 (m=13,n=14). 黃褐暗褐或絨黑色 3755 疏松 易還原 菱鐵礦石 FeCO3 灰色帶黃褐色 3040 易破碎 焙燒后易還原 ? (1)磁鐵礦石 主要礦物是磁鐵礦，呈黑色金屬光澤，磁性強(qiáng)（復(fù)合礦可通過(guò)磁選富集鐵分），在自然界中純磁鐵礦礦石較少，常含有 TiO2及 V2O3組成復(fù)合礦石，即釩鈦磁鐵礦，由于受氧化作用，磁鐵礦易被氧化成赤鐵礦，有的仍保留著磁鐵礦石的結(jié)晶形態(tài)，但無(wú)磁性，被稱(chēng)為假象赤鐵礦或半假象赤鐵礦。目前世界上常用的鐵礦石，主要有磁鐵礦石，赤鐵礦石，褐鐵礦石和菱鐵礦石等。 高爐煉鐵法 ? 2 原料 ? 高爐煉鐵使用的原料是塊狀的鐵礦石、燃料、熔劑和鼓風(fēng)形態(tài)的空氣?，F(xiàn)代巨型高爐的爐容積已有 40005000m3,年產(chǎn)生鐵達(dá) 250萬(wàn) 300萬(wàn)噸。因而在可以預(yù)見(jiàn)的將來(lái)，高爐煉鐵仍然是煉鐵的主力軍。 ? 下面分別介紹這三種冶煉方法的工藝。 ? 煉鐵方法主要有高爐法、直接還原法、熔融還原法等，其原理是礦石在特定的氣氛中（還原物質(zhì) CO、 H C；適宜溫度等）通過(guò)物化反應(yīng)獲取還原后的生鐵。含鐵比較多的、并且具有冶煉價(jià)值的礦物稱(chēng)為鐵礦石。 鐵的生產(chǎn)工藝 ? 鐵的化學(xué)性質(zhì)較為活潑 ,自然界中的鐵都是以鐵的化合物形式存在的。在此期間，高爐鼓風(fēng)由熱風(fēng)代替冷風(fēng)，并建產(chǎn)了蓄熱式熱風(fēng)爐，鼓風(fēng)動(dòng)力采用電力。從此鋼鐵冶煉就開(kāi)始了一直沿用至今的二步冶煉法：第一步，從礦石中冶煉出生鐵，第二步把生鐵精煉成鋼。由于爐容增大，采用鼓風(fēng)技術(shù)，使單位時(shí)間內(nèi)燃燒的燃料量增加了，爐內(nèi)溫度提高，能得到熔融狀態(tài)的生鐵，這種生鐵冷卻后很脆，不能鍛造成器具。其含碳量極低，所以塑性較高，經(jīng)鍛打成型，制成器具，在此時(shí)期，冶煉工場(chǎng)在出產(chǎn)鐵礦石和木材豐富的山區(qū)非常發(fā)達(dá)。 圖 11 鋼鐵的分類(lèi) 鋼 碳素鋼 合金鋼 結(jié)構(gòu)鋼 工具鋼 合金結(jié)構(gòu)鋼 合金工具鋼 特殊性能鋼 合金模具鋼 黑色金屬 白口鑄鐵 灰口鑄鐵鋼 生鐵 球墨鑄鐵 可鍛鑄鐵 鑄造生鐵 煉鋼鑄鐵 合金鑄鐵 鐵合金 第二章 鋼鐵的冶煉 ? 鋼鐵的冶煉歷史 ? 鐵的生產(chǎn)工藝 ? 鋼的生產(chǎn)工藝 鋼鐵的冶煉歷史 ? 鋼鐵冶煉技術(shù)大致可分為三個(gè)發(fā)展階段。 表 11 鋼和生鐵中主要元素的含量（ %） 元素 碳（ C) 硅 (Si) 錳 (Mn) 磷（ P） 硫（ S） 生鐵 2 鋼 2 生鐵含碳量高，其性質(zhì)硬而脆，不能鍛造，它主要用于鑄造電動(dòng)機(jī)外殼，變速箱殼體，機(jī)床體與支架以及其它機(jī)械零件。 ? 鋼與生鐵都是以鐵為主，并含有少量碳，硅，錳，硫等元素的鐵碳合金，根據(jù)碳和其它元素含量的不同而區(qū)分為鋼和生鐵，特別是碳含量的差別，引起鐵碳合金在不同溫度下所處的狀態(tài)和結(jié)構(gòu)的變化，因而使鋼和生鐵具有不同的性能和用途。 ? 高純度的鐵是很柔軟的，沒(méi)有多少使用價(jià)值。 ? 鐵是元素周期表上第 26位元素，原子量為 ，在大氣壓下于 1534℃ 熔化， 2740℃ 氣化。而二十多年來(lái)的事實(shí)表明：鋼鐵生產(chǎn)需求接近飽和，世界產(chǎn)鋼量沒(méi)有顯著增長(zhǎng)，但是也沒(méi)有萎縮；鋼鐵生產(chǎn)技術(shù)和冶金工程科學(xué)仍在不斷更新，新技術(shù)層出不窮；鋼鐵材料品種繼續(xù)增多，鋼的性能和品質(zhì)有大幅度提高。本文主要講述有關(guān)鋼鐵冶煉的基本知識(shí)。黑色金屬冶金技術(shù) 鋼鐵知識(shí)講座 李 鵬 2023年 7月 主要內(nèi)容 ? 一：鋼鐵基礎(chǔ)知識(shí) ? 二：鋼鐵的冶煉 ? 三：鋼鐵行業(yè)的產(chǎn)業(yè)政策 一 鋼鐵基礎(chǔ)知識(shí) ? 黑色金屬包括鐵、鉻、錳三種。但后兩種在實(shí)際生產(chǎn)中很少單獨(dú)使用，故黑色金屬就泛指鋼、鐵。 ? 自從 1980年阿爾溫 〃 托夫勒（《第三次浪潮》的作者，美國(guó)未來(lái)學(xué)家）到處鼓吹鋼鐵是夕陽(yáng)工業(yè)以來(lái)，使人們產(chǎn)生了一種錯(cuò)覺(jué)，似乎發(fā)展信息產(chǎn)業(yè)必須壓縮鋼鐵工業(yè)，鋼鐵生產(chǎn)技術(shù)沒(méi)有必要，也不可能繼續(xù)發(fā)展。為什么非常古老的鋼鐵有這樣強(qiáng)的生命力呢？這首先決定于鋼鐵的基體特性。固態(tài)鐵的密度是 7870Kg/m3。但當(dāng)純鐵中含有一定量的碳后，就變成我們?cè)诟鞣矫媸褂玫匿撹F了。鋼鐵中常見(jiàn)元素的含量見(jiàn)表 11,分類(lèi)見(jiàn)圖 11。在世界各國(guó)鐵產(chǎn)量中，大部分是作為煉鋼原料，而只有 10%左右用于鑄造各種部件和零件。 ? (1) 13世紀(jì)末以前，古代人的冶煉方法十分簡(jiǎn)單，利用自然地形將鐵礦石與木炭一起放入稱(chēng)為地窯爐的爐膛內(nèi)，加熱冶煉，因不能獲得熔化礦石的高溫，僅能制成半熔融狀態(tài)的鐵塊，其中混雜有相當(dāng)多的氧化鐵渣，稱(chēng)為海綿鐵。 ? (2)13世紀(jì)末至 19世紀(jì)中葉，隨著鐵的需要以及鼓風(fēng)技術(shù)的發(fā)展，爐子越來(lái)越高，逐漸形成現(xiàn)代高爐的雛形 木炭爐。后來(lái)將生鐵作原料和礦石、木炭一起在爐內(nèi)再進(jìn)行冶煉，得到性能比生鐵好的粗鋼（也叫熟鐵）。 ? (3)19世紀(jì)中期至今，以生鐵為原料在高溫下精煉成鋼，一直是鋼鐵生產(chǎn)的主要方法。建立了作為生鐵精煉爐的轉(zhuǎn)爐、平爐、電爐的煉鋼法。煉鐵用的多數(shù)是鐵的氧化物。煉鐵就是從鐵礦石中提取鐵及有用元素形成生鐵的過(guò)程。生鐵除了少部分用于鑄造外，絕大部分是作為煉鋼原料。 ? 1 概述 ? 高爐煉鐵是一種古老的冶煉方法，高生產(chǎn)率、低消耗、低成本是它的最大優(yōu)勢(shì) ,加上不斷地吸收新技術(shù)，高爐煉鐵法仍然不斷地在發(fā)展。 ? 經(jīng)過(guò)了幾個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，現(xiàn)代高爐技術(shù)已經(jīng)達(dá)到非常高的水平。高爐的壽命很多都達(dá)到了 1015年。 ? （ 1） 含鐵原料 ? 鐵礦石種類(lèi)較多，在自然界中已發(fā)現(xiàn)的有 300多種含鐵礦物。各種礦石的組成及性能見(jiàn)表 21。 ? (2)赤鐵礦石。主要礦物為赤鐵礦，無(wú)磁性，但組織疏松，易破碎，還原性?xún)?yōu)于磁鐵礦。 ? (3)褐鐵礦石 常為含不同分子結(jié)晶水的赤鐵礦，褐鐵礦吸附著大量水分，加熱時(shí)失去結(jié)晶水和游離水，使礦石氣孔率增加，故還原性好，同時(shí)，由于去掉了水分，相應(yīng)提高了礦石的品位。它是含鐵的碳酸鹽。 ? 當(dāng)鐵礦石含鐵量過(guò)低，就需要將它們粉碎 (－ )，然后富選成含鐵高的精礦粉，一般精礦粉的含鐵量在 63%68%之間。燒結(jié)礦和球團(tuán)礦統(tǒng)稱(chēng)人造富礦。然后將基本上都是小球的混合料鋪在有箅子的燒結(jié)臺(tái)車(chē)上，厚度在 400700mm。在高溫下，混合料中的一些熔化溫度低的礦物轉(zhuǎn)變成液體，這些液體將周?chē)牡V粉溶入 ,形成新的礦物質(zhì)，當(dāng)溫度降低時(shí)，液體冷凝析出晶體，并將周?chē)w粒較大而沒(méi)有溶入液體的礦粒粘結(jié)在一起，形成大塊的多孔蜂窩狀的燒結(jié)礦。 ? 圖 22 燒結(jié)生產(chǎn)流程 ? 所謂球團(tuán)生產(chǎn)就是將極細(xì)的精礦粉與添加劑混合后，在旋轉(zhuǎn)著的造球機(jī)（圓盤(pán)式和圓筒式兩種）上加水制成 815mm的圓球。 ? （ 2）燃料 ? 燃料是高爐冶煉不可缺少的基本原料之一，幾乎所有高爐都使用焦炭作燃料。 ? 強(qiáng)度好的塊狀焦炭是高爐煉不可缺少的燃料。因些，向高爐噴吹補(bǔ)充燃料，特別是噴吹煤粉來(lái)替代部分焦炭，就是 20世紀(jì)高爐煉鐵技術(shù)進(jìn)步最成功的一項(xiàng)。目前世界各國(guó)的噴煤數(shù)量占單位生鐵總?cè)剂舷牡?3050%。 ? 熔劑按其性質(zhì)可分為堿性和酸性?xún)煞N。當(dāng)脈石中堿性氧化物含量較高時(shí)，則用酸性熔劑，常用的有硅石等。 ? （ 4）鼓風(fēng) ? 鼓風(fēng)是經(jīng)風(fēng)機(jī)壓縮后具有很高壓強(qiáng)的空氣，在現(xiàn)代大高爐上鼓風(fēng)壓強(qiáng)可達(dá) 。風(fēng)機(jī)出來(lái)的鼓風(fēng)都要經(jīng)熱風(fēng)加熱到 1000℃ 以上，然后送入高爐。高爐是一個(gè)豎立的圓筒形爐子，其內(nèi)部工作空間的形狀稱(chēng)為高爐內(nèi)型，即通過(guò)高爐中心線(xiàn)的剖面輪廓。由于高爐煉鐵是在高溫下進(jìn)行的，所以它的工作空間是用耐火材料圍砌而成，外面再用鋼板作爐殼。在高爐下部爐缸的上沿，沿圓周均勻地布臵了若干個(gè)風(fēng)口（ 100m3小高爐有 810個(gè)， 4000m3以上的大高爐則有 3642 個(gè)）。在爐缸的底部設(shè)有鐵口，可周期性或連續(xù)性地排放出液態(tài)生鐵和爐渣。 ? 現(xiàn)代高爐采用優(yōu)質(zhì)耐火材料，例如爐底、爐缸部位用微碳孔碳磚，爐身下部和爐腰部位用鋁碳磚或碳化硅磚，其它部位用優(yōu)質(zhì)高鋁磚和高致密度的粘土磚等作爐襯。 ? 4 工藝流程： ? 高爐冶煉過(guò)程是一個(gè)連續(xù)的生產(chǎn)過(guò)程，全過(guò)程是在爐料自上而下，煤氣自下而上的相互接觸過(guò)程中完成的。 ? 爐料從受料斗進(jìn)入爐腔。爐腰和爐身中則是鐵礦石、焦炭和石灰石，層層相間，一直裝到爐喉。 ? 由于底部焦炭很厚，燃燒不完全，因此，爐氣中存在大量CO氣體，在爐內(nèi)造成了良好的還原性氣氛，產(chǎn)生的 CO氣體在爐體中上升。熾熱的 CO氣體在爐內(nèi)上升過(guò)程中加熱緩慢下降的爐料，并把鐵礦石中鐵氧化物還原為金屬鐵，鐵礦石在 57