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    生鐵冶煉的知識,我們按煉鐵的原料、煉鐵的原理、高爐的構(gòu)造和治煉的過程等四個方面來敘述。

    煉鐵的原料  煉鐵的原料是鐵礦石、焦炭、熔劑和空氣。

    鐵礦石的主要種類已介紹過煉鐵用用的鐵礦石應該是含鐵量越高越好,硫和礫等雜質(zhì)的含量越低越好,因為硫和磷會損壞鋼鐵的質(zhì)量.黃鐵礦不能直接用來煉鐵,就是因為用它煉成的鐵,含硫量很多。

    焦炭用作燃料(以供給煉鐵所需的熱量)和還原劑。

    煉鐵時加入熔劑劑可以除去鐵礦石中所含的脈石.最常用的熔劑是石灰石(CaCO3)或白云石(CaCO3? Mgco3).熔劑在受熱的情況下能跟脈石形成熔點比較低的爐渣空氣是供給焦炭燃燒所需的氧氣。

   煉鉄的原理  從鐵礦石里提煉生鐵是一個氧化一還原過程,主要是用一氧化碳作為還原劑把鐵從鐵的氧化物里還原

出來,所以以就鐵來講,是是一個還原過程。

    煉鐵時,首先焦炭在灼熱下眼空氣中的氧氣反應,生成二氧化碳,二氧化碳再被灼熱的焦炭還原成一氧化碳。

‍C+O2=灼熱=CO2

CO2+C=高溫=2CO‍

    鐵礦石里還原出鐵來的反應是逐步進行的.如所用的是赤鐵礦(主要成分是Fe2O3)時,它首先被一氧化碳還原生成四氧化三鐵：

四氧化三鐵再被還原成氧化亞鐵:

最后,氧化亞鐵被還原成鐵:

    一氧化碳除了能使鐵礦石里的鐵幾乎完全還原出來以外,它還能把礦石里高價錳的化合物還原成低價錳的化合物①,然后再被灼熱的碳還原成錳:

Mn0+C=高溫=Mn+CO

鐵礦石里的二氧化硅,也部分被碳還原生成硅;

‍SiO2+2C=高溫=Si+2CO‍

此外,還有硫和磷還原出來。

    還原出來的鐵會在高溫下眼碳、硅、錳、硫和磷生成合金。

①3mn02+2C0=Mn3O4+2co2；MN3O4+CO=3MNO+CO2

這種合金就是生鐵,它的熔點(1140~1150°C)比純鐵的熔點(1535C)低得多 加入的熔劑CaCO3,在高溫下先分解生成氧化鈣和二氧化碳,氧化鈣再跟脈石(Sio2)發(fā)生反應生成硅酸鈣,形成爐渣,浮在鐵水的上部：

‍CaCO3=高溫=Ca0+CO2↑

CAO+SiO2=高溫=CASIO3

‍

   高爐的構(gòu)造  生鐵礦石、魚炭、劑是在高爐(又名鼓風爐或煉鐵爐)里冶煉的,爐喉高爐蒸氣現(xiàn)代的高爐是用耐火磚砌成的高大建筑物,爐體的外面包著鋼殼,大型的高爐高達幾十米,比一般的十層樓房還要高,一晝夜可以生產(chǎn)2000~3000噸生鐵。

   高爐構(gòu)造如圖5·1最上部是爐喉,爐験下護腰鉄跟碳箏物質(zhì)形成生面逐漸擴大呈截頭的圓錐體部分叫爐身(也稱爐胺爐胸)》爐身下面最闊的部分叫爐腰,爐腰下面呈放的截頭圓錐體部分叫爐腹,爐腹下面部圖5·1煉鐵高爐和煉鐵時爐內(nèi)的分叫爐缸.爐缸上部周化學過程示意圖圍裝有6~16個鋼制的管子叫做風口,風口和環(huán)繞高爐的環(huán)形的熱風總管相連.環(huán)形總風管用鐵制成,內(nèi)襯耐火磚,熱風(熱空氣)從環(huán)形總風管通過風口進入爐內(nèi).在爐缸的下部有二個出口,一個用來出渣叫做出渣口,一個用來出鐵叫做出鐵口.出渣口的位置略高于出鐵口.出鐵口和出渣口都用耐火泥封住,需要出鐵或出渣時,才分別把它們打開.

    高爐設計成這樣的形狀,和加入爐內(nèi)的物料起變化時的體積是有很大關(guān)系的.

   治煉的過程

    1.裝料爐米料(礦石,焦炭,石灰石)裝在料車里,用余斜的卷揚機升到高爐的頂部,由裝米料機加入爐內(nèi)(圖5·2).空氣在熱風爐里預熱后,從風口鼓入爐缸的上部,氣流由下而上跟爐料形成逆流。

   裝料機(圖5:3)由二個大小不同的料斗構(gòu)成,小料斗固定在大料斗的上方.大小料斗里分別裝有料鐘,堵住料斗的出口.爐料首先裝進小料斗,這時小料斗的出口由小料鐘堵著(圖5-3(a).放下小料鐘,爐料就落入大料斗,這時大料斗的出口由大料米鐘堵著(圖15-8(b).然后開起小料鐘,放下大料鐘,爐料就就落入爐內(nèi)(圖5-3(c).在大料鐘放下的時候,小料鐘已經(jīng)堵住了大料斗和小料斗之間的道路,使爐內(nèi)內(nèi)的高爐煤氣不致逸出爐外。

   2.生鐵的溶煉在爐缸靠近風口一帶,灼熱的焦炭眼從風口鼓入的熱空氣反應,生成二氧化碳,并放出大量的熱,使溫度達到1800°C左右(見圖5·1).二氧化碳跟灼熱的焦炭反應生成一氧化碳,生成的一氧化碳和其他氣體(如空氣中的氮氣等)在高爐內(nèi)由下而上地流動著,跟鐵礦石相遇時,把鐵從它的氧化物里還原出來,同時一氧化碳本身又變成二氧化碳,這時時生成的二氧化碳又會眼灼熱的焦炭反應而生成一氧化碳，一氧化碳又可使鐵礦石中的鐵還原出來，上述的反應可簡單表示如下：

    上列這些反應不斷地進行著,鐵就不斷地被還原出來,大部分的鐵都在爐身中生成,爐身逐漸向下擴大,便于已始化的材料向下流動,使這些材料容易跟上升的氣體接觸觸.除了鐵被還原出來以外,錳、碓、磷等元素也分別從它們的化合物里被還原出來。

    在爐腰,鐵開始跟碳、錳、硅、硫、磷等元素熔合生成生鐵,爐渣也開始生成.生鐵和爐渣的生成一直繼續(xù)到爐腹.這些液態(tài)生成物形成以后,熔化的爐料的體積逐漸變小,所以爐腹逐漸變窄。

    液態(tài)生成物流入爐缸,在爐缸里液體分成二層,下層是生鐵,上層是爐渣,爐渣蓋在鐵水面上能防止生鐵和空氣里的氧氣起反應.

    3.出鐵和出渣爐渣和生鐵在爐缸里越積越多,需要不斷地放出來,出鐵時打開出鐵國,使鐵水流入用耐火磚作襯里的鐵水包里,可直接運往煉鋼車間煉鋼,或注入模子鑄成鐵錠.爐渣由出渣口流出,爐渣可用作水泥的原料,也可以用來作建筑鋪路等材料。

    4.高爐渫氣的生成、在爐喉處,生成大量的高爐煤氣高爐煤氣含有大約60%的氮氣,30%的一氧化碳,10%的二氧化碳以及少量的氫氣和甲烷,由于一氧化碳、氫氣和甲烷是可燃性氣體,所以高爐煤氣從爐內(nèi)導出后,可用作氣體燃料來預熱空氣。冶煉一噸生鐵所得的高爐煤氣約有50000立方米左右.

    5.空氣的預熱為了減少焦炭的消耗和提高爐內(nèi)的溫度,鼓進高爐的空氣需要在熱風爐里預熱.通常把這種經(jīng)過預熱的空氣叫做熱風.熱風的溫度度一般在900~1000C左右。

   熱風爐(圖5·4)是一個鋼塔(高達25~30米),內(nèi)襯耐火磚.塔內(nèi)分成二室,一為高爐煤氣的燃燒室(由耐火磚砌成的直立孔道),一為蓄熱室(用空心耐火磚砌成的格子房).熱風爐里的熱交換是這樣進行的高爐煤氣在燃燒室里燃燒,生成的熱的煙道氣進入蓄熱室把磚格子加熱,待達到高溫后,高爐煤氣就停止燃燒,然后將冷空氣以相反的方向通入熱風爐,吸收磚格子所積聚的熱量.空氣和煙道氣輪流地通過熱風爐,這樣就能使空氣在未進入高爐以前得到預熱熱.每座高爐通通常備有三、四座熱風爐輪流使用.一座熱風爐燃燒高爐煤氣加熱蓄熱室,另一座在加熱通過的冷空氣,空閑的可進行清掃、修理或用作后備。

    高爐煉鐵的技術(shù)水平可以用“高爐利用系數(shù)”來衡量.高爐利用系數(shù)就是高爐有效容積每立方米在一晝夜所能生產(chǎn)生鐵的噸數(shù)。