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    生鐵冶煉的知識(shí),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(gè)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(yīng)該是含鐵量越高越好,硫和礫等雜質(zhì)的含量越低越好,因?yàn)榱蚝土讜?huì)損壞鋼鐵的質(zhì)量.黃鐵礦不能直接用來煉鐵,就是因?yàn)橛盟鼰挸傻蔫F,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(shí)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(diǎn)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(gè)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(gè)還原過程。

    煉鐵時(shí),首先焦炭在灼熱下眼空氣中的氧氣反應(yīng),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(yīng)是逐步進(jìn)行的.如所用的是赤鐵礦(主要成分是Fe2O3)時(shí),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(jià)錳的化合物還原成低價(jià)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(huì)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(diǎn)(1140~1150°C)比純鐵的熔點(diǎn)(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(yīng)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

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   高爐的構(gòu)造  生鐵礦石、魚炭、劑是在高爐(又名鼓風(fēng)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(dá)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(hù)腰鉄跟碳箏物質(zhì)形成生面逐漸擴(kuò)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(shí)爐內(nèi)的分叫爐缸.爐缸上部周化學(xué)過程示意圖圍裝有6~16個(gè)鋼制的管子叫做風(fēng)口,風(fēng)口和環(huán)繞高爐的環(huán)形的熱風(fēng)總管相連.環(huán)形總風(fēng)管用鐵制成,內(nèi)襯耐火磚,熱風(fēng)(熱空氣)從環(huán)形總風(fēng)管通過風(fēng)口進(jìn)入爐內(nèi).在爐缸的下部有二個(gè)出口,一個(gè)用來出渣叫做出渣口,一個(gè)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(shí),才分別把它們打開.

    高爐設(shè)計(jì)成這樣的形狀,和加入爐內(nèi)的物料起變化時(shí)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?yán)?用余斜的卷揚(yáng)機(jī)升到高爐的頂部,由裝米料機(jī)加入爐內(nèi)(圖5·2).空氣在熱風(fēng)爐里預(yù)熱后,從風(fēng)口鼓入爐缸的上部,氣流由下而上跟爐料形成逆流。

   裝料機(jī)(圖5:3)由二個(gè)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(jìn)小料斗,這時(shí)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(shí)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(shí)候,小料鐘已經(jīng)堵住了大料斗和小料斗之間的道路,使?fàn)t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(fēng)口一帶,灼熱的焦炭眼從風(fēng)口鼓入的熱空氣反應(yīng),生成二氧化碳,并放出大量的熱,使溫度達(dá)到1800°C左右(見圖5·1).二氧化碳跟灼熱的焦炭反應(yīng)生成一氧化碳,生成的一氧化碳和其他氣體(如空氣中的氮?dú)獾?在高爐內(nèi)由下而上地流動(dòng)著,跟鐵礦石相遇時(shí),把鐵從它的氧化物里還原出來,同時(shí)一氧化碳本身又變成二氧化碳,這時(shí)時(shí)生成的二氧化碳又會(huì)眼灼熱的焦炭反應(yīng)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(yīng)可簡(jiǎn)單表示如下：

    上列這些反應(yīng)不斷地進(jìn)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(kuò)大,便于已始化的材料向下流動(dòng),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(yīng).

    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(shí)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(yùn)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?dú)?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(dǎo)出后,可用作氣體燃料來預(yù)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(yù)熱為了減少焦炭的消耗和提高爐內(nèi)的溫度,鼓進(jìn)高爐的空氣需要在熱風(fēng)爐里預(yù)熱.通常把這種經(jīng)過預(yù)熱的空氣叫做熱風(fēng).熱風(fēng)的溫度度一般在900~1000C左右。

   熱風(fēng)爐(圖5·4)是一個(gè)鋼塔(高達(dá)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(fēng)爐里的熱交換是這樣進(jìn)行的高爐煤氣在燃燒室里燃燒,生成的熱的煙道氣進(jìn)入蓄熱室把磚格子加熱,待達(dá)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(fēng)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(fēng)爐,這樣就能使空氣在未進(jìn)入高爐以前得到預(yù)熱熱.每座高爐通通常備有三、四座熱風(fēng)爐輪流使用.一座熱風(fēng)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(jìn)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)。