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中国材料显微镜网:铁金属的生产(一)

2011-10-31 14:02| 发布者: editor04| 查看: 15406| 评论: 0|来自: 中国材料显微镜网

摘要: 一、前言铁金 属的前景:铁及钢占金 属制品总重量 的 95%;存量 多,煉 铁方法简单且可大量 生产,因此铁金 属及其合金 的价格,较其它金 属低廉 ;因 ...
一、前言
铁金 属的前景:
  • 铁及钢占金 属制品总重量 的 95%;
  • 存量 多,煉 铁方法简单且可大量 生产,因此铁金 属及其合金 的价格,较其它金 属低廉 ;
  • 因工业设计朝向轻薄短小,因此,铁金 属的需求量 并无显著增加,但总吨數 仍超过其它的金 属的总和。 铁金 属的生产过程:
  • 生铁的生产 鼓风爐 法 直接还原法
  • 生铁精煉 碱性氧气爐 电弧爐平爐
  • 再精煉 氩氧脱碳法 感应爐真空或特殊蒙气熔化
二、生铁的生产
     各种铁制品的主要原料 为生铁(pig iron)或直接铁(direct iron),系由铁矿、焦炭及石灰 石熔化冶煉 而成,其化学成分主要视矿石种類 、添加原料 及处理 情形而定。
(一)鼓风爐(Blast Furnace)
    图示为鼓风爐 的简图。鼓风爐 是目前世界上生产生铁最常用的方法,其生产过程为将铁矿、 焦炭和石灰石等,用吊斗吊車 运至直径约 25 呎的爐 顶,然后倒入双钟式的漏 斗内,再加热至高温而成。一般而言,每生产 1000 吨的铁,需要 2000 吨的矿石,800 吨的焦炭,500 吨的石灰石及 4000 吨的热空气。 其中,热空气的目的为:

  • 提高燃烧效率 ;
  • 热空气+焦炭→CO;CO 与铁矿作用,产生 CO2 与铁。
     至于,石灰石与铁矿中的杂质在高温熔融所产生的熔渣,可用于铁路 的铺底垫石及公路 使用。

(二)直接还原法(Direct-ReductionProcess)

     此法是使用固体或气体的还原剂,使铁矿还原产生海棉狀 的铁。其中,还原剂可以是焦炭、 天然气、燃料 油、一氧化碳、氢气或石墨等。此种分法系在鼓风爐 发明前即已使用,但当前利 用 此种方法生产生铁的产量 尚不 及总重量 的 2%。
     图示用直接还原法产生海棉铁的过程。其产品呈海绵狀 、粒狀 熔渣狀 (clinkerlike ),可用 來 制造金 属粉末或放在电弧爐 中煉 制成纯铁或钢;另外,此种方法对氧和硫 的还原甚为有效,可 以使用较低级的矿砂。

三、生铁精煉
    生铁液由鼓风爐流 出后,或浇注于永久模内铸成铁锭,以备重新熔化作为铸造用,或注入铁 斗車 中运到另一爐 中精煉 ,以制成熟铁、钢、铸铁和展延性铸铁。
生铁精煉 用爐 及其产品如下表所示:

     其中,碱性氧气爐 (占 45%)、电弧爐 (占 40%)与平爐 (占 15%)是三种最为广用的精煉爐 。这三种爐不 能交换使用,因为每一种爐 子系统所需要的能源及原料 均不 同。
 
(一)碱性氧气爐(Basic Oxygen Furnace)
     由鼓风爐 生产的生铁液,据估计约有 65~80%是送到碱性氧气爐 中精煉 。图示为碱性氧气爐的作业过程:

  • 将 30%的废铁加入碱性耐火材料 衬里的容器内,再加入其余 70%熔融的铁液;
  • 以水冷 的喷管在液面 1.2~2.4m 处喷入纯氧,使铁液燃烧沸腾翻滚;
  • 加入适量 的石灰石与萤石,以收集不 纯物(硫 、磷等)而成渣,并漂浮在液面;
  • 倾斜转爐 ,倒出钢液于斗子内,铸成钢锭。

     其中,每一循环可生产 300 吨的钢,约需 45 分钟,而每生产 1 吨的钢,大约需要 45 立 方 公尺的氧气。

     此法易 产生废气与高温,并带有大量 的火星,因此,必须严加控制排气,以减少公害;另 外,熟練 的操作者,可以由火焰降 低的程度 、声音的高低及火焰颜色的变化等,來 判断钢液的煉 制情形。下图为碱性氧气法煉 钢厂示意图。




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