炼钢和炼铁的比较生铁液态
钢铁冶金炼铁部分课后作业题及答案()
1—1高炉炼铁工艺由哪几部分组成？答案（1）：在高炉炼铁生产在中，高炉是工艺流程的主体，从其上部装入的铁矿石燃料和溶剂向下运动，下部鼓入空气燃烧燃料，产生大量的还原性气体向上运动。
炉料经过加热、还原、熔化、造渣、渗碳、脱硫等一系列物理化学过程，最后生成液态炉渣和生铁。
组成除高炉本体外，还有上料系统、装料系统、送风系统、冷却系统、液压系统、回收煤气与除尘系统、喷吹系统、动力系统1—2 高炉炼铁有哪些技术经济指标？答案：综合入炉品位(%)炼铁金属收得率(%)生铁合格率(%)铁水含硅(%)铁水含硫(%)风温(℃)顶压(KPa)熟料比(%)球矿比(%)高炉利用系数(t/m3.d)综合焦比(Kg/t)入炉焦比(Kg/t)焦丁比(Kg/t)喷煤比(Kg/t)1—3 高炉生产有哪些特点？答案：一是长期连续生产。
高炉从开炉到大修停炉一直不停地连续运转，仅在设备检修或发生事故时才暂停生产（休风）。
高炉运行时，炉料不断地装入高炉，下部不断地鼓风，煤气不断地从炉顶排出并回收利用，生铁、炉渣不断地聚集在炉缸定时排出。
二是规模越来越大型化。
现在已有5000m3以上容积的高炉，日产生铁万吨以上，日消耗矿石近2万t，焦炭等燃料5kt。
三是机械化、自动化程度越来越高。
为了准确连续地完成每日成千上万吨原料及产品的装入和排放。
为了改善劳动条件、保证安全、提高劳动生产率，要求有较高的机械化和自动化水平。
四是生产的联合性。
从高炉炼铁本身来说，从上料到排放渣铁，从送风到煤气回收，各系统必须有机地协调联合工作。
从钢铁联合企业中炼铁的地位来说，炼铁也是非常重要的一环，高炉体风或减产会给整个联合企业的生产带来严重影响。
因此，高炉工作者要努力防止各种事故，保证联合生产的顺利进行。
1—5 高炉生产有哪些产品和副产品，各有何用途？答案：高炉冶炼主要产品是生铁，炉渣和高炉煤气是副产品。
（1)生铁。
按其成分和用途可分为三类：炼钢铁，铸造铁，铁合金。
(2)炉渣。
生铁,熟铁,钢
生铁一般指含碳量在2~4.3%的铁的合金。
又称铸铁。
生铁里除含碳外，还含有硅、锰及少量的硫、磷等，它可铸不可锻。
根据生铁里碳存在形态的不同，又可分为炼钢生铁、铸造生铁和球墨铸铁等几种。
炼钢生铁里的碳主要以碳化铁的形态存在，其断面呈白色，通常又叫白口铁。
这种生铁性能坚硬而脆，一般都用做炼钢的原料。
铸造生铁中的碳以片状的石墨形态存在，它的断口为灰色，通常又叫灰口铁。
由于石墨质软，具有润滑作用，因而铸造生铁具有良好的切削、耐磨和铸造性能。
但它的抗位强度不够，故不能锻轧，只能用于制造各种铸件，如铸造各种机床床座、铁管等。
球墨铸铁里的碳以球形石墨的形态存在，其机械性能远胜于灰口铁而接近于钢，它具有优良的铸造、切削加工和耐磨性能，有一定的弹性，广泛用于制造曲轴、齿轮、活塞等高级铸件以及多种机械零件。
此外还有含硅、锰、镍或其它元素量特别高的生铁，叫合金生铁，如硅铁、锰铁等，常用做炼钢的原料。
在炼钢时加入某些合金生铁，可以改善钢的性能。
一般含碳量小于0.2%的叫熟铁或纯铁，含量在0.2-1.7%的叫钢，含量在1.7%以上的叫生铁。
熟铁软，塑性好，容易变形，强度和硬度均较低，用途不广；生铁含碳很多，硬而脆，几乎没有塑性。
呵呵，另外说说判别：在生活中区分生铁和熟铁当然不能用含碳量来区分，因为你看不出来的。
因此我们只能用眼看和用耳听来区分：1、用眼看：生铁的断口是粗糙的，呈现出一粒粒的（因为生铁晶粒粗的缘故），而熟铁断口一般比较光洁；如果是新断口，还可看出生铁光泽较暗而熟铁较亮；生铁的断口一般是不规则的，因为生铁很脆，大多是被打断的，（当然也有是经加工的，那也是很平整的）而熟铁是不能被打断的，大多是被用一定方式加工而分开的，所以断口一般是整齐的；断口如果是被气割的，那就是熟铁的，生铁是不能被气割的；生铁表面一定会有气孔，面熟铁则不会有气孔；如果一块铁是有明显变形的（如弯曲）那是熟铁，因生铁塑性很差，不大会有如此变形，真要达到弯曲了，要么断了要么有很明显的裂纹且弯形也不会很大。
中国钢铁冶炼简史
中国钢铁冶炼简史春秋战国钢铁的冶炼春秋时代是我国由奴隶社会向封建社会转变的阶段。
促成这一社会变革的物质因素，是社会生产力的发展。
劳动工具是社会生产力发展的重要标志。
铁制工具的广泛使用，促进了我国由奴隶制向封建制的过渡。
商代用陨铁制作了铁刃铜钺，说明对铁的性质和锻打嵌铸的技术已经有了一定的认识和掌握，但当时尚不知人工炼铁。
春秋时期，铁器已经在农业、手工业生产中使用。
农业生产中使用铁锄、铁斧等。
铁器坚硬、锋利，胜过木石和青铜工具。
晋国用铁铸刑鼎，铸鼎的铁是作为军赋向民间征收的，可见晋国民间铁已不少。
在江苏六合县程桥、湖南长沙龙洞坡等地出土了春秋时的铁器。
战国初或稍早已发明铸铁技术，这是我国劳动人民对冶金技术的重大贡献，比外国早一千八百年左右。
河北兴隆县寿王坟出土了大量战国时的铁范，其中有较复杂的复合范和双型腔，还采用了难度较大的金属型芯，反映了当时的铸造工艺已有较高水平。
战国时发明的用柔化退火制造可锻铸件的技术和多管鼓风技术是冶金技术的重要成就，比欧洲早二千年左右。
战国时还掌握了块炼铁固态渗碳制钢的方法和淬火技术。
块炼铁的方法也就是“固体还原法”。
由于块炼铁是铁矿石在较低温度下从固体状态被木炭还原的产物，所以质地疏松，还夹杂有许多来自矿石的氧化物，例如氧化亚铁和硅酸盐。
这种块炼铁在一定温度下若经过反复锻打，便可将夹杂的氧化物挤出去，机械性能就改善了。
从江苏六合县程桥东周墓出土的铁条，就是块炼铁的产品。
春秋末期和战国初期的一些锻造铁器也是以块炼铁为材料。
在反复锻打块炼铁的实践中，人们又总结出块炼铁渗碳成钢的经验。
从河北易县武阳台村的燕下都遗址44号墓中曾出土79件铁器，经分析鉴定，它们的大部分都是由块炼钢锻成的，这证明至迟在战国后期块炼渗碳钢的技术已在应用，块炼铁质柔不坚，块炼钢虽经渗碳处理，变得较坚硬，但在生产上仍嫌不足。
人们在生产实践中又摸索出块炼钢的淬火工艺，这就进一步提高了块炼钢的机械性能。
上述燕下都出土的锻钢件，大部份是经过淬火处理的，这又表明在当时，人们对淬火工艺也较熟悉了。
炼铁技术
串讲概述一、炼铁生产的方法:1.高炉法炼铁.2.非高炉法炼铁:直接还原法,熔融还原法.二、钢和铁的区分：以含碳量区分:熟铁:C<0.02% 钢:C=0.02%～1.7% 生铁:C>1.7%三、炼铁生产工艺流程：1.高炉炼铁生产工艺流程: 简图2.高炉本体：内型：炉喉、炉身、炉腰、炉腹、炉缸。
外壳为金属结构，内衬耐火材料，中间是冷却设备。
3.除本体外，高炉还有以下几大系统：(1)上料系统：职责：储存、混匀、筛分、称量原、燃料，并运到炉顶受料漏斗。
(2)装料系统：职责：按要求将炉料装入炉内和煤气密封。
(3)送风系统：职责：提供和加热空气，并送入炉内，保证足够的风量和风温。
(4)喷吹系统：职责：将煤粉或重油送入炉内。
(5)煤气清洗系统：职责：收集和清洗煤气。
(6)渣铁处理系统：职责：定期排放炉内渣铁并运走，保证高炉连续生产。
(7)动力系统：职责:为高炉的正常生产提供"风、水、电、气"等能源.是高炉正常生产的保障.四、高炉炼铁主要经济技术指标：1.高炉利用系数：指每昼夜每立方米高炉有效容积生产的合格炼钢生铁量。
2.冶炼强度：指每昼夜、每立方米高炉有效容积消耗的干焦量。
干焦耗用量冶炼强度＝—————————————（t/(m3.d)）有效容积×实际工作日3.综合冶炼强度：除干焦外，还考虑有喷吹的其他类型的辅助燃料。
综合干焦耗用量综合冶炼强度＝————————————（t/(m3.d)）有效容积×实际工作日4.焦比：冶炼一吨铁消耗的干焦量。
干焦耗用量（kg）入炉焦比＝————————合格生铁产量（t）5．综合焦比：生产每吨生铁所消耗的干焦数量以及各种辅助燃料折算为干焦之总和。
干焦数量＋Σ喷吹燃料×折算系数综合焦比= —————————————————（kg/t）合格生铁产量综合干焦耗用量= ——————————（kg/t）合格生铁产量6.休风率：高炉休风停产时间占规定日历作业时间的百分数。
应用广泛的金属材料——钢铁(二)(三)(四)(五)
(2)化学性质 ① FeO 和Fe2O3 都是碱性氧化物，能 与酸反应生成对应的盐。
FeO + 2H+ → Fe2+ + H2O Fe2O3 + 6 H+ → 2Fe3+ + 3H2O Fe3O4 + 8 H+ → Fe2+ + 2Fe3+ + 4H2O
② FeO不稳定，易被氧化
6 FeO + O2 → 2Fe3O4 3 FeO + 10HNO3(稀)→3Fe(NO3)3 + NO↑+ 5 H2O 比较：Fe2O 3+ 6HNO3 → 2Fe(NO3)3 + 3H2O
探究实验
(2) 性质
①受热易分解 2Fe(OH)3 Fe(OH)2
△
△
Fe2O3 + 3 H2O
FeO + H2O （隔绝空气加热）
② 能与强酸反应 Fe(OH)2 + 2H+ → Fe2+ + 2H2O Fe(OH)3 + 3H+ → Fe3+ +3H2O
如何实现下列转变？ Fe3+ OHH+ Fe(OH)3
铁的原子结构：
26Fe
Fe
第四周期 第Ⅷ族
∴既不是主族元素也不是副族元素，是 一种重要的过渡元素。
Fe－2e → Fe 2+ Fe－3e → Fe 3+
主要化合价：+2、+3价 （ +3价更稳定）
在金属活动性顺序表里铁排在氢前面，所以 它的化学性质较活泼，具有金属的通性。
练习：写出你知道的铁的化学方程式 1、与非金属反应（Cl2、Br2、I2、O2 、 S等）
我国古代几种冶炼技术的浅释
我国古代几种冶炼技术的浅释高中教材对我国冶铁技术的发展作了部分记述：①春秋战国时期，发明了铸铁柔化处理技术，是世界冶铁史的一大成就，比欧洲早两千多年；②西汉时，有了高炉炼铁和炒钢技术，煤成为冶铁的燃料，人们还发明了淬火技术；③东汉时，低温炼钢技术发明并得到推广。
④魏晋南北朝时期，百炼钢技术已相当成熟，又发明了把生铁和熟铁合炼成钢的灌钢法。
大多数同学们对这几个冶炼方面的专有名词不甚了解，致使理解记忆出现困难。
现在我就以上几种技术做点简单的解释，希望对同学们学习本专题有所帮助。
1、铸铁柔化技术：早期的铸铁是白口铁，质地脆而硬，容易折断，不耐用。
战国时期人们已经掌握了铸铁柔化技术。
它分为两种工艺：一种是在氧化气氛下对白口铸铁件进行退火脱碳处理，使之成为白心可锻铸铁；另一种是在中性或弱氧化气氛下，对白口铸铁件进行长时间高温退火处理，使之成为黑心可锻铸铁。
铸铁柔化处理技术的发明，有着非常重要的意义，通过它得到的可锻铸铁，既有较高的硬度，又有较好的韧性，这使生铁广泛用作生产工具成为可能。
2、高炉炼铁技术：也叫竖炉炼铁技术，竖炉炼铁是一种经济而有效的炼铁方法，从上边装料，下部鼓风，形成炉料下降，和煤气上升的相对运动。
燃烧产生的高温煤气穿过料层上升把热量传给炉料。
其中所含一氧化碳同时对氧化铁起还原作用。
这样燃烧的热能和化学能同时得到比较充分的利用。
下层的炉料被逐渐还原以至溶化，上层的炉料便从炉顶徐徐下降，炉料被预热而能达到更高的温度。
中国是世界最早使用竖炉炼铁的国家。
春秋末年已经使用竖炉冶铸生铁了，开始一般采用木炭用原料。
汉代可能使用煤炭作治铁燃料，然而用煤冶炼缺点很多，容易堵塞炉硝，并把煤中硫、磷等杂质带入铁中。
16世纪时我国发明了炼焦技术，焦炭炼铁不仅解决了燃料问题，而且焦炭质地坚硬，可以承受较大的压力，使炉子能够加高、增大，产量大幅度增长。
焦炭又是多孔的，有利于炼铁过程中化学反应进行，所以是极为理想的燃料和还原剂，自那时起一直使用至今。
生铁和熟铁
生铁一般指含碳量在2~4.3%的铁的合金。
又称铸铁。
生铁里除含碳外，还含有硅、锰及少量的硫、磷等，它可铸不可锻。
根据生铁里碳存在形态的不同，又可分为炼钢生铁、铸造生铁和球墨铸铁等几种。
炼钢生铁里的碳主要以碳化铁的形态存在，其断面呈白色，通常又叫白口铁。
这种生铁性能坚硬而脆，一般都用做炼钢的原料。
铸造生铁中的碳以片状的石墨形态存在，它的断口为灰色，通常又叫灰口铁。
由于石墨质软，具有润滑作用，因而铸造生铁具有良好的切削、耐磨和铸造性能。
但它的抗位强度不够，故不能锻轧，只能用于制造各种铸件，如铸造各种机床床座、铁管等。
球墨铸铁里的碳以球形石墨的形态存在，其机械性能远胜于灰口铁而接近于钢，它具有优良的铸造、切削加工和耐磨性能，有一定的弹性，广泛用于制造曲轴、齿轮、活塞等高级铸件以及多种机械零件。
此外还有含硅、锰、镍或其它元素量特别高的生铁，叫合金生铁，如硅铁、锰铁等，常用做炼钢的原料。
在炼钢时加入某些合金生铁，可以改善钢的性能。
一般含碳量小于0.2%的叫熟铁或纯铁，含量在0.2-1.7%的叫钢，含量在2%以上的叫生铁。
熟铁软，塑性好，容易变形，强度和硬度均较低，用途不广；生铁含碳很多，硬而脆，几乎没有塑性。
反应原理：Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2铁铁是地壳中最丰富的元素之一，含量为4.75%，在金属中仅次于铝。
铁分布很广，能稳定地与其他元素结合，常以氧化物的形式存在，有赤铁矿（主要成分是Fe2O3）、磁铁矿（主要成分是Fe3O4）、褐铁矿（主要成分是Fe2O3·3H2O）、菱铁矿（主要成分是FeCO3）、黄铁矿（主要成分是FeS2）、钛铁矿（主要成分是FeTiO3）等。
土壤中也含铁1%～6%。
铁是活泼的过渡元素，是一种光亮的银白色金属，常温下呈体心立体晶格。
常见的化合价为+2和+3价。
纯铁相对较软，有良好的延展性和导热性，能导电，能被磁化，又可去磁。
纯铁化学性质比较活泼，是一种良好的还原剂。
古代炼铁的方法
古代炼铁的方法
中国古代炼铁铸铁和生铁炼钢一直是主要方法。
1、我国炼铁始于春秋时代。
那时候的炼铁方法是块炼铁，即在较低的冶炼温度下，将铁矿石固态还原获得海绵铁，再经锻打成的铁块。
2、冶炼块炼铁，一般采用地炉、平地筑炉和竖炉3种。
我国在掌握块炼铁技术的不久，就炼出了含碳2%以上的液态生铁，并用以铸成工具。
战国初期，我国已掌握了脱碳、热处理技术方法，发明了韧性铸铁。
3、战国后期，又发明了可重复使用的“铁范”(用铁制成的铸造金属器物的空腹器)。
4、西汉时期，出现坩埚炼铁法。
同时，炼铁竖炉规模进一步扩大。
1975年，在郑州附近古荥镇发现和发掘出汉代冶铁遗址，场址面积达12万m2，发掘出两座并列的高炉炉基，高炉容积约50m3。
西汉时期还发明了“炒钢法”，即利用生铁“炒”成熟铁或钢的新工艺，产品称为炒钢。
同时，还兴起“百炼钢”技术。
5、东汉(公元25～220年)，光武帝时，发明了水力鼓风炉，即“水排”。
我国古代水排的发明，大约比欧洲早1100多年。
6、汉代以后，发明了灌钢方法。
《北齐书·綦母怀文传》
称为“宿钢”，后世称为灌钢，又称为团钢。
这是中国古代炼钢技术的又一重大成就。
炼钢和炼铁的区别
炼钢和炼铁的区别
（1）原料不同。
炼铁原料为铁矿石、焦炭等，炼钢原料为生铁和废钢。
（2）设备不同。
通常炼铁用的设备是高炉，炼钢用的是转炉、电炉等。
（3）工艺不同。
炼铁是钢铁生产的上游工艺，炼铁得到的生铁是炼钢工艺的原料，即炼铁在前，炼钢在后。
（4）产品不同。
炼铁的产品是生铁（铁水）或铸铁，炼钢的产品是钢（注：生铁经过脱碳等处理后即成为钢，钢铁的区别在于含量不同）。
炼钢就是杂质氧化的过程。
炼铁就是还原的过程。
炼钢是将铁里面的碳置换出来,降低铁的含碳量;炼铁是将三氧化二铁里面的氧置换出来,形成单质铁。
炼铁是用还原剂将铁从矿石中还原出来：
Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2
炼钢是用氧化剂将生铁中多余的碳氧化掉：C+O2=CO2。
铁的冶炼与炼铁流程
富氧燃烧技术可以提高燃烧效率，减少燃煤消耗 和排放，同时降低温室气体和有害气体的排放。
3
能源管理
通过能源管理系统对炼铁过程中的能源消耗进行 实时监测和调控，提高能源利用效率和管理水平 。
可持续发展在炼铁行业的应用
绿色生产
炼铁行业应积极推广绿色生产技 术，减少对环境的污染和破坏， 同时加强环保监管和标准制定， 提高行业的可持续发展水平。
铁的冶炼历史
早期炼铁技术
古代炼铁技术主要采用高温还原法，即 将铁矿石与木炭混合后置于炼炉中加热 ，通过碳与氧气的反应将铁从矿石中还 原出来。这一过程需要极高的温度，且 效率低下。
VS
进步与发展
随着技术的进步，人们开始采用更有效的 炼铁方法，如用鼓风炉提高炉温，使铁的 产量和质量得到提升。同时，人们也开始 探索不同的铁矿和炼铁原料，进一步提高 了炼铁效率和铁的质量。
炼钢
在炼铁过程中得到的生铁还需要 经过进一步的氧化和还原处理， 以去除杂质并调整成分，得到合 格的钢水。
连铸和轧制
钢水经过连铸和轧制等工序，加 工成各种形状和规格的钢材。
高炉的结构与工作原理
炉缸是高炉中燃烧和熔化铁矿石的区域，炉身 用于容纳和传递热量，炉顶则用于装料和控制
炉内压力。
高炉炼铁的原理是利用焦炭燃烧产生的高温，将铁矿 石还原成金属铁，同时产生大量的煤气和炉渣。
日常维护包括检查设备的运行状况、清理和维护设备表 面、紧固松动的螺丝和更换磨损的零件等。
炼铁设备的维护与保养可以延长设备的使用寿命，提高 设备的运行效率，降低生产成本和事故风险。
01
环境保护与可持续 发展
炼铁过程中的环境保护
废气处理
炼铁过程中会产生大量废气，包括二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫等，需要进行处理以减少对环境的污染。常见的废 气处理方法包括燃烧法、吸收法、吸附法等。
炼钢金属原料的种类及对铁水、废钢、铁合金的要求
【本章学习要点】本章学习炼钢金属原料的种类及对铁水、废钢、铁合金的要求，常用的铁合金的作用，非金属料的种类、作用及其要求。
原材料的质量和供应条件直接影响炼钢的技术经济指标。
保证原材料的质量，既指保证原材料化学成分和物理性质满足技术要求，还指原材料化学成分和物理性质保持稳定，这是达到优质、高产、低耗的前提条件。
炼钢原材料可分为金属料和非金属料两大类。
第一节金属料炼钢用的金属料主要有铁水、废钢、生铁、原料纯铁、海绵铁、中间合金材料和铁合金。
一、铁水铁水是转炉炼钢最主要的金属料，一般占转炉金属料70％以上。
铁水的成分、温度是否适当和稳定，对简化、稳定转炉操作，保证冶炼顺行以及获得良好的技术经济指标都十分重要。
转炉炼钢对铁水有如下要求：1)温度：温度是铁水带入炉内物理热多少的标志，是转炉炼钢热量的重要来源之一。
铁水温度过低，将造成炉内热量不足，影响熔池升温和元素的氧化过程，不利于化渣和去除杂质，还容易导致喷溅。
一般要求入炉铁水温度不低于l250℃，而且要稳定。
是渣中主要的酸性成分，是影 2)硅：铁水中硅的氧化能放出大量的热量，生成的Si02响熔渣碱度和石灰消耗量的关键因素。
铁水含硅高，则转炉可以多加废钢、矿石，提高钢水收得率，但铁水含硅量过高，会因石灰消耗量的增大而使渣量过大，易产生喷溅并加剧对炉衬的侵蚀，影响石灰熔化，从而影响脱磷、脱硫。
如果铁水含硅量过低，则不易成渣，对脱磷、脱硫也不利。
因此，要求铁水含硅质量分数在0.2％～0.6％。
3)锰：锰是钢中有益元素，对化渣、脱硫以及提高炉龄都是有益的。
但冶炼高锰生铁将使高炉焦比升高，为了节约锰矿资源和降低炼铁焦比，一般采用低锰铁水，锰质量分数为0.2％～0.4％。
4)磷：磷是一个强发热元素。
一般讲磷是有害元素，但高炉冶炼中无法去除磷。
因此，只能要求进入转炉的铁水含磷量尽量稳定，且铁水含磷越低越好。
5)硫：硫也是有害元素。
炼钢过程虽然可以去硫，但会降低炉子生产率，增加原材料消耗。
炼钢基本原理
◆
变化规律
铁和氧的亲和力小于Si、Mn、P与氧的亲和力，但由 于金属液中铁的浓度最大，质量分数为90％以上，所 以铁最先被氧化，生成大量的Fe0，并通过Fe0使其 与氧亲和力大的Si、Mn、P等被迅速氧化。
◆
Fe的氧化图解
［Fe］＋1/2｛O2｝＝[FeO] （直接氧化） ［Fe］＋［O］＝ [FeO] [FeO]= （FeO） （间接氧化）
废钢应清洁干燥不得混有泥沙，水泥，耐火材料，爆炸 物和易燃易爆品以及有毒物品等。废钢的硫、磷含量均 不大于0.050%。不同性质的废钢分类存放。 3）铁合金 铁合金是脱氧及合金化材料。用于钢夜脱氧的铁合金叫 做脱氧剂，常用的有： 简单合金：Fe-Mn，Fe-Si，Fe-Cr，Fe-V， Fe-Ti， Fe-Mo，Fe-W等 复合脱氧剂：Ca-Si合金，Al-Mn-Si合金，Mn-Si合金， Cr-Si合金，Ba-Ca-Si合金，Ba-Al-Si合金等。
6.3 炼钢基本原理
由于各元素与氧的亲和力不同，元素氧化的顺序不同。
1、当温度T＜1400℃时，元素的氧化顺序是：
Si
Mn
C
P
Fe
2、当1400℃＜T＜1530℃时元素的氧化顺序是： Si C Mn P Fe
3、当T＞1530℃时，元素的氧化顺序是： C Si Mn P Fe
氧化图解 变化规律
1、Fe
n为3或4） 熔渣 界面
3(FeO)＋（P2O5）＝( 3FeO. P2O5)
－ 2［P］＋5(FeO) ＝ （P2O5） +5［Fe］
（吹炼前期）
钢水
2［P］+5［O］＝(P2O5) 2［P］+｛O2｝＝(P2O5)
萤石：萤石的主要成分是 CaF2，焙烧约930℃。萤石能 使CaO和阻碍石灰溶解的2CaO•SiO2外壳的熔点显著降 低，生成低熔点3CaO•CaF2•2SiO2（熔点1362℃），加 速石灰溶解，迅速改善炉渣流动性。 萤石助熔的特点是作用快，时间短。但大量使用萤石会增 加喷溅，加剧炉衬侵蚀，污染环境。转炉用萤石要求:块 度在5-50mm，且要干燥，清洁。
无机材料概论第4课——炼铁、炼钢
钢和生铁中主要元素的含量（%）
元素 生铁 钢 碳（C) >2 <2 硅(Si) 0.2-2.0 锰(Mn) 磷（P） 硫（S） 0.2-2.5 <0.5 <0.05 <0.7 <0.05
0.01-0.3 0.3-0.8
生铁含碳量高，其性质硬而脆，不能锻造，它主要用 于铸造电动机外壳，变速箱壳体，机床体与支架以及 其它机械零件。 在世界各国铁产量中，大部分是作为炼钢原料，而只 有10%左右用于铸造各种部件和零件。
3 熔剂
矿石中的脉石与焦炭中的灰分，其主要成分是酸性氧 化物，它们的熔点均较高（SiO2 1713℃, Al2O3 2050℃），在高炉冶炼条件下很难熔化，为使其形 成低熔点物质，需加入一定数量助熔剂（简称熔 剂），以形成许多低熔点的化合物和共熔体，即所 谓的炉渣，并能达到完全熔化，且具有良好的流动 性，使渣铁容易分离。
DJTU Materials Science & Engineering
(2) 13世纪末至19世纪中叶，随着铁的需要以及 鼓风技术的发展，炉子越来越高，逐渐形成现代 高炉的雏形-木炭炉。由于炉容增大，采用鼓风技 术，使单位时间内燃烧的燃料量增加了，炉内温 度提高，能得到熔融状态的生铁，这种生铁冷却 后很脆，不能锻造成器具。 后来将生铁作原料和矿石、木炭一起在炉内再进行 冶炼，得到性能比生铁好的粗钢（也叫熟铁）。 从此钢铁冶炼就开始了一直沿用至今的二步冶炼法： 第一步，从矿石中冶炼出生铁，第二步把生铁精 炼成钢。
性能和品质有大幅度提高。
DJTU Materials Science & Engineering
生铁的分类
生铁的分类 - 中国钢材价格网钢铁材料通常是指铁碳合金，按含碳量的大小分类，含碳量(质量分数)大于2％的为生铁，小于2％的为钢，含碳量(质量分数)小于0．04％的为工业纯铁。
1．生铁的分类(见表1．1)注：成分含量皆指质量分数。
表1．4非合金钢、低合金钢和合金钢合金元素规定含量界限值注：La系元素含量，也可为混合稀土含量总量。
注：(x)表示该合金系列中还包括有其他合金元素，如cr(x)系，除Cr钢外，还包括CrMn钢等。
①按照GB／T 717—1982《炼钢用生铁》的规定，统一采用汉语拼音字母“L”，(“L”为“炼”字汉语拼音第一个字母)为命名符号。
②根据GB700--88修改。
③根据GB699--88修改。
④根据GBl298--86修改。
注：表中成分含量皆指质量分数注：1.平均合金含量∠%者，在牌号中只标出元素符号，不注其含量。
2.平均合金含量为%~%、%~%、…、%~%、…时相应的注为2、3、…、23、…。
3.成份含量皆指质量指数。
钢铁及合金牌号统一数字代号体系（GB/T17616-1998）- 中国钢材价格网本标准适用于钢铁及合金产品牌号编制统一数字代号。
凡列入国家标准和行业标准的钢铁及合金产品应同时列入产品牌号和统一数字代号，相互对照，两种表示方法均有效。
(1)总则(1)统一数字代号由固定的6位符号组成，左边第一位用大写的拉丁字母作前缀(一般不使用“I”和“0”字母)，后接5位阿拉伯数字。
( 2)每一个统一数字代号只适用于一个产品牌号；反之，每一个产品牌号只对应于一个统一数字代号。
当产品牌号取消后，一般情况下，原对应的统一数字代号不再分配给另一个产品牌号。
统一数字代号的结构型式如下：(2)分类与统一数字分类(1)钢铁及合金的类型和每个类型产品牌号统一数字代号见表1—14。
2)各类型钢铁及合金的细分类和主要编组及其产品牌号统一数字代号，见表1—15～表1—29。
表1．17铸铁、铸钢及铸造合金细分类与统一数字代号。
炼铁与炼钢
C、褐铁矿 、
化学式：nFe2O3. mH2O 性质：呈褐色条痕，还原具性好。高温下分解，疏松 多孔，易破碎。
D、菱铁矿 、
化学式：FeCO3 性质：颜色为灰色带黄 褐色。经过焙烧分解。 CO2 ,疏松多孔， 易破碎，还原性好
五、炼铁过程
1、原理：高温下用还原剂（主要是一 氧化碳）从铁矿石中把铁还原出来。 2、主要原料： 铁矿石、焦炭、石灰石、空气。 3、主要设备：高炉
3、请根据课本实验－CO还原Fe2O3，回答下列 问题： （1）如何确知反应已经开始发生？ （2）应如何处理尾气，请设想两法？ （3）实验结束时的操作应注意的事项是什么？ （4）现有铁的某种氧化物1g被CO完全还原后 在石灰水中可过滤出沉淀，经干燥称量为1.72g 是确定该铁的氧化物的分子式。
4、下列有关炼铁和炼钢的说法中，错误的 、下列有关炼铁和炼钢的说法中， 是（ B ） A.炼铁是铁矿石被还原的过程 炼铁是铁矿石被还原的过程 B.炼钢是生铁被氧化的过程 炼钢是生铁被氧化的过程 C.炼铁高炉中加入石灰石的目的是除脉石 炼铁高炉中加入石灰石的目的是除脉石 D.炼钢转炉中加入的生石灰是造渣剂 炼钢转炉中加入的生石灰是造渣剂 5、下面工业的废气经处理可作为气体燃料 、 的是①硫酸厂的尾气②硝酸厂尾气③ 的是①硫酸厂的尾气②硝酸厂尾气③高炉 煤气④氧气顶吹转炉产生的棕色烟气⑤ 煤气④氧气顶吹转炉产生的棕色烟气⑤玻 璃工业的废气（ 璃工业的废气（ B ） A. ① ③ B. ③ ④ C. ④ ⑤ D. ③ ④ ⑤
六、小结： 小结： 1、炼铁的原理 2、主要原料及设备 3、主要反应 4、产物
第二节 炼钢
一、炼钢原理
1、反应原理 高温下，用氧化剂把生铁里过多的碳和 其它杂质氧化成气体或炉渣而除去。 2、目的： 降碳、调硅锰、去硫磷。 3、主要反应（分三个阶段）
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(4)石灰石的作用： 除去脉石 ，有关方程式为：
CaCO3=高==温==CaO＋CO2↑，CaO＋SiO2=高==温==CaSiO3
。
(5)设备的发展
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2．钢的冶炼
(1) 原 理 ：氧化剂将在生铁中高过多的温碳和其下他杂质用
氧化成气体或炉渣除去
，再添加硅、锰、铝等其
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第三单元 化学与材料的发展
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3．铝的冶炼 (1)原料： 铝土矿 。
(2)提纯Al2O3，用化学反应方程式表示为： ① Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O ；
② NaAlO2＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3
；
③ 2Al(OH)3==△===Al2O3＋3H2O 。
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高炉炼铁产生的废气、废渣的成分是什么？
[学生交流] 【提示】 高炉炼铁中产生的废气、废渣的主要成分：废 气有CO、CO2、SO2、NO2，炉渣有CaSiO3、少量含C、P、S、 Si、Mn的化合物及SiO2等。
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第三单元 化学与材料的发展
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炼铁和炼钢的主要反应原理有何异同？ [学生交流] 【提示】 炼铁和炼钢的主要反应原理的比较： 相同点：都是利用氧化还原反应。 不同点；炼铁主要是用还原剂把铁从铁矿石中还原出来(侧 重还原)，而炼钢主要是用氧化剂把生铁中过多的碳和其他杂质 氧化而除去(侧重氧化)。
还原，如生铁的冶炼；以碳酸盐形式存在的金属矿则可通过煅
烧(在缺少空气条件下加热至高温但不使炉料熔化)分解生成金属
氧化物或金属，然后再将金属氧化物还原；以硫化物形式存在
的金属矿，由于低价硫的存在，所以先要焙烧(在有空气条件下
加热至高温但不使炉料熔化)生成金属氧化物或金属，然后再将
金属氧化物还原。
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第三单元 化学与材料的发展
他合金作脱为氧剂
，调整钢水的成分。
(2)原料： 炼铁厂的铁水或废钢铁
。
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第三单元 化学与材料的发展
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(3)主要的反应： 2C＋O2=点==燃==2CO ；
2Fe＋O2=高==温==2FeO ； FeO＋C=高==温==CO＋Fe(脱碳) ； FeS＋CaO=高==温==CaS＋FeO(脱硫) 。
CaO＋SiO2=高==温== CaSiO3
2FeO＋Si=高==温==2Fe＋SiO2 3FeO＋2Al=高==温==3Fe＋Al2O3
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第三单元 化学与材料的发展
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(山东理综)钢铁工业对促进经济和社会发展起了 重要作用。
(1) 炼 铁 高 炉 分 为 五 部 分 ， 铁 矿 石 与 高 温 煤 气 主 要 在 ________部分发生反应，在________部分开始生成生铁和炉渣。
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二、钢铁的冶炼
1．生铁的冶炼
(1)几种矿石的主要成分：磁铁矿 Fe3O4 ，赤铁矿 Fe2O3 ，
褐铁矿 2Fe2O3·3H2O 黄铁矿 FeS2 。
(2)原理：在高温下用 还原剂将铁从其氧化物中还原出来 。
以赤铁矿为例，用方程式表示为：3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2。
(3)原料： 铁矿石 、 焦炭 、 石灰石 、 空气 。
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第三单元 化学与材料的发展
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【归纳小结】 炼钢和炼铁的比较
炼铁
炼钢
利用氧化还原反应， 利用氧化还原反应，在高
主要反应 在高温下，用还原剂 温下，用氧化剂把生铁里
原理 (CO)从铁矿石里把铁 过多的碳和其他杂质氧化
还原出来
成为气体或炉渣除去
主要设备
高炉
转炉、电炉及平炉
铁矿石(提供铁元素) 焦炭(制还原剂CO及 主要原料 提供热能) 石灰石(造渣材料) 空气(提供O2)
一、从矿石中获得金属的基本问题
1．获得金属材料的过程 获得金属材料首先要通过 化学 方法把 金属从矿石 中提取 出来，一般要经过 开采 和 初步加工 (主要包括 探矿 、采矿 、 选矿 等工序)及 冶炼 阶段。
2．金属冶炼的基本原理
金 属 冶 炼 的 利用基氧化还本原反应原将金理属 是
从其化合物中还原出来
电极反应： 阳极： 6O2－－12e－===3O2↑ ；
阴极： 4Al3＋＋12e－=== 4Al 。
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第三单元 化学与材料的发展
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一、炼钢和炼铁的比较
从氧化物、碳酸盐、硫化物中冶炼金属有哪些不 同？为什么？
[师生互动]
【提示】 以氧化物形式存在的金属矿石可直接用还原剂
第一课时 从矿石中获得金属
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第三单元 化学与材料的发展
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1．了解金属在自然界中的存在形态。 2．掌握金属的冶炼原理和冶炼方法。 3．了解钢铁的冶炼及铝的冶炼的主要设备和有关原理。
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第三单元 化学与材料的发展
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第三单元 化学与材料的发展
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。
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第三单元 化学与材料的发展
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3．金属冶炼的方法
(1)
火
法 利用冶高温从金矿石中提：取金属是或其他 指
化合物
的冶金方法。
(2)
湿
法 在水冶溶液或金非水溶液：中进行是包括氧化指
还原反应、中和反应、水解反应等，对原料(矿石、精矿等)，
中间产物或再生资源中的金属进行提取和分离
的冶金
过程。
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第三单元 化学与材料的发展
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第三单元 化学与材料的发展
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(3)电解Al2O3 ①电解质是 冰晶石(Na3AlF6)和氧化铝的熔融液 ，加入少量 降低熔点的物质是 氟化钙 ，阳极和阴极的材料是 碳素材料 ， 在电解槽中进行。
②电解原理： 总反应式： 2Al2O3通9电50=，～==N9=7a=03A℃lF64Al＋3O2↑ 。
生铁(液态)、O2(或空气)、 生石灰(造渣材料)、脱氧剂
(硅铁、锰铁和铝等)
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炼铁
炼钢
①生成还原剂(CO)，产 生高温
①杂质的氧化 2Fe＋O2=高==温==2FeO
C＋O2=加==热==CO2
Si＋2FeO=高==温==SiO2＋2Fe
主 CO2＋C=高==温==2CO 要 ②生铁的形成
Mn＋FeO===MnO＋Fe C＋FeO=高==温==CO↑＋Fe
化 学 反
Fe2O3＋3CO=高==温==2Fe ＋3CO2 ③造渣
应 CaCO3=加==热==CaO＋
CO2↑
②除硫、磷(了解) FeS＋CaO=高==温==FeO＋CaS 2P＋5FeO＋3CaO=高==温==5Fe＋
Ca3(PO4)2 ③脱氧