钢材的原材料与生产工艺.doc

原材料钢的源头是铁矿砂,即铁元素(Fe)在自然界中的存在形式,纯粹的铁在自然界中是不存在的,铁矿砂主要分为磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿三种,这些都是铁的氧化物,不同之处在于它们的氧化方式。铁矿砂中的含铁量越高越好,理论上铁矿砂中的最高含铁量在72%左右,含铁量在60%以上称为富铁矿。铁矿砂先在熔炉内还原成铁(铣铁),再送入炼钢炉内脱碳精炼成钢,废钢也可在炼钢炉熔炼再生。一般钢铁依使用用途制成性质、形状各异的商品,既所谓的钢铁制品。通常钢铁制品是将铁矿石还原,熔解成铣铁(炼铣),铣铁精炼成钢(炼钢),钢再轧延、加工后制成各种钢铁制品,广义的钢铁制品包含铸铁、铸钢、锻造钢品及钢材加工的制品。在讨论钢铁的原料之前,我们先要弄清楚,究竟钢和铁有什么不同?是否有不同的成份呢?在日常生活上大家总是把钢和铁联在一起称为“钢铁”,可见钢和铁应该是一种物质才对;事实上,由科学的眼光来看,钢和铁是有少许不同的,它们的主要成份都是铁元素,只是所含的碳元素量不同。我们通常以碳的含量在2%以上的叫“生铁”,低于这个数值的叫“钢”。因此,在冶炼钢铁的过程中,含铁的矿石先在鼓风炉(blastfurnace)(高炉)中被冶炼成熔融生铁,而后熔融生铁再放到炼钢炉(steelmakingfurnace)中精炼成钢。生产钢铁所需要的原料分成四大类来分别讨论:第一类讨论的是各种含有铁质的矿石原料;第二类是煤和焦炭;第三类则讨论在冶炼的过程中用来制造熔碴(slag)的熔剂(或称助熔剂flux),如石灰石等;最后一类是各种辅助原料,如废钢料(scrap)、氧气等。二、铁矿石种类及分布在理论上来说,凡是含有铁元素或铁化合物的矿石都可以叫做铁矿石。但是,在工业上或者商业上来说,铁矿石不但是要含有铁的成份,而且必须有利用的价值才行。可是,由于很难绝对性的判定一个矿石是否有利用价值,所以在工业上很难订立一个铁矿石的标准。举例来说,欧洲所产的铁矿品质很差,而且含铁量很低,只是因为他们找不到好的矿石,所以他们就把这种矿石称为铁矿石;而澳洲目前因为品质好含铁量高的矿石存量很多,所以像欧洲所用的那种矿石在澳洲已经认为毫无价值。那么,在欧洲所使用的铁矿石,在美国就不被钢铁业界认为是铁矿石了。再譬如说,在过去被认为含铁量太低没有利用价值的矿石,由于现在工业技术的进步,发展出许多廉价的方法来富化矿石中铁的成份,于是这些含铁量低的矿石也就成为有价值的铁矿石了。于是,我们归纳出一个结论,就是在工业上对于铁矿石判定的标准是随着地区性的供求关系、工业技术水准的改变及交通运输的状况而改变的。以目前的标准来看,矿石中的平均含铁量大约在25%以上,才被称为有利用价值的铁矿石。铁都是以化合物的状态存在于自然界中,尤其是以氧化铁的状态存在的量特别多。现在将几种比较重要的铁矿石提出来说明:(前三种是主要种类)(1)磁铁矿(ite)是一种氧化铁的矿石,主要成份为Fe3O4,是Fe2O3和FeO的复合物,呈黑灰色,,%,%,具有磁性。在选矿(Beneficiation)时可利用磁选法,处理非常方便;但是由于其结构细密,故被还原性较差。经过长期风化作用后即变成赤铁矿。(2)赤铁矿(Hematite)也是一种氧化铁的矿石,主要成份为Fe2O3,呈暗红色,,含Fe70%,O30%,是最主要的铁矿石。由其本身结构状况的不同又可分成很多类别,如赤色赤铁矿(RedHematite)、镜铁矿(Specularhematite)、云母铁矿(Micaceoushematite)、粘土质赤铁(RedOcher)等。(3)褐铁矿(Limonite)这是含有氢氧化铁的矿石。它是针铁矿(Goethite)HFeO2和鳞铁矿(Lepidocrocite)FeO(OH)两种不同结构矿石的统称,也有人把它主要成份的化学式写成mFe2O3nH2O,呈现土黄或棕色,含有Fe约62%,O27%,H2O11%,~,多半是附存在其它铁矿石之中。(4)菱铁矿(Siderite)是含有碳酸铁的矿石,主要成份为FeCO3,呈现青灰色,。这种矿石多半含有相当多数量的钙盐和镁盐。由于碳酸根在高温约800~900℃时会吸收大量的热而放出二氧化碳,所以我们多半先把这一类矿石加以焙烧之后再加入鼓风炉。(5)铁的硅酸盐矿(SilicateIron)此类矿石是一种复合盐,没有一定的化学式,成份的变化很大,一般呈现深绿色,,含铁成份很低,是一种较差的铁矿石。(6)硫化铁矿(Sulphideiron)这种矿石含有FeS2,%%。呈现灰黄色,~。由于这种矿石常常含有许多其它较贵重的金属如铜(Copper)、镍(