炼制钢铁的过程涉及矿石的开采、冶炼、精炼等步骤,总体上为:铁矿石——高炉炼铁——转炉炼钢——精炼钢材!
1. 铁矿石的准备
第一步是获得富含铁的铁矿石。 矿石种类很多,例如赤铁矿、磁铁矿、褐铁矿等。开采后的矿石需要进行破碎和粉碎,然后进行选矿,除去岩石、砂石等杂质,提高铁矿石品位。 例如,磁选法利用磁铁矿的磁性将其与其他杂质分离;浮选法则利用矿物表面的性质差异进行分选。预处理后的铁矿石才能投入高炉冶炼!
2. 高炉炼铁:从矿石到生铁
高炉是炼铁的核心设备。 高强压风从底部注入高炉,将焦炭燃烧产生的高温气体吹起,形成强大的上升气流。这气流不仅提供热量,同时和铁矿石反应转化其铁氧化物。同时,添加石灰石的目的是降低炉渣熔点(炉内会有杂质与石灰石产生副反应生成熔渣。) 炉内温度极高(2043到2262 摄氏度), 焦炭的还原以及其他化学反应完成之后,经底部浇出的产品,便是生铁。(包含大约3.5% 至4.5%个碳)。这是一块相对劣质的含碳铁。(需要后期进一步提纯!)例如,使用焦炭作为还原剂,将铁矿石中的铁氧化物还原成金属铁!
3. 转炉炼钢:去除杂质
生铁中的碳和其他杂质含量高, 需要通过氧气吹炼转换为低碳含量的钢铁即为钢。(钢与铁的区别关键就在于碳含量区别。) 转炉炼钢的原理就是在高温熔融态生铁 中吹入高纯度氧气(可以加吹纯氧,其他可以加速降碳的其他杂质,同时可使反应更彻底更好)。高纯度气流带动飞溅的铁液溅洒形成飞溅渣,增加反应表面积从而提高纯度达到精炼的目标并去掉多余杂质形成钢锭。(这个工艺会耗费大量高纯度气氧因此经济效益考量会仔细考量具体实施的方法。)!
4. 精炼钢材:生产所需钢铁种类
转炉炼钢后产出的并非最终产品仍是半过渡产品。(半成品!) 后续工艺主要依据所求钢材的组成和性能的需求细化。 例如:脱气处理来提高钢中的纯净度;合金化处理来优化结构。 再经过铸造、轧制等后续工艺过程,就能生成不同性能和形状的成品,比如钢板、管材和型材。钢锭成型经过铸造,连铸和后续多种不同物理和工艺的连续化精细打磨处理之后才能形成我们肉眼能看见的可感知使用的最终形态。(这取决于不同的用途可能对应不同的产品。)
常见问题与解答
Q:炼钢过程中使用的燃料有哪些?
A: 主要燃料是焦炭也可能使用煤气、天然气等作为辅助燃料。现在也发展出其他更加清洁更加环保替代替代传统的更高碳气气的辅助燃料来应对环境的问题和碳中和的国策目标与企业利益.
Q:炼钢对环境的影响是什么?
A: 炼钢排放一定量二氧化碳以及其他污染。炼钢厂都需要环保措施改善治理排放避免危害人们的工作以及周遭的环境,减小对整体大环境大自然的损害减低不利社会现象造成的各种直接额外间接社会成本!
Q:不同类型的钢材有什么区别?
A: 钢材的种类繁多,以碳元素含量分为低碳钢,中碳钢和高碳钢,以及含有的锰等多种其他稀有化学元素会让钢铁整体拥有一定的耐温,强度抗锈蚀其他的等各种特有的化学理化属性物理参数。不同的碳含量、合金元素以及冶炼工艺决定了其强度、韧性、硬度等特性 ,从物理特性进行具体分类,才能判断不同的用途,不同产品!