鉄の製錬のプロセスは何ですか?

製鉄法には、主に高炉法、直接還元法、製錬還元法などがあります。還元銑は、特定の雰囲気（還元物質Co、H2、C、適切な温度など）中で鉱石を物理化学的に反応させて得られるものです。 .)。銑鉄の一部は鋳造に使用されるほか、大部分は製鋼原料として使用されます。

高炉製鉄は、現代の製鉄の主要な方法であり、鉄鋼生産における重要なリンクです。優れた技術的および経済的指標、単純なプロセス、大規模な生産能力、高い労働生産性、および低エネルギー消費により、高炉プロセスで生産される鉄は、世界の総鉄生産量の 95% 以上を占めています。

高炉製銑の模式図

高炉は円筒形の炉に似ており、外側は鋼板で覆われ、内側の壁は耐火レンガで覆われています。炉全体は、深いコンクリートの土台の上に建てられています。

高炉の製造では、鉄鉱石、コークス、スラグを作るフラックス（石灰石）を炉上部から装入し、炉下部にある羽口から炉の外周に沿って予熱した空気を吹き込みます。高温でコークス中の炭素が燃焼して発生した一酸化炭素と水素と空気中に吹き込んだ酸素が、炉内で上昇する過程で鉄鉱石から酸素を奪い、鉄を得る。溶銑は出銑口から排出されます。

鉄鉱石中の非還元性不純物は、石灰石や他のフラックスと結合してスラグを形成し、スラグポートから排出されます。発生したガスは炉頂から排出され、除塵後、熱間高炉、加熱炉、コークス炉、ボイラーの燃料として利用されます。

原材料：鉄鉱石、溶剤、燃料

 鉄鉱石

自然に採掘された鉱石の化学組成、物理的状態などの観点から、高炉製錬の要件を満たすことは困難です。高炉に高品位で均一な組成と粒子サイズを供給するには、破砕、選別、選鉱、練炭、混合によって準備および処理する必要があります。

冶金産業で一般的に使用される 4 種類の鉄鉱石があります。

溶媒

鉱石中の脈石や燃料中の灰には、融点の高い化合物が含まれています（例えば、SiO2 の融点は 1625 ℃、Al2O3 の融点は 2050 ℃）。高炉の精錬温度では液体に溶けないため、溶鉄とうまく分離できません。同時に、炉の操作は困難です。

フラックスを添加する目的は、これらの高融点化合物で低融点スラグを形成し、高炉の製錬温度で完全に液化し、かなりの流動性を維持して、金属からの良好な分離の目的を達成し、銑鉄の品質。

フラックスの性質により、塩基性フラックスと酸フラックスに分けられます。どのフラックスを使用するかは、鉱石中の脈石と燃料中の灰の特性によって異なります。天然鉱石のほとんどの脈石は酸性であり、コークスの灰分は酸性であるため、通常、石灰岩などのアルカリ性フラックスが使用されます。酸フラックスはめったに使用されません。

燃料

高炉製錬で必要な熱は、主に燃料の燃焼に依存します。同時に、燃料は燃焼プロセスで還元剤の役割も果たしているため、燃料は高炉製錬の主要な原料の1つです。一般的に使用される燃料は、主にコークス、無煙炭、セミコークスです。

物理的および化学的プロセス: 高温での還元反応 + スラッギング反応

高炉製錬の目的は、鉄鉱石から鉄を還元し、不純物を取り除くことです。製錬プロセス全体で最も重要なのは、鉄の還元とスラグ反応です。

さらに、水と揮発分の蒸発、炭酸塩の分解、鉄の炭化と融解、他の元素の還元など、一連の複雑な物理的および化学的反応が伴います。一定の温度。そのため、製錬工程においても燃料の燃焼が必要条件となります。

燃料の燃焼

C＋O2→CO2

負担の分解

水の蒸発と結晶水の分解;揮発物の除去;炭酸の分解。

高炉における還元反応

鉄の還元

高炉では、鉄は高価数の酸化物から直接還元されるのではなく、高価数の酸化物から低価数の酸化物に還元され、さらに低価数の酸化物から鉄に還元されるプロセスを経て、Fe2O3 → Fe3O4 → FeO → Fe となります。

鉄の還元は、主に一酸化炭素ガスと還元剤としての固体炭素に依存します。通常、一酸化炭素の還元は間接還元と呼ばれ、固体炭素の還元は直接還元と呼ばれます。

間接還元の全反応は 3fe2o3 + 9co → 6fe + 9co2

直接還元の全反応は 3fe2o3 + C → 2fe3o4 + Co

鉄の炭化

鉱石から還元された鉄は海綿状の固体で、その炭素含有量は非常に低く、通常は 1% 未満です。 Coは低温で分解し、分解したCは活性が強いため、鉄と接触すると鉄炭素合金を形成しやすい。

そのため、固体海綿鉄は低温（400℃～600℃）で浸炭が始まります。化学反応は次のとおりです: 2CO + 3Fe → Fe3C + CO2 または 3Fe (液体) + C (固体) → Fe3C

スラッギングプロセス

スラッギングとは、鉱石中の脈石や燃料中の灰をフラックスと混ぜ合わせて高炉から取り出す工程です。高炉でのスラグ形成には2種類あります

通常の酸性鉱石で製錬する場合、フラックスは石灰岩の形で高炉に装填され、フラックス中の Cao は鉱石中の酸性酸化物と密接に接触することはできません。したがって、最初に形成されるスラグは主に、SiO2、Al2O3、および還元された FeO の一部によって形成される fe2sio4 です。スラグ中のFeOの存在により、スラグの融点が低下し、スラグは良好な流動性を有します。落下の過程（昇温の過程でもあります）で、スラグに含まれるFeOが徐々に減少して失われ、Caoの含有量が増加し、最終的に最終的なスラグが炉床に流れ込みます。

自己流動鉱石で製錬する場合、鉱石にはより多くの Cao が含まれており、酸性の SiO2 と良好に接触できるため、Cao は製錬の開始時にすぐにスラグ化反応に参加します。 SiO2、Al2O3 などは、焼結プロセスの早い段階で生成されるため、この種の鉱石の初期スラグ中の CaO 含有量は高くなります。スラグの組成は、スラグ還元の過程でもほとんど変化しません。

高炉製品

高炉製錬の主な製品は銑鉄と合金鉄であり、副産物はスラグ、ガス、炉ダストです。

銑鉄

銑鉄は、Si、Mn、s、P などの不純物も含む 2% 炭素以上の鉄炭素合金です。

銑鉄は、その用途と組成によって2つのカテゴリーに分けることができます。 1つは製鋼銑鉄です。銑鉄の炭素は化合物の形で存在し、その断面は銀白色で、白鉄とも呼ばれます。もう 1 つは銑鉄の鋳造です。機械部品の製造に直接使用されます。

合金鉄

鉄およびあらゆる種類の金属または非金属合金は、フェロアロイと呼ばれます (一部は合金銑鉄とも呼ばれます)。フェロシリコン、フェロマンガン、フェロクロム、フェロモリブデン、フェロタングステンなど、多くの種類のフェロアロイがあります。

スラグ、ガス、ダスト

スラグ、ガス、ダストは高炉の副産物です。以前は廃棄物として捨てられていましたが、現在では建材として広く利用されています。