炼铁的过程是怎样的？

炼铁方法主要有高炉法、直接还原法、熔炼还原法等，其原理是还原生铁是通过矿石在特定气氛（还原性物质Co、H2、C；适当的温度等）中发生物理化学反应得到的。 .)。生铁除少部分用于铸造外，绝大部分用作炼钢原料。

高炉炼铁是现代炼铁的主要方法，是钢铁生产的重要环节。由于技术经济指标好、工艺简单、生产能力大、劳动生产率高、能耗低，高炉工艺生产的铁占世界铁总产量的95%以上。

高炉炼铁示意图

高炉类似于圆柱形炉，外面覆盖着钢板，内壁衬有耐火砖。整个炉子建在一个很深的混凝土基础上。

在高炉生产过程中，从炉顶装入铁矿石、焦炭和造渣助熔剂（石灰石），沿炉周向位于炉膛下部的风口吹入预热空气。在高温下，焦炭中的碳燃烧产生的一氧化碳和氢气以及吹入空气中的氧气，在炉内上升过程中将铁矿石中的氧气去除，从而获得铁。铁水从出铁口排出。

铁矿石中的非还原性杂质与石灰石等熔剂结合形成渣，从渣口排出。产生的气体从炉顶排出，经除尘后用作热风炉、加热炉、焦炉和锅炉的燃料。

原材料：铁矿石、溶剂、燃料

 铁矿

自然采出的矿石在化学成分、物理状态等方面难以满足高炉冶炼的要求。必须经过破碎、筛分、选矿、压块、混合等工艺处理，才能供应品位高、成分均匀、粒度均匀的高炉。

冶金工业常用的铁矿石有四种。

溶剂

矿石中的脉石和燃料中的灰分含有一些熔点较高的化合物（如SiO2的熔点为1625℃，Al2O3的熔点为2050℃）。它们在高炉的冶炼温度下不能熔化成液体，因此不能很好地与铁水分离。同时，炉子的操作也很困难。

添加熔剂的目的是与这些高熔点化合物形成低熔点熔渣，从而在高炉冶炼温度下完全液化，并保持相当的流动性，从而达到与金属良好分离的目的，保证生铁的质量。

按助焊剂的性质可分为碱性助焊剂和酸性助焊剂。使用哪种助熔剂取决于矿石中脉石和燃料中灰分的特性。由于天然矿石中的大多数脉石是酸性的，而焦炭的灰分是酸性的，因此通常使用碱性熔剂，例如石灰石。酸性助焊剂很少使用。

汽油

高炉冶炼所需热量主要依靠燃料的燃烧。同时，燃料在燃烧过程中还起到还原剂的作用，所以燃料是高炉冶炼的主要原料之一。常用的燃料主要是焦炭、无烟煤和半焦。

物理化学过程：高温还原反应+造渣反应

高炉冶炼的目的是从铁矿石中还原铁，去除杂质。在整个冶炼过程中，最重要的是还原铁和造渣反应。

此外，它还伴随着一系列其他复杂的物理化学反应，如水分和挥发物的蒸发、碳酸盐的分解、铁的碳化和熔化、其他元素的还原等，只有在一定的温度。因此，冶炼过程也需要燃料燃烧作为必要条件。

燃料燃烧

C＋O2→CO2

负担分解

水分的蒸发和结晶水的分解；消除挥发物；碳酸盐的分解。

高炉还原反应

铁的还原

在高炉中，铁不是由高价氧化物直接还原，而是通过从高价氧化物还原为低价氧化物，再由低价氧化物还原为铁的过程：Fe2O3→Fe3O4→FeO→Fe

铁的还原主要依靠一氧化碳气体和固体碳作为还原剂。一氧化碳的还原通常称为间接还原，固体碳的还原称为直接还原。

间接还原的总反应为 3fe2o3 + 9co → 6fe + 9co2

直接还原的总反应为 3fe2o3 + C → 2fe3o4 + Co

铁的碳化

从矿石中还原出来的铁是固体海绵状，其含碳量很低，通常小于1%。由于钴在较低温度下分解，而分解出来的C具有很强的活性，与铁接触时，易形成铁碳合金。

因此，固体海绵铁在较低温度（400℃～600℃）开始渗碳。化学反应如下：2CO+3Fe→Fe3C+CO2或3Fe（液体）+C（固体）→Fe3C

造渣工艺

造渣是将矿石中的脉石和燃料中的灰分与熔剂结合并从高炉中清除的过程。高炉造渣有两种

用普通酸性矿石冶炼时，熔剂以石灰石的形式装入高炉，熔剂中的曹不能与矿石中的酸性氧化物紧密接触。因此，最初形成的熔渣主要是由SiO2、Al2O3和一部分还原的FeO形成的fe2sio4。由于渣中FeO的存在，使渣的熔点降低，渣具有良好的流动性。在落下的过程中（也是温度上升的过程），渣中所含的FeO逐渐减少和流失，而Cao的含量增加，最终最终的渣流入炉膛。

用自熔矿冶炼时，由于矿石中 Cao 较多，能与酸性 SiO2 接触良好，因此 Cao 在冶炼开始时立即参与造渣反应，特别是用自熔烧结矿冶炼时，Cao 与SiO2、Al2O3等早在烧结过程中就已经存在，所以这类矿石的初生渣中CaO含量较高，渣成分在减渣过程中也变化不大。

高炉产品

高炉冶炼的主要产品是生铁和铁合金，副产品是炉渣、煤气和炉尘。

生铁

生铁是含碳2%以上的铁碳合金，还含有Si、Mn、s、P等杂质。

生铁按用途和成分可分为两大类。一是炼钢生铁：生铁中的碳以化合物的形式存在，截面呈银白色，又称白口铁；另一种是铸造生铁：直接用来制造机器零件。

铁合金

铁和任何一种金属或非金属合金都称为铁合金（有些也称为合金生铁）。铁合金的种类很多，如硅铁、锰铁、铬铁、钼铁、钨铁等。

炉渣、气体和粉尘

炉渣、煤气和粉尘是高炉的副产品。它们以前被当作废物丢弃，但现在它们被广泛用于建筑材料。