鋼鐵冶金原料

指冶煉鋼、鐵用的原材料。主要有鐵礦石、錳礦石、含鐵廢料及熔劑。 鋼鐵冶煉（iron and steel smelting），鋼、鐵 冶金工藝的總稱。

工業生產的鐵根據含碳量分為生鐵（含碳量2%以上）和鋼（含碳量低於2%）。基本生產過程是在煉鐵爐內把鐵礦石煉成生鐵，再以生鐵為原料，用不同方法煉成鋼，再鑄成鋼錠或連鑄坯。

基本介紹

• 中文名：鋼鐵冶金原料
• 外文名：Steel metallurgical material
• 領域：冶金
• 屬性：工業原料
• 包含：鐵礦石、錳礦石、含鐵廢料及熔劑
• 作用：金屬冶煉

介紹

隨著鋼鐵工業的發展，礦物資源中富鐵礦已日趨枯竭，貧鐵礦資源相繼被開發與利用，製成鐵精礦，進而生產人造富礦。條件及加工方法的不同，人造富礦有燒結礦及球團礦兩種。冶金工廠有大量的含鐵廢料，其中爐塵、氧化鐵皮和鋼渣可作為燒結礦的原料，廢鋼經過加工可作為煉鋼原料。熔劑是鋼鐵冶金必需的輔助原料，常用的鹼性熔劑有石灰石、石灰、活性石灰、白雲石;酸性熔劑有石英石;中性熔劑有螢石。

鋼鐵冶煉

鋼鐵冶煉（iron and steel smelting），鋼、鐵冶金工藝的總稱。工業生產的鐵根據含碳量分為生鐵（含碳量2%以上）和鋼（含碳量低於2%）。基本生產過程是在煉鐵爐內把鐵礦石煉成生鐵，再以生鐵為原料，用不同方法煉成鋼，再鑄成鋼錠或連鑄坯。

鐵冶煉

現代煉鐵絕大部分採用高爐煉鐵，個別採用直接還原煉鐵法和電爐煉鐵法。高爐煉鐵是將鐵礦石在高爐中還原，熔化煉成生鐵，此法操作簡便，能耗低，成本低廉，可大量生產。生鐵除部分用於鑄件外，大部分用作煉鋼原料。由於適應高爐冶煉的優質焦炭煤日益短缺，相繼出現了不用焦炭而用其他能源的非高爐煉鐵法。直接還原煉鐵法，是將礦石在固態下用氣體或固體還原劑還原，在低於礦石熔化溫度下，煉成含有少量雜質元素的固體或半熔融狀態的海綿鐵、金屬化球團或粒鐵，作為煉鋼原料（也可作高爐煉鐵或鑄造的原料）。電爐煉鐵法，多採用無爐身的還原電爐，可用強度較差的焦炭（或煤、木炭）作還原劑。電爐煉鐵的電加熱代替部分焦炭，並可用低級焦炭，但耗電量大，只能在電力充足、電價低廉的條件下使用。

鋼冶煉

煉鋼主要是以高爐煉成的生鐵和直接還原煉鐵法煉成的海綿鐵以及廢鋼為原料，用不同的方法煉成鋼。主要的煉鋼方法有轉爐煉鋼法、平爐煉鋼法、電弧爐煉鋼法3類（見鋼，轉爐，平爐，電弧爐）。以上3種煉鋼工藝可滿足一般用戶對鋼質量的要求。為了滿足更高質量、更多品種的高級鋼，便出現了多種鋼水爐外處理（又稱爐外精煉）的方法。如吹氬處理、真空脫氣、爐外脫硫等，對轉爐、平爐、電弧爐煉出的鋼水進行附加處理之後，都可以生產高級的鋼種。對某些特殊用途，要求特高質量的鋼，用爐外處理仍達不到要求，則要用特殊煉鋼法煉製。如電渣重熔，是把轉爐、平爐、電弧爐等冶煉的鋼，鑄造或鍛壓成為電極，通過熔渣電阻熱進行二次重熔的精煉工藝；真空冶金，即在低於1個大氣壓直至超高真空條件下進行的冶金過程，包括金屬及合金的冶煉、提純、精煉、成型和處理。
鋼液在煉鋼爐中冶煉完成之後，必須經盛鋼桶（鋼包）注入鑄模，凝固成一定形狀的鋼錠或鋼坯才能進行再加工。鋼錠澆鑄可分為上鑄法和下鑄法。上鑄鋼錠一般內部結構較好，夾雜物較少，操作費用低；下鑄鋼錠表面質量良好，但因通過中注管和湯道，使鋼中夾雜物增多。近年來，在鑄錠方面出現了連續鑄鋼、壓力澆鑄和真空澆鑄等新技術。

鐵礦石

凡是含有可經濟利用的鐵元素的礦石叫做鐵礦石。鐵礦石的種類很多，用於煉鐵的主要有磁鐵礦Fe₃O₄）、赤鐵礦（Fe₂O₃）和菱鐵礦（FeCO₃）等。鐵礦石試樣經鹽酸溶解後，其中的鐵轉化為Fe³⁺。在強酸性條件下，Fe³⁺可通過SnCl₂還原為Fe²⁺。Sn²+將Fe³⁺還原完畢後，甲基橙也可被Sn²⁺還原成氫化甲基橙而褪色，因而甲基橙可指示Fe3+還原終點。Sn2+還能繼續使氫化甲基橙還原成N，N-二甲基對苯二胺和對氨基苯磺酸鈉。鐵礦石是國際大宗商品，戰略物資，屬於經濟命脈一類的東西。

世界鐵礦資源集中在澳大利亞、巴西、俄羅斯、烏克蘭、哈薩克斯坦、印度、美國、加拿大、南非等國。中國作為世界上最大的鐵礦石需求國，自身的鐵礦石儲量雖然不算少，但品位不幸比較低，從工業經濟的角度來講，倒不如從盛產富鐵礦的澳大利亞、巴西等國進口。

可以直接投入煉鋼爐煉鋼的鐵礦石舊稱“平爐富礦”，可以直接用於煉鐵的鐵礦石舊稱“高爐富礦”，都帶個“富”字。這些富礦最好是磁鐵礦和赤鐵礦，它們的含鐵量都在70%以上。

鐵都是以化合物的狀態存在於自然界中，尤其是以氧化鐵的狀態存在的量特別多。將幾種比較重要的鐵礦石說明如下：

磁鐵礦

是一種氧化鐵的礦石，主要成份為Fe₃O₄，是Fe₂O₃和FeO的複合物，呈黑灰色，比重大約5.15磁鐵礦左右，含Fe72.4%，O 27.6%，具有磁性。在選礦（Beneficiation）時可利用磁選法，處理非常方便；但是由於其結構細密，故被還原性較差。經過長期風化作用後即變成赤鐵礦。

赤鐵礦

也是一種氧化鐵的礦石，主要成份為Fe₂O₃，呈暗紅色，比重大約為5.26，含Fe70%，O 30%，是最主要的鐵礦石。由其本身結構狀況的不同又可分成很多類別，如赤色赤鐵礦（Red hematite）、鏡鐵礦（SPEcularhematite）、雲母鐵礦（Micaceous hematite）、粘土質赤鐵（Red Ocher）等。

褐鐵礦

這是含有氫氧化鐵的礦石。它是針鐵礦（Goethite）HFeO₂和鱗鐵礦（LepidoCRocite）FeO（OH）兩種不同結構礦石的統稱，也有人把它主要成份的化學式寫成mFe₂O₃．nH2O，呈現土黃或棕色，含有Fe約62%，O 27%，H₂O 11%，比重約為3.6～4.0，多半是附存在其它鐵礦石之中。

菱鐵礦

是含有碳酸亞鐵的礦石，主要成份為FeCO₃，呈現青灰色，比重在3.8左右。這種礦石多半含有相當多數量的鈣鹽和鎂鹽。由於碳酸根在高溫約800～900℃時會吸收大量的熱而放出二氧化碳，所以我們多半先把這一類礦石加以焙燒之後再加入鼓風爐。

熔劑

鋼鐵冶金原料中的一類重要造渣材料。連續鑄鋼|煉鐵過程中，它與鐵礦石或鐵水中的雜質形成易熔爐渣，將雜質從鐵中分離出來，從而提高生鐵的質量。在煉鋼過程中熔劑是脫硫、脫磷、脫氧以及脫除各種非金屬夾雜物，提高鋼液淨度和減少熱損失不可缺少的造渣材料。熔劑可分為鹼性熔劑、酸性熔劑和中性熔劑3種。

原理

熔劑的選擇受冶煉過程高溫物理化學反應規律所控制，其中最主要的是酸性物質與鹼性物質相互作用而成渣的原理。一般地說，渣相化合物或混合物的熔點均比反應物的熔點低，因此高熔點雜質成渣後變得易熔，從而達到金屬與熔渣分離的目的。在鋼鐵冶煉及精煉過程中礦石本身帶入酸性或鹼性雜質，必須選擇一種相應的強鹼性或強酸性的熔劑來與礦石中的雜質組成低熔點爐渣，才能使雜質與金屬分離，達到冶煉的目的。此外，有些中性物質也可以用來作為熔劑降低渣的熔點，並改進其流動性，這要從熔渣的離子結構來解釋。

分類

鹼性熔劑 鹼性熔劑的主要化學成分為CaO及MgO等鹼性物質。常用的有石灰石、白雲石、石灰及消石灰。鋼鐵冶煉對鹼性熔劑的要求是：含鹼性氧化物(CaO及MgO)要高，含酸性氧化物(SiO₂及Al₂O₃)及有害雜質(S、P)要低，並要有一定的強度和粒度。高爐直接入爐用的鹼性熔劑主要是石灰石；為了增加高爐渣中的MgO含量以提高爐渣的流動性及脫硫能力，爐料中配加白雲石，最好使用白雲石化石灰石。為了節約高爐內熔劑分解的熱耗，儘可能避免鹼性熔劑直接入爐，而是把需要入爐的熔劑配加於燒結料或球團料中製成熔劑性燒結礦或自熔性球團礦。為了強化燒結生產，在燒結料中配加部分石灰或消石灰。煉鋼用的鹼性熔劑主要是石灰，要求石灰含CaO高，活性度高，其塊度大小與工藝要求及冶煉時間長短有關。鹼性平爐開始冶煉造渣時及電爐冶煉熔化期、氧化期也使用石灰石，主要利用石灰石分解出CO₂氣體來活躍熔池，排出鋼中氣體和雜質，降低含硫量。為了使爐渣中含一定MgO量以保護爐襯，煉鋼過程中加入少量的焙燒白雲石。