一切准备妥当后,安排人从部落里运来了一些砖块,开始建造熔炉。熔炉的建造形状我采用高塔式构造,底大口小,用砖砌筑两个口,一个口用来燃烧加热,一个口用来出渣。
先把采集回来的铁矿石砸成小块,这样有助于充分反应。然后把石块加入熔炉内,再加入石灰石和木炭,这样依次加入熔炉内,然后进行燃烧,经过熔炉高温加热后,铁矿石内的杂质变成了液态流入炉底,等冷却后,把炉渣掏出。剩下的就是铁。
矿石中的脉石和燃料中的灰分,都含有一些熔点很高的化合物(如SiO2熔点为1625℃,Al2O3熔点为2050℃),它们在高炉冶炼的温度下,不能熔化成液体,因而不能使它们很好地与铁液分离,同时也使炉子的操作发生困难。
加入熔剂的目的在于其与这些高熔点的化合物形成低熔点的炉渣,以便在高炉冶炼温度下完全液化,并保持相当的流动性,以达到很好地与金属分离之目的,保证生铁的质量。
根据熔剂的性质,可分为碱性熔剂和酸性熔剂。采用哪一种熔剂要根据矿石中脉石和燃料中灰分的性质来决定。由于天然矿石中脉石大多数为酸性,焦炭灰分也都是酸性的,所以通常都使用碱性熔剂,如石灰石。酸性熔剂很少使用。
高炉冶炼所需要的热量,主要是依靠燃料的燃烧而获得,同时燃料在燃烧过程中,还起着还原剂的作用,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,还有无烟煤和半焦等。
理化过程:高温下的还原反应+造渣反应
高炉冶炼的目的,就是要把铁从铁矿石中还原出来,同时去除其中所含的杂质。整个冶炼过程中,最主要的是进行铁的还原反应以及造渣反应。
除此之外,还伴随着其他一系列复杂的物理化学反应,如水分及挥发物的蒸发、碳酸盐的分解、铁的碳化和熔化以及其他各种元素的还原等,而这一系列的反应,都只有在一定的温度下才能实现。因此,冶炼过程还需要有燃料的燃烧来作为必要的条件。
燃料的燃烧
C+O2→CO2
炉料的分解
水分蒸发和结晶水分解;挥发物的排除;碳酸盐的具体的原理如下
高炉内的还原反应
铁的还原
在高炉中,铁并不是直接从高价氧化物中还原出来的,而是要经过一个由高价氧化物还原成低价氧化物,再由低价氧化物还原出铁的过程:
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来实现。通常把一氧化碳的还原称为间接还原,把固体碳的还原称为直接还原。
间接还原总反应为:
3Fe2O3+9CO→6Fe+9CO2
直接还原总反应为:
3Fe2O3+C→2Fe3O4+CO
铁的碳化
从矿石中还原出来的铁,是固体海绵状的,它的含碳量极低,通常不超过1%。由于CO在较低的温度下分解,而分解出的C具有很强的活性,当它与铁接触时,很容易形成铁碳合金。
因此,固态海绵状铁在较低的温度下(400℃~600℃)就开始了渗碳作用。其化学反应如下:
2CO+3Fe→Fe3C+CO2
或3Fe(液)+C(固)→Fe3C
造渣过程
造渣过程就是矿石中的脉石和燃料中的灰分与熔剂合在一起,从高炉中被清除出去的过程。高炉中的成渣情况常见的有以下两种:……
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