鋼鐵冶金原料鋼鐵冶煉

鋼鐵冶煉（iron and steel smelting），鋼、鐵冶金工藝的總稱。工業(yè)生產(chǎn)的鐵根據(jù)含碳量分為生鐵（含碳量2%以上）和鋼（含碳量低于2%）?；旧a(chǎn)過程是在煉鐵爐內(nèi)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。

鋼鐵冶金原料鐵冶煉

現(xiàn)代煉鐵絕大部分采用高爐煉鐵，個別采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(chǎn)。生鐵除部分用于鑄件外，大部分用作煉鋼原料。由于適應(yīng)高爐冶煉的優(yōu)質(zhì)焦炭煤日益短缺，相繼出現(xiàn)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(tài)下用氣體或固體還原劑還原，在低于礦石熔化溫度下，煉成含有少量雜質(zhì)元素的固體或半熔融狀態(tài)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，多采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，并可用低級焦炭，但耗電量大，只能在電力充足、電價低廉的條件下使用。

鋼鐵冶金原料鋼冶煉

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(zhuǎn)爐煉鋼法、平爐煉鋼法、電弧爐煉鋼法3類（見鋼，轉(zhuǎn)爐，平爐，電弧爐）。以上3種煉鋼工藝可滿足一般用戶對鋼質(zhì)量的要求。為了滿足更高質(zhì)量、更多品種的高級鋼，便出現(xiàn)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(zhuǎn)爐、平爐、電弧爐煉出的鋼水進行附加處理之后，都可以生產(chǎn)高級的鋼種。對某些特殊用途，要求特高質(zhì)量的鋼，用爐外處理仍達不到要求，則要用特殊煉鋼法煉制。如電渣重熔，是把轉(zhuǎn)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，即在低于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后，必須經(jīng)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(nèi)部結(jié)構(gòu)較好，夾雜物較少，操作費用低；下鑄鋼錠表面質(zhì)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(xiàn)了連續(xù)鑄鋼、壓力澆鑄和真空澆鑄等新技術(shù)。

隨著鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，礦物資源中富鐵礦已日趨枯竭，貧鐵礦資源相繼被開發(fā)與利用，制成鐵精礦，進而生產(chǎn)人造富礦。條件及加工方法的不同，人造富礦有燒結(jié)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(jié)礦的原料，廢鋼經(jīng)過加工可作為煉鋼原料。熔劑是鋼鐵冶金必需的輔助原料，常用的堿性熔劑有石灰石、石灰、活性石灰、白云石;酸性熔劑有石英石;中性熔劑有螢石。

凡是含有可經(jīng)濟利用的鐵元素的礦石叫做鐵礦石。鐵礦石的種類很多，用于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(jīng)鹽酸溶解后，其中的鐵轉(zhuǎn)化為Fe³ 。在強酸性條件下，F(xiàn)e³ 可通過SnCl₂還原為Fe² 。Sn² 將Fe³ 還原完畢后，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(xù)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(zhàn)略物資，屬于經(jīng)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(yè)經(jīng)濟的角度來講，倒不如從盛產(chǎn)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”，可以直接用于煉鐵的鐵礦石舊稱“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(tài)存在于自然界中，尤其是以氧化鐵的狀態(tài)存在的量特別多。將幾種比較重要的鐵礦石說明如下：

鋼鐵冶金原料磁鐵礦

是一種氧化鐵的礦石，主要成份為Fe₃O₄，是Fe₂O₃和FeO的復(fù)合物，呈黑灰色，比重大約5.15磁鐵礦左右，含F(xiàn)e72.4%，O 27.6%，具有磁性。在選礦（Beneficiation）時可利用磁選法，處理非常方便；但是由于其結(jié)構(gòu)細密，故被還原性較差。經(jīng)過長期風(fēng)化作用后即變成赤鐵礦。

鋼鐵冶金原料赤鐵礦

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F(xiàn)e70%，O 30%，是最主要的鐵礦石。由其本身結(jié)構(gòu)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）、云母鐵礦（Micaceous hematite）、粘土質(zhì)赤鐵（Red Ocher）等。

鋼鐵冶金原料褐鐵礦

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(jié)構(gòu)礦石的統(tǒng)稱，也有人把它主要成份的化學(xué)式寫成mFe₂O₃．nH2O，呈現(xiàn)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。

鋼鐵冶金原料菱鐵礦

是含有碳酸亞鐵的礦石，主要成份為FeCO₃，呈現(xiàn)青灰色，比重在3.8左右。這種礦石多半含有相當(dāng)多數(shù)量的鈣鹽和鎂鹽。由于碳酸根在高溫約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后再加入鼓風(fēng)爐。

鋼鐵冶金原料中的一類重要造渣材料。連續(xù)鑄鋼|煉鐵過程中，它與鐵礦石或鐵水中的雜質(zhì)形成易熔爐渣，將雜質(zhì)從鐵中分離出來，從而提高生鐵的質(zhì)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，提高鋼液凈度和減少熱損失不可缺少的造渣材料。熔劑可分為堿性熔劑、酸性熔劑和中性熔劑3種。

鋼鐵冶金原料原理

熔劑的選擇受冶煉過程高溫物理化學(xué)反應(yīng)規(guī)律所控制，其中最主要的是酸性物質(zhì)與堿性物質(zhì)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(yīng)物的熔點低，因此高熔點雜質(zhì)成渣后變得易熔，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堿性雜質(zhì)，必須選擇一種相應(yīng)的強堿性或強酸性的熔劑來與礦石中的雜質(zhì)組成低熔點爐渣，才能使雜質(zhì)與金屬分離，達到冶煉的目的。此外，有些中性物質(zhì)也可以用來作為熔劑降低渣的熔點，并改進其流動性，這要從熔渣的離子結(jié)構(gòu)來解釋。

鋼鐵冶金原料分類

堿性熔劑 堿性熔劑的主要化學(xué)成分為CaO及MgO等堿性物質(zhì)。常用的有石灰石、白云石、石灰及消石灰。鋼鐵冶煉對堿性熔劑的要求是：含堿性氧化物(CaO及MgO)要高，含酸性氧化物(SiO₂及Al₂O₃)及有害雜質(zhì)(S、P)要低，并要有一定的強度和粒度。高爐直接入爐用的堿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，爐料中配加白云石，最好使用白云石化石灰石。為了節(jié)約高爐內(nèi)熔劑分解的熱耗，盡可能避免堿性熔劑直接入爐，而是把需要入爐的熔劑配加于燒結(jié)料或球團料中制成熔劑性燒結(jié)礦或自熔性球團礦。為了強化燒結(jié)生產(chǎn)，在燒結(jié)料中配加部分石灰或消石灰。煉鋼用的堿性熔劑主要是石灰，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(guān)。堿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(zhì)，降低含硫量。為了使?fàn)t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云石。2100433B

冶金輔助原料（metallurgical auxiliary material）是指冶金工業(yè)，熔劑和耐火材料的原料的總稱。

其中，熔劑可在冶金過程中用作造渣的配料，可具體分為富含CaO、MgO的堿性熔劑，以及富含SiO₂、Al₂O₃的酸性熔劑。它們可分別用來提高爐料的堿度和酸度，使?fàn)t料冶煉時達到酸堿中和，渣鐵分離，并用來增強爐渣的流動性，排除硫、磷雜質(zhì)等。

熔劑的原料有石灰石、白云石、硅石、螢石、鐵礬土等。

《再生鋼鐵原料》（GB/T 39733-2020）規(guī)定了再生鋼鐵原料的分類、技術(shù)要求、檢驗方法、驗收規(guī)則、運輸和質(zhì)量證明書?！对偕撹F原料》（GB/T 39733-2020）適用于煉鐵、煉鋼、鑄造及鐵合金冶煉時作為鐵素爐料原料使用的再生鋼鐵原料。