生鐵

煉鋼生鐵里的碳主要以碳化鐵的形態(tài)存在，其斷面呈白色，通常又叫白口鐵。這種生鐵性能堅(jiān)硬而脆，一般都用做煉鋼的原料。

鑄造生鐵中的碳以片狀的石墨形態(tài)存在，它的斷口為灰色，通常又叫灰口鐵。由于石墨質(zhì)軟，具有潤(rùn)滑作用，因而鑄造生鐵具有良好的切削、耐磨和鑄造性能。但它的抗拉強(qiáng)度不夠，故不能鍛軋，只能用于制造各種鑄件，如鑄造各種機(jī)床床座、鐵管等。

球墨鑄鐵里的碳以球形石墨的形態(tài)存在，其機(jī)械性能遠(yuǎn)勝于灰口鐵而接近于鋼，它具有優(yōu)良的鑄造、切削加工和耐磨性能，有一定的彈性，廣泛用于制造曲軸、齒輪、活塞等高級(jí)鑄件以及多種機(jī)械零件。

此外還有含硅、錳、鎳或其它元素量特別高的生鐵，叫合金生鐵，如硅鐵、錳鐵等，常用做煉鋼的原料，在煉鋼時(shí)加入某些合金生鐵，可以改善鋼的性能。

生鐵是含碳量大于2.11%的鐵碳合金，工業(yè)生鐵含碳量一般 在2.11%--4.3%，并含C、Si、Mn、S、P 等元素是用鐵礦石經(jīng)高爐冶煉的產(chǎn)品。根據(jù)生鐵里碳存在形態(tài)的不同，又可分為煉鋼生鐵、鑄造生鐵。

生鐵性能：生鐵堅(jiān)硬、耐磨、鑄造性好，但生鐵脆，不能鍛壓。

生鐵中除鐵外，還含有碳、硅、錳、磷和硫等元素。這些元素對(duì)生鐵的性能均有一定的影響。

碳（C）：在生鐵中以兩種形態(tài)存在，一種是游離碳（石墨），主要存在于鑄造生鐵中，另一種是化合碳（碳化鐵），主要存在于煉鋼生鐵中，碳化鐵硬而脆，塑性低，含量適當(dāng)可提高生鐵的強(qiáng)度和硬度，含量過多，則使生鐵難于削切加工，這就是煉鋼生鐵切削性能差的原因。石墨很軟，強(qiáng)度低，它的存在能增加生鐵的鑄造性能。

硅（Si）：能促使生鐵中所含的碳分離為石墨狀，能去氧，還能減少鑄件的氣眼，能提高熔化生鐵的流動(dòng)性，降低鑄件的收縮量，但含硅過多，也會(huì)使生鐵變硬變脆。

錳（Mn）：能溶于鐵素體和滲碳體。在高爐煉制生鐵時(shí)，含錳量適當(dāng)，可提高生鐵的鑄造性能和削切性能，在高爐里錳還可以和有害雜質(zhì)硫形成硫化錳，進(jìn)入爐渣。

磷（P）：屬于有害元素，但磷可使鐵水的流動(dòng)性增加，這是因?yàn)榱诇p低了生鐵熔點(diǎn)，所以在有的制品內(nèi)往往含磷量較高。然而磷的存在又使鐵增加硬脆性，優(yōu)良的生鐵含磷量應(yīng)少，有時(shí)為了要增加流動(dòng)性，含磷量可達(dá)1.2%。

硫（S）：在生鐵中是有害元素，它促使鐵與碳的結(jié)合，使鐵硬脆，并與鐵化合成低熔點(diǎn)的硫化鐵，使生鐵產(chǎn)生熱脆性和減低鐵液的流動(dòng)性，故含硫高的生鐵不適于鑄造細(xì)件。鑄造生鐵中硫的含量規(guī)定最多不得超過0.06%（車輪生鐵除外）。

(1)、碳和硅元素是強(qiáng)烈的石墨化元素，含碳越高，析出的石墨越高，而硅又是強(qiáng)烈促進(jìn)石墨化的元素，并且與鐵原子結(jié)合力強(qiáng)，碳以石墨形式存在，碳與硅含量的調(diào)整可以使金屬鑄件內(nèi)部金屬組織改變，陽(yáng)極組裝澆注要求澆注的磷生鐵環(huán)的強(qiáng)度，硬度適中為佳。

(2)、磷元素在磷生鐵中顧名思義是陽(yáng)極組裝澆注中的關(guān)鍵元素，由于陽(yáng)極組裝澆注采用間斷性方式，要求鐵水的流動(dòng)性較好，磷元素存在可以降低鐵水的粘度，磷與鐵二元素相結(jié)合所形成的晶體熔點(diǎn)溫度為1050攝氏度，可知明顯提高鐵水的流動(dòng)性硬度大，脆性強(qiáng)，易碎等。磷含量過大可導(dǎo)致磷生鐵環(huán)的冷脆性增大，使?jié)沧⒑蟮蔫F環(huán)產(chǎn)生裂紋，嚴(yán)重者導(dǎo)致脫落等狀況。因此，既要保證磷元素足夠的含量，使鐵水有良好的流動(dòng)性，又要使磷生鐵環(huán)產(chǎn)生斷紋，磷生鐵中磷的適宜含量應(yīng)控制在0.6-1.5%之間。

(3)、硫元素：硫是公認(rèn)的有害性元素，也是在金屬物質(zhì)中存在的元素，由于硫在熔融鐵水中無(wú)限溶解，而在固體鐵中溶解度很小，因此，當(dāng)含硫的鐵水冷凝時(shí)要生成硫化鐵，這種低熔點(diǎn)的晶體即鐵銹，在這種晶粒間聚集使鑄鐵物產(chǎn)生裂紋斷裂，同時(shí)硫的存在還阻礙了石墨化過程，能增大鐵環(huán)的收縮性。

(4)、錳元素：在磷生鐵中使溶解在鐵水中的硫元素生成硫化錳MnS，硫化錳MnS的溶解度比硫化鐵FeS在鐵水中溶解度小，這樣保證了向不熔物質(zhì)(渣)硫向轉(zhuǎn)移，由熱力學(xué)分析可知，錳Mn與硫S化學(xué)親和力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鐵Fe與硫S的化學(xué)親和力(例如，人們都知道生鐵表面的鐵銹比錳鐵表面的鐵銹表現(xiàn)極為明顯，但并不一定生鐵里面的硫含量高于鐵里面硫的含量)正如鐵水在錳Mn與硫S將產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)Mn S—MnS可知浮于渣中的硫化錳MnS，通過撈渣即可消除，同時(shí)錳元素在磷生鐵化學(xué)成分范圍內(nèi)可以形成穩(wěn)定的西化珠光體能使磷生鐵環(huán)的強(qiáng)度、硬度適中。

(5)、磷生鐵與磷生鐵環(huán)在使用過程中各元素的變化。

磷生鐵與磷生鐵環(huán)各元素在1300°C的高溫下各元素?zé)龘p量不同，碳和硅元素?zé)龘p量一般在0.4—0.7%，磷和錳元素一般在0.1—0.3%，硫元素的變化不定，如果控制除硫辦法，就能把硫元素控制在范圍內(nèi)，否則起相反作用，硫上升標(biāo)準(zhǔn)超限，就會(huì)造成不良因素。

生鐵是含碳量2.11%-6.69%并含有非鐵雜質(zhì)較多的鐵碳合金?？梢酝ㄟ^降低碳含量來(lái)煉成鋼。生鐵的雜

質(zhì)元素主要是硅、硫、錳、磷等。生鐵質(zhì)硬而脆，缺乏韌性，幾乎沒有塑性變形能力，因此不能通過鍛造、軋制、拉拔等方法加工成形。但含硅高的生鐵（灰口鐵）的鑄造及切削性能良好。生鐵是高爐產(chǎn)品，按其用途可分為煉鋼生鐵和鑄造生鐵兩大類。習(xí)慣上把煉鋼生鐵叫做生鐵，把鑄造生鐵簡(jiǎn)稱為鑄鐵。鑄造生鐵通過鍛化、變質(zhì)、球化等方法可以改變其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，改善并提高其機(jī)械性能，因此，鑄造生鐵又可分為白口鑄鐵、灰口鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵和特種鑄鐵等品種。

生鐵也可分為普通生鐵和合金生鐵，前者包括煉鋼生鐵和鑄造生鐵，后者主要是錳鐵和硅鐵。合金生鐵作為煉鋼的輔助材料，如脫氧劑、合金元素添加劑。普通生鐵占高爐冶煉產(chǎn)品的98%以上，而煉鋼鐵又占中國(guó)普通生鐵的80%以上，隨著工業(yè)化水平的提高，這個(gè)比例還將逐漸增加。

從廣義的角度講，鐵還分為化學(xué)純鐵（含C幾乎為零），工業(yè)純鐵（含C小于0.0218%），以及海綿鐵、粒鐵等。但它們皆非高爐冶鐵產(chǎn)品，而且用途也各異。當(dāng)鐵中含C在0.03%-1.2%范圍時(shí)則為鋼，含C1.2%-2.5%的鐵缺乏實(shí)用性，一般不進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)。

生鐵的冶煉雖原理相同，但由于方法不同、冶煉設(shè)備不同，所以工藝流程也不同。下面分別簡(jiǎn)單予以介紹。

高爐生產(chǎn)是連續(xù)進(jìn)行的。一代高爐（從開爐到大修停爐為一代）能連續(xù)生產(chǎn)幾年到十幾年。生產(chǎn)時(shí)，從爐頂（一般爐頂是由料鐘與料斗組成，現(xiàn)代化高爐是鐘閥爐頂和無(wú)料鐘爐頂）不斷地裝入鐵礦石、焦炭、熔劑，從高爐下部的風(fēng)口吹進(jìn)熱風(fēng)，噴入油、煤或天然氣等燃料。裝入高爐中的鐵礦石，主要是鐵和氧的化合物。在高溫下，焦炭中和噴吹物中的碳及碳燃燒生成的一氧化碳將鐵礦石中的氧奪取出來(lái)，得到鐵，這個(gè)過程叫做還原。鐵礦石通過還原反應(yīng)煉出生鐵，鐵水從出鐵口放出。鐵礦石中的脈石、焦炭及噴吹物中的灰粉與加入爐內(nèi)的石灰石等熔劑結(jié)合生成爐渣，從出鐵口和出渣口分別排出。煤氣從爐頂導(dǎo)出，經(jīng)除塵后，作為工業(yè)用煤氣?，F(xiàn)代化高爐還可以利用爐頂?shù)母邏海脤?dǎo)出的部分煤氣發(fā)電。

高爐內(nèi)的還原氣體產(chǎn)生于風(fēng)口前的燃料燃燒，這一過程產(chǎn)生了兩大運(yùn)動(dòng)流：一個(gè)是上升的熱煤氣流，一個(gè)是下降的爐料流（鐵礦石、焦炭、熔劑等）。高爐內(nèi)的一切反應(yīng)均發(fā)生于煤氣和爐料的相向運(yùn)動(dòng)和相互作用之中。它包括爐料的加熱、蒸發(fā)、揮發(fā)和分解；鐵及其它元素的還原；爐料中非鐵氧化物的熔化、造渣和生鐵的脫硫；鐵的滲碳及生鐵的形成；爐料和煤氣之間的熱交換等等，是一系列物理化學(xué)反應(yīng)過程的總和。

磷生鐵使用過程中循環(huán)周期后的磷生鐵環(huán)，前三周期的磷生鐵環(huán)在使用過程中可直接投入使用，不增添任何物質(zhì)元素;循環(huán)三遍后的磷生鐵環(huán)，根據(jù)每爐化學(xué)分析各元素的含量后再進(jìn)行調(diào)整，使各元素保持在規(guī)定的指標(biāo)范圍內(nèi);若干次后的使用也能使磷生鐵環(huán)保持正常狀態(tài)，在每次高溫熔化過程中，各元素都有新的變化，同時(shí)可根據(jù)各元素變化的多少來(lái)調(diào)控新磷生鐵和磷生鐵環(huán)的投爐循環(huán)使用比例，可根據(jù)磷生鐵環(huán)各元素的含量來(lái)配比與投放新磷生鐵的比例。比如：2：8、3：7、4：6、5：5或8：2、7：3、6：4……這樣既能保證鐵水有較好的流動(dòng)性又能保證磷生鐵各元素有較理想的指標(biāo)，還能對(duì)企業(yè)起到節(jié)能降耗的作用。

鋼系由生鐵再煉而行，有較高的機(jī)械強(qiáng)度和韌性，還具有耐熱、耐腐蝕、耐磨等特殊性能

鐵與鋼

鐵在自然界中蘊(yùn)藏量極為豐富，占地殼元素含量的5%，居地球物質(zhì)中的第四位。鐵元素很活潑，容易與其它物質(zhì)結(jié)合。習(xí)慣上常說的鋼鐵是對(duì)鋼和鐵的總稱。鋼和鐵是有區(qū)別的，所謂鋼鐵，主要由兩個(gè)元素構(gòu)成，即鐵和碳，一般碳和元素鐵形成化合物，叫鐵碳合金。含碳量多少對(duì)鋼鐵的性質(zhì)影響極大，含碳量增加到一定程度后就會(huì)引起質(zhì)的變化。由鐵原子構(gòu)成的物質(zhì)叫純鐵，純鐵雜質(zhì)很少。含碳量多少是區(qū)別鋼鐵的主要標(biāo)準(zhǔn)。生鐵含碳量大于2.0%；鋼含碳量小于2.0%。生鐵含碳量高，硬而脆，幾乎沒有塑性。鋼不僅有良好塑性，而且鋼制品具有強(qiáng)度高、韌性好、耐高溫、耐腐蝕、易加工、抗沖擊、易提煉等優(yōu)良物化應(yīng)用性能，因此被廣泛利用。

生鐵熟鐵

生鐵一般指含碳量在2~6.69%的鐵的合金。又稱鑄鐵。生鐵里除含碳外，還含有硅、錳及少量的硫、磷等，它可鑄不可鍛。根據(jù)生鐵里碳存在形態(tài)的不同，又可分為煉鋼生鐵、鑄造生鐵和球墨鑄鐵等幾種。

一般含碳量小于0.0218%的叫熟鐵或純鐵，含量在0.0218-2.11%的叫鋼，含量在2%以上的叫生鐵。熟鐵軟，塑性好，容易變形，強(qiáng)度和硬度均較低，用途不廣；生鐵含碳很多，硬而脆，幾乎沒有塑性。

反應(yīng)原理：Fe₂O₃ 3CO=2Fe 3CO₂

生鐵、熟鐵的主要區(qū)別在于含碳量上，含碳量超過 2% 的鐵，叫生鐵;含碳量低于 0.04% 的鐵，叫熟鐵。

生鐵是一種含碳量大于 2.11% 的鐵碳合金。工業(yè)生鐵的含碳量一般在 2.5%~4% 之間，并含有 Si 、Mu 、S 、P 等元素，是用鐵礦石經(jīng)高爐冶煉的產(chǎn)品。生鐵主要有如下兩類。

(1)煉鋼生鐵 含硅量較低，一般不大于 1.75% 。是平爐、轉(zhuǎn)爐煉鋼的主要原料，在生鐵產(chǎn)量中占 80%~90% 。煉鋼生鐵硬而脆，鐵和碳處于化合狀態(tài)，以滲碳體( Fe3C )形式存在，其斷口呈銀白色，所以也叫作白口鐵。軋輥、梨鏵鐵等都是白口鐵。

(2)鑄造生鐵 含硅量很大，一般為 1.25%~3.6% 。由于熔點(diǎn)低、流動(dòng)性好，常用來(lái)鑄造各種鑄件，故也叫鑄鐵。鑄造生鐵中的碳以石墨形式存在，其斷口呈灰色，性軟，易切削加工，所以也叫作灰鑄鐵。如床身、箱體、管道、管件及各種連接件等都是由鑄造生鐵制作。

熟鐵又名純鐵，是含碳量低于 0.04% 的鐵碳合金，含鐵約 99.9% ，雜質(zhì)總含量約 0.1 %。純鐵的用途主要是作為電工材料，具有高的磁導(dǎo)率，可用于各種鐵芯。純鐵還用作高級(jí)合金鋼的原料。純鐵很少用作結(jié)構(gòu)材料，這是由于它質(zhì)地柔軟，強(qiáng)度不高;另一方面，純鐵要求碳、磷、硫等雜質(zhì)元素含量很低，其冶煉難度較大，制造成本遠(yuǎn)大于生鐵和鋼。