製鉄法には、主に高爐法、直接還元法、製錬還元法などがあります。還元銑は、特定の雰囲気（還元物質(zhì)Co、H2、C、適切な溫度など）中で鉱石を物理化學(xué)的に反応させて得られるものです。 .)。銑鉄の一部は鋳造に使用されるほか、大部分は製鋼原料として使用されます。

高爐製鉄は、現(xiàn)代の製鉄の主要な方法であり、鉄鋼生産における重要なリンクです。優(yōu)れた技術(shù)的および経済的指標(biāo)、単純なプロセス、大規(guī)模な生産能力、高い労働生産性、および低エネルギー消費(fèi)により、高爐プロセスで生産される鉄は、世界の総鉄生産量の 95% 以上を占めています。

高爐製銑の模式図

高爐は円筒形の爐に似ており、外側(cè)は鋼板で覆われ、內(nèi)側(cè)の壁は耐火レンガで覆われています。爐全體は、深いコンクリートの土臺(tái)の上に建てられています。

高爐の製造では、鉄鉱石、コークス、スラグを作るフラックス（石灰石）を爐上部から裝入し、爐下部にある羽口から爐の外周に沿って予熱した空気を吹き込みます。高溫でコークス中の炭素が燃焼して発生した一酸化炭素と水素と空気中に吹き込んだ酸素が、爐內(nèi)で上昇する過(guò)程で鉄鉱石から酸素を奪い、鉄を得る。溶銑は出銑口から排出されます。

鉄鉱石中の非還元性不純物は、石灰石や他のフラックスと結(jié)合してスラグを形成し、スラグポートから排出されます。発生したガスは爐頂から排出され、除塵後、熱間高爐、加熱爐、コークス?fàn)t、ボイラーの燃料として利用されます。

原材料：鉄鉱石、溶剤、燃料

 鉄鉱石

自然に採(cǎi)掘された鉱石の化學(xué)組成、物理的狀態(tài)などの観點(diǎn)から、高爐製錬の要件を満たすことは困難です。高爐に高品位で均一な組成と粒子サイズを供給するには、破砕、選別、選鉱、練炭、混合によって準(zhǔn)備および処理する必要があります。

冶金産業(yè)で一般的に使用される 4 種類(lèi)の鉄鉱石があります。

溶媒

鉱石中の脈石や燃料中の灰には、融點(diǎn)の高い化合物が含まれています（例えば、SiO2 の融點(diǎn)は 1625 ℃、Al2O3 の融點(diǎn)は 2050 ℃）。高爐の精錬溫度では液體に溶けないため、溶鉄とうまく分離できません。同時(shí)に、爐の操作は困難です。

フラックスを添加する目的は、これらの高融點(diǎn)化合物で低融點(diǎn)スラグを形成し、高爐の製錬溫度で完全に液化し、かなりの流動(dòng)性を維持して、金屬からの良好な分離の目的を達(dá)成し、銑鉄の品質(zhì)。

フラックスの性質(zhì)により、塩基性フラックスと酸フラックスに分けられます。どのフラックスを使用するかは、鉱石中の脈石と燃料中の灰の特性によって異なります。天然鉱石のほとんどの脈石は酸性であり、コークスの灰分は酸性であるため、通常、石灰?guī)rなどのアルカリ性フラックスが使用されます。酸フラックスはめったに使用されません。

燃料

高爐製錬で必要な熱は、主に燃料の燃焼に依存します。同時(shí)に、燃料は燃焼プロセスで還元?jiǎng)垽我鄹瞍夤郡筏皮い毪郡?、燃料は高爐製錬の主要な原料の1つです。一般的に使用される燃料は、主にコークス、無(wú)煙炭、セミコークスです。

物理的および化學(xué)的プロセス: 高溫での還元反応 + スラッギング反応

高爐製錬の目的は、鉄鉱石から鉄を還元し、不純物を取り除くことです。製錬プロセス全體で最も重要なのは、鉄の還元とスラグ反応です。

さらに、水と揮発分の蒸発、炭酸塩の分解、鉄の炭化と融解、他の元素の還元など、一連の複雑な物理的および化學(xué)的反応が伴います。一定の溫度。そのため、製錬工程においても燃料の燃焼が必要條件となります。

燃料の燃焼

C＋O2→CO2

負(fù)擔(dān)の分解

水の蒸発と結(jié)晶水の分解;揮発物の除去;炭酸の分解。

高爐における還元反応

鉄の還元

高爐では、鉄は高価數(shù)の酸化物から直接還元されるのではなく、高価數(shù)の酸化物から低価數(shù)の酸化物に還元され、さらに低価數(shù)の酸化物から鉄に還元されるプロセスを経て、Fe2O3 → Fe3O4 → FeO → Fe となります。

鉄の還元は、主に一酸化炭素ガスと還元?jiǎng)垽趣筏皮喂腆w炭素に依存します。通常、一酸化炭素の還元は間接還元と呼ばれ、固體炭素の還元は直接還元と呼ばれます。

間接還元の全反応は 3fe2o3 + 9co → 6fe + 9co2

直接還元の全反応は 3fe2o3 + C → 2fe3o4 + Co

鉄の炭化

鉱石から還元された鉄は海綿狀の固體で、その炭素含有量は非常に低く、通常は 1% 未満です。 Coは低溫で分解し、分解したCは活性が強(qiáng)いため、鉄と接觸すると鉄炭素合金を形成しやすい。

そのため、固體海綿鉄は低溫（400℃～600℃）で浸炭が始まります。化學(xué)反応は次のとおりです: 2CO + 3Fe → Fe3C + CO2 または 3Fe (液體) + C (固體) → Fe3C

スラッギングプロセス

スラッギングとは、鉱石中の脈石や燃料中の灰をフラックスと混ぜ合わせて高爐から取り出す工程です。高爐でのスラグ形成には2種類(lèi)あります

通常の酸性鉱石で製錬する場(chǎng)合、フラックスは石灰?guī)rの形で高爐に裝填され、フラックス中の Cao は鉱石中の酸性酸化物と密接に接觸することはできません。したがって、最初に形成されるスラグは主に、SiO2、Al2O3、および還元された FeO の一部によって形成される fe2sio4 です。スラグ中のFeOの存在により、スラグの融點(diǎn)が低下し、スラグは良好な流動(dòng)性を有します。落下の過(guò)程（昇溫の過(guò)程でもあります）で、スラグに含まれるFeOが徐々に減少して失われ、Caoの含有量が増加し、最終的に最終的なスラグが爐床に流れ込みます。

自己流動(dòng)鉱石で製錬する場(chǎng)合、鉱石にはより多くの Cao が含まれており、酸性の SiO2 と良好に接觸できるため、Cao は製錬の開(kāi)始時(shí)にすぐにスラグ化反応に參加します。 SiO2、Al2O3 などは、焼結(jié)プロセスの早い段階で生成されるため、この種の鉱石の初期スラグ中の CaO 含有量は高くなります。スラグの組成は、スラグ還元の過(guò)程でもほとんど変化しません。

高爐製品

高爐製錬の主な製品は銑鉄と合金鉄であり、副産物はスラグ、ガス、爐ダストです。

銑鉄

銑鉄は、Si、Mn、s、P などの不純物も含む 2% 炭素以上の鉄炭素合金です。

銑鉄は、その用途と組成によって2つのカテゴリーに分けることができます。 1つは製鋼銑鉄です。銑鉄の炭素は化合物の形で存在し、その斷面は銀白色で、白鉄とも呼ばれます。もう 1 つは銑鉄の鋳造です。機(jī)械部品の製造に直接使用されます。

合金鉄

鉄およびあらゆる種類(lèi)の金屬または非金屬合金は、フェロアロイと呼ばれます (一部は合金銑鉄とも呼ばれます)。フェロシリコン、フェロマンガン、フェロクロム、フェロモリブデン、フェロタングステンなど、多くの種類(lèi)のフェロアロイがあります。

スラグ、ガス、ダスト

スラグ、ガス、ダストは高爐の副産物です。以前は廃棄物として捨てられていましたが、現(xiàn)在では建材として広く利用されています。