怎麼從鐵礦提煉高強度鋼鐵

1. 鋼鐵是怎樣煉成的從鐵礦石到鋼鐵的過程

鐵礦到高爐中高溫融化，然後再進行冷卻，冷卻過程中根據物理特性，鐵物子會結合在一起，石頭中各種物子也會各自凝聚，經過反復融化和冷卻，鋼鐵就會從中分離出來了，其實很復雜的

2. 那麼鐵礦石是怎麼提練的呢

欲將鐵礦石中的鐵提煉出來，可置鐵礦石於高爐中冶煉，冶煉過程實為還原反應，以焦炭為還原劑，再加一些石灰石和二氧化硅等作助熔劑。冶煉時先將處於高爐下層的焦炭點燃，使其生成CO2，CO2與灼熱的焦炭起反應生成CO，反應可表示如下：

C O2→CO2

CO2 C→2CO

一氧化碳氣體能將鐵礦石中的鐵還原出來

Fe2O3 3CO→2Fe 3CO2

由於爐中溫度很高，還原出來的鐵被熔化為鐵水，鐵水可從高爐中放出。因為在爐中鐵水和碳接觸，鐵水中含碳量較高，約有3％～4％，這種鐵稱為生鐵。生鐵性脆，一般只能澆鑄成型，又稱鑄鐵。生鐵中還含硫、磷、硅、鎂等其他雜質。處於熔融狀態的鐵水，其中碳以Fe3C的形式存在，待鐵水慢慢冷卻，Fe3C則分解為鐵和石墨，此時的鐵其斷口呈灰色，故稱灰口鐵。若將熔融的鐵水快速冷卻，Fe3C來不及分解而保留下來，此時鐵的斷口呈白色，稱白口鐵。白口鐵質硬且脆，不宜加工，一般用來煉鋼。灰口鐵柔軟，有韌性，可以切削加工或澆鑄零件。若在鐵水中加入0.05％鎂，使生鐵中的碳變成球狀，得到的是球墨鑄鐵。球墨鑄鐵可使灰口鐵的強度提高一倍，塑性提高20倍，它具有高的強度、塑性、韌性和熱加工性能，又保留了灰口鐵易切削加工等優點。由於球墨鑄鐵的綜合性能好，在工業上得到廣泛應用。

從高爐冶煉得到的生鐵，含鐵約95％左右，要得到純鐵(含鐵99.9％以上)可採用電解還原鐵鹽的方法。純鐵是銀白色且有金屬光澤，性軟，有延展性，熔點為1535℃，沸點為3000℃。純鐵除了作為分析試劑外，其他用途很少。純鐵在室溫下是體心立方結構，稱為α-Fe。將純鐵加熱，當溫度到達910℃時，由α-Fe轉變為γ-Fe，γ-Fe是面心立方結構。繼續升高溫度，到達1390℃時，γ-Fe轉變為 δ-Fe，它的結構與α-Fe一樣，是體心立方結構。純鐵隨著溫度增加，由一種結構轉變為另一種結構，這種現象稱為相變。發生結構轉變時的溫度稱為相變溫度。鋼鐵是鐵和碳的合金體系總稱。其特點是強度高、價格便宜、應用廣泛，鋼鐵約占金屬材料產量的90％，是世界上產量最大的金屬材料。鋼鐵中含碳量大於2.0％的叫生鐵，小於0.02％的叫純鐵，在這兩者之間的稱為鋼。鋼中含碳量小於0.25％的稱低碳鋼，介於0.25％～0.60％的稱中碳鋼，大於0.60％的稱高碳鋼。

所謂煉鋼，其實質是控制生鐵中的含碳量達到鋼的要求，同時除去危害鋼的性能的一些雜質，如S，P等。若想得到特殊性能的合金鋼，當然還要加入一些其他金屬。

3. 鐵礦石是怎樣煉成鐵的

鋼材從最初的鐵礦石，經過不斷燒結冶煉，軋制、熱處理及機械加工，最終得到成品。下面咱們一起來了解一下鋼鐵生產工藝流程吧：

鋼板生產流程：鋼板生產作業是以扁鋼胚為原料,扁鋼胚經過加熱爐加熱到1200°C,再經軋延、冷卻、整平到剪(焰)切成為成品。

4. 鋼是怎麼練成的

煉鋼的過程一般是生鐵腦碳的過程，基本上是高溫鐵水放入轉爐吹氧，加入適量合金，再用真空等精練爐進行精煉，得到所需鋼種。還有一個是電爐煉鋼，後面的程序是一樣的。

鋼或稱鋼鐵、鋼材，是一種由鐵與其他元素結合而成的合金，當中最普遍的是碳。碳約占鋼材重量的0.02%至2.0%，視乎鋼材的等級。其他有時會用到的合金元素還包括錳、鉻、釩和鎢。

碳與其他元素有硬化劑的作用，能夠防止鐵原子的晶格因原子滑移過其他原子而出現位錯。調整合金元素的量，及其存在與鋼中的形式（溶質元素及參與相），就能夠控制鋼成品的特性，例如硬度、延展性及強度。加了碳的鋼會比純鐵更硬更強，但是這種鋼的延展性會比鐵差。

含碳量高於2.0%的合金叫鑄鐵，因為這種合金的熔點較低，可鑄性強。鋼又跟熟鐵不同，熟鐵可以含有少量的碳，但這些碳雜質都是夾雜在鋼中的殘留熔渣。鋼有兩種跟鑄鐵和熟鐵不同的特性，就是鋼的耐銹度較高，以及可焊度更佳。

盡管在文藝復興之前很久，人們已經懂得使用各種低效的方法來生產鋼，但是鋼的普及化要等到十七世紀，也就是有了更高效的生產法之後。自從在十九世紀發明了貝塞麥煉鋼法之後，鋼就成了一種可大量生產的廉價材料。

後來煉鋼法經過更多的改進，例如鹼性氧氣煉鋼法，使得鋼的生產價格更低，但同時品質更好。時至今日，鋼已經成為世界上普遍的材質，年生產量達十三億噸。在各種建築、基礎設施、工具、船隻、汽車、機械、電器及武器中，鋼都是一種主要的成分。現代鋼鐵一般用各種標准化團體所制定的不同品質標准來區分。

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地球地殼上所有的天然鐵都是以礦石的形式存在，一般為氧化鐵，例如磁鐵礦及赤鐵礦等。要提取鐵，就要把鐵礦中的氧移除，讓氧與其他的化學元素結合，例如碳。

這個過程叫熔煉，最早應用於熔點較低的金屬，例如熔點約為250 °C的錫及熔點約為1,100 ℃的銅。而鑄鐵的熔點則為1,375 ℃。這種溫度用青銅時代已經有的古老方法就可以達到。

由於氧化率在800 ℃以上時會急劇增加，所以保持冶煉環境低氧是很重要的。跟銅與錫不同的是，液態鐵能夠很容易地溶解碳。熔煉所生成的合金（生鐵）含碳量過高，因此還不能叫作鋼。後續的步驟會把多餘的碳和氧除掉。

很多時候會向鐵／碳化合物加入其他材料，來達至所需的特性。在鋼里加入鎳和錳會增加鋼的強度，並使奧氏體的化學性質更加穩定，加入鉻會使硬度及熔點上升，加入釩也可以使硬度上升，但同時更會減輕金屬疲勞所帶來的效應。

為了防止腐蝕，最少會要加入11%的鉻，這樣表面就會生成一層硬的氧化物；這種合金叫不銹鋼。鎢能幹預滲碳體的生成，使馬氏體得以在較低的淬火率下生成，這樣的成品叫高速鋼。另一方面，硫、氮與磷會使鋼變得更脆弱，因此必須從礦石中除掉這些普遍存在的元素。

5. 鐵是怎樣變成鋼的

從鐵礦石（即赤鐵礦，菱鐵礦，磁鐵礦等）中提取的是生鐵的2％至4.3％，然後在高溫下用氧化劑氧化過量的碳和其他雜質。 通常通過氧氣頂吹轉爐煉鋼（吹氧）除去氣體或爐渣，將其轉化為含有0.03％至2％碳的鋼，並且在煉鋼過程中添加諸如硅，錳和鋁的合金作為脫氧。 。 該試劑用於調整鋼水的成分，以製造符合規格的鋼。 同時，可以添加一些必要的元素以使其成為各種優異性能的合金。

1、鋼，是對含碳量質量百分比介於0.02%至2.11%之間的鐵碳合金的統稱。鋼的化學成分可以有很大變化，只含碳元素的鋼稱為碳素鋼（碳鋼）或普通鋼；在實際生產中，鋼往往根據用途的不同含有不同的合金元素，比如：錳、鎳、釩等等。

2、「鋼」的元素：

（1）碳（Carbon)

存在於所有的鋼材，是最重要的硬化元素。有助於增加鋼材的強度，我們通常希望刀具級別的鋼材擁有0.6%以上的碳，也稱為高碳鋼。

（2）鉻（Chromium)

增加耐磨損性，硬度，最重要的是耐腐蝕性，擁有13%以上的認為是不銹鋼。盡管這么叫，如果保養不當，所有鋼材都會生銹。

（3）錳（Manganese）

重要的奧氏體穩定元素，有助於生成紋理結構，增加堅固性和強度及耐磨損性。在熱處理和卷壓過程中使鋼材內部脫氧，出現在大多數的刀剪用鋼材中，除了A-2,L-6和CPM 420V。

（4）鉬（Molybdenum）

碳化作用劑，防止鋼材變脆，在高溫時保持鋼材的強度，出現在很多鋼材中，空氣硬化鋼（例如A-2,ATS-34）總是包含1%或者更多的鉬，這樣它們才能在空氣中變硬。

（5）鎳（Nickle）

保持強度、抗腐蝕性、和韌性。出現在L-6AUS-6和AUS-8中。

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鋼的標識方法：

美國鋼鐵學會是用三位數字來標示各種標准級的可鍛不銹鋼的。其中：

（1）奧氏體型不銹鋼用200和300系列的數字標示，例如，某些較普通的奧氏體不銹鋼是以201、 304、 316以及310為標記，

（2）鐵素體和馬氏體型不銹鋼用400系列的數字表示。

（3）鐵素體不銹鋼是以430和446為標記，馬氏體不銹鋼 是以410、420以及440C為標記，雙相（奧氏體－鐵素體），

（4）不銹鋼、沉澱硬化不銹鋼以及含鐵量低於50%的高合金通常是採用專利名稱或商標命名。

6. 鐵礦石經過哪些步驟練成鋼鐵的

原料--可以是鐵礦石也可以是廢鐵，這取決於工藝過程--首先熔化成鋼水。以礦砂為原料的煉鋼須使用高爐，而以廢鐵為原料的工藝使用的是電弧熔爐。
然後，鋼水被倒入連鑄機中凝固。
這樣就生產出了我們所知道的半成品。這些半成品可以是具有矩形橫截面的扁鋼錠，也可以是具有個正方形截面的塊鋼或者鋼坯。它們都是一些坯料，用於製造最後的成品。
最後，這些半成品被變形或軋製成為最終成品。 其中的一些須經過熱處理，就是所謂的「熱軋」。 隨後，一半以上的經過熱軋的薄鋼板在環境溫度下再次軋制（即所謂的「冷軋」）。 然後，它可以被塗上一層抗腐蝕的防護材料。
1－燒結
在燒結車間中，制備鐵礦石。鐵礦石被壓碎碾成標准化的顆粒，被燒結或粘合在一起。燒結的鐵礦石隨後被壓碎，並按一層焦炭、一層礦石的交替方式，被加入高爐中。焦炭是是從富炭煤蒸餾出的固體殘渣，極易燃燒。
2－高爐
在高爐中，從鐵礦石中提取鐵。固態的礦石和焦炭由頂部加入高爐，而高爐底部送來的一股熱氣（1200℃）致使幾乎是100%含炭量的焦炭開始燃燒。 這便產生了碳的氧化物，它通過除氧過程來減少了氧化鐵，從而分離出鐵。 由燃燒產生的熱量將鐵和脈石（礦石中礦物的集合）熔化成液體。 脈石，由於比較輕，會漂浮至鐵水表面，就是所謂的「生鐵」。爐渣是熔融脈石產生的殘渣，可用於其他工業用途，比如用於鋪設道路或生產水泥。
3－煉焦爐
焦炭是煤在煉焦爐中通過干餾（即將不需要的成分氣化掉）得到的可燃物質。焦炭幾乎是純碳，其結構呈多孔狀，且抗碾性能很強。焦炭在高爐中燃燒，提供了熔化鐵礦石所需的熱量和氣體。
4－轉爐
在吹氧轉爐中，生鐵轉換成鋼鐵。熔化的生鐵會被倒在一層鐵屑上。 碳和殘渣等不需要的物質都會通過注入純凈的氧氣燃燒掉，從而生產出粗鋼。 然後，殘渣或者爐渣就會被撇去。 粗鋼(之所以稱為粗鋼，是因為它還必須經過進一步的精煉)然後倒入桶內。
5－電弧熔爐
加入電弧熔爐爐中的可以是經過選擇的但未經處理的廢鐵（比如舊的機器零件），或者可以是含鐵量至少為92％的經過篩選的、碾碎的、達到標準的廢鐵。 廢鐵在電弧熔爐中被熔化。這就生產出了鋼水，然後進行與生鐵同樣的精煉和分級。 廢鐵包括報廢的鋼制包裝材料、建築材料、機器和車輛零件、或者從煉鋼過程或由鋼鐵加工裝置產生的廢生鐵和鋼鐵。針對每種不同鋼種，原材料的都必須經過仔細的選擇。 這種選擇取決於任何廢鐵中金屬或礦石都可能含有的「雜質」的類型。電弧熔爐磁性「廢鋼桶」將原料送入熔爐中。 冶煉過程由強大的電弧驅動，這些電弧在電極和熔爐中的原料之間「跳動」。 殘渣或爐渣會從熔爐中回收。 最終的產品是鋼水，現在正被送入鋼包爐和分級設備。
6－精煉
精煉（脫碳）和化學添加劑的夾雜物 這兩項操作需在一個真空密封的容器中進行。 鋼鐵藉助惰性氣體－氬氣在精煉桶和容器之間旋轉。 這一工藝過程使得鋼鐵的化學成分得到高精度的調整，以得到特種鋼鐵。
7－連續鑄造機
這里所示的是正在鑄造的扁鋼錠。 鋼水被不斷地倒入沒有底部的鑄模中。 當鑄模被拉動時，鋼鐵就開始與鑄模的水冷內壁接觸，並開始凝固。 然後，鑄造好的金屬由一連串的輥筒引導被向下拉，同時持續得到冷卻。 當它到達末端時，鋼鐵已完全凝固，並立刻被切成所需的長度。
8－軋鋼機
將坯料轉變為最終成品。 此時，扁鋼錠被轉軋製成薄板。 扁鋼錠首先在爐中被再加熱。 這使它具有更好的延展性，促進拔出和成形。 緊接著，坯料通過了台架的軋輥而被「瘦身」，或者使它逐漸地變薄。
原料--可以是鐵礦石也可以是廢鐵，這取決於工藝過程--首先熔化成鋼水。以礦砂為原料的煉鋼須使用高爐，而以廢鐵為原料的工藝使用的是電弧熔爐。
然後，鋼水被倒入連鑄機中凝固。
這樣就生產出了我們所知道的半成品。這些半成品可以是具有矩形橫截面的扁鋼錠，也可以是具有個正方形截面的塊鋼或者鋼坯。它們都是一些坯料，用於製造最後的成品。
最後，這些半成品被變形或軋製成為最終成品。 其中的一些須經過熱處理，就是所謂的「熱軋」。 隨後，一半以上的經過熱軋的薄鋼板在環境溫度下再次軋制（即所謂的「冷軋」）。 然後，它可以被塗上一層抗腐蝕的防護材料。
1－燒結
在燒結車間中，制備鐵礦石。鐵礦石被壓碎碾成標准化的顆粒，被燒結或粘合在一起。燒結的鐵礦石隨後被壓碎，並按一層焦炭、一層礦石的交替方式，被加入高爐中。焦炭是是從富炭煤蒸餾出的固體殘渣，極易燃燒。
2－高爐
在高爐中，從鐵礦石中提取鐵。固態的礦石和焦炭由頂部加入高爐，而高爐底部送來的一股熱氣（1200℃）致使幾乎是100%含炭量的焦炭開始燃燒。 這便產生了碳的氧化物，它通過除氧過程來減少了氧化鐵，從而分離出鐵。 由燃燒產生的熱量將鐵和脈石（礦石中礦物的集合）熔化成液體。 脈石，由於比較輕，會漂浮至鐵水表面，就是所謂的「生鐵」。爐渣是熔融脈石產生的殘渣，可用於其他工業用途，比如用於鋪設道路或生產水泥。
3－煉焦爐
焦炭是煤在煉焦爐中通過干餾（即將不需要的成分氣化掉）得到的可燃物質。焦炭幾乎是純碳，其結構呈多孔狀，且抗碾性能很強。焦炭在高爐中燃燒，提供了熔化鐵礦石所需的熱量和氣體。
4－轉爐
在吹氧轉爐中，生鐵轉換成鋼鐵。熔化的生鐵會被倒在一層鐵屑上。 碳和殘渣等不需要的物質都會通過注入純凈的氧氣燃燒掉，從而生產出粗鋼。 然後，殘渣或者爐渣就會被撇去。 粗鋼(之所以稱為粗鋼，是因為它還必須經過進一步的精煉)然後倒入桶內。
5－電弧熔爐
加入電弧熔爐爐中的可以是經過選擇的但未經處理的廢鐵（比如舊的機器零件），或者可以是含鐵量至少為92％的經過篩選的、碾碎的、達到標準的廢鐵。 廢鐵在電弧熔爐中被熔化。這就生產出了鋼水，然後進行與生鐵同樣的精煉和分級。 廢鐵包括報廢的鋼制包裝材料、建築材料、機器和車輛零件、或者從煉鋼過程或由鋼鐵加工裝置產生的廢生鐵和鋼鐵。針對每種不同鋼種，原材料的都必須經過仔細的選擇。 這種選擇取決於任何廢鐵中金屬或礦石都可能含有的「雜質」的類型。電弧熔爐磁性「廢鋼桶」將原料送入熔爐中。 冶煉過程由強大的電弧驅動，這些電弧在電極和熔爐中的原料之間「跳動」。 殘渣或爐渣會從熔爐中回收。 最終的產品是鋼水，現在正被送入鋼包爐和分級設備。
6－精煉
精煉（脫碳）和化學添加劑的夾雜物 這兩項操作需在一個真空密封的容器中進行。 鋼鐵藉助惰性氣體－氬氣在精煉桶和容器之間旋轉。 這一工藝過程使得鋼鐵的化學成分得到高精度的調整，以得到特種鋼鐵。
7－連續鑄造機
這里所示的是正在鑄造的扁鋼錠。 鋼水被不斷地倒入沒有底部的鑄模中。 當鑄模被拉動時，鋼鐵就開始與鑄模的水冷內壁接觸，並開始凝固。 然後，鑄造好的金屬由一連串的輥筒引導被向下拉，同時持續得到冷卻。 當它到達末端時，鋼鐵已完全凝固，並立刻被切成所需的長度。
8－軋鋼機
將坯料轉變為最終成品。 此時，扁鋼錠被轉軋製成薄板。 扁鋼錠首先在爐中被再加熱。 這使它具有更好的延展性，促進拔出和成形。 緊接著，坯料通過了台架的軋輥而被「瘦身」，或者使它逐漸地變薄。