⑴ 鋼鐵是怎樣煉成的起因經過結果。急需求求了
在所有的金屬材料中,鋼鐵是人類最早使用的金屬之一。早在三千年前,人類已經會開采鐵礦,並且發明了煉鐵的方法。我國也是早期發明煉鐵的國家之一。
古代人民煉鐵用的原料是鐵礦石,因它的顏色是紅棕色的,古代人民把它叫做紅棕色的石頭。古代人民雖然不懂得煉鐵的化學原理,但他們知道煉鐵需要很高的溫度。當時煉鐵用的燃料是木材和木炭,到了漢代開始用煤。當時煉鐵用的爐子非常簡單,爐身一般是用石頭和粘土砌成的,呈圓筒形,在爐旁有一個風箱。最初是用人或馬來拉動風箱的,到了漢代發明了水排,才利用水力來鼓風,以提高爐內的燃燒溫度。
在煉鐵時,把鐵礦石和木炭一層間一層地從爐子上面加進去。生火後,用風箱把空氣壓送到爐子里去,木炭就旺盛地燃燒起來,產生很高的溫度。這時鐵礦石熔化,三氧化二鐵被木炭燃燒時生成的一氧化碳還原,還原出來的鐵在 1200℃~1300℃的高溫下熔化成鐵水,從爐腰間的一個小孔流出,這樣就煉出了生鐵。我們的祖先在當時已經掌握了完全合乎現代科學原理的煉鐵技術。
鋼鐵是一個龐大的集團,其應用之廣、產量之大,都無愧於金屬世界的冠軍。各種機器、農具、汽車、火車、坦克以及許多日常生活用品的製造,都離不開鋼鐵。
鋼鐵是鐵與鋼的總稱,實際上,鐵礦石在高爐中經過冶煉得到的生鐵,在煉鋼爐中經過進一步冶煉,才得到鋼。
在煉鐵廠里,有個高達 100 多米,容積達 4000 多立方米的龐然大物就是赫赫有名的煉鐵高爐。它的外形像一個大圓筒,中間大,兩頭稍小。爐身的外麵包著鋼殼,裡面砌有耐火磚。高爐每晝夜要吞進上千噸的鐵礦石、焦炭和石灰石等原料。這么多的原料,要舉到幾十層樓高的高爐爐頂上放進爐內,可不是一件易事。不過,在現代化的煉鐵廠里,裝料操作完全是機械化和自動化的。從礦山來的一列列火車。裝載著鐵礦石和石灰石;從煉焦廠來的運焦車,裝載著一罐罐的焦炭,它們由自動給料器送入料車,滿載原料的料車,由輸送軌道跑到爐頂。料車到達爐頂後自動地下料,將原料送入爐內。接著,空車再沿軌道跑下來,並且當高爐缺料時,料車就會自己跑上來送料。煉鐵原料裝入高爐以後,慢慢地不斷由上向下移動。爐身內徑逐漸向下擴大是為了便於爐料向下移動,使它們容易跟上升的氣體接觸。爐子下部的焦炭遇到了鼓入的熱空氣,就跟空氣里的氧氣化合,生成二氧化碳。二氧化碳氣體上升,被熾熱的焦炭還原成一氧化碳。
C + O2高溫CO2↑
CO2 + C高溫2CO↑
生成的一氧化碳再向上升,遇到鐵礦石的時候就跟三氧化二鐵起還原反應:
Fe2O3 + 3CO高溫2Fe + 3CO2↑
在煉鐵過程中除了鐵被還原出以外,錳、硅、磷等元素也分別從它們的氧化物里還原出來。在高爐內徑最大的部分,還原出來的鐵開始跟碳、錳、硅、磷、硫等元素熔合在一起。因此,由高爐煉出來的不是純鐵,而是含有1.7%以上的碳和少量錳、硅、磷、硫等雜質的鐵碳合金,這種合金就是生鐵。
加入石灰石是為了除去鐵礦石中所含的極難熔化的脈石(主要成分是SiO2)。石灰石加熱到 800℃左右開始分解成氧化鈣和二氧化碳:
CaCO3 高溫CaO + CO2↑
生成的二氧化碳隨氣流上升,氧化鈣跟脈石里的二氧化硅化合生成熔化狀態的硅酸鈣爐渣。
CaO + SiO2=CaSiO3
這樣就把難熔的脈石熔化成爐渣而便於除去了,所以我們把石灰石叫做熔劑。
熔化的生鐵和爐渣生成後,爐料的體積逐漸縮小,高爐下部的內徑也逐漸隨著縮小。每隔一定時間,出鐵口和出渣口交替打開出渣出鐵。當出鐵口一打開,其景象極為壯觀,剎那間只見紅熱的鐵水飛奔流出,閃著太陽般的光輝,濺起燦爛的鐵花。鐵就這樣在烈火中誕生了。從高爐中煉出了生鐵,不直接使用,大部分還要送去煉鋼。這主要是因為生鐵的性能欠佳,不能滿足多方面的需要。生鐵硬而脆,耐磨性雖好,但韌性很差,不易加工、鑄造,不易焊接,生鐵的用途往往只限於製造機床床身、外殼、底座及火爐、鐵鍋等,連小小的指甲刀也無法用生鐵來製造。鋼沒有生鐵那些缺點,它具有良好的韌性、塑性和焊接性,可以鍛打、壓延、抽絲,易於進行機械加工,鋼的用途十分廣泛。
生鐵與鋼的主要成分都是鐵,但性能有顯著不同。這主要是由於生鐵中含碳量偏高,並含有一些不適量的硅、錳、硫、磷等雜質造成的。通常把含碳量高於 2%的叫生鐵,含碳量在 0.03%~ 2%的叫鋼,含碳量低於 0.03%的就是熱鐵。
由生鐵煉成鋼主要就是降低含碳量並把硅、錳、硫、磷的含量調到適當的范圍。工人師傅常把這個過程簡單地概括為:降碳、調硅錳、去硫磷。當然,降碳不會是無限制地降,去硫磷也達不到徹底清除的地步。
從煉鋼的化學原理來看,跟煉鐵的過程恰好相反。煉鐵是將氧化鐵還原為鐵的過程;煉鋼則是將生鐵中的雜質氧化而除去的過程。那麼煉鋼時用什麼作氧化劑呢?現代採用的氧氣頂吹轉爐煉鋼法,用的是純氧氣。在煉鋼過程中,生鐵中各元素的氧化都是直接或間接跟氧作用,但是它們不是同時被氧化的。誰先和氧作用,誰後和氧作用,主要決定於它們跟氧結合的能力。鐵元素跟氧結合的能力雖然較低,但是鐵水裡鐵的含量遠遠大於其他元素,所以吹煉時部分鐵先被氧化成氧化亞鐵,同時放出大量的熱。
2Fe + O2 = 2FeO + 熱
硅和錳也不甘落後,接著他們從 FeO 中奪取氧而被氧化。
Si + 2FeO = SiO2 + 2Fe + 熱
Mn + FeO = MnO + Fe + 熱
硅和錳在鋼水中非常活躍,它們也會跑去直接跟氧化合。
Si + O2 = SiO2 + 熱
2Mn + O2 = 2MnO + 熱
生成的 SiO2 和 MnO 跟生石灰(CaO)結合而進入爐渣。
SiO2 + CaO = CaSiO3 ↓
當硅和錳的氧化接近結束時,反應放出大量的熱使爐溫迅速上升。當爐中鋼水的平均溫度超過 1500℃時,碳大大地活躍起來,這時它跟氧結合的能力超過了硅、錳與氧的結合能力,因而碳被迅速氧化。
C+FeO=CO+Fe
處於活躍狀態的碳在鋼水中跑來跑去,它也跑去直接跟氧化合。
2C + O2 = 2CO↑
生成的一氧化碳氣體隨爐氣逸出。一氧化碳上升時對鋼水起攪拌作用,使鋼水劇烈地沸騰,這樣就能使反應加速。所以除去生鐵中的部分碳是煉鋼中的一個非常重要的環節。
降了碳,調整了硅、錳的含量,下面就是去掉硫和磷了。為什麼要除掉硫和磷呢?因為硫和磷是兩種有害的雜質元素。硫的存在會使鋼產生「熱脆性」,即鋼在熱加工時發生斷裂現象。磷的危害則相反,它使鋼產生「冷脆性」。磷的「冷脆性」曾是世界上幾起疑案的「主犯」。
1938 年 3 月 14 日,比利時的哈塞爾特城被包圍在寒冷的氣氛中,溫度低達零下 15 度。刺骨的寒風吹到人的臉上如針扎一般疼痛,只有阿爾伯運河的水在歡快地、不知疲倦地流淌著,不時地彈奏出那輕柔悠揚的樂曲。橫跨在運河上的阿爾伯鋼橋,顯得格外雄偉、壯麗,就像是哈塞爾特忠誠的衛士,突然,從橋下傳來了驚天動地的金屬斷裂聲,緊接著是橋身劇裂抖動,橋面出現了裂縫。人們驚恐萬狀,人和車輛爭先向橋的兩側奔去……,在不到幾分鍾的時間內,鋼橋折成了幾段,墜入河中。無巧不成書。時隔十六年,也就是 1954 年寒冬臘月的一天,愛爾蘭海面上寒風凜冽,一艘三萬兩千噸級的英國油輪——「世界協和號」乘風破浪地航行在廣闊的海面上。忽然,有個水手氣喘噓噓地向船長報告:「船長先生,快去看吧,油輪的中部出現了裂縫!」話音未落,一陣刺耳的巨響擊破長空,油輪頓時一分為二,許多水手紛紛跳進大海。就這樣,油輪上的人還沒有來得及用無線電發出求援信號,就和油輪一起葬身波濤洶涌的大海中。誰是這兩起重大事故的肇事者呢?科學家經過深入的研究後宣布:罪魁禍首是鋼鐵中的磷!鋼鐵中磷的含量如果過大,遇冷就會變脆。這兩起惡性事故的發生,就是因為鋼鐵受凍而造成的。因此,在煉鋼時要加入造渣劑氧化鈣,目的是為了除去鐵水中所含磷、硫兩種元素。
在鐵水中疏以 FeS 的形式存在,它跟生石灰作用,生成硫化鈣而進入爐渣:
FeS + CaO = FeO + CaS
去磷的總化學方程式是:
2P +5FeO + 3CaO = 5Fe + Ca3(PO4)2
生成的磷酸鈣也進入爐渣。
煉鋼生成的爐渣比鋼水輕,它浮在鋼水表面上,可以跟鋼水分開。
氧化和造渣過程完成後,還會有未反應的氧化亞鐵存在,最後還要加入脫氧劑,以除去氧化亞鐵,並同時調整硅、錳的含量。若生產某種合金鋼,在最後階段還要加入適量的某種金屬,經化驗鋼樣合格時,即可出鋼。
煉鋼的方法有多種。有平爐煉鋼,電爐煉鋼法。氧氣頂吹轉爐煉鋼法,是 50 年代建立並發展起來的新方法。這種方法用純氧吹煉而不用空氣,爐溫高、反應快,一爐鋼的吹煉時間只需十幾分鍾,因而,這種方法發展很快。
有的國家氧氣頂吹轉爐煉鋼的產量,達到了總產量的 90%以上。
一塊不起眼的鐵礦石經過了高爐的冶煉,除掉了雜質,成為堅硬無比的
鋼鐵,成為在工農業生產、日常生活中具有最廣泛用途的金屬材料,這是多
么偉大的功績。
⑵ 鋼鐵是怎樣煉成的好段
鋼鐵是怎樣煉成的好段
1、兩個人躺到床上。保爾馬上就入睡了,朱赫來卻一直在抽煙。後來,他又從床上起來,光著腳走到窗前,朝街上看了很久,才回到床上。他已經十分疲倦,躺下就睡著了。他的一隻手伸到枕頭底下,按在沉甸甸的手槍上,槍柄被焐得暖烘烘的。
2、軍車一列接著一列開來,塞滿了車站。謝喬夫狙擊師所屬各個分隊(營)亂哄哄地從車上擠下來。由四節包著鋼板的車廂組成的「扎波羅什哥薩克號」裝甲車,緩慢地在鐵路線上爬行。從平板車上卸下了大炮。從貨車里牽出了馬匹。騎兵們就地整鞍上馬,擠開那群亂得不成隊形的步兵,到車站廣場上去集合整隊。
3、進來的人立刻引起了場內人們的注意。特別顯眼的是帕夫柳克。他身材高大,穿著上等呢料的軍官制服和藍色近衛軍制褲,戴著毛茸茸的高加索皮帽,肩上斜挎著一支毛瑟槍,衣袋裡露出一顆手榴彈。
4、德國人不走馬路中間,而是排成兩個單行,沿路的兩側行進。他們穿著墨綠色的制服,平端著槍,槍上上著寬刺刀,頭上戴著沉重的鋼盔,身上背著大行軍袋。他們把隊伍拉成長條,從車站到市區,連綿不斷;他們小心翼翼地走著,隨時准備應付抵抗,雖然並沒有人想抵抗他們。
5、門外有人在談話。司令部的警衛就住在外間屋。屋門下邊透進一條明亮的光線。保爾站起身來,扶著牆壁,摸索著在屋裡走了一圈。在板床對面,他摸到了一個窗戶,上面安著結實的參差不齊的鐵欄桿。用手搖了一下--紋絲不動。看樣子這里以前是個倉庫。
6、在他們目力所及的地方,從樹林里,從林務官家的房後,轉出來許多人和車輛,而在公路近旁,有十五六個人騎著馬,槍橫放在馬鞍上,朝這邊走來。最前面的兩個,一個是中年人,穿著保護色軍裝,系著軍官武裝帶,胸前掛著望遠鏡;另一個和他並排走的,正是三個朋友剛才見過的那個騎馬的人。
7、一雙雙赤腳踏在路上,發出柔軟的沙沙聲。軍官們竭力想維持好秩序,但是做不到。第二連走到檢閱台前的時候,右翼排頭的一個穿麻布襯衫的小夥子,只顧驚奇地張著嘴巴看大頭目,一不小心,踩在坑裡,撲通一聲栽倒在地上。
8、雨點劈劈啪啪地敲打著窗戶。屋頂上的雨水刷刷地往下流。勁風陣陣,吹得花園里的櫻桃樹驚慌地東搖西晃,樹枝不時撞在窗玻璃上。
9、一清早,保爾回到了家裡。(www..Com)聽母親說警備隊夜裡來搜捕阿爾焦姆,他整個心都縮緊了,很為哥哥的安全擔心。盡管他和哥哥性格不同,阿爾焦姆似乎很嚴厲,兄弟倆卻十分友愛。這是一種嚴肅的愛,誰也沒有表白過,可是保爾心裡十分清楚,只要哥哥需要他,他會毫不猶豫地作出任何犧牲。
10、毛茸茸的皮帽下面,一雙眯縫著的眼睛警惕地盯著被捕者的後腦勺。他那給馬合煙熏黃了的鬍子朝兩邊翹著。
11、保爾縱身一跳,一隻手攀住柵欄,爬上去,翻身進了花園。他看了看那座隱現在一片樹木後面的房子,便向涼亭走去。涼亭四面光禿禿的,夏天爬滿涼亭的山葡萄不見了,現在一點遮擋都沒有。
12、警備司令嘴角上叼著一支香煙,龍飛鳳舞地寫完最後幾行字,然後在「舍佩托夫卡警備司令哥薩克少尉」幾個字下面,得意地簽了名,名字寫得很花哨,最後一筆還甩了一個鉤。這時,門口傳來了馬刺的響聲。警備司令抬起頭來。
13、保爾是最後一個。他坐在地上,眼前的一切,把他完全弄糊塗了。連多林尼克都放走了,他一下子竟弄不明白。簡直不懂發生了什麼事情。這些人都放走了。但是,多林尼克,多林尼克……他說是夜裡上街被捕的……保爾終於懂了。
14、保爾跳了起來。他知道蘇哈里科是機車庫主任的兒子,阿爾焦姆就在他父親手下幹活。要是現在就對准這張虛胖焦黃的丑臉揍他一頓,他准要向他父親告狀,那樣就一定會牽連到阿爾焦姆。正是因為這一點,保爾才剋制著自己,沒有立即懲罰他。
15、大頭目佩特留拉本人,跟在師長後面,笨拙地從汽車里鑽了出來。他中等身材,一顆有稜有角的腦袋結結實實地長在紫紅色的脖子上,身上穿著上等藍色近衛軍呢料做的`烏克蘭上衣,扎著黃皮帶,皮帶上的麂皮槍套里插著一支小巧的勃朗寧手槍,頭上戴著克倫斯基軍帽,上面綴著一顆三叉戟的琺琅帽徽。
16、房間里的小桌子周圍坐著三個人:一個是莉莎·蘇哈里科,她是個漂亮的中學生,膚色微黑,生著一張任性的小嘴,梳著風流的發式;另一個是保爾沒有見過的青年,他穿著整潔的黑外衣,細高個子,油光光的頭發梳得服服帖帖的,一雙灰眼睛現出寂寞憂郁的神情;第三個坐在他們兩個人中間,穿著非常時髦的中學制服,他就是維克托·列辛斯基。冬妮亞推開門的時候,保爾第一眼看到的就是他。