⑴ 钢铁是怎样炼成的起因经过结果。急需求求了
在所有的金属材料中,钢铁是人类最早使用的金属之一。早在三千年前,人类已经会开采铁矿,并且发明了炼铁的方法。我国也是早期发明炼铁的国家之一。
古代人民炼铁用的原料是铁矿石,因它的颜色是红棕色的,古代人民把它叫做红棕色的石头。古代人民虽然不懂得炼铁的化学原理,但他们知道炼铁需要很高的温度。当时炼铁用的燃料是木材和木炭,到了汉代开始用煤。当时炼铁用的炉子非常简单,炉身一般是用石头和粘土砌成的,呈圆筒形,在炉旁有一个风箱。最初是用人或马来拉动风箱的,到了汉代发明了水排,才利用水力来鼓风,以提高炉内的燃烧温度。
在炼铁时,把铁矿石和木炭一层间一层地从炉子上面加进去。生火后,用风箱把空气压送到炉子里去,木炭就旺盛地燃烧起来,产生很高的温度。这时铁矿石熔化,三氧化二铁被木炭燃烧时生成的一氧化碳还原,还原出来的铁在 1200℃~1300℃的高温下熔化成铁水,从炉腰间的一个小孔流出,这样就炼出了生铁。我们的祖先在当时已经掌握了完全合乎现代科学原理的炼铁技术。
钢铁是一个庞大的集团,其应用之广、产量之大,都无愧于金属世界的冠军。各种机器、农具、汽车、火车、坦克以及许多日常生活用品的制造,都离不开钢铁。
钢铁是铁与钢的总称,实际上,铁矿石在高炉中经过冶炼得到的生铁,在炼钢炉中经过进一步冶炼,才得到钢。
在炼铁厂里,有个高达 100 多米,容积达 4000 多立方米的庞然大物就是赫赫有名的炼铁高炉。它的外形像一个大圆筒,中间大,两头稍小。炉身的外面包着钢壳,里面砌有耐火砖。高炉每昼夜要吞进上千吨的铁矿石、焦炭和石灰石等原料。这么多的原料,要举到几十层楼高的高炉炉顶上放进炉内,可不是一件易事。不过,在现代化的炼铁厂里,装料操作完全是机械化和自动化的。从矿山来的一列列火车。装载着铁矿石和石灰石;从炼焦厂来的运焦车,装载着一罐罐的焦炭,它们由自动给料器送入料车,满载原料的料车,由输送轨道跑到炉顶。料车到达炉顶后自动地下料,将原料送入炉内。接着,空车再沿轨道跑下来,并且当高炉缺料时,料车就会自己跑上来送料。炼铁原料装入高炉以后,慢慢地不断由上向下移动。炉身内径逐渐向下扩大是为了便于炉料向下移动,使它们容易跟上升的气体接触。炉子下部的焦炭遇到了鼓入的热空气,就跟空气里的氧气化合,生成二氧化碳。二氧化碳气体上升,被炽热的焦炭还原成一氧化碳。
C + O2高温CO2↑
CO2 + C高温2CO↑
生成的一氧化碳再向上升,遇到铁矿石的时候就跟三氧化二铁起还原反应:
Fe2O3 + 3CO高温2Fe + 3CO2↑
在炼铁过程中除了铁被还原出以外,锰、硅、磷等元素也分别从它们的氧化物里还原出来。在高炉内径最大的部分,还原出来的铁开始跟碳、锰、硅、磷、硫等元素熔合在一起。因此,由高炉炼出来的不是纯铁,而是含有1.7%以上的碳和少量锰、硅、磷、硫等杂质的铁碳合金,这种合金就是生铁。
加入石灰石是为了除去铁矿石中所含的极难熔化的脉石(主要成分是SiO2)。石灰石加热到 800℃左右开始分解成氧化钙和二氧化碳:
CaCO3 高温CaO + CO2↑
生成的二氧化碳随气流上升,氧化钙跟脉石里的二氧化硅化合生成熔化状态的硅酸钙炉渣。
CaO + SiO2=CaSiO3
这样就把难熔的脉石熔化成炉渣而便于除去了,所以我们把石灰石叫做熔剂。
熔化的生铁和炉渣生成后,炉料的体积逐渐缩小,高炉下部的内径也逐渐随着缩小。每隔一定时间,出铁口和出渣口交替打开出渣出铁。当出铁口一打开,其景象极为壮观,刹那间只见红热的铁水飞奔流出,闪着太阳般的光辉,溅起灿烂的铁花。铁就这样在烈火中诞生了。从高炉中炼出了生铁,不直接使用,大部分还要送去炼钢。这主要是因为生铁的性能欠佳,不能满足多方面的需要。生铁硬而脆,耐磨性虽好,但韧性很差,不易加工、铸造,不易焊接,生铁的用途往往只限于制造机床床身、外壳、底座及火炉、铁锅等,连小小的指甲刀也无法用生铁来制造。钢没有生铁那些缺点,它具有良好的韧性、塑性和焊接性,可以锻打、压延、抽丝,易于进行机械加工,钢的用途十分广泛。
生铁与钢的主要成分都是铁,但性能有显著不同。这主要是由于生铁中含碳量偏高,并含有一些不适量的硅、锰、硫、磷等杂质造成的。通常把含碳量高于 2%的叫生铁,含碳量在 0.03%~ 2%的叫钢,含碳量低于 0.03%的就是热铁。
由生铁炼成钢主要就是降低含碳量并把硅、锰、硫、磷的含量调到适当的范围。工人师傅常把这个过程简单地概括为:降碳、调硅锰、去硫磷。当然,降碳不会是无限制地降,去硫磷也达不到彻底清除的地步。
从炼钢的化学原理来看,跟炼铁的过程恰好相反。炼铁是将氧化铁还原为铁的过程;炼钢则是将生铁中的杂质氧化而除去的过程。那么炼钢时用什么作氧化剂呢?现代采用的氧气顶吹转炉炼钢法,用的是纯氧气。在炼钢过程中,生铁中各元素的氧化都是直接或间接跟氧作用,但是它们不是同时被氧化的。谁先和氧作用,谁后和氧作用,主要决定于它们跟氧结合的能力。铁元素跟氧结合的能力虽然较低,但是铁水里铁的含量远远大于其他元素,所以吹炼时部分铁先被氧化成氧化亚铁,同时放出大量的热。
2Fe + O2 = 2FeO + 热
硅和锰也不甘落后,接着他们从 FeO 中夺取氧而被氧化。
Si + 2FeO = SiO2 + 2Fe + 热
Mn + FeO = MnO + Fe + 热
硅和锰在钢水中非常活跃,它们也会跑去直接跟氧化合。
Si + O2 = SiO2 + 热
2Mn + O2 = 2MnO + 热
生成的 SiO2 和 MnO 跟生石灰(CaO)结合而进入炉渣。
SiO2 + CaO = CaSiO3 ↓
当硅和锰的氧化接近结束时,反应放出大量的热使炉温迅速上升。当炉中钢水的平均温度超过 1500℃时,碳大大地活跃起来,这时它跟氧结合的能力超过了硅、锰与氧的结合能力,因而碳被迅速氧化。
C+FeO=CO+Fe
处于活跃状态的碳在钢水中跑来跑去,它也跑去直接跟氧化合。
2C + O2 = 2CO↑
生成的一氧化碳气体随炉气逸出。一氧化碳上升时对钢水起搅拌作用,使钢水剧烈地沸腾,这样就能使反应加速。所以除去生铁中的部分碳是炼钢中的一个非常重要的环节。
降了碳,调整了硅、锰的含量,下面就是去掉硫和磷了。为什么要除掉硫和磷呢?因为硫和磷是两种有害的杂质元素。硫的存在会使钢产生“热脆性”,即钢在热加工时发生断裂现象。磷的危害则相反,它使钢产生“冷脆性”。磷的“冷脆性”曾是世界上几起疑案的“主犯”。
1938 年 3 月 14 日,比利时的哈塞尔特城被包围在寒冷的气氛中,温度低达零下 15 度。刺骨的寒风吹到人的脸上如针扎一般疼痛,只有阿尔伯运河的水在欢快地、不知疲倦地流淌着,不时地弹奏出那轻柔悠扬的乐曲。横跨在运河上的阿尔伯钢桥,显得格外雄伟、壮丽,就像是哈塞尔特忠诚的卫士,突然,从桥下传来了惊天动地的金属断裂声,紧接着是桥身剧裂抖动,桥面出现了裂缝。人们惊恐万状,人和车辆争先向桥的两侧奔去……,在不到几分钟的时间内,钢桥折成了几段,坠入河中。无巧不成书。时隔十六年,也就是 1954 年寒冬腊月的一天,爱尔兰海面上寒风凛冽,一艘三万两千吨级的英国油轮——“世界协和号”乘风破浪地航行在广阔的海面上。忽然,有个水手气喘嘘嘘地向船长报告:“船长先生,快去看吧,油轮的中部出现了裂缝!”话音未落,一阵刺耳的巨响击破长空,油轮顿时一分为二,许多水手纷纷跳进大海。就这样,油轮上的人还没有来得及用无线电发出求援信号,就和油轮一起葬身波涛汹涌的大海中。谁是这两起重大事故的肇事者呢?科学家经过深入的研究后宣布:罪魁祸首是钢铁中的磷!钢铁中磷的含量如果过大,遇冷就会变脆。这两起恶性事故的发生,就是因为钢铁受冻而造成的。因此,在炼钢时要加入造渣剂氧化钙,目的是为了除去铁水中所含磷、硫两种元素。
在铁水中疏以 FeS 的形式存在,它跟生石灰作用,生成硫化钙而进入炉渣:
FeS + CaO = FeO + CaS
去磷的总化学方程式是:
2P +5FeO + 3CaO = 5Fe + Ca3(PO4)2
生成的磷酸钙也进入炉渣。
炼钢生成的炉渣比钢水轻,它浮在钢水表面上,可以跟钢水分开。
氧化和造渣过程完成后,还会有未反应的氧化亚铁存在,最后还要加入脱氧剂,以除去氧化亚铁,并同时调整硅、锰的含量。若生产某种合金钢,在最后阶段还要加入适量的某种金属,经化验钢样合格时,即可出钢。
炼钢的方法有多种。有平炉炼钢,电炉炼钢法。氧气顶吹转炉炼钢法,是 50 年代建立并发展起来的新方法。这种方法用纯氧吹炼而不用空气,炉温高、反应快,一炉钢的吹炼时间只需十几分钟,因而,这种方法发展很快。
有的国家氧气顶吹转炉炼钢的产量,达到了总产量的 90%以上。
一块不起眼的铁矿石经过了高炉的冶炼,除掉了杂质,成为坚硬无比的
钢铁,成为在工农业生产、日常生活中具有最广泛用途的金属材料,这是多
么伟大的功绩。
⑵ 钢铁是怎样炼成的好段
钢铁是怎样炼成的好段
1、两个人躺到床上。保尔马上就入睡了,朱赫来却一直在抽烟。后来,他又从床上起来,光着脚走到窗前,朝街上看了很久,才回到床上。他已经十分疲倦,躺下就睡着了。他的一只手伸到枕头底下,按在沉甸甸的手枪上,枪柄被焐得暖烘烘的。
2、军车一列接着一列开来,塞满了车站。谢乔夫狙击师所属各个分队(营)乱哄哄地从车上挤下来。由四节包着钢板的车厢组成的“扎波罗什哥萨克号”装甲车,缓慢地在铁路线上爬行。从平板车上卸下了大炮。从货车里牵出了马匹。骑兵们就地整鞍上马,挤开那群乱得不成队形的步兵,到车站广场上去集合整队。
3、进来的人立刻引起了场内人们的注意。特别显眼的是帕夫柳克。他身材高大,穿着上等呢料的军官制服和蓝色近卫军制裤,戴着毛茸茸的高加索皮帽,肩上斜挎着一支毛瑟枪,衣袋里露出一颗手榴弹。
4、德国人不走马路中间,而是排成两个单行,沿路的两侧行进。他们穿着墨绿色的制服,平端着枪,枪上上着宽刺刀,头上戴着沉重的钢盔,身上背着大行军袋。他们把队伍拉成长条,从车站到市区,连绵不断;他们小心翼翼地走着,随时准备应付抵抗,虽然并没有人想抵抗他们。
5、门外有人在谈话。司令部的警卫就住在外间屋。屋门下边透进一条明亮的光线。保尔站起身来,扶着墙壁,摸索着在屋里走了一圈。在板床对面,他摸到了一个窗户,上面安着结实的参差不齐的铁栏杆。用手摇了一下--纹丝不动。看样子这里以前是个仓库。
6、在他们目力所及的地方,从树林里,从林务官家的房后,转出来许多人和车辆,而在公路近旁,有十五六个人骑着马,枪横放在马鞍上,朝这边走来。最前面的两个,一个是中年人,穿着保护色军装,系着军官武装带,胸前挂着望远镜;另一个和他并排走的,正是三个朋友刚才见过的那个骑马的人。
7、一双双赤脚踏在路上,发出柔软的沙沙声。军官们竭力想维持好秩序,但是做不到。第二连走到检阅台前的时候,右翼排头的一个穿麻布衬衫的小伙子,只顾惊奇地张着嘴巴看大头目,一不小心,踩在坑里,扑通一声栽倒在地上。
8、雨点劈劈啪啪地敲打着窗户。屋顶上的雨水刷刷地往下流。劲风阵阵,吹得花园里的樱桃树惊慌地东摇西晃,树枝不时撞在窗玻璃上。
9、一清早,保尔回到了家里。(www..Com)听母亲说警备队夜里来搜捕阿尔焦姆,他整个心都缩紧了,很为哥哥的安全担心。尽管他和哥哥性格不同,阿尔焦姆似乎很严厉,兄弟俩却十分友爱。这是一种严肃的爱,谁也没有表白过,可是保尔心里十分清楚,只要哥哥需要他,他会毫不犹豫地作出任何牺牲。
10、毛茸茸的皮帽下面,一双眯缝着的眼睛警惕地盯着被捕者的后脑勺。他那给马合烟熏黄了的胡子朝两边翘着。
11、保尔纵身一跳,一只手攀住栅栏,爬上去,翻身进了花园。他看了看那座隐现在一片树木后面的房子,便向凉亭走去。凉亭四面光秃秃的,夏天爬满凉亭的山葡萄不见了,现在一点遮挡都没有。
12、警备司令嘴角上叼着一支香烟,龙飞凤舞地写完最后几行字,然后在“舍佩托夫卡警备司令哥萨克少尉”几个字下面,得意地签了名,名字写得很花哨,最后一笔还甩了一个钩。这时,门口传来了马刺的响声。警备司令抬起头来。
13、保尔是最后一个。他坐在地上,眼前的一切,把他完全弄糊涂了。连多林尼克都放走了,他一下子竟弄不明白。简直不懂发生了什么事情。这些人都放走了。但是,多林尼克,多林尼克……他说是夜里上街被捕的……保尔终于懂了。
14、保尔跳了起来。他知道苏哈里科是机车库主任的儿子,阿尔焦姆就在他父亲手下干活。要是现在就对准这张虚胖焦黄的丑脸揍他一顿,他准要向他父亲告状,那样就一定会牵连到阿尔焦姆。正是因为这一点,保尔才克制着自己,没有立即惩罚他。
15、大头目佩特留拉本人,跟在师长后面,笨拙地从汽车里钻了出来。他中等身材,一颗有棱有角的脑袋结结实实地长在紫红色的脖子上,身上穿着上等蓝色近卫军呢料做的`乌克兰上衣,扎着黄皮带,皮带上的麂皮枪套里插着一支小巧的勃朗宁手枪,头上戴着克伦斯基军帽,上面缀着一颗三叉戟的珐琅帽徽。
16、房间里的小桌子周围坐着三个人:一个是莉莎·苏哈里科,她是个漂亮的中学生,肤色微黑,生着一张任性的小嘴,梳着风流的发式;另一个是保尔没有见过的青年,他穿着整洁的黑外衣,细高个子,油光光的头发梳得服服帖帖的,一双灰眼睛现出寂寞忧郁的神情;第三个坐在他们两个人中间,穿着非常时髦的中学制服,他就是维克托·列辛斯基。冬妮亚推开门的时候,保尔第一眼看到的就是他。