碳鐵之戰4小說閱讀

A. 怎麼選擇不板結的鐵碳填料呢

2019最新型永久不板結鐵碳——OH鐵碳填料、FH鐵碳填料基本參數

隨著社會的發展，人民對美好生活的嚮往不僅局限在物質水平上，而是更注重對美好生活的嚮往和記憶中小時候的藍天、白雲、清清的小河、綠油油的草地這種鄉愁。

從而全國人民越來越重視環境污染對生活和健康的影響，國家也高度注重對環境保護的工作，並且把治療環境污染作為戰略決策，嚴管理、嚴管控、嚴審批，並且制定了環境保護法律法規，水十條、大氣污染管理辦法等一系列政策法規，各企業也嚴格按照國家環境標准處理大氣、治理企業產生的污水。鐵碳填料，微電解技術作為工業污水預處理的關鍵，微電解技術具有成本低、處理污水效果好、管理方便、無毒無污染等優點，國內外各工業污水產生企業均在運用此項技術，但是微電解技術的核心是鐵碳填料也叫微電解填料，由於沒有國家標准，目前國內外市場上的鐵碳填料質量良莠不齊，國內外99.999%的鐵碳填料都會板結、鈍化、失效、真假難辨，大忽悠公司太多，質量優質的正品【耦合高溫技術】工藝配方，生產的永久不板結、不鈍化、永久不會失效的（耦合催化劑）OH鐵碳填料、（復合晶體）FH鐵碳填料少之又少，所以山東北方三濰環保工程師教您如何鑒別真正的正品OH鐵碳填料、FH鐵碳填料的真假、優劣：

一、OH鐵碳填料基本參數:（耦合高溫技術）

1.名稱：OH鐵碳填料

2.規格：2*3cm，外觀：梭形；

3.比重：1.6T/M3，比表面積：1.3M2/g；

4.物化強度》650KG/CM2

5.化學成分：鐵72%，碳15%，進口耦合催化劑1.6%，貴金屬催化劑5%，活化劑3%，保護劑2%，反應葯劑1.4%；

B. 請教有關用焦碳冶鐵的資料,謝謝了

生鐵的冶煉

1.緒論

人類早先是在一種偶然的情況下，用薪火加熱熔解鐵礦石後而發現鐵的。最初的產量很少，極為貴重，只供裝飾用。據考古發現的鐵制指環推算，約在紀元前5000年左右就有鐵器的出現；不過正式由鐵礦石初步提煉生鐵，則大約始於紀元前1400年。最初採用的方法極為簡單，只是將初掘的鐵礦石塊堆上多量的木柴，點火燃燒；以後漸漸進步用木炭代替薪柴，用獸皮來鼓風。但比較新的煉鐵方法用木炭作燃料及用石塊堆砌熔礦爐，是到了十四世紀初才出現的。當時，把鐵礦石及木炭由爐上部加入，同時由爐下吹送空氣，已略具近代制鐵高爐（Blastfurnace）之雛型。至18世紀英國達拜父子（Abraham Darby Ⅰ 1677～1717； Darby Ⅱ 1711～1763）發明以煤代替木炭。爐體設計幾經改進，後來又以焦炭代替煤，終於漸漸演變確立了近代以鐵礦石及焦炭大量煉制生鐵的方法。由這種方式煉成的鐵，含有較多的雜質，如碳（C）、硅（Si）、錳（Mn）、磷（P）、硫（S）等，稱為生鐵（Pig iron）、銑鐵或簡稱為銑。銑的含碳量一般在2％以上，含純鐵量只有94％（純粹的鐵，煉制困難且實用性亦少），大部分用作煉鋼原料，一部分則作為鑄造鐵器之用。

至於我國，生鐵的煉制為時甚早，遠在夏禹之前已知使用鐵制農具。中國古代煉鋼亦均用鼓風的煉鐵熔，爐是用鹽拌和泥土砌成。周初以後由於風箱的發明，煉鐵業趨於興盛；不過大規模採用新式高爐為時較遲。清末督撫張之洞倡設鐵政局，直到光緒十六年才創辦漢陽鋼鐵廠，冶煉大冶礦。到光緒廿一年，中國第一座日產生鐵一百噸的新式煉鐵高爐才於漢陽鋼鐵廠正式生產，此亦為我國新法煉鐵的開始。

2.生鐵的煉制

傳統的高爐制銑法

Ⅰ 高爐簡介

傳統上煉制生鐵，是於高爐中進行。高爐（英文Blast furnace或稱鼓風爐），為一略似保齡球瓶的垂直筒狀，外部為鋼板焊接而成，內部則砌以耐火磚，作為內襯（Lining）。高爐內部自下而上，劃分為爐床（Hearth）、爐腹（Bosh）、爐腰（Belly）、爐胸（Stock or shaft）、爐喉（Throat）等部分，及其頂端另裝有爐頂設備（見圖五-1）。爐床底部有出鐵口，在其上方之適當高度處有出渣口，但兩口位置並不在同一垂直線上。在爐床上部，爐腹下緣之下的一圈，均勻地圍繞著許多個鼓風口（Tuyere），與熱風爐（Hot blast store）的熱風管相連。鼓風口的個數視爐床內徑大小而定，鼓風口之中心約在1米2左右。爐喉之上即為爐頂，一般設置一雙層或三層的鍾型爐蓋及料斗（Double orthree bell and hopper）用的防止爐內氣體泄漏，並可使裝入原料均勻分布於爐內。靠近爐蓋下方，爐壁周圍有四支爐頂氣排氣管，此四支排氣管於爐外最後合而為一降流管（Down commer）而與除塵器相銜接。圖五-2為實際高爐之外觀圖，爐之支架亦有數種型式，如圖五-3所示。爐之高度假若不計爐頂裝置，大型者約高30米～40米。整個高爐結構，可達90米～100米高，相當於30層以上的高樓高度。爐床內徑，近年新建者多在9米以上，深度約3米半至4米半。高爐之內容積（Inner volume）普通由1800立方米至2000立方米不等，最大型者可達4000立方米以上。至於高爐的「容量」或生產率是以每24小時所生產的鐵液量而定，大者可達一萬噸以上，小者只有百噸而已。

由於整個高爐本體耐火材料內襯（Refractorylining）一直處於高溫狀態下，故須以水在外部冷卻之，以延長高爐之使用壽命。一座高爐內襯的壽命，在良好的操作情況下，一般可達六百萬噸的總出鐵量，更高者可達一千萬噸。屆時，須完全停工，重行修砌爐內的耐火內襯。

Ⅱ 高爐制銑之主要原料

加入高爐中煉制生鐵之主要原料為：鐵礦石、焦炭與石灰石。普通使用的鐵礦石，主要為赤鐵礦（Fe2O3）、磁鐵礦（Fe3O4）、及褐鐵礦（2Fe2O3.3H2O）。現代加入高爐內之鐵礦石，含鐵量約在60％左右。一般對鐵礦石品質上要求為（1）含鐵分高，（2）還元易，（3）有害的雜質要少，如硫、磷、銅等含量低，（4）有適當的粒度及強度。為達到上述各項要求，及避免由於多量石灰石在爐中分解吸熱，近年各國之高爐已很少以大量鐵礦石直接加入爐中，多已大比例地配用礦石經過燒結處理（Sintering）的燒結料（Sinter）或選礦及特殊處理的團礦料（Pellet）加入高爐中。這些加入料，統稱為含鐵料（Iron-bearing material）。至於每生產一噸生鐵所需之含鐵料多寡視所含鐵分之高低而不同。對含Fe 55～60％者而言，大約須1700公斤的含鐵量。亦有隨含鐵料加入少量之碎鐵屑及煉鋼渣作原料的情形。

高爐加入焦炭主要的作用為供給反應及熔解所須的熱量並作為還元劑；此外尚具有支持加入料（Burden）加強爐內透氣性的功用。高爐焦灰一般要求含較高的固定碳：（Fixed carbon），較低的水分、灰分、雜質（硫分及揮發物）含量，並有適當的粒度（Size）與強度。每煉制一噸生鐵所耗用的焦炭量稱為焦炭比（Coke rate），視操作情況與輔助燃料噴入的多少而定。因之各國情況不同，日本高爐平均焦炭比約在500公斤以下，西德約為560公斤，蘇俄為574公斤，英美兩國則達620公斤。

高爐所加入的助熔劑（Flux）主要為石灰石（CaCO3）。視加入料的不同，有時亦配用白雲石（CaCO3.MgCO3）。其功用主要在收集鐵礦石中所含之脈石，主要為二氧化硅（SiO2）與焦炭中之炭分，並降低其熔點，使生成爐渣（Slag）而排出。大約煉制每1噸生鐵，其總耗用量需200公斤至250公斤。

除了上述三種主要原料外，煉制生鐵尚須在高爐鼓風口處鼓入大量之空氣，藉空氣中的氧氣與爐中的焦炭反應，以供給熱量及還原性氣體。鼓入高爐之風（Blast）須有足夠的壓力與體積，使足以透入爐中各部分，並阻止由爐頂裝入的原料過速下降。近代鼓入高爐之風皆已採用預先熱過的空氣，其預熱溫度有時高達1000℃以上。

Ⅲ 高爐操作簡介

一座現代化的煉鐵廠主要由加料設備高爐、熱風爐、鼓風設備、除塵設備等構成。一般鋼鐵廠為易於取得原料多建於臨海地區，或交通便利地區，或靠近礦區。圖五-4為一典型之臨海煉鐵廠，側面外觀圖。原料由碼頭運至原料堆存場，經處理後運到原料庫儲存。由於高爐為一連續24小時不停操作的煉鐵爐，所需原料量極大，故原料須有充分的庫存量。高爐煉制生鐵的流程及操作情形，可參考圖五-5，五-6。

高爐操作時，鐵礦石、焦炭、石灰石等原料由原料處理場或儲存庫經秤量後以原料輸送設備，主要為運送帶（Conveyer）或加料車（Skip），直接送到爐頂部料斗，順次自動分層由爐頂通過鍾型爐蓋，加入高爐中。此時由鼓風機送來的冷風通過熱風爐被加熱而為熱風，立刻由爐下部各鼓風口連續吹入爐中，而與爐內下降至爐腹（Bosh）下緣的焦炭發生燃燒作用，生成大量之還原性的一氧化碳氣體及熱能。此種高溫的還元性氣體上升而與下降的鐵礦石發生間接還原，由爐頂加料線（Stockline）以下反應漸次加強，至爐腹部熔融帶（Smeltingzone）裝入料（Burden）大部熔解，體積銳減。生成的熔鐵液（Molten iron）則滴流聚集於爐床內。鐵礦石所含的主要雜質——二氧化硅（SiO2），焦炭中殘留的灰分（主要成分為SiO2,Al2O3）等與由石灰石在爐中分解出的氧化鈣（CaO）相作用化合而成熔點較低，比重較輕的爐渣而浮積於爐床中鐵液之上。

當爐床內熔融的生鐵與渣量積存至相當量後，即由出鐵口及出渣口分別排出大型高爐。每日出鐵的次數大約10～12次，至於出渣的時機則一般於出鐵前視渣量之多寡而定之。

由出鐵口排出的生鐵液經鐵水流道，流入特製的盛桶，直接將生鐵液運至煉鋼工廠，例入混銑爐（Mixer）保溫，或流入魚雷型之保溫車（Topedocar）運往煉鋼工廠供作煉鋼用之原料，或將鐵液運至鑄鐵機注入鐵模內，以冷水噴灑冷卻，鑄成塊狀的生鐵。圖五-7為近代新式的鑄鐵機。

高爐之渣亦經另外之渣流道流至渣坑（Slag pit），灑水造成塊狀渣，或以高壓水柱急速噴激冷卻而成較細的粒狀渣。爐渣壓碎後可供填土，鋪路或作為水泥之摻合料。如以高壓力的蒸汽或空氣處理熔融之爐渣，使凝成細長纖維狀的結晶，更可作為絕熱的隔熱材料。

至於高爐操作時由爐頂排氣管排出之氣體，一般稱為爐頂氣（Top gas），其主要成分由高爐中未完全反應之一氧化碳氣體（CO gas）與生成的二氧化碳氣體（CO2 gas）及熱風中不起反應的氮氣（N2gas）所組成。其排放量甚大，一般每生產一噸熔鐵，由爐頂排出之氣體與鼓入高爐中之風量有直接的關系，體積約有2000立方米。爐頂氣含塵量很高，塵埃之組成主要為細粉狀的鐵礦（Fine ore）、石灰石以及細的焦炭粒（Coke breeze）等等。對於一日產生鐵量3000噸級的高爐而言，每日由爐頂氣排出的塵埃就有70公噸左右，用大卡車來運也得運上十幾趟。由此可以想像得到如此高的塵量如不加處理利用，一定會造成極大的原料損失以及嚴重的污染問題，而且對爐頂氣的再利用極有妨礙。因此爐頂氣須在最經濟的原則下，盡量除去其所含塵埃。一般高爐工廠皆多採用除塵器連合次級氣體清凈設備（Secondary gas-cleaning）以處理此項爐頂氣體。處理過的清凈爐頂氣其含塵量一般可低至0.01g/nm3以下。又由於爐頂氣尚具有相當高的熱值量約在800kcal/Nm3左右，可供再燃燒生熱。一貫作業鋼鐵廠通常收回此項氣體作為加熱熱風爐及鍋爐之用。

Ⅳ 高爐制銑之基本原理及爐內反應

制煉生鐵之基本原理，就是設法將鐵礦石中氧化鐵的氧還原除去，使成為激離狀的金屬鐵。利用高鐵煉制生鐵，就是藉爐內赤熱的焦炭及其發生的CO氣體作為還原劑在各種濃度，壓力與溫度下與氧化鐵進行還原反應。

下面為簡明起見以圖五-8表示，高爐內上升氣體與下降物料間所起之最主要的變化。當然實際上高爐內的反應並非如此簡單，下面我們將就高爐內之重要反應大略地分別區域，進一步加以說明：

（1）燃燒帶（Combustion zone）

在鼓風口前部，熱風吹入後立刻與赤熱之焦炭先發生燃燒反應：

C+O2=CO2+94.3kcal (放熱反應)

生成的CO2氣體立即與其周圍多量的焦炭再反應而生成CO氣體：

C+CO2=2CO－41.1kcal (吸熱反應)

因此主要的燃燒帶反應可總合上兩式而為：

2C+O2=2CO+53.2kcal

加入爐中之焦炭大約有85％以上是在各鼓風口前燃燒生成CO氣體，火焰溫度的理論值可達2000℃以上，為整個高爐中溫度最高區。吹入熱風中的N2氣體在爐內並不起反應，被加熱後隨著CO氣體上升，而熱風中之水分與焦炭亦起下述反應，分解而放出H2氣體，為吸熱之反應：

C+H2O=CO+H2－31.38kcal
（2）熔融帶（Smelting zone）

於高爐爐腹部分，除焦炭外，其它加入料全部都開始熔融。此區之溫度高約在1350℃～2000℃，各種直接還原反應皆發生於此處。由於已發原之鐵吸入C,Si,Mn,S,P等元素，熔點降低，生成熔鐵液，滴下集聚於爐床，渣亦開始生成，此區之主要反應式為：

FeO＋C→Fe＋CO（固體C素之直接還原）

3FeO+5CO→Fe3C+4CO2

Fe＋MnO＋C→Fe－Mn＋CO

FeS＋CaO＋C→CaS＋Fe＋CO

SiO2+2C+Fe→Fe－Si+2CO

3CaO.P2O5+3SiO2+5C+6Fe→3(CaO.SiO2)+5CO+2Fe3P

CaO+Al2O3+SiO2→硅酸監(Silicate)

（3）下部還原區（Lower zone of rection）

在爐胸下部，爐腰等部分，由爐腹上升之爐腹氣（Bosh gas）迅速與下落之鐵礦石起間接與直接的還原反應，將氧化鐵還原為固態之海綿鐵（Spongiron）。石灰石亦快速進行分解，生成CaO而於此處之下部開始與鐵礦石中之脈石結合。本區之溫度約可達900℃以上，主要之反應式為：

（4）上部還原區（Upper zone of rection）

在爐胸上部以上至加料線部分，亦可稱為預熱及預還原區域。高爐之加入料首先被預熱至200～300℃，水分與結晶水被蒸發排出，鐵礦石漸次下降而與上升之CO氣體起間接之還原。主要反應式如下：

3Fe2O3+CO→2Fe3O4+CO2

Fe2O3+CO→2FeO+CO2

Fe3O4+CO→3FeO+CO2

2CO→C+CO2

以上之分區只為供方便說明而已，實際上高爐內有很多反應並不只限發生於某一區，受操作情況各項因素之影響而變化。高爐內情況詳細的討論，因涉及熱力學與反應動力學的問題，為免置於繁雜，在此從簡不作介紹。

Ⅴ 高爐的大型化與設計上的變遷

鋼鐵工業為一種資本密集的工業。一座鋼鐵廠其生產容量（Capacity）愈大，成本愈低。以高爐為例，爐的內容積愈大，其每噸生鐵生產費用愈低。

由於鹼性氧氣轉爐煉鋼法（B.O.F or LDProcess）的廣泛採用，及世界鋼鐵需要量的急增，熔鐵液的需求大為增加1960年全世界粗鋼產量為3.41億噸，但到1970年10年之間產量倍增，已達到5.95億噸；1971年又增為6.32億噸。據預測在本世紀末轉入下一世紀之際，世界粗鋼產量，依保守的估計也將達15億噸以上。要維持此項鋼產量所須的生鐵量就須在10億噸左右，因此最近新設立的高爐，生產規模，顯著增大，設備趨於大型化。少量的生產已不符經濟亦不足應急。近年各國爐床內徑10米以上的高爐紛紛出現，目前世界上各國以日本為鋼鐵廠大型化的先驅者，其擁有之大型高爐數目較多。

高爐的大型化已為無可避免的趨勢。不過在此還要加以說明的，就是爐內容積，爐床內徑的增大，與爐高之間的關系並不是相對於原比例增高。高爐內容積之高度與爐徑之比，我們可以由圖五-9看出，有日漸減小的趨向。

此項改變主要是由於高爐操作技術的改進，原料處理的改善及求達到更佳的爐內還原情況所致。

Ⅵ 高爐制銑的新技術

由於富礦（指含Fe％高之鐵礦石）及良好的冶金焦炭不易以低廉價格獲得，而生鐵的要求日益龐大，所以在基於需求增加，減少焦炭消耗，以降低成本的原則下，鋼鐵工程人員不斷的研究，高爐制銑技術近年來已有重大的進步。高爐效率大為提高。茲就較重要者，簡介其原理及發展情形如下：

（1）原料處理的強化

此部分在上一章「鋼鐵的原料」（註：科學月刊第期四卷第十期」，已有詳細的介紹。在此所要特別指出的就是加入料對高爐之影響及其趨勢。

高爐之加入料，其粒度大小，強度與還原性都直接影響到高爐內原料之分布，透氣性及操作情況。一般採用於高爐加入料之粒度大約為：鐵礦石8～30mm，燒結料5～75mm，焦炭15～90mm，粒度愈一致愈好。為求爐內分布之均勻與透氣性之良好, 近年已有逐漸減少其范圍之趨勢，如鐵礦石，日本多已改用10～25mm，焦炭也改變為22～65mm，燒結料的配合率也大為增加。近代各國多已採用自熔性燒結料（Self-flux sinter），使大部分應加入高爐的石灰石在燒結機（Sintering machine），燒結過程中燒成為石灰（lime CaO），而減少直接加入高爐之CaCO3量，因石灰石在爐內分解為吸熱反應增加焦炭之消耗。目前配合率一般已可達70％以上，視燒結料之鹽基度（Basicity）而定。除燒結料外，亦有配用團礦料（Pellet）者，且有增加之趨勢。

（2）高溫鼓風（High temperature of blast）

增加鼓入高爐中空氣的溫度，可以減少焦炭的消耗，增加生鐵產量。其原理甚為簡單。因為加熱空氣，空氣的顯熱（Sensible heat）增高，於鼓入高爐後，利用空氣中之顯熱可以取代一部分由焦炭燃燒所發生之熱量，亦即減少爐中碳（Carbon）之消耗量。自1817年J.B. Neilson首先採用熱風以來，至1955年熱風溫度已升高到500～800℃。近年大型高爐更多將用熱風溫度1000℃以上；更配合水蒸汽的添加，輔助燃料的噴入，以求大量節省高爐焦炭的用量。（3）調濕鼓風（Moisture addition for blast）

由於鼓風的溫度近年已有相當程度的提高，因此在鼓入高爐中的熱風中添加較多量的水蒸汽已成為可能。

當熱風鼓入高爐後，熱風中之水分，在鼓風口附近高溫區，急速被周圍的焦炭所還原而分解，為一吸熱反應。就此而言，焦炭的消耗量增高，但生成多量的還原性氣體CO及H2；尤其是H2氣體在高溫時為比CO氣體更強之還原劑，能使鐵礦石之還原加速，高爐的生產能力增加。故就整個高爐而言，每噸生鐵所消耗的焦炭量反而可以減低，單位時間的生鐵產量增加。當然為了補償鼓風中水分在鼓風口前的分解吸熱，送風的溫度也應對應提高。

一般鼓風中的水蒸汽添加量大約在20~35g/Nm3之間。

（4）氧氣富化鼓風（Oxygen enrichment）

氧氣富化鼓風於二次大戰之後迅速發展。由於氧氣煉鋼方法的發展，導至氧氣生產的大量化，伴隨氧氣價格的下降。空氣中原含有約79％的N2氣體，21％O2氣體，而事實上鼓入高爐熱風中真正發生化學反應的只是氧氣。如增加氧氣在熱風中的比例，則在同一氣體發生量下CO氣體濃度大，一氧化碳還原效率增加。雖然在單位時間內，焦炭比例增加，但就總結果而言，因生產率提高，單位生鐵所須之焦炭反稍可減低。根據日本高爐實際操作報告，熱風中，氧氣富化率每增加1％，產量約平均可增加4.8％。至於目前高爐操作氧氣富化的添加量大約在2％以下。

（5）輔助燃料的噴入（Injection of Auxiliary fuel）

高爐熱風溫度的提升，及冶金焦炭的缺乏，導致高爐中噴入輔助燃料技術的發展。理論上在高爐鼓風時，於鼓風口附設一噴管（Injecting lance）將含氫的輔助燃料伴隨熱風一起吹入高爐燃燒帶中反應生成大量的還原性氣體CO+H2可節省焦炭之消耗。目前世界各國所採用的輔助燃料大都為重油，煤焦油、天然氣、煉焦爐氣（Coke-oven gas）、粉煤（Pulverized coal）等。一般多採用重油噴入，通常每噴入一公斤的油，大約可節省1.0～1.6公斤的焦炭，視操作條件及噴入量多寡而不同。理論上最大的噴油量，對每生產一噸生鐵而言約為300公斤左右。也就是說，所有鼓入高爐中的熱風中的氧氣全部只用來氣化燃油生成CO及H2。但事實上在高爐操作中，此為不可能達到的，因燃油噴入在燃燒帶造成強吸熱現象，噴入量過多，爐內溫度大降，此時反將耗用更多的焦炭來維持高爐熔解區必需之溫度。今日世界上各新式高爐燃油噴入量，通常亦僅在20～80公斤/噸生鐵之間。

（6）高頂壓操作（High top pressure operation）

所謂高頂壓操作就是提升高爐頂部逸出的爐頂氣的壓力。因高爐內由下部上升的氣體受爐內加入料之阻力，壓力逐漸下降，壓力下降差的高低隨氣體速率之增加而增高。提高爐頂氣的壓力，亦即使爐內氣體流速減緩，密度因之加大，氣體在爐內滯留的時間較長，分布亦較均勻。同時由於壓力之改變使氣體與礦石間反應平衡常數改變，造成爐內氣體的利用率（指間接還原的增加，氣體與加入料間熱傳導良好，而使耗焦率降低，增加生鐵之產量。

二次大戰前一般高爐操作爐頂氣壓大約在0.1公斤/平方厘米，以後漸提高至0.7公斤/平方厘米。以高爐制銑技術較進步的日本為例，新建的高爐，爐頂氣壓多在1.0公斤/平方厘米以上。近年更有所謂超高頂壓操作（Supper top pressure operation）出現，如日本室蘭（Muroran）4號高爐（1969年6月建立），名古屋（Nagoya）3號高爐（1969年5月建立），其爐頂壓更高達2.0公斤/平方厘米及2.5公斤/平方厘米。今後此氣壓尚有再增高的趨勢，不過此項爐頂壓力之提高須配合爐頂裝料設備的構造，材質及高爐爐壁冷卻系統的改善，才能達到。

3.其它生鐵煉制的方法

歷來生鐵的大量制煉，絕大部分採用高爐法，亦有受其它條件影響，因地制宜，而採用別的方法煉制生鐵。下面我們就介紹二種比較常被採用的方法：

（1）電氣還原爐煉制生鐵

使用電力作為熱源煉制生鐵，起源於1889年E. Stassano在高溫鼓風口安裝電極以加速鐵礦石之熔融還原。以後漸漸改良，至1920年TyslandHole型電氣還原爐（Electric ruction furnace或稱為電銑爐）出現，才造成了煉制生鐵用電爐的大革新。電氣還原爐通常用來生產較特殊的合金鐵或生鐵。

電氣還原爐之結構如圖四-10，有點像煉鋼用的電弧爐（Electric-arc furnace）。

電氣還原爐之爐頂部有開口供連續加料用。如煉制生鐵加入爐中之主要原料為粉礦（ore）、焦粉（Coke breeze）、或煤、石灰石。此爐之操作原理為利用電能轉變為熱能，使爐中鐵礦石的氧化鐵在高溫下被焦炭或煤中的碳直接還原為鐵，及生成CO氣體，而由爐頂下側逸出，如連續加入原料，礦石的還原與熔解亦連續於爐床內進行。鐵液與渣則由爐床下側流出。有關電氣還原爐制煉生鐵時爐內狀況可參考圖五-11。

此種電爐煉鐵的最大利益在（Ⅰ）可使用較低品質的原料，尤其是可使用未經焦化（Non-coking）的煙煤或無煙煤作為還原劑，（Ⅱ）生成的生鐵液含硫量較低，（Ⅲ）爐氣有甚高的熱值（Calorificvalue）可再供利用。

電氣還原爐一般所用者多日常生鐵100噸左右，最大者也不過200噸而已；與高爐日產生鐵數千，一萬噸相比之下，生產性及生產規模都顯得太少，而且耗用電力亦高。大約每生產一噸生鐵需要2000～2500瓦度的電力，因此在特殊情況下採用此法來煉鐵。

（2）Krupp-Renn直接還原製造海綿鐵法

自1911年E. Sieurin首次以Höganäs法，生產海綿鐵（Spongeiron）以來，直接還原法（Directrection process）遂大為盛行，但迄今其發展，在工業化經濟性的觀點上，尚無法與高爐煉制生鐵的主流相抗衡。

直接還原法煉制海綿生鐵所根據的理論為，當小顆粒狀、乾燥的純氧化鐵（Fe2O3或Fe3O4）存在於多量的還原劑中時，在低於其熔點（Melting point）的溫度下反應，將被直接還原為多孔質、固態海綿狀的鐵。此項產物一般稱作為海綿鐵，含有部分的渣；冷卻壓碎後，以磁性選礦的方法可以將渣與還原鐵分離，作為煉鋼之原料。下面我們就介紹一種較常見的直接還原製造海綿生鐵的Krupp-Renn法。

此種Krupp-Renn法之操作，為將粒度小於10mm的鐵礦石，與粉煤、焦粒等燃料及還原劑混合後裝入於回轉爐窯（Rotary kiln）。此轉窯略呈傾斜，在其末端（Discharge end）以粉煤，燃料油與過量的空氣混合吹入回轉窯中燃燒加熱。此爐最高溫度約1250℃，此溫度足以使鐵礦石中之脈石（Gange主要為SiO2）改變為粘性非常高的高硅渣（High silica slag），但不足以使由鐵礦石被還原所得的海綿鐵。熔融還原鐵形成圓粒狀（冶金學名稱為Luppen）與糊狀的半熔融渣相混而結合。由爐中取出後使其急速冷卻，再壓碎，最後用磁選法可將Luppen與渣分離；其含鐵量高，約在94～97％之間。

Krupp-Renn法之設備簡圖及爐內各部主要反應如圖五-12所示。

4.結語

未來煉制生鐵方法的展望

本篇的介紹，特別著重於高爐制煉生鐵方法的說明。主要是因為傳統性的高爐加上鹼性氧氣煉鋼這條路仍是今日世界各主要鋼鐵生產國生產鋼鐵的主流。

至於新的直接還原煉鐵法，有人預測即將可能成為未來鋼鐵冶煉的新路線，造成另一種新的主流。他們所根據的論點為，高爐目前所佔的優勢，現在正受到用以煉焦的焦性煤（Coking coal）供應不足，冶金焦炭日漸短缺，富礦缺乏，以及鋼鐵需求量不斷的增加等因素影響。未來煉鋼的方法，可能就必須要採取能處理固態加料的方式，如此將來可能發展以「直接還原法接續以傳統性電弧爐煉鋼法」，使固態鐵直接煉成鋼，進而與傳統上一貫作業鋼鐵廠以「高爐加鹼性氧氣轉爐」的路線相競爭。

根據圖五-13，從鋼鐵冶煉過程的觀點上來看，由鐵礦石煉鐵再提煉成鋼，直接還原法加電爐法，就理論上來講是比較有利的。不過目前直接還原法制生鐵要與高爐法制生鐵相競爭，仍是障礙重重；除了每噸生鐵產量的投資費用上和操作費用上難與高爐制生鐵相比外，電力的供應，電價的高低也將直接影響到採用直接還原煉體加電爐煉鋼路線的發展。

當然直接還原制鐵法的研究不會停滯不前，將來總會發展出一種較目前更能符合工業化經濟性生產的方法來。不過近年來高爐制生鐵的技術也有重大的進步，也因此才能使過去20年中發展出來的其它由鐵礦煉制生鐵的方法尚無法與高爐法相比。

因此我們可以相信，未來十數年之中，生鐵的制煉，仍將以高爐法為主。

C. 鐵的用途.性質的對應關系.

1.鐵Fe，原子序數26，相對原子質量55.847。鐵有多種同素異形體。鐵是比較活潑的金屬，在金屬活動順序表裡排在氫的前面。常溫時，鐵在乾燥的空氣里不易與氧、硫、氯等非金屬單質起反應，在高溫時，則劇烈反應。鐵在氧氣中燃燒，生成Fe3O4，赤熱的鐵和水蒸氣起反應也生成Fe3O4。鐵易溶於稀的無機酸和濃鹽酸中，生成二價鐵鹽，並放出氫氣。在常溫下遇濃硫酸或濃硝酸時，表面生成一層氧化物保護膜，使鐵「鈍化」，故可用鐵製品盛裝濃硫酸或濃硝酸。鐵是一變價元素，常見價態為+2和+3。鐵與硫、硫酸銅溶液、鹽酸、稀硫酸等反應時失去兩個電子，成為+2價。與Cl2、Br2、硝酸及熱濃硫酸反應，則被氧化成Fe3+。鐵與氧氣或水蒸氣反應生成的Fe3O4，可以看成是FeO·Fe2O3，其中有1／3的Fe為+2價，另2/3為+3價。鐵的+3價化合物較為穩定。
2. 鐵的化學性質之二
鐵的電子構型為(Ar)3d64s2，氧化態有0、+2、+3、+4、+5、+6。鐵的化學性質活潑，為強還原劑，在室溫條件下可緩慢地從水中置換出氫，在500℃以上反應速率增高：
3Fe+4H2O→Fe3O4+4H2
鐵在乾燥空氣中很難與氧發生作用，但在潮濕空氣中很易腐蝕，若含有酸性氣或鹵素蒸氣時，腐蝕更快。鐵可從溶液中還原金、鉑、銀、汞、鉍、錫、鎳或銅等離子，如：
CuSO4+Fe→FeSO4+Cu
鐵溶於非氧化性的酸如鹽酸和稀硫酸中，形成二價鐵離子並放出氫氣；在冷的稀硝酸中則形成二價鐵離子和硝酸銨：
Fe+H2SO4→FeSO4+H2↑
4Fe+10HNO3→4Fe(NO3)2+NH4NO3+3H2O
鐵溶於熱的或較濃的硝酸中，生成硝酸鐵並釋放出氮的氧化物。在濃硝酸或冷的濃硫酸中，鐵的表面形成一層氧化薄膜而被鈍化。鐵與氯在加熱時反應劇烈。鐵也能與硫、磷、硅、碳直接化合。鐵與氮不能直接化合，但與氨作用，形成氮化鐵Fe2N。
鐵的最重要的氧化態是+2和+3。二價鐵離子呈淡綠色，在鹼性溶液中易被氧化成三價鐵離子。三價鐵離子的顏色隨水解程度的增大而由黃色經橙色變到棕色。二價和三價鐵均易與無機或有機配位體形成穩定的配位化合物
3.化合物 主要有兩大類：亞鐵Fe（Ⅱ)和正鐵Fe（Ⅲ）化合物，亞鐵化合物有氧化亞鐵、氯化亞鐵、硫酸亞鐵、氫氧化亞鐵等；正鐵化合物有三氧化二鐵、三氯化鐵、硫酸鐵、氫氧化鐵等。
4.元素描述：
是一種光亮的銀白色金屬。密度7.86克/厘米3。熔點1535℃，沸點2750℃。常見化合價+2和+3，有好的延展性和導熱性。也能導電。純鐵既能磁化，又可去磁，且均很迅速。電離能為7.870電子伏特。化學性質比較活潑，是一種良好的還原劑。若有雜質，在潮濕的空氣中易銹蝕；在有酸氣或鹵素蒸氣存在的濕空氣中生銹更快。易溶於稀酸。在濃硝酸中能被鈍化。加熱時均能同鹵素、硫、硅、碳、磷等化合。除生成+2和+3價氧化物外，還有復合氧化物Fe3O4（是磁性氧化物）生成。鐵是工業部門不可缺少的一種金屬。
5.元素用途：
它的最大用途是用於煉鋼；也大量用來製造鑄鐵和煅鐵。鐵和其化合物還用作磁鐵、染料（墨水、藍曬圖紙、胭脂顏料）和磨料（紅鐵粉）。還原鐵粉大量用於冶金。
元素輔助資料：

D. 鋼和鐵由於含碳量不同而硬度不同嗎

鋼和鐵看上去似乎差不多，但它們的「性格」卻有較大的區別。鐵有生鐵和熟鐵之分。生鐵不但堅硬，而且很脆。它既不怕鍛打，又不怕軋壓。要想把它製成金屬物品，先得把它熔化成鐵水，然後倒進模子里來鑄造。如鐵爐、水管、機器底座、炒菜用的鐵鍋等的製作就是用的這種辦法。因此人們把生鐵也叫做鑄鐵。而熟鐵則韌而不脆，人們常用鍛打或拉拔等方法，製成各種各樣的物品，如鋤頭、鐵絲、鐵鉤等。熟鐵又叫鍛鐵。鋼既有生鐵和熟鐵的優點——硬而韌，又有良好的延展性，可以鑄造、鍛打、軋壓、拉拔、沖壓，變成各種各樣的物品。

造成鋼和鐵這種差別的原因就是它們的含碳量不同。生鐵合碳量最多，約為2～4.2%，而且還含硅、硫、磷等雜質，所以就顯得硬而脆。熟鐵含碳量最少，在0.03%以下，所以就顯得韌。鋼的含碳量介於生鐵和熟鐵之間，大約在0.03～2%之間，因此就顯得既硬又韌，富有延展性。

［我還想知道］

鈦的特點是耐腐蝕性比不銹鋼還高，且比重小(只有4.5)，強度高(比鐵高1.5倍)。在飛機中用鈦螺栓代替鋼螺栓，可以使每架戰斗機中的發動機重量減少大約100千克，使機身的總重量減少1噸，這可以大大提高戰斗機的作戰性能。

水銀是一種熱敏材料。而各種類型的敏感材料都是些對電、光、聲、磁、熱、氣的變化很靈敏的材料。因此敏感材料有電敏、光敏、磁敏、熱敏、氣敏、濕敏材料等許多類型。

E. 鐵的化合物四氧化三鐵就是磁鐵礦,是早期司南的材料。那鐵最早是出自哪個朝代

在我國，從戰國時期到東漢初年，鐵器的使用開始普遍起來，成為了我國最主要的金屬。鐵的化合物四氧化三鐵就是磁鐵礦，是早期司南的材料。

人類最早發現鐵是從天空落下的隕石，隕石含鐵的百分比很高（鐵隕石中含鐵90.85%），是鐵和鎳、鈷的混合物。考古學家曾經在古墳墓中，發現隕鐵製成的小斧。

早在古埃及4000年前的第五王朝至第六王朝的金字塔所藏的宗教經文中，就記述了當時太陽神等重要神像的寶座是用鐵製成的。鐵在當時被認為是帶有神秘性的的最珍貴的金屬，埃及人乾脆把鐵叫做「天石"。在古希臘文中，「星」與「鐵」是同一個詞。

有鐵制物件最早發現於公元前3500年的古埃及。它們包含7.5%的鎳，表明它們來自流星。古代小亞細亞半島（也就是現今的土耳其）的赫梯人，是第一個從鐵礦石中熔煉鐵的，約公元前1500年這種新的，堅硬的金屬給了他們經濟和政治上的力量。

鐵器時代開始了。某些種類的鐵明顯優於其它的，依賴於它的碳含量，盡管這並不被賞識。某些鐵礦石包含釩，生產出叫做大馬士革的鋼，很適合制劍。

(5)碳鐵之戰4小說閱讀擴展閱讀：

1978年，在北京平谷縣劉河村發掘一座商代陵墓，出土許多青銅器，最引人注目的是一件古代鐵刃銅鉞，經鑒定鐵刃是由隕鐵鍛制的，這不僅表明中國最早發現的鐵也來自隕石。

也說明我國勞動人3300多年前就認識鐵並熟悉了鐵的鍛造性能，識別了鐵和青銅在性質上的差別，並且把鐵用於鍛接銅兵器，以加強銅的尖利性。

由於隕石來源極其稀少，從隕石中得來的鐵對生產沒有太大作用，隨著青銅技術的成熟，鐵的冶煉技術才逐步發展。我國最早人工冶煉的鐵是在春秋戰國之交的時期出現的，距離今大約2500年。

我國煉鋼技術發展也很早，1978年，湖南省博物館長沙鐵路車站建設工程文物發掘隊從一座古墓出土一口鋼劍，從古墓隨葬器的器型，紋飾以及墓葬的形制斷定是春秋晚期的墓葬。這口劍所用的鋼經分析是含碳量0.5%左右的中碳鋼，金相組織比較均勻，說明可能還進行過熱處理。

F. 木炭怎麼做的

木炭的製作方法：

一種是窯燒法，也就是用泥土築成窯，裡面裝滿木頭，然後點火燃燒，使木材在窯內炭化，揮發物逸出。另一種是干餾法，即將木材置於干餾窯中，在隔絕空氣的條件下加熱分解出木炭，此為木材幹餾。

木炭是木材或木質原料經過不完全燃燒，或者在隔絕空氣的條件下熱解，所殘留的深褐色或黑色多孔固體燃料。

其實無論採用什麼生產工藝，木炭都是通過加熱的方式將木頭中的氣體和液體揮發出去的產物。剩下的物質就是木頭的固體可燃物部分，因此才能在燃燒時只發熱而不冒煙。

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木炭主要分為白炭、黑炭、活性炭、機制炭等四大類。白炭主要以硬闊葉材中的殼斗科、榆科樹木為原料，優點是燃燒時間長、不冒煙、無污染，但受潮容易發爆、價格昂貴。黑炭主要以軟闊葉薪炭材為主，優點是易點燃，缺點是易發爆、不耐燒、燃燒時有煙等。

活性炭可以說是木炭的深加工，種類也有很多，按照原料的不同可以分為植物原料炭、煤質炭、石油質炭、骨炭等。活性炭有發達的孔隙結構，有很大的總表面積和吸附能力，不會溶於水和其他溶劑，具有物理和化學上的穩定性。

機制炭以木屑為原料，主要把木屑經過高溫高壓成形最後送入炭化爐炭化而成。整個生產過程不需要添加任何的添加劑，相對而言比較環保。它的特點主要是燃燒時間長、熱值高、不冒煙、環保等，所以受到了各大燒烤店的青睞。

G. 4.查找有關資料了解以下科技術語得意思「高新技術、光學顯微鏡、納米塗層、碳

高新技術是指那些對一個國家或一個地區的政治、經濟和軍事等各方面的進步產生深遠的影響，並能形成產業的先進技術群。主要特點:高智力、高收益、高戰略、高群落、高滲透、高投資、高競爭、高風險
光學顯微鏡(英文Optical Microscope，簡寫OM)是利用光學原理，把人眼所不能分辨的微小物體放大成像，以供人們提取微細結構信息的光學儀器。
納米塗層指納米無毒塗層的先進工藝，科技含量高的納米塗層技術。這種高科技納米塗層不僅無毒無害，還可以緩慢釋放出一種物質，降解室內甲醛、二甲苯等有害物質
碳是一種非金屬元素，位於元素周期表的第二周期IVA族。拉丁語為Carbonium，意為"煤，木炭"。碳是一種很常見的元素，它以多種形式廣泛存在於大氣和地殼和生物之中。碳單質很早就被人認識和利用，碳的一系列化合物--有機物更是生命的根本。碳是生鐵、熟鐵和鋼的成分之一。 碳能在化學上自我結合而形成大量化合物，在生物上和商業上是重要的分子。生物體內絕大多數分子都含有碳元素。