钢铁是怎么炼成的要详细过程

自然界中铁的蕴藏量极为丰富，占地壳元素含量的5%，居地球物质中的第四位。炼铁过程实质上就是将从自然形态--矿石等含铁化合物还原出来的过程。炼铁生产设备是高炉。高炉生产所得的冶炼产品是生铁，副产品是炉渣、煤气和炉尘。
　　铁是怎样从高炉里炼出来的?
　　简单的说就是：输料系统把烧结矿（由烧结厂烧成的）、焦碳、石灰石等原料输入到高炉顶的布料系统，由布料系统均匀的按一定比例布入炉内。热风系统将风吹进高炉，焦碳燃烧形成一定的高温（1150--1200度）化学气氛，烧结矿中铁的氧化物在这种温度和环境下发生还原反应。矿石中的氧一部分形成二氧化碳，一部分变成一氧化碳，还有一些杂质气体被高温排走，进入除尘净化系统和高炉燃气回收系统，无用的二氧化碳被排走，一氧化碳被回收再利用。矿石中的铁被还原后在高温下行成液态铁水。铁水又叫生铁。生铁可分三类：一类是供炼钢用的钢铁（硅SI含量小于1.25%）；一类是供浇铸机件和工具的铸造铁（硅含量大于1.25%）；还有一类是铁合金（主要是锰铁和硅铁）。
　　钢又是怎样炼成的呢?
　　炼钢实质上是将铁水（生铁）加温并添加不同的元素，通过吹氧等手段，使铁的含碳量降低到0.2-1.7%的冶炼过程。可炼出多种不同质地的钢。如加锰，就炼出锰钢；加镍、铬、钛就炼出不易生锈的钢。
　　铁和钢的区别：铁分为生铁和熟铁。熟铁、钢和生铁都是铁碳合金，以碳的含量多少来区别。一般含碳量小于0.2%的叫熟铁或纯铁，含量在0.2-1.7%的叫钢，含量在1.7%以上的叫生铁。熟铁软，塑性好，容易变形，强度和硬度均较低，用途不广；生铁含碳很多，硬而脆，几乎没有塑性；钢具有生铁和熟铁两种优点，为人类广泛利用。

早期的炼铁是将铁矿石和木炭一层夹一层地放在炼炉中，在650－1000℃和上焙烧利用木炭的不完全燃烧产生的一氧化碳使铁矿石中的氧化铁还原成铁。由于炼炉中温度偏低，不能使熔点为1535℃的铁熔化，所以得不到液态的铁。人们等炼铁成功后冷却炼炉，取出铁块， 这种炼铁方法叫块炼铁。用这种方法炼得铁质地疏松，还夹杂着许多来臬矿石的氧化物和经。在实践中人们发现如果把这种铁，加热到一定温度下经这反复锻打，就可把夹杂的氧化物挤出去，此时铁的机械性能就得到了改善。

在反复锻打铁块的基础上，古人又找出块炼铁渗碳成钢的经验，这种钢地就是最早的钢。它是为改变块炼铁的性能而要用木炭作燃料，加热块炼铁并锻打，这样少量的碳会从铁的表面渗进去。西汉时，为提高块炼铁渗碳钢的质量，人们都增加了锻打的次数，由十次，三十次，五十次增至近百次从而得到所谓的“百炼钢”。由此也产生了“百炼成钢”这一成语，它用来比喻久经锻炼，变得非常坚强，成为优秀人物。

春秋战国钢铁的冶炼
　　春秋时代是我国由奴隶社会向封建社会转变的阶段。促成这一社会变革的物质因素，是社会生产力的发展。

　　劳动工具是社会生产力发展的重要标志。铁制工具的广泛使用，促进了我国由奴隶制向封建制的过渡。商代用陨铁制作了铁刃铜钺，说明对铁的性质和锻打嵌铸的技术已经有了一定的认识和掌握，但当时尚不知人工炼铁。

　　春秋时期，铁器已经在农业、手工业生产中使用。农业生产中使用铁锄、铁斧等。铁器坚硬、锋利，胜过木石和青铜工具。晋国用铁铸刑鼎，铸鼎的铁是作为军赋向民间征收的，可见晋国民间铁已不少。在江苏六合县程桥、湖南长沙龙洞坡等地出土了春秋时的铁器。战国初或稍早已发明铸铁技术，这是我国劳动人民对冶金技术的重大贡献，比外国早一千八百年左右。河北兴隆县寿王坟出土了大量战国时的铁范，其中有较复杂的复合范和双型腔，还采用了难度较大的金属型芯，反映了当时的铸造工艺已有较高水平。战国时发明的用柔化退火制造可锻铸件的技术和多管鼓风技术是冶金技术的重要成就，比欧洲早二千年左右。战国时还掌握了块炼铁固态渗碳制钢的方法和淬火技术。

　　块炼铁的方法也就是“固体还原法”。由于块炼铁是铁矿石在较低温度下从固体状态被木炭还原的产物，所以质地疏松，还夹杂有许多来自矿石的氧化物，例如氧化亚铁和硅酸盐。这种块炼铁在一定温度下若经过反复锻打，便可将夹杂的氧化物挤出去，机械性能就改善了。从江苏六合县程桥东周墓出土的铁条，就是块炼铁的产品。春秋末期和战国初期的一些锻造铁器也是以块炼铁为材料。

　　在反复锻打块炼铁的实践中，人们又总结出块炼铁渗碳成钢的经验。从河北易县武阳台村的燕下都遗址44号墓中曾出土79件铁器，经分析鉴定，它们的大部分都是由块炼钢锻成的，这证明至迟在战国后期块炼渗碳钢的技术已在应用，块炼铁质柔不坚，块炼钢虽经渗碳处理，变得较坚硬，但在生产上仍嫌不足。人们在生产实践中又摸索出块炼钢的淬火工艺，这就进一步提高了块炼钢的机械性能。上述燕下都出土的锻钢件，大部份是经过淬火处理的，这又表明在当时，人们对淬火工艺也较熟悉了。

　　生铁的冶铸工艺，在原料、燃料上与块炼法基本一样。它们之间主要的差别在冶炼温度的不同。块炼法的炉温大约在1000(C左右，离纯铁的熔点（1534(C）相差很远，而生铁冶炼时，炉温达到了1100-1200(C。在冶炼中，被还原生成的固态铁会吸收碳，这种吸收随着温度的升高，速度就会加快。

　　另一方面吸收碳后，铁的熔点随之降低，当含碳量达到2.0%时，熔点降至1380(C；当含碳量达到4.3%时，熔点为最低，仅1146(C。在这种条件下，炉温就可使铁熔化，从而得到了液态的生铁。液态生铁就可以直接浇铸成器，冶铸过程简化了，就使铁器的生产有了大发展的可能。

　　江苏六合程桥东周墓出土的铁丸，洛阳出土的公元前五世纪的铁锛、铁铲都是生铁器物，这证明在块炼法的同时，我国已出现生铁冶铸工艺。生铁与块炼铁同时发展，是我国古代钢铁冶金技术发展的独特途径。世界上许多其他国家，从块炼铁发展到生铁，大约经历了上千年的时间。就拿欧洲一些国家来说，虽很早已有块炼铁，但出现生铁则在公元十三世纪末和十四世纪初。

　　生铁的生产效率高，铸造性能又较好，这为广泛使用铁器提供方便。在冶炼生铁的初期，由于温度还不够高，硅含量也较低，致使生铁中的碳在冷却凝固时不能成为石墨状态，而成为碳化三铁（Fe3C），与奥氏体状态的铁在1146(C共晶。因此，炼出的生铁性脆而硬，铸造性能虽好，但强度不够，这种生铁，人们称它为白口铁，它只能铸造某些农具。从河北兴隆燕国矿冶遗址出土的大批锄、范等，就是由白口铁铸成的。

　　为了克服白口铁的脆性，在战国早期，人们就创造了白口铸铁柔化处理技术。所谓柔化处理就是将白口铸铁长时间加热，使碳化铁分解为铁和石墨，消除了大块的渗碳体，这对减少脆性、提高韧性可以起良好的作用。处理后的白口铁就变成了展性铸铁。长沙出土的战国铁铲，辉县出土的战国中期铁带钩，易县燕下都出土的战国晚期铁镢、锄等，都是属于这种展性铸铁。本回答被网友采纳

炼钢
　　liàngāng
　　[steel making; steel smelting] 制造钢的过程或业务
　　炼钢工艺过程
　　造渣：调整钢、铁生产中熔渣成分、碱度和粘度及其反应能力的操作。目的是通过渣——金属反应炼出具有所要求成分和温度的金属。例如氧气顶吹转炉造渣和吹氧操作是为了生成有足够流动性和碱度的熔渣，以便把硫、磷降到计划钢种的上限以下，并使吹氧时喷溅和溢渣的量减至最小。
　　出渣：电弧炉炼钢时根据不同冶炼条件和目的在冶炼过程中所采取的放渣或扒渣操作。如用单渣法冶炼时，氧化末期须扒氧化渣；用双渣法造还原渣时，原来的氧化渣必须彻底放出，以防回磷等。
　　熔池搅拌：向金属熔池供应能量，使金属液和熔渣产生运动，以改善冶金反应的动力学条件。熔池搅拌可藉助于气体、机械、电磁感应等方法来实现。
　　电炉底吹：通过置于炉底的喷嘴将N2、Ar、CO2、CO、CH4、O2等气体根据工艺要求吹入炉内熔池以达到加速熔化，促进冶金反应过程的目的。采用底吹工艺可缩短冶炼时间，降低电耗，改善脱磷、脱硫操作，提高钢中残锰量，提高金属和合金收得率。并能使钢水成分、温度更均匀，从而改善钢质量，降低成本，提高生产率。
　　熔化期：炼钢的熔化期主要是对平炉和电炉炼钢而言。电弧炉炼钢从通电开始到炉料全部熔清为止、平炉炼钢从兑完铁水到炉料全部化完为止都称熔化期。熔化期的任务是尽快将炉料熔化及升温，并造好熔化期的炉渣。
　　氧化期和脱炭期：普通功率电弧炉炼钢的氧化期，通常指炉料溶清、取样分析到扒完氧化渣这一工艺阶段。也有认为是从吹氧或加矿脱碳开始的。氧化期的主要任务是氧化钢液中的碳、磷；去除气体及夹杂物；使钢液均匀加热升温。脱碳是氧化期的一项重要操作工艺。为了保证钢的纯净度，要求脱碳量大于0.2％左右。随着炉外精炼技术的发展，电弧炉的氧化精炼大多移到钢包或精炼炉中进行。
　　精炼期：炼钢过程通过造渣和其他方法把对钢的质量有害的一些元素和化合物，经化学反应选入气相或排、浮入渣中，使之从钢液中排除的工艺操作期。
　　还原期：普通功率电弧炉炼钢操作中，通常把氧化末期扒渣完毕到出钢这段时间称为还原期。其主要任务是造还原渣进行扩散、脱氧、脱硫、控制化学成分和调整温度。目前高功率和超功率电弧炉炼钢操作已取消还原期。
　　炉外精炼：将炼钢炉（转炉、电炉等）中初炼过的钢液移到另一个容器中进行精炼的炼钢过程，也叫二次冶金。炼钢过程因此分为初炼和精炼两步进行。初炼：炉料在氧化性气氛的炉内进行熔化、脱磷、脱碳和主合金化。精炼：将初炼的钢液在真空、惰性气体或还原性气氛的容器中进行脱气、脱氧、脱硫，去除夹杂物和进行成分微调等。将炼钢分两步进行的好处是：可提高钢的质量，缩短冶炼时间，简化工艺过程并降低生产成本。炉外精炼的种类很多，大致可分为常压下炉外精炼和真空下炉外精炼两类。按处理方式的不同，又可分为钢包处理型炉外精炼及钢包精炼型炉外精炼等。
　　钢液搅拌：炉外精炼过程中对钢液进行的搅拌。它使钢液成分和温度均匀化，并能促进冶金反应。多数冶金反应过程是相界面反应，反应物和生成物的扩散速度是这些反应的限制性环节。钢液在静止状态下，其冶金反应速度很慢，如电炉中静止的钢液脱硫需30～60分钟；而在炉精炼中采取搅拌钢液的办法脱硫只需3～5分钟。钢液在静止状态下，夹杂物*上浮除去，排除速度较慢；搅拌钢液时，夹杂物的除去速度按指数规律递增，并与搅拌强度、类型和夹杂物的特性、浓度有关。
　　钢包喂丝：通过喂丝机向钢包内喂入用铁皮包裹的脱氧、脱硫及微调成分的粉剂，如Ca-Si粉、或直接喂入铝线、碳线等对钢水进行深脱硫、钙处理以及微调钢中碳和铝等成分的方法。它还具有清洁钢水、改善非金属夹杂物形态的功能。
　　钢包处理：钢包处理型炉外精炼的简称。其特点是精炼时间短（约10～30分钟），精炼任务单一，没有补偿钢水温度降低的加热装置，工艺操作简单，设备投资少。它有钢水脱气、脱硫、成分控制和改变夹杂物形态等装置。如真空循环脱气法（RH、DH），钢包真空吹氩法（Gazid），钢包喷粉处理法（IJ、TN、SL）等均属此类。
　　钢包精炼：钢包精炼型炉外精炼的简称。其特点是比钢包处理的精炼时间长（约60～180分钟），具有多种精炼功能，有补偿钢水温度降低的加热装置，适于各类高合金钢和特殊性能钢种（如超纯钢种）的精炼。真空吹氧脱碳法（VOD）、真空电弧加热脱气法（VAD）、钢包精炼法（ASEA-SKF）、封闭式吹氩成分微调法（CAS）等，均属此类；与此类似的还有氩氧脱碳法（AOD）。
　　惰性气体处理：向钢液中吹入惰性气体，这种气体本身不参与冶金反应，但从钢水中上升的每个小气泡都相当于一个“小真空室”（气泡中H2、N2、CO的分压接近于零），具有“气洗”作用。炉外精炼法生产不锈钢的原理，就是应用不同的CO分压下碳铬和温度之间的平衡关系。用惰性气体加氧进行精炼脱碳，可以降低碳氧反应中CO分压，在较低温度的条件下，碳含量降低而铬不被氧化。
　　预合金化：向钢液加入一种或几种合金元素，使其达到成品钢成分规格要求的操作过程称为合金化。多数情况下脱氧和合金化是同时进行的，加入钢中的脱氧剂一部分消耗于钢的脱氧，转化为脱氧产物排出；另一部则为钢水所吸收，起合金化作用。在脱氧操作未全部完成前，与脱氧剂同时加入的合金被钢水吸收所起到的合金化作用称为预合金化。
　　成分控制：保证成品钢成分全部符合标准要求的操作。成分控制贯穿于从配料到出钢的各个环节，但重点是合金化时对合金元素成分的控制。对优质钢往往要求把成分精确地控制在一个狭窄的范围内；一般在不影响钢性能的前提下，按中、下限控制。
　　增硅：吹炼终点时，钢液中含硅量极低。为达到各钢号对硅含量的要求，必须以合金料形式加入一定量的硅。它除了用作脱氧剂消耗部分外，还使钢液中的硅增加。增硅量要经过准确计算，不可超过吹炼钢种所允许的范围。
　　终点控制：氧气转炉炼钢吹炼终点（吹氧结束）时使金属的化学成分和温度同时达到计划钢种出钢要求而进行的控制。终点控制有增碳法和拉碳法两种方法。
　　出钢：钢液的温度和成分达到所炼钢种的规定要求时将钢水放出的操作。出钢时要注意防止熔渣流入钢包。用于调整钢水温度、成分和脱氧用的添加剂在出钢过程中加入钢包或出钢流中。

钢铁是怎样炼成的