煉鐵方法主要有高爐法、直接還原法、熔煉還原法等，其原理是還原生鐵是通過礦石在特定氣氛（還原性物質(zhì)Co、H2、C；適當(dāng)?shù)臏囟鹊龋┲邪l(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)得到的。 .)。生鐵除少部分用于鑄造外，絕大部分用作煉鋼原料。

高爐煉鐵是現(xiàn)代煉鐵的主要方法，是鋼鐵生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。由于技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)好、工藝簡單、生產(chǎn)能力大、勞動生產(chǎn)率高、能耗低，高爐工藝生產(chǎn)的鐵占世界鐵總產(chǎn)量的95%以上。

高爐煉鐵示意圖

高爐類似于圓柱形爐，外面覆蓋著鋼板，內(nèi)壁襯有耐火磚。整個爐子建在一個很深的混凝土基礎(chǔ)上。

在高爐生產(chǎn)過程中，從爐頂裝入鐵礦石、焦炭和造渣助熔劑（石灰石），沿爐周向位于爐膛下部的風(fēng)口吹入預(yù)熱空氣。在高溫下，焦炭中的碳燃燒產(chǎn)生的一氧化碳和氫氣以及吹入空氣中的氧氣，在爐內(nèi)上升過程中將鐵礦石中的氧氣去除，從而獲得鐵。鐵水從出鐵口排出。

鐵礦石中的非還原性雜質(zhì)與石灰石等熔劑結(jié)合形成渣，從渣口排出。產(chǎn)生的氣體從爐頂排出，經(jīng)除塵后用作熱風(fēng)爐、加熱爐、焦?fàn)t和鍋爐的燃料。

原材料：鐵礦石、溶劑、燃料

 鐵礦

自然采出的礦石在化學(xué)成分、物理狀態(tài)等方面難以滿足高爐冶煉的要求。必須經(jīng)過破碎、篩分、選礦、壓塊、混合等工藝處理，才能供應(yīng)品位高、成分均勻、粒度均勻的高爐。

冶金工業(yè)常用的鐵礦石有四種。

礦物類型	主要成分	鐵的理論含量	自然含鐵量
赤鐵礦	Fe2O3	70%	50%~60%
磁鐵礦	Fe3O4	72.4%	40%~70%
褐鐵礦	2Fe2O3·3H2O	59.8%	37%~55%
菱鐵礦	FeCo3	48.2%	低

溶劑

礦石中的脈石和燃料中的灰分含有一些熔點較高的化合物（如SiO2的熔點為1625℃，Al2O3的熔點為2050℃）。它們在高爐的冶煉溫度下不能熔化成液體，因此不能很好地與鐵水分離。同時，爐子的操作也很困難。

添加熔劑的目的是與這些高熔點化合物形成低熔點熔渣，從而在高爐冶煉溫度下完全液化，并保持相當(dāng)?shù)牧鲃有?，從而達(dá)到與金屬良好分離的目的，保證生鐵的質(zhì)量。

按助焊劑的性質(zhì)可分為堿性助焊劑和酸性助焊劑。使用哪種助熔劑取決于礦石中脈石和燃料中灰分的特性。由于天然礦石中的大多數(shù)脈石是酸性的，而焦炭的灰分是酸性的，因此通常使用堿性熔劑，例如石灰石。酸性助焊劑很少使用。

汽油

高爐冶煉所需熱量主要依靠燃料的燃燒。同時，燃料在燃燒過程中還起到還原劑的作用，所以燃料是高爐冶煉的主要原料之一。常用的燃料主要是焦炭、無煙煤和半焦。

物理化學(xué)過程：高溫還原反應(yīng)+造渣反應(yīng)

高爐冶煉的目的是從鐵礦石中還原鐵，去除雜質(zhì)。在整個冶煉過程中，最重要的是還原鐵和造渣反應(yīng)。

此外，它還伴隨著一系列其他復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)，如水分和揮發(fā)物的蒸發(fā)、碳酸鹽的分解、鐵的碳化和熔化、其他元素的還原等，只有在一定的溫度。因此，冶煉過程也需要燃料燃燒作為必要條件。

燃料燃燒

C＋O2→CO2

負(fù)擔(dān)分解

水分的蒸發(fā)和結(jié)晶水的分解；消除揮發(fā)物；碳酸鹽的分解。

高爐還原反應(yīng)

鐵的還原

在高爐中，鐵不是由高價氧化物直接還原，而是通過從高價氧化物還原為低價氧化物，再由低價氧化物還原為鐵的過程：Fe2O3→Fe3O4→FeO→Fe

鐵的還原主要依靠一氧化碳?xì)怏w和固體碳作為還原劑。一氧化碳的還原通常稱為間接還原，固體碳的還原稱為直接還原。

間接還原的總反應(yīng)為 3fe2o3 + 9co → 6fe + 9co2

直接還原的總反應(yīng)為 3fe2o3 + C → 2fe3o4 + Co

鐵的碳化

從礦石中還原出來的鐵是固體海綿狀，其含碳量很低，通常小于1%。由于鈷在較低溫度下分解，而分解出來的C具有很強的活性，與鐵接觸時，易形成鐵碳合金。

因此，固體海綿鐵在較低溫度（400℃～600℃）開始滲碳?；瘜W(xué)反應(yīng)如下：2CO+3Fe→Fe3C+CO2或3Fe（液體）+C（固體）→Fe3C

造渣工藝

造渣是將礦石中的脈石和燃料中的灰分與熔劑結(jié)合并從高爐中清除的過程。高爐造渣有兩種

用普通酸性礦石冶煉時，熔劑以石灰石的形式裝入高爐，熔劑中的曹不能與礦石中的酸性氧化物緊密接觸。因此，最初形成的熔渣主要是由SiO2、Al2O3和一部分還原的FeO形成的fe2sio4。由于渣中FeO的存在，使渣的熔點降低，渣具有良好的流動性。在落下的過程中（也是溫度上升的過程），渣中所含的FeO逐漸減少和流失，而Cao的含量增加，最終最終的渣流入爐膛。

用自熔礦冶煉時，由于礦石中 Cao 較多，能與酸性 SiO2 接觸良好，因此 Cao 在冶煉開始時立即參與造渣反應(yīng)，特別是用自熔燒結(jié)礦冶煉時，Cao 與SiO2、Al2O3等早在燒結(jié)過程中就已經(jīng)存在，所以這類礦石的初生渣中CaO含量較高，渣成分在減渣過程中也變化不大。

高爐產(chǎn)品

高爐冶煉的主要產(chǎn)品是生鐵和鐵合金，副產(chǎn)品是爐渣、煤氣和爐塵。

生鐵

生鐵是含碳2%以上的鐵碳合金，還含有Si、Mn、s、P等雜質(zhì)。

生鐵按用途和成分可分為兩大類。一是煉鋼生鐵：生鐵中的碳以化合物的形式存在，截面呈銀白色，又稱白口鐵；另一種是鑄造生鐵：直接用來制造機器零件。

鐵合金

鐵和任何一種金屬或非金屬合金都稱為鐵合金（有些也稱為合金生鐵）。鐵合金的種類很多，如硅鐵、錳鐵、鉻鐵、鉬鐵、鎢鐵等。

爐渣、氣體和粉塵

爐渣、煤氣和粉塵是高爐的副產(chǎn)品。它們以前被當(dāng)作廢物丟棄，但現(xiàn)在它們被廣泛用于建筑材料。