生铁-化工原料-中文百科全书

物质简介

炼钢生铁裏的碳主要以碳化铁的形态存在，其断面呈白色，通常又叫白口铁。这种生铁性能坚硬而脆，一般都用做炼钢的原料。

铸造生铁中的碳以片状的石墨形态存在，它的断口为灰色，通常又叫灰口铁。由于石墨质软，具有润滑作用，因而铸造生铁具有良好的切削、耐磨和铸造性能。但它的抗位强度不够，故不能锻轧，只能用于製造各种铸件，如铸造各种机床床座、铁管等。

球墨铸铁裏的碳以球形石墨的形态存在，其机械性能远胜于灰口铁而接近于钢，它具有优良的铸造、切削加工和耐磨性能，有一定的弹性，广泛用于製造曲轴、齿轮、活塞等高级铸件以及多种机械零件。此外还有含硅、锰、镍或其它元素量特别高的生铁，叫合金生铁，如硅铁、锰铁等，常用做炼钢的原料。在炼钢时加入某些合金生铁，可以改善钢的性能。

物质分类

生铁是含碳量2.11%-6.67%并含有非铁杂质较多的铁碳合金。生铁的杂质元素主要是硅、硫、锰、磷等。生铁质硬而脆，缺乏韧性，几乎没有塑性变形能力，因此不能通过锻造、轧製、拉拔等方法加工成形。但含硅高的生铁（灰口铁）的铸造及切削性能良好。生铁是高炉产品，按其用途可分为炼钢生铁和铸造生铁两大类。习惯上把炼钢生铁叫做生铁，把铸造生铁简称为铸铁。铸造生铁通过锻化、变质、球化等方法可以改变其内部结构，改善并提高其机械性能，因此，铸造生铁又可分为白口铸铁、灰口铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁和特种铸铁等品种。

生铁也可分为普通生铁和合金生铁，前者包括炼钢生铁和铸造生铁，，后者主要是锰铁和硅铁。合金生铁作为炼钢的辅助材料，如脱氧剂、合金元素增加剂。普通生铁佔高炉冶炼产品的98%以上，而炼钢铁又佔中国目前普通生铁的80%以上，随着工业化水準的提高，这个比例还将逐渐增加。

从广义的角度讲，铁还分为化学纯铁（含C几乎为零），工业纯铁（含C小于0.05%），以及海绵铁、粒铁等。但它们皆非高炉冶铁产品，而且用途也各异。当铁中含C在0.03%-1.2%範围时则为钢，含C1.2%-2.5%的铁缺乏实用性，一般不进行工业生产。

工艺流程

生铁的冶炼虽原理相同，但由于方法不同、冶炼设备不同，所以工艺流程也不同。下面分别简单予以介绍。高炉生产是连续进行的。一代高炉（从开炉到大修停炉为一代）能连续生产几年到十几年。生产时，从炉顶（一般炉顶是由料种与料斗组成，现代化高炉是锺阀炉顶和无料锺炉顶）不断地装入铁矿石、焦炭、熔剂，从高炉下部的风口吹进热风，喷入油、煤或天然气等燃料。装入高炉中的铁矿石，主要是铁和氧的化合物。

在高温下，焦炭中和喷吹物中的碳及碳燃烧生成的一氧化碳将铁矿石中的氧夺取出来，得到铁，这个过程叫做还原。铁矿石通过还原反应炼出生铁，铁水从出铁口放出。铁矿石中的脉石、焦炭及喷吹物中的灰分与加入炉内的石灰石等熔剂结合生成炉渣，从出铁口和出渣口分别排出。煤气从炉顶导出，经除尘后，作为工业用煤气。现代化高炉还可以利用炉顶的高压，用导出的部分煤气发电。

高炉内的还原气体产生于风口前的燃料燃烧，这一过程产生了两大运动流：一个是上升的热煤气流，一个是下降的炉料流（铁矿石、焦炭、熔剂等）。高炉内的一切反应均发生于煤气和炉料的相向运动和相互作用之中。它包括炉料的加热、蒸发、挥发和分解；铁及其它元素的还原；炉料中非铁氧化物的熔化、造渣和生铁的脱硫；铁的渗碳及生铁的形成；炉料和煤气之间的热交换等等，是一系列物理化学反应过程的总和。

化学成分

生铁中除铁外，还含有碳、硅、锰、磷和硫等元素。这些元素对生铁的性能均有一定的影响。

碳（C）：在生铁中以两种形态存在，一种是游离碳（石墨），主要存在于铸造生铁中，另一种是化合碳（碳化铁），主要存在于炼钢生铁中，碳化铁硬而脆，塑性低，含量适当可提高生铁的强度和硬度，含量过多，则使生铁难于削切加工，这就是炼钢生铁切削性能差的原因。石墨很软，强度低，存在能增加生铁的铸造性能。

硅（Si）：能促使生铁中所含的碳分离为石墨状，能去氧，还能减少铸件的气眼，能提高熔化生铁的流动性，降低铸件的收缩量，但含硅过多，也会使生铁变硬变脆。

锰（Mn）：能溶于铁素体和渗碳体。在高炉炼製生铁时，含锰量适当，可提高生铁的铸造性能和削切性能，在高炉裏锰还可以和有害杂质硫形成硫化锰，进入炉渣。

磷（P）：属于有害元素，但磷可使铁水的流动性增加，这是因为硫减低了生铁熔点，所以在有的製品内往往含磷量较高。然而磷的存在又使铁增加硬脆性，优良的生铁含磷量应少，有时为了要增加流动性，含磷量可达1.2%。

硫（S）：在生铁中是有害元素，它促使铁与碳的结合，使铁硬脆，并与铁化合成低熔点的硫化铁，使生铁产生热脆性和减低铁液的流动性，顾含硫高的生铁不适于铸造细件。铸造生铁中硫的含量规定最多不得超过0.06%（车轮生铁除外）。

物质区别

钢系由生铁再炼而行，有较高的机械强度和韧性，还具有耐热、耐腐蚀、耐磨等特殊性能

铁与钢的区别

铁在自然界中蕴藏量极为丰富，佔地壳元素含量的5％，居地球物质中的第四位。铁元素很活泼，容易与其它物质结合。习惯上常说的钢铁是对钢和铁的总称。钢和铁是有区别的，所谓钢铁，主要由两个元素构成，即铁和碳，一般碳和元素铁形成化合物，叫铁碳合金。含碳量多少对钢铁的性质影响极大，含碳量增加到一定程度后就会引起质的变化。由铁原子构成的物质叫纯铁，纯铁杂质很少。含碳量多少是区别钢铁的主要标準。生铁含碳量大于2.0％；钢含碳量小于2.0％。生铁含碳量高，硬而脆，几乎没有塑性。钢不仅有良好塑性，而且钢製品具有强度高、韧性好、耐高温、耐腐蚀、易加工、抗沖击、易提炼等优良物化套用性能，因此被广泛利用。生铁与熟铁的区别

生铁一般指含碳量在2~4.3%的铁的合金。又称铸铁。生铁裏除含碳外，还含有硅、锰及少量的硫、磷等，它可铸不可锻。根据生铁裏碳存在形态的不同，又可分为炼钢生铁、铸造生铁和球墨铸铁等几种。炼钢生铁裏的碳主要以碳化铁的形态存在，其断面呈白色，通常又叫白口铁。这种生铁性能坚硬而脆，一般都用做炼钢的原料。铸造生铁中的碳以片状的石墨形态存在，它的断口为灰色，通常又叫灰口铁。

由于石墨质软，具有润滑作用，因而铸造生铁具有良好的切削、耐磨和铸造性能。但它的抗位强度不够，故不能锻轧，只能用于製造各种铸件，如铸造各种机床床座、铁管等。球墨铸铁裏的碳以球形石墨的形态存在，其机械性能远胜于灰口铁而接近于钢，它具有优良的铸造、切削加工和耐磨性能，有一定的弹性，广泛用于製造曲轴、齿轮、活塞等高级铸件以及多种机械零件。此外还有含硅、锰、镍或其它元素量特别高的生铁，叫合金生铁，如硅铁、锰铁等，常用做炼钢的原料。在炼钢时加入某些合金生铁，可以改善钢的性能。

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2%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。

反应原理：Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2

物质分析

X射线荧光光谱法在高炉生铁快速分析中的套用

摘要：探讨了X射线荧光分析用生铁样品的製备方法，并实验套用Simultix11型X射线荧光光谱仪对生铁进行炉前快速分析。与化学法相比，X射线荧光光谱法具有製样简单、分析速度快、结果準确等优点，分析Si、Mn、P、S、Ti的时间可由30min缩短到10min。莱芜钢铁集团有限公司炼铁质检站（简称莱钢炼铁质检站）炉前生铁的化学成分分析，以前採用化学分析法。尽管经多年的改进，炉前生铁的高速分析仍有一定局限性，其快速、準确、稳定的特点由于人为因素而受到製约。1995年8月，莱钢炼铁质检站引进了一台Simultix 11型X射线荧光光谱仪，为生铁的快速分析提供了新方法。通过对炉前生铁取製样的探索及工作曲线的製作，经生产科研验证，实现了炉前分析仪器化。与化学法相比，分析Si、Mn、P、S、Ti的时间由30min缩减到10min。实践证明，仪器分析，製样简单、分析速度快、结果準确。

X射线荧光光谱法的现场分析特点

X射线荧光光谱分析是表面分析，分析面是φ30mm圆片，元素分析线的出射深度是不足0.1mm的表面层。为确保準确性，要求生铁样品成分均匀，无偏析，表面光洁度好。

试样的採集与製备过程

生铁中非金属元素 C、Si、P、S 等含量高，在试样採集时易偏析[2]。碳在铁碳合金中以石墨或化合碳形式存在。石墨碳是影响碳及其它元素偏析的主要原因。若有更多的石墨碳转化为化合碳，则可大量减少偏析现象。硅和碳是促进碳石墨化的元素，硅高碳易石墨化；硅低碳易形成化合碳。炼钢生铁一般硅低硫高（Si≤1.25%、S≥0.070%），属白口生铁。另外，冷却快慢对偏析现象影响很大，採取急冷措施可促使碳形成化合物，减少偏析。为此，总结铁水在凝固过程中的规律，採用热导率高的钢铁铸模，浇铸小尺寸试样（32mm×50mm）。

工作中发现，铁水浇铸到铸模的瞬间，铁水温度由大约1400℃迅速降至700℃左右，同时铸模由室温升至几百度，这样使成型后的铁块冷却速度变缓。为进一步强化急冷效果，参考了标準样品製备工艺中的经验，即铁水成型后在红热状态下脱模，投入到冷水中或置于空气中冷却，这样做急冷效果更好。

试样浇铸完成并冷却后，用切割机切割，取其下部流水冷却，用砂轮片打磨分析面。打磨好的样块应纹理清晰、平整、光洁。打磨时，过热的样块套用流水冷却，以防局部过热，导致结构发生变化。工作时，砂轮片应及时更换，以防由于砂轮片粒度变化太大，造成偏差。

生铁 - 2012年1-7月中国生铁产量统计资料 统计资料显示2012年1-7月中国生铁产量为391324843吨。

时间省市产品 7月产量（吨） 1-7月产量（吨）

1-7月全国生铁 56319070.9 391324843

1-7月天津市生铁 1673122 11466073

1-7月河北省生铁 14012521.76 101343072.9

1-7月山西省生铁 3543857.5 23909070.32

1-7月内蒙古生铁 1281301.75 7781831.34

1-7月辽宁省生铁 4381015.18 31213653.87

1-7月吉林省生铁 934131.35 6086522.18

1-7月黑龙江省生铁 626834.7 4117395.63