早期高炉使用木炭或煤作燃料,18世纪改用焦炭,19世纪中叶改冷风为热风(见冶金史)。20世纪初高炉使用煤气内燃机式和蒸汽涡轮式鼓风机后,高炉炼铁得到迅速发展。20世纪初美国的大型高炉日产生铁量达 450吨,焦比1000公斤/吨生铁左右。70年代初,日本建成4197立方米高炉,日产生铁超过1万吨,燃料比低于 500公斤/吨生铁。中国在清朝末年开始发展现代钢铁工业。1890年开始筹建汉阳铁厂,1号高炉(248立方米,日产铁100吨)于1894年5月投产。1908年组成包括大冶铁矿和萍乡煤矿的汉冶萍公司。1980年,中国高炉总容积约8万立方米,其中1000立方米以上的26座。1980年全国产铁3802万吨,居世界第四位。
世界上第一个用石墨坩埚炼钢法炼钢的人,是怎么练出高质量的钢的?
石磨坩埚炼钢法:在石墨黏土坩埚中熔化金属料成为钢水的方法。1742年英国人洪兹曼将渗碳铁料切成小块置于封闭的黏土坩埚中,在坩埚外面加热,铁料继续吸收石墨中的碳而熔化成为高碳钢水,浇铸成小锭后锻打成所需的形状。
英国人亨茨曼发明坩埚炼钢法,在欧洲历史上第一次炼得了液态钢水,这一发明的关键是制造出一种可耐1600℃高温的耐火料,以制作坩埚。从此,各种优质钢如工具钢均采用坩埚法冶炼。
一,石磨坩埚炼钢法化学原理
钢在坩埚中熔化时,石墨碳还能起还原剂作用,发生以下还原反应:
C+FeO=CO+Fe
2C+SiO2=2CO+Si
钢中氧可以去除,各种夹杂物也能从液态钢中上浮去除,所以钢(工具钢)的质量优于当时的各种金属材料,可用来制造加工金属材料的工具。坩埚法是人类历史上第一种生产液态钢的方法。
二:使用方法
1,铁矿变化:
把铁矿持续加热时间从24到48小时不等,当温度从1000摄氏度升到1200摄氏度,矿石会转变成多孔的铁质,并留在坩埚之底部坩埚在封闭状态下,来自燃烧的炭和叶一同熔化在铁质内。竹含氧化矽多可助溶化,在此过程中铁不会达到其熔点,通过固体扩散过程,碳被吸收,持续长时间的铸造,紧接着慢慢冷却到800摄氏度,约12至24个小时。这些大的晶体事实上是大马士革钢花纹或水纹的主要成份。渗碳体或碳化晶体非常坚硬,抗酸性强,当钢被抛光后会呈现出带白色或银色。与此形成对比的珠光体由粘结金属组成,经腐蚀成黑色,这说明为什么会产生不同的颜色。
2,脱碳热处理:
待冷却后把坩埚从火中移开,并将其打破,取出半球形的钢锭。将它放在铁砧上进行锤打,作硬度试验。经正常铸造的钢锭很硬,经锤打后也不会有凹痕。故需用特别含有铁锉屑或粉末状铁矿石之粘土混合物覆盖,从而强化钢锭的脱碳。把钢锭重新加热到火红色约700摄氏度至900摄氏度后,再通过锤打作硬度试验。重复此热处理过程,直到金属过到足够的软度以便锻造。
3,钢锭锻炼:
将钢锭的温度慢慢降低,并控制在700摄氏度至900摄氏度之间。经过钢锭的锻炼碳分逐渐减少,从原来的2.2%或更高降低至1.8%,即从白铸铁状态到碳钢,此过程亦可称为退火和球状处理,钢条变得有可展性和有轫性。
从以上我们炼钢过程我们可以看出,铁矿经过炼制,热处理,锻炼等工艺,最终形成高质量的钢。