生铁

炼钢生铁里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。但它的抗拉强度不够，故不能锻轧，只能用于制造各种铸件，如铸造各种机床床座、铁管等。

球墨铸铁里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，广泛用于制造曲轴、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。

生铁是含碳量大于2.11%的铁碳合金，工业生铁含碳量一般 在2.11%--4.3%，并含C、Si、Mn、S、P 等元素是用铁矿石经高炉冶炼的产品。根据生铁里碳存在形态的不同，又可分为炼钢生铁、铸造生铁。

生铁性能：生铁坚硬、耐磨、铸造性好，但生铁脆，不能锻压。

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，它的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。在高炉炼制生铁时，含锰量适当，可提高生铁的铸造性能和削切性能，在高炉里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，这是因为磷减低了生铁熔点，所以在有的制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，故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）。

(1)、碳和硅元素是强烈的石墨化元素，含碳越高，析出的石墨越高，而硅又是强烈促进石墨化的元素，并且与铁原子结合力强，碳以石墨形式存在，碳与硅含量的调整可以使金属铸件内部金属组织改变，阳极组装浇注要求浇注的磷生铁环的强度，硬度适中为佳。

(2)、磷元素在磷生铁中顾名思义是阳极组装浇注中的关键元素，由于阳极组装浇注采用间断性方式，要求铁水的流动性较好，磷元素存在可以降低铁水的粘度，磷与铁二元素相结合所形成的晶体熔点温度为1050摄氏度，可知明显提高铁水的流动性硬度大，脆性强，易碎等。磷含量过大可导致磷生铁环的冷脆性增大，使浇注后的铁环产生裂纹，严重者导致脱落等状况。因此，既要保证磷元素足够的含量，使铁水有良好的流动性，又要使磷生铁环产生断纹，磷生铁中磷的适宜含量应控制在0.6-1.5%之间。

(3)、硫元素：硫是公认的有害性元素，也是在金属物质中存在的元素，由于硫在熔融铁水中无限溶解，而在固体铁中溶解度很小，因此，当含硫的铁水冷凝时要生成硫化铁，这种低熔点的晶体即铁锈，在这种晶粒间聚集使铸铁物产生裂纹断裂，同时硫的存在还阻碍了石墨化过程，能增大铁环的收缩性。

(4)、锰元素：在磷生铁中使溶解在铁水中的硫元素生成硫化锰MnS，硫化锰MnS的溶解度比硫化铁FeS在铁水中溶解度小，这样保证了向不熔物质(渣)硫向转移，由热力学分析可知，锰Mn与硫S化学亲和力远远大于铁Fe与硫S的化学亲和力(例如，人们都知道生铁表面的铁锈比锰铁表面的铁锈表现极为明显，但并不一定生铁里面的硫含量高于铁里面硫的含量)正如铁水在锰Mn与硫S将产生化学反应Mn S—MnS可知浮于渣中的硫化锰MnS，通过捞渣即可消除，同时锰元素在磷生铁化学成分范围内可以形成稳定的西化珠光体能使磷生铁环的强度、硬度适中。

(5)、磷生铁与磷生铁环在使用过程中各元素的变化。

磷生铁与磷生铁环各元素在1300°C的高温下各元素烧损量不同，碳和硅元素烧损量一般在0.4—0.7%，磷和锰元素一般在0.1—0.3%，硫元素的变化不定，如果控制除硫办法，就能把硫元素控制在范围内，否则起相反作用，硫上升标准超限，就会造成不良因素。

生铁是含碳量2.11%-6.69%并含有非铁杂质较多的铁碳合金。可以通过降低碳含量来炼成钢。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、轧制、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、合金元素添加剂。普通生铁占高炉冶炼产品的98%以上，而炼钢铁又占中国普通生铁的80%以上，随着工业化水平的提高，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0.0218%），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%范围时则为钢，含C1.2%-2.5%的铁缺乏实用性，一般不进行工业生产。

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（一般炉顶是由料钟与料斗组成，现代化高炉是钟阀炉顶和无料钟炉顶）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粉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。

磷生铁使用过程中循环周期后的磷生铁环，前三周期的磷生铁环在使用过程中可直接投入使用，不增添任何物质元素;循环三遍后的磷生铁环，根据每炉化学分析各元素的含量后再进行调整，使各元素保持在规定的指标范围内;若干次后的使用也能使磷生铁环保持正常状态，在每次高温熔化过程中，各元素都有新的变化，同时可根据各元素变化的多少来调控新磷生铁和磷生铁环的投炉循环使用比例，可根据磷生铁环各元素的含量来配比与投放新磷生铁的比例。比如：2：8、3：7、4：6、5：5或8：2、7：3、6：4……这样既能保证铁水有较好的流动性又能保证磷生铁各元素有较理想的指标，还能对企业起到节能降耗的作用。

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

铁在自然界中蕴藏量极为丰富，占地壳元素含量的5%，居地球物质中的第四位。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准。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，而且钢制品具有强度高、韧性好、耐高温、耐腐蚀、易加工、抗冲击、易提炼等优良物化应用性能，因此被广泛利用。

生铁熟铁

生铁一般指含碳量在2~6.69%的铁的合金。又称铸铁。生铁里除含碳外，还含有硅、锰及少量的硫、磷等，它可铸不可锻。根据生铁里碳存在形态的不同，又可分为炼钢生铁、铸造生铁和球墨铸铁等几种。

一般含碳量小于0.0218%的叫熟铁或纯铁，含量在0.0218-2.11%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

生铁、熟铁的主要区别在于含碳量上，含碳量超过 2% 的铁，叫生铁;含碳量低于 0.04% 的铁，叫熟铁。

生铁是一种含碳量大于 2.11% 的铁碳合金。工业生铁的含碳量一般在 2.5%~4% 之间，并含有 Si 、Mu 、S 、P 等元素，是用铁矿石经高炉冶炼的产品。生铁主要有如下两类。

(1)炼钢生铁 含硅量较低，一般不大于 1.75% 。是平炉、转炉炼钢的主要原料，在生铁产量中占 80%~90% 。炼钢生铁硬而脆，铁和碳处于化合状态，以渗碳体( Fe3C )形式存在，其断口呈银白色，所以也叫作白口铁。轧辊、梨铧铁等都是白口铁。

(2)铸造生铁 含硅量很大，一般为 1.25%~3.6% 。由于熔点低、流动性好，常用来铸造各种铸件，故也叫铸铁。铸造生铁中的碳以石墨形式存在，其断口呈灰色，性软，易切削加工，所以也叫作灰铸铁。如床身、箱体、管道、管件及各种连接件等都是由铸造生铁制作。

熟铁又名纯铁，是含碳量低于 0.04% 的铁碳合金，含铁约 99.9% ，杂质总含量约 0.1 %。纯铁的用途主要是作为电工材料，具有高的磁导率，可用于各种铁芯。纯铁还用作高级合金钢的原料。纯铁很少用作结构材料，这是由于它质地柔软，强度不高;另一方面，纯铁要求碳、磷、硫等杂质元素含量很低，其冶炼难度较大，制造成本远大于生铁和钢。