铁处理

铁处理这是一种冶炼工艺，把矿石变成可以制成产品的形式。这篇文章还讨论了铁的开采和它的冶炼准备。

铁(Fe)是相对致密的金属具有银白色外观和独特的磁性能。它构成百分之五的重量地球的它是继氧、硅和铝之后第四丰富的元素铝．它在1538°C(2800°F)的温度下融化。

铁是同素异的，也就是说，它以不同的形式存在。它的晶体结构是以身体为中心的立方(bcc)还是以面部为中心的立方(fcc)，取决于温度。在这两种晶体学修饰中，基本构型都是一个四角有铁原子的立方体。在bcc修饰中，每个立方体的中心有一个额外的原子，在fcc中，每个面的中心有一个额外的原子。在室温下，纯铁具有称为α -铁氧体的bcc结构;这一直持续到温度上升到912°C(1674°F)，当它转变成一种fcc排列称为奥氏体．随着进一步加热，奥氏体仍然存在，直到温度达到1394°C(2541°F)，此时bcc结构重新出现。这种形式的铁被称为铁素体，直到熔点是达到了。

纯金属是可塑的可以很容易地通过锤击成型，但除了专门的电气应用，它很少使用而不添加其他元素来改善其性能。它主要以铁的形式出现碳合金如钢，含碳量在0.003到2%之间(大多数在0.01到1.2%之间)，和铸铁含有2%到4%的碳。在典型钢的碳含量方面，碳化铁(Fe_3.C)，也称为渗碳体，是形成的;这就导致了珠光体，在显微镜下可以看到由备用条状的α -铁氧体和渗碳体。渗碳体比铁氧体更硬、更强，但延展性要差得多，因此，碳含量的不同会导致机械性能的巨大差异。在铸铁典型的较高碳含量时，碳可能以渗碳体或石墨的形式分离出来，这取决于制造条件。同样，得到了广泛的性质。铁碳合金的这种多功能性导致了它们在工程上的广泛应用，并解释了为什么铁是迄今为止所有工业金属中最重要的金属。

历史

有证据表明，在3000年前，陨石被用作铁的来源公元前但从矿石中提取这种金属的历史可以追溯到2000年左右公元前．生产似乎已经开始在铜产区安纳托利亚而且波斯，凡用铁化合物作为助熔剂，可能意外地导致金属铁积聚在底部铜冶炼炉炼铁技术成熟后，有两种熔炉开始使用。碗状炉是通过在地面上挖一个小洞，然后安排风箱中的空气通过管道或风口引入来建造的。Stone-built竖炉另一方面，他们依靠自然通风，尽管他们有时也使用风口。在这两种情况下，冶炼都涉及到创造一个红热木炭床，其中加入了混合了更多木炭的铁矿石。化学减少但是，由于原始的熔炉无法达到高于1150°C(2100°F)的温度，正常的产品是一种被称为a的固体金属块布鲁姆．这颗陨石可能重达5公斤(11磅)，几乎由纯铁组成，其中一些被包裹渣还有一些木炭。铁的制造工件然后需要进行成型操作，包括在火中加热金属，并将炽热的金属锤击成所需的物体。用这种方法制成的铁被称为铁艺．有时似乎使用了太多的木炭，而熔点较低且可以铸造成简单形状的铁碳合金是在无意中制造出来的。它的应用铸铁皆因其脆性有限，而在早期铁器时代似乎只有中国人利用了它。在其他地方，熟铁是首选材料。

尽管罗马人建造了带坑的熔炉，可以将炉渣倒入其中，但直到中世纪的次了。到15世纪，许多花店使用低轴炉水的力量为了驱动风箱，可能重达100多公斤的花从轴的顶部被抽出。这种花束的最终版本炉是加泰罗尼亚的打造它在西班牙一直保存到19世纪。另一种设计，高布卢姆里炉，有一个更高的轴，并发展到3米(10英尺)高Stuckofen这种方法产生的花斑非常大，必须通过炉前的一个开口取出。

的高炉15世纪在欧洲出现，当时人们意识到铸铁可以用来制造具有良好保压性能的连体枪，但它的引入是受中国的影响还是独立发展，目前尚不清楚。首先，高炉和电炉之间的区别Stuckofen是轻微的。两者的截面都是方形的，高炉操作所需的主要变化是增加炉料中木炭与矿石的比例，以及一个用于去除铁液的出铁孔。高炉的产品被称为生铁从铸造方法开始，将液体注入与若干短通道成直角连接的主通道。整个布局就像母猪在吃奶，所以短沟渠的铁长度就被称为铁的长度猪。

尽管军事需要铸铁，但大多数民用应用需要可锻铸铁，在此之前，可锻铸铁都是直接在工厂里生产的。然而，高炉的出现，打开了一个替代制造路线;这涉及到将铸铁转化为熟铁的过程被称为罚款。铸铁块被放在一个漂亮的壁炉上，木炭在充足的空气中燃烧，这样铁中的碳就会被氧化掉，留下半固态的可锻铸铁。从15世纪开始，这种两步工艺逐渐取代了直接炼铁，但这种方法一直延续到19世纪。

到16世纪中叶，高炉在英格兰东南部或多或少地持续运行。铁产量的增加导致了木炭木材的稀缺，并导致了其后续替换的煤炭形式为可口可乐-这一发现通常归功于亚伯拉罕达比在1709年。由于焦炭的强度较高，可以承受更大的炉料，因此可以生产更大的熔炉，每周可生产5至10吨生铁。

接下来，出现了蒸汽机驱动吹气瓶意味着可以为高炉提供更多的空气。这就产生了潜在的问题生铁生产将远远超过该公司的能力服饰的过程．许多发明家都试图加速将生铁转化为可锻铸铁，但最成功的是英国人亨利Cort,他专利他的1784年的加热炉。科特使用的是燃煤反射炉熔炼:将加入氧化铁的生铁熔炼成渣搅动产生的金属“水坑”使碳(连同硅、磷和锰)被氧化掉。结果，金属的熔点上升，变成半固态，尽管熔渣仍然是相当流动的。然后将金属制成球状，尽可能多地去除炉渣，然后从熔炉中取出，用锤子挤压。在很短的一段时间内，混炼炉能够提供足够的铁来满足机械的需求，但还是高炉能力由于苏格兰人詹姆斯·博蒙特·尼尔森在1828年发明了热风炉，美国的汽车得以领先炉子对鼓风进行预热，并认识到圆形炉的性能优于方形炉。

锻铁使用的最终减少是由一系列发明带来的，这些发明使熔炉在足够高的温度下工作，可以熔化铁。那时生产是可能的钢，是一种优良的材料。首先，在1856年，亨利贝塞麦他在熔融生铁中吹气的转炉工艺获得了专利，1861年威廉·西门子也获得了蓄热式平炉的专利。1879年西德尼·吉尔克里斯特·托马斯而且珀西·吉尔克莱斯特适应了贝塞麦含磷生铁用转炉;因此，基本的贝塞麦法或托马斯法在盛产高磷铁矿的欧洲大陆被广泛采用丰富的．在大约100年的时间里，平炉和以贝塞默为基础的工艺共同生产了大部分钢铁，后来它们被碱性氧气炉和电弧炉所取代。

自19世纪初以来，除了通过风口喷射部分燃料外，高炉一直采用相同的工作原理。然而，熔炉的规模已经显著增加，一个大型现代熔炉每天可以为炼钢厂提供多达10,000吨的铁液。

在整个20世纪，人们提出了许多新的炼铁工艺，但直到20世纪50年代，高炉的潜在替代品才出现。直接还原法，即在低于金属熔点的温度下还原铁矿石，起源于1952年瑞典引入的Wiberg-Soderfors工艺和1957年墨西哥引入的HyL工艺等实验。这些技术中很少有幸存下来的，那些幸存下来的技术被广泛地改进了。另一种替代的炼铁方法，熔炼还原法，在20世纪20年代瑞典和挪威用于炼铁的电炉中就有了先驱者。该技术逐渐发展到包括基于氧气炼钢转炉的方法，使用煤作为额外的能源，并在20世纪80年代成为关注的焦点广泛的研发在欧洲，日本和美国．