铁是如何冶炼成钢的?原理并不难,本质上就是减碳、脱氧及合金化

文摘   科技   2024-11-04 00:02   湖北  

人类很早就懂得了炼铁技术。但掌握炼钢技术则要晚得多。

钢和铁,其实都是含有碳元素和铁元素的合金,主要区别就是含量范围不同。

我们常说的铁的含碳量较高,是指含碳量质量百分比为2.1%~6.69%的铁碳合金;钢则是含碳量质量百分比介于0.02%至2.11%之间的铁碳合金。

如果含碳量小于0.02%,则称之为纯铁。

铁由于较软,限制了其使用范围,而钢则无论强度度还是塑性都较好,因而得到了广泛的应用。

所以大多数时候,要把铁炼成钢,才能使用。

如我们常见的桥梁、汽车外壳、建筑用的钢筋、钢轨等等,都属于钢的范畴。

那么,如何把铁炼成钢呢?

因为铁和钢的主要区别在于含碳量,所以炼钢就要把铁中的含碳量降低,使之符合钢的含碳量要求。

炼钢是在炼钢炉中进行的。首先把铁加热熔化成铁水,呈液态。然后用氧枪向铁水中吹氧气,以烧掉铁水中多余的碳。

因为碳比铁活泼,同样情况下,优先和氧发生反应,生成气体,挥发出来。

所以通过向铁水吹氧气,能够减少铁水中的碳含量,以达到需要的范围。这时铁水就变成了钢水。

但此时的钢水中还有多余的氧元素,形成液态的氧化铁,混在钢水中,如果不除去这些氧元素,钢水凝固后,得到的钢材性能很差,无法使用。因此得把钢水中的多余的氧除掉。

这就需要加入脱氧剂。脱氧剂是比铁更活泼的元素,如铝、钙、硅、锰等。

这些元素和铁水中的氧结合,生成氧化物,由于密度较小,最终会浮出钢水,形成炉渣。

脱氧后的钢水,还需要加入各种合金元素,调节钢材性能,以满足各种不同的需要。

然后钢水浇注成铸锭或者连铸坯,再经过轧制、热处理,可以满足各种生产需求。

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