为什么?
面对孟庆宇的疑惑,郑振东同样想知道答案。
看着同样露出疑惑的郑振东,武进步稍作沉思后,并没有直接给出答案,反而反问道:“你们知道炼铁和炼钢的区别吗?”
“知道呀,我们上学的时候学过!”郑振东点了点头,回答问题的同时,脑子中便想起在学校学习过的知识。
在工业革命以前人们偏向使用纯铁,而这时候的纯铁一般是煅铁。
现在使用纯铁已经非常少了,之所以如此是因为人们找到了更好的材料,那就是碳钢。
铸铁与碳钢的区别就在于含碳量,一般来说铸铁含碳量高,钢含碳量低。
从铸铁变成钢的过程就涉及到后来的转炉与平炉,让我们来看看这个过程。
实际上由铁变成钢实际上有两种路线,一种是从铸铁出发,既然铸铁含碳量高,那么我们想方法降低铸铁的含碳量即可。
还有一种是从纯铁出发,通过增加纯铁中的含碳量得到钢。
实际上由于西方最开始使用的是纯铁,因此在制钢的尝试中,首先走了后一条路线。
这条路线是锻打与热处理路线,实际上在铁的锻造中由于采用铁块本身的含碳量不同,再加上制造与热处理工艺的变化,在漫长的铁器时代中人类是偶然可以做出钢的。
当然那时候人类根本意识不到含碳量对铁基合金强度的影响,因此能不能炼出钢完全看人品与经验。
这古代的冶炼和现在做的化合物结晶一样都有点玄学的意思,为了炼出强度较好的铁合金古人也是求神拜佛,无所不用,甚至还有以人祭剑的。
实际上古代那些名剑,用今天的观点来看应该就是碳钢。
在历史上,第一种有意识规模化生产的钢材是所谓的大马士革钢。
类似于阿拉伯数字不是阿拉伯人发明一样,大马士革钢实际上也来源于印度。
而由于东方冶炼技术的特点,这种钢的制备方法走的是铸铁出发路线。印度人首先炼出铸铁,然后反复加热冷却,减少含碳量,最后得到1.5%含碳量的钢,实际上这是一种铸钢。
大马士革钢被作为优良武器被阿拉伯人采用,并逐渐传到了欧洲。这大概是在公元7世纪的时候。
大马士革钢因为有独特的花纹而文明,但是实际上,这是由于但是冶炼技术不足不得已而为之的。
印度人冶炼出来的铸钢被称为乌兹钢,阿拉伯人从印度人手中购买钢锭后再用于打造武器。
由于乌兹钢含碳量变化较大,不同的钢锭反复折叠锻打后导致武器表面出现随机的花纹。
而中世纪的欧洲由于还没有掌握铸铁技术,因此他们制作钢采用了另一种工艺,那就是渗碳法,在生铁的基础上在锻打时候加入碳形成钢,这种钢和今天的低碳钢成分接近。
当然制作钢是非常昂贵的,当年的钢铁价格非常之高,因此很多武器上,只有刀刃那一部分是钢,其他部分还是铁。
可见,在工业革命以前,制钢的效率都是非常低下的,无论是锻打还是渗碳都是间歇操作,根本无法以持续产量进行。
这一切都在工业革命期间有了改变,在工业革命阶段,炼钢炉先后由搅炼炉演变为平炉,转炉彻底造就了现在的可见,在工业革命以前,制钢的效率都是非常低下的,无论是锻打还是渗碳都是间歇操作,根本无法以持续产量进行。
这一切都在工业革命期间有了改变,在工业革命阶段,炼钢炉先后由搅炼炉演变为平炉,转炉彻底造就了现在的钢铁工业。
我们先来说说传统的搅炼法,采用焦炉炼铁,铁中一般含有1%的硅,为了进一步得到钢,需要进行精炼,一般来说,精炼分成两部分,一部分是是将硅氧化,第二步将铁中的碳氧化。
在这个过程中,人类最初使用的炉形为反射搅炼炉。通过这种工艺可以将钢材的含碳量控制在0.5%-1.2%左右这项技术成熟已经到了1850年,搅炼炉的熔炼温度可以达到1400c。
18世纪反射搅炼炉炼钢法,铁块加入炉内,利用木炭的燃烧在炉内形成高温。
空气分两部分进入,从风管进入的是热风,用于木炭燃烧,炉顶部还有冷空气路口,冷空气进入后作为氧化介质,氧化铸铁中的硅与碳。
但是随着铁被提纯,熔点升高,导致铁水有凝固趋势,因此需要人工进行搅拌,所以称为搅炼炉。
在搅炼炉的基础上,添加蓄热技术就形成了现在的平炉。
蓄热技术最早由德国的西门子兄弟于1856年提出(这两西门子不是我们熟悉的那个西门子)。
所谓蓄热就是用一部分蓄热体,一般是无硅酸盐材料,实现炉气与热风的换热,节约热风能量的消耗,由于蓄热材料耐温的限制,蓄热技术最早被应用于玻璃工业上,因为玻璃融化温度不高。
但到了1867年前后,这项技术被法国人马丁用于炼钢,最后演化成现在的平炉,由于采用了蓄热体进行换热,平炉的温度可以达到1700c左右,这个温度已经达到了钢材的熔点,因此平炉已经不需要进行搅拌了,同时冶炼含碳量更低的钢也称为了可能。
马丁-西门子平炉的结构是这样的,下方的四个格子就是蓄热体,两两一组,炉内的烟气首先经过第一组蓄热体对其进行加热,但蓄热体温度达到要求后将炉内烟气通入另一组蓄热体。
此时空气从已经加热的蓄热体内通过,空气预热,蓄热体冷却。随后再对气炉进行切换,重复以上过程,间接用烟气对空气进行换热。几乎与此同时,另一种炼钢方法也开始普及开来,并最终沿用至今,那就是转炉炼钢。
转炉炼钢是一个非常有意思的课题,在这里我们用反应工程的角度来分析一下这个过程。
首先我们来做一个热量核算,在这个系统中输入的热量有两个来源:燃料燃烧放热,另外就是氧化反应,由于空气与碳反应是放出热量的过程。
这些热量的用途有哪几种呢,首先是铁块熔化需要热量,另外就是空气加热与炉子散。
炼铁和炼钢都是一种很常见的工艺,炼钢主要是利用了氧化反应,炼铁主要是利用氧化剂把硫、磷等杂质等杂质去除。
炼铁是用还原剂将铁从矿石中还原出来:Fe2o3 3co=2Fe 3co2,主要原料:铁矿石、焦炭、石灰石、空气。
主要设备:高炉
炼钢是用氧化剂将生铁中多余的碳氧化掉:c o2=co2。
主要原料:生铁、氧气、适量造渣材料(生石灰)、脱氧剂
主要设备是:转炉炼钢(为例)、电弧炉炼钢、平炉炼钢
炼钢工艺流程
采矿(获得铁矿石)----选矿(将铁矿石破碎、磁选成铁精粉)---烧结(将铁精粉烧结成具有一定强度、粒度的烧结矿)---冶炼(将烧结矿运送至高炉,热风、焦碳使烧结矿还原成铁水,并脱硫)---炼钢(在转炉内高压氧气将铁水脱磷、去除夹杂,变成钢水)---精练(进一步脱磷、去除夹杂,提高纯净度)---连铸(热状态下将钢水铸成具有一定形状的连铸坯)---轧钢(将连铸坯轧制成用户要求的各种型号的钢材,如板材、线材、管材等)。
炼铁与炼钢的区别
1、原料不同。炼铁原料为铁矿石、焦炭等,炼钢原料为生铁和废钢。
2、设备不同。通常炼铁用的设备是高炉,炼钢用的是转炉、电炉等。
3、工艺不同。炼铁是钢铁生产的上游、工艺不同。炼铁是钢铁生产的上游工艺,炼铁得到的生铁是炼钢工艺的原料,即炼铁在前,炼钢在后。
4、产品不同。炼铁的产品是生铁(铁水)或铸铁,炼钢的产品是钢(注:生铁经过脱碳等处理后即成为钢,钢铁的区别在于含碳量不同)。
综上所述:炼钢和炼铁是钢铁生产中的两个阶段,一般是先炼铁,而后进一步进行炼钢,最后得到各种钢材。
如果把生产钢材的过程比作蛋炒饭,那么炼铁就可以看做是蒸米饭的过程,而炼钢就是把做好的大米饭拿过来炒的过程。
想到这里,郑振东就简单的把自己所学的知识复述了一遍。
“你说的这些都对。”武进步肯定的点了点头,然后语气萧索的说道:“咱们钢铁厂既没有平炉,至于转炉那就更没有了,所以根本炼不了钢,只能炼铁!”
郑振东不免有些惊讶,赶紧追问道:“没有平炉?怎么会这样?我知道咱们没有转炉,怎么连平炉都没有啊?”
武进步叹道:“咱们厂现在没有技术呀,你也知道咱们国家跟西方国家的关系不好,所以他们对我们实行技术封锁,我们得不到先进的技术。
再加上咱们资金紧张,根本经不起折腾和浪费,所以暂时就只能光炼铁不炼钢了。”
郑振东听到这里点了点头,接着也跟着叹气,想着以后看看有机会能不能改变这种现状。
三人又聊了几句,郑振东看时间不早了,便开口道:“小孟,等周末有时间,伱喊上老刘,咱们到时候聚一下!”
孟庆宇点点头,道:“嗯,好的东哥,等晚上下了班,我就跟老刘说!”
三人站起身走到水池,把饭盒清洗干净。
然后郑振东在武进步和孟庆宇的陪同下,走到食堂兑换处换了一些饭票,这才往外走去。
出了食堂后,郑振东笑着拍了拍孟庆宇的胳膊,道:“行了,小孟,我先去上班了,咱们有空再聊!”
“好的东哥,那我也去上班了,咱们回聊,等有空的时候,我去工程指挥部看你!”
说完这句话,孟庆宇点了点头,然后拿着饭盒往东面走去。