生鐵

[pig iron;cast iron] 直接由高爐中生產出的粗製鐵，可進一步精鍊成鋼、熟鐵或工業純鐵，或再熔化鑄造成專門的形狀。

1. 即鑄鐵。

明李時珍《本草綱目·金石一·鐵》（集解）引鍾明曰：“鐵，今江南、西蜀有爐冶處皆有之。初煉去礦，用以鑄鐵器物者為生鐵。”

明宋應星《天工開物·五金》：“凡鐵分生、熟，出爐未炒則生，既炒則熟……凡造生鐵為冶鑄用者，就此流成長條、圓塊、范內取用。”

熊立博《松子》：“有時一些打好的菜刀不見了，或是生鐵不見了，還不是他們拿去換了錢。”

2. 喻剛強的人。

《資治通鑒·後唐潞王清泰元年》：“軍士無厭，猶怨望，為謠言曰：‘除去菩薩，扶立生鐵。’以閔帝仁弱，帝剛嚴，有悔心故也。”

生鐵是含碳量大於2.11%的鐵碳合金，工業生鐵含碳量一般 在2.11%--4.3%，並含C、Si、Mn、S、P 等元素是用鐵礦石經高爐冶鍊的產品。根據生鐵里碳存在形態的不同，又可分為鍊鋼生鐵、鑄造生鐵。

生鐵性能：生鐵堅硬、耐磨、鑄造性好，但生鐵脆，不能鍛壓。

生鐵中除鐵外，還含有碳、硅、錳、磷和硫等元素。這些元素對生鐵的性能均有一定的影響。

碳（C）：在生鐵中以兩種形態存在，一種是遊離碳（石墨），主要存在於鑄造生鐵中，另一種是化合碳（碳化鐵），主要存在於鍊鋼生鐵中，碳化鐵硬而脆，塑性低，含量適當可提高生鐵的強度和硬度，含量過多，則使生鐵難於削切加工，這就是鍊鋼生鐵切削性能差的原因。石墨很軟，強度低，它的存在能增加生鐵的鑄造性能。

硅（Si）：能促使生鐵中所含的碳分離為石墨狀，能去氧，還能減少鑄件的氣眼，能提高熔化生鐵的流動性，降低鑄件的收縮量，但含硅過多，也會使生鐵變硬變脆。

錳（Mn）：能溶於鐵素體和滲碳體。在高爐煉製生鐵時，含錳量適當，可提高生鐵的鑄造性能和削切性能，在高爐里錳還可以和有害雜質硫形成硫化錳，進入爐渣。

磷（P）：屬於有害元素，但磷可使鐵水的流動性增加，這是因為磷減低了生鐵熔點，所以在有的製品內往往含磷量較高。然而磷的存在又使鐵增加硬脆性，優良的生鐵含磷量應少，有時為了要增加流動性，含磷量可達1.2%。

硫（S）：在生鐵中是有害元素，它促使鐵與碳的結合，使鐵硬脆，並與鐵化合成低熔點的硫化鐵，使生鐵產生熱脆性和減低鐵液的流動性，故含硫高的生鐵不適於鑄造細件。鑄造生鐵中硫的含量規定最多不得超過0.06%（車輪生鐵除外）。

(1)、碳和硅元素是強烈的石墨化元素，含碳越高，析出的石墨越高，而硅又是強烈促進石墨化的元素，並且與鐵原子結合力極強，碳以石墨形式存在，碳與硅含量的調整可以使金屬鑄件內部金屬組織改變，陽極組裝澆注要求澆注的磷生鐵環的強度，硬度適中為佳。

(2)、磷元素在磷生鐵中顧名思義是陽極組裝澆注中的關鍵元素，由於陽極組裝澆注採用間斷性方式，要求鐵水的流動性較好，磷元素存在可以降低鐵水的粘度，磷與鐵二元素相結合所形成的晶體熔點溫度為1050攝氏度，可知明顯提高鐵水的流動性硬度大，脆性強，易碎等。磷含量過大可導致磷生鐵環的冷脆性增大，使澆注后的鐵環產生裂紋，嚴重者導致脫落等狀況。因此，既要保證磷元素足夠的含量，使鐵水有良好的流動性，又要使磷生鐵環產生斷紋，磷生鐵中磷的適宜含量應控制在0.6-1.5%之間。

(3)、硫元素：硫是公認的有害性元素，也是在金屬物質中存在的元素，由於硫在熔融鐵水中無限溶解，而在固體鐵中溶解度很小，因此，當含硫的鐵水冷凝時要生成硫化鐵，這種低熔點的晶體即鐵鏽，在這種晶粒間聚集使鑄鐵物產生裂紋斷裂，同時硫的存在還阻礙了石墨化過程，能增大鐵環的收縮性。

(4)、錳元素：在磷生鐵中使溶解在鐵水中的硫元素生成硫化錳MnS，硫化錳MnS的溶解度比硫化鐵FeS在鐵水中溶解度小，這樣保證了向不熔物質(渣)硫向轉移，由熱力學分析可知，錳Mn與硫S化學親和力遠遠大於鐵Fe與硫S的化學親和力(例如，人們都知道生鐵表面的鐵鏽比錳鐵表面的鐵鏽表現極為明顯，但並不一定生鐵裡面的硫含量高於鐵裡面硫的含量)正如鐵水在錳Mn與硫S將產生化學反應Mn+S—MnS可知浮於渣中的硫化錳MnS，通過撈渣即可消除，同時錳元素在磷生鐵化學成分範圍內可以形成穩定的西化珠光體能使磷生鐵環的強度、硬度適中。

(5)、磷生鐵與磷生鐵環在使用過程中各元素的變化。

磷生鐵與磷生鐵環各元素在1300°C的高溫下各元素燒損量不同，碳和硅元素燒損量一般在0.4—0.7%，磷和錳元素一般在0.1—0.3%，硫元素的變化不定，如果控制除硫辦法，就能把硫元素控制在範圍內，否則起相反作用，硫上升標準超限，就會造成不良因素。

鋼系由生鐵再煉而行，有較高的機械強度和韌性，還具有耐熱、耐腐蝕、耐磨等特殊性能

鐵與鋼

鐵在自然界中蘊藏量極為豐富，佔地殼元 素含量的5%，居地球物質中的第四位。鐵元素很活潑，容易與其它物質結合。習慣上常說的鋼鐵是對鋼和鐵的總稱。鋼和鐵是有區別的，所謂鋼鐵，主要由兩個元素構成，即鐵和碳，一般碳和元素鐵形成化合物，叫鐵碳合金。含碳量多少對鋼鐵的性質影響極大，含碳量增加到一定程度后就會引起質的變化。由鐵原子構成的物質叫純鐵，純鐵雜質很少。含碳量多少是區別鋼鐵的主要標準。生鐵含碳量大於2.0%；鋼含碳量小於2.0%。生鐵含碳量高，硬而脆，幾乎沒有塑性。鋼不僅有良好塑性，而且鋼製品具有強度高、韌性好、耐高溫、耐腐蝕、易加工、抗衝擊、易提煉等優良物化應用性能，因此被廣泛利用。

生鐵熟鐵

生鐵一般指含碳量在2~6.69%的鐵的合金。又稱鑄鐵。生鐵里除含碳外，還含有硅、錳及少量的硫、磷等，它可鑄不可鍛。根據生鐵里碳存在形態的不同，又可分為鍊鋼生鐵、鑄造生鐵和球墨鑄鐵等幾種。

一般含碳量小於0.0218%的叫熟鐵或純鐵，含量在0.0218-2.11%的叫鋼，含量在2%以上的叫生鐵。熟鐵軟，塑性好，容易變形，強度和硬度均較低，用途不廣；生鐵含碳很多，硬而脆，幾乎沒有塑性。

反應原理：FeO+3CO=2Fe+3CO

生鐵是含碳量2.11%-6.69%並含有非鐵雜質較多的鐵碳合金。可以通過降低碳含量來煉成鋼。生鐵的雜

質元素主要是硅、硫、錳、磷等。生鐵質硬而脆，缺乏韌性，幾乎沒有塑性變形能力，因此不能通過鍛造、軋制、拉拔等方法加工成形。但含硅高的生鐵（灰口鐵）的鑄造及切削性能良好。生鐵是高爐產品，按其用途可分為鍊鋼生鐵和鑄造生鐵兩大類。習慣上把鍊鋼生鐵叫做生鐵，把鑄造生鐵簡稱為鑄鐵。鑄造生鐵通過鍛化、變質、球化等方法可以改變其內部結構，改善並提高其機械性能，因此，鑄造生鐵又可分為白口鑄鐵、灰口鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵和特種鑄鐵等品種。

生鐵也可分為普通生鐵和合金生鐵，前者包括鍊鋼生鐵和鑄造生鐵，後者主要是錳鐵和硅鐵。合金生鐵作為鍊鋼的輔助材料，如脫氧劑、合金元素添加劑。普通生鐵占高爐冶鍊產品的98%以上，而鍊鋼鐵又佔中國普通生鐵的80%以上，隨著工業化水平的提高，這個比例還將逐漸增加。

從廣義的角度講，鐵還分為化學純鐵（含C幾乎為零），工業純鐵（含C小於0.0218%），以及海綿鐵、粒鐵等。但它們皆非高爐冶鐵產品，而且用途也各異。當鐵中含C在0.03%-1.2%範圍時則為鋼，含C1.2%-2.5%的鐵缺乏實用性，一般不進行工業生產。

鍊鋼 生鐵里的碳主要以碳化鐵的形態存在，其斷面呈白色，通常又叫白口鐵。這種生鐵性能堅硬而脆，一般都用做鍊鋼的原料。

鑄造生鐵中的碳以片狀的石墨形態存在，它的斷口為灰色，通常又叫灰口鐵。由於石墨質軟，具有潤滑作用，因而鑄造生鐵具有良好的切削、耐磨和鑄造性能。但它的抗拉強度不夠，故不能鍛軋，只能用於製造各種鑄件，如鑄造各種機床床座、鐵管等。

球墨鑄鐵里的碳以球形石墨的形態存在，其機械性能遠勝於灰口鐵而接近於鋼，它具有優良的鑄造、切削加工和耐磨性能，有一定的彈性，廣泛用於製造麯軸、齒輪、活塞等高級鑄件以及多種機械零件。

此外還有含硅、錳、鎳或其它元素量特別高的生鐵，叫合金生鐵，如硅鐵、錳鐵等，常用做鍊鋼的原料，在鍊鋼時加入某些合金生鐵，可以改善鋼的性能。

生鐵、熟鐵的主要區別在於含碳量上，含碳量超過 2% 的鐵，叫生鐵；含碳量低於 0.04% 的鐵，叫熟鐵。

生鐵是一種含碳量大於 2.11% 的鐵碳合金。工業生鐵的含碳量一般在 2.5%~4% 之間，並含有 Si 、Mu 、S 、P 等元素，是用鐵礦石經高爐冶鍊的產品。生鐵主要有如下兩類。

(1)鍊鋼生鐵 含硅量較低，一般不大於 1.75%。是平爐、轉爐鍊鋼的主要原料，在生鐵產量中占 80%~90%。鍊鋼生鐵硬而脆，鐵和碳處於化合狀態，以滲碳體( Fe3C )形式存在，其斷口呈銀白色，所以也叫作白口鐵。軋輥、梨鏵鐵等都是白口鐵。

(2)鑄造生鐵 含硅量很大，一般為 1.25%~3.6%。由於熔點低、流動性好，常用來鑄造各種鑄件，故也叫鑄鐵。鑄造生鐵中的碳以石墨形式存在，其斷口呈灰色，性軟，易切削加工，所以也叫作灰鑄鐵。如床身、箱體、管道、管件及各種連接件等都是由鑄造生鐵製作。

熟鐵又名純鐵，是含碳量低於 0.04% 的鐵碳合金，含鐵約 99.9% ，雜質總含量約 0.1 %。純鐵的用途主要是作為電工材料，具有高的磁導率，可用於各種鐵芯。純鐵還用作高級合金鋼的原料。純鐵很少用作結構材料，這是由於它質地柔軟，強度不高；另一方面，純鐵要求碳、磷、硫等雜質元素含量很低，其冶鍊難度較大，製造成本遠大於生鐵和鋼。

磷生鐵使用過程中循環周期后的磷生鐵環，前三周期的磷生鐵環在使用過程中可直接投入使用，不增添任何物質元素；循環三遍后的磷生鐵環，根據每爐化學分析各元素的含量后再進行調整，使各元素保持在規定的指標範圍內；若干次后的使用也能使磷生鐵環保持正常狀態，在每次高溫熔化過程中，各元素都有新的變化，同時可根據各元素變化的多少來調控新磷生鐵和磷生鐵環的投爐循環使用比例，可根據磷生鐵環各元素的含量來配比與投放新磷生鐵的比例。比如：2：8、3：7、4：6、5：5或8：2、7：3、6：4……這樣既能保證鐵水有較好的流動性又能保證磷生鐵各元素有較理想的指標，還能對企業起到節能降耗的作用。

生鐵 的冶鍊雖原理相同，但由於方法不同、冶鍊設備不同，所以工藝流程也不同。下面分別簡單予以介紹。

高爐生產是連續進行的。一代高爐（從開爐到大修停爐為一代）能連續生產幾年到十幾年。生產時，從爐頂（一般爐頂是由料鍾與料斗組成，現代化高爐是鍾閥爐頂和無料鍾爐頂）不斷地裝入鐵礦石、焦炭、熔劑，從高爐下部的風口吹進熱風，噴入油、煤或天然氣等燃料。裝入高爐中的鐵礦石，主要是鐵和氧的化合物。在高溫下，焦炭中和噴吹物中的碳及碳燃燒生成的一氧化碳將鐵礦石中的氧奪取出來，得到鐵，這個過程叫做還原。鐵礦石通過還原反應煉出生鐵，鐵水從出鐵口放出。鐵礦石中的脈石、焦炭及噴吹物中的灰粉與加入爐內的石灰石等熔劑結合生成爐渣，從出鐵口和出渣口分別排出。煤氣從爐頂導出，經除塵后，作為工業用煤氣。現代化高爐還可以利用爐頂的高壓，用導出的部分煤氣發電。

高爐內的還原氣體產生於風口前的燃料燃燒，這一過程產生了兩大運動流：一個是上升的熱煤氣流，一個是下降的爐料流（鐵礦石、焦炭、熔劑等）。高爐內的一切反應均發生於煤氣和爐料的相向運動和相互作用之中。它包括爐料的加熱、蒸發、揮發和分解；鐵及其它元素的還原；爐料中非鐵氧化物的熔化、造渣和生鐵的脫硫；鐵的滲碳及生鐵的形成；爐料和煤氣之間的熱交換等等，是一系列物理化學反應過程的總和。