生鐵（Pig Iron）是一種含碳量大于2%的鐵碳合金，工業(yè)生鐵的碳含量一般在2.11%-4.3%，并且里面還含有硅、錳、硫、磷等元素，是用鐵礦石經(jīng)高爐冶煉的產(chǎn)品，質(zhì)地硬而脆，具有較高的耐壓強(qiáng)度，但抗拉強(qiáng)度低。生鐵按照用途不同可以分為煉鋼用生鐵、鑄造用生鐵和球墨鑄鐵用生鐵、含釩生鐵、鑄造用磷銅鈦低合金耐磨生鐵等，生鐵可進(jìn)一步精煉成鋼、熟鐵或工業(yè)純鐵，或再熔化鑄造成專門的形狀，絕大部分用于煉鋼，少部分用于鑄造受壓和耐磨部件。
歷史來(lái)源
人類最早發(fā)現(xiàn)和使用的鐵，是天空中掉落下的隕鐵，隕鐵是鐵和等金屬的混合物，含鐵量較高。地球上的天然鐵是很少的，所以鐵的冶煉和鐵器的制造經(jīng)歷了一個(gè)很長(zhǎng)的時(shí)期，中國(guó)是最早使用生鐵的國(guó)家之一，淄博鐵山就是中國(guó)冶鐵的發(fā)源地，比歐洲至少早了16個(gè)世紀(jì)，公元前6世紀(jì)已煉出供澆鑄的液態(tài)生鐵，公元600年左右開(kāi)始用煤煉生鐵，1368~1644年已用焦炭煉生鐵，1886年創(chuàng)辦青豁鐵廠，1894年年創(chuàng)辦遠(yuǎn)東第一座鋼鐵聯(lián)合企業(yè)湖北漢陽(yáng)鐵廠和大冶鐵廠。二十世紀(jì)四十年代，瑞典羅伯特等人開(kāi)發(fā)了O?頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝，全世界進(jìn)入了鋼、鐵工業(yè)大發(fā)展的時(shí)期，粗鋼的產(chǎn)量迅猛增長(zhǎng)，煉鋼生鐵的需求量也隨之增長(zhǎng)。
物理性質(zhì)
生鐵因?yàn)楹继啵|(zhì)硬而脆，具有較高的耐壓強(qiáng)度，但抗拉強(qiáng)度低，沒(méi)有延展性，不能焊接、不能塑性變形和機(jī)械加工。
成分組成
生鐵是由鐵(Fe)與碳(C)以及其他少量元素組成的合金，鐵的含量通常在94%左右，碳的含量一般在2.11%-4.3%，其余為硅、錳、磷、硫等少量元素，每種元素在生鐵的制造過(guò)程中都有著不一樣的作用。
碳(C)、硅(Si)
碳和硅是生鐵中形成石墨最基本的元素，它們的含量愈高，石墨化程度愈充分。這是因?yàn)殡S著含碳量增加，鐵液中石墨晶核數(shù)增加，所以能促進(jìn)石墨化。硅與鐵原子的結(jié)合力較強(qiáng)，硅溶于鐵素體中不僅會(huì)削弱鐵、碳間的結(jié)合，而且還會(huì)使共晶點(diǎn)的含碳量減少，共晶轉(zhuǎn)變溫度提高，有利于石墨的析出。
錳(Mn)
錳是阻止石墨化的元素。錳的存在增強(qiáng)了鐵碳原子間的結(jié)合力，降低碳原子的擴(kuò)散速度，對(duì)第二階段石墨化的影響尤為明顯，有穩(wěn)定珠光體的作用。錳還有另一個(gè)作用，錳和硫有很強(qiáng)的親和力，兩者結(jié)合形成MnS進(jìn)入熔渣而被去除。當(dāng)含錳量適當(dāng)時(shí)，有利于石墨化。
磷(P)
磷是微弱促進(jìn)石墨化的元素，從石墨化的角度看，略高的含磷量有益。但其作用微弱，一般不作為石墨化的調(diào)整元素。因磷使鑄鐵產(chǎn)生脆性，故生產(chǎn)中仍需嚴(yán)格控制。
硫(S)
硫（S）：在生鐵中是有害元素，它促使鐵與碳的結(jié)合，使鐵硬脆，并與鐵化合成低熔點(diǎn)的硫化鐵，使生鐵產(chǎn)生熱脆性和減低鐵液的流動(dòng)性，故含硫高的生鐵不適于鑄造細(xì)件。鑄造生鐵中硫的含量規(guī)定最多不得超過(guò)0.06%（車輪生鐵除外）。
分類
生鐵按照用途不同可以分為煉鋼用生鐵、鑄造用生鐵和球墨鑄鐵用生鐵、含釩生鐵、鑄造用磷銅鈦低合金耐磨生鐵等。
煉鋼用生鐵
煉鋼用生鐵俗稱白口鐵，是煉鋼的金屬原料生鐵。煉鋼生鐵可用于制造犁之類的農(nóng)具，如中國(guó)春秋晚期已使用白口鐵制造器具，江蘇六合程橋春秋晚期墓中所出鐵塊就是煉鋼生鐵，它是中國(guó)，也是世界上最早的生鐵實(shí)物。煉鋼生鐵的特點(diǎn)是含硅量較低，含硫量較高，斷口呈白色細(xì)小的晶粒，性質(zhì)硬而脆，不適于鑄造機(jī)件，但耐磨。
鑄造用生鐵
鑄造用生鐵也被叫做灰口鐵、翻砂鐵，是鑄鐵件的原料生鐵。鑄造用生鐵可用于制造各種器物，湖北大冶鍋綠山古礦井所出鐵錘含有片狀石墨，屬鑄造生鐵，是中國(guó)最早的鑄造用生鐵制品。斷口處結(jié)晶顆粒粗并呈灰色，含碳量大于3.3%，含硅量大于1.25%，錳、硫總量不超過(guò)2%，鑄造用生鐵鑄造性能較好，凝固收縮小，脆性也較低，但煉出灰口鐵所需溫度較高。
球墨鑄鐵用生鐵
球墨鑄鐵是一種析出的石墨呈球形的鑄鐵。球墨鑄鐵件主要用于生產(chǎn)球墨鑄鐵件，如澠池縣所出漢魏時(shí)期的鐵斧經(jīng)檢驗(yàn)，經(jīng)過(guò)脫碳退火處理，相當(dāng)于含碳0.4%的鋼，其組織沒(méi)有絮狀石墨，卻發(fā)現(xiàn)有30顆球狀石墨，顯系球墨鑄鐵產(chǎn)品。南陽(yáng)郡和鞏縣所出漢代鐵器中也有這種球狀石墨，表明中國(guó)球墨鑄鐵的發(fā)明比歐州早1000多年。球墨鑄鐵的特點(diǎn)是強(qiáng)度高，塑性和韌性較好，并有良好的鑄造性能和加工性能。
鑄造用磷銅鈦低合金耐磨生鐵
鑄造用磷銅鈦低合金耐磨生鐵主要用于內(nèi)燃機(jī)汽缸套，火車車輪閘瓦，球磨機(jī)鐵球等耐磨的機(jī)件。
含釩生鐵
含釩生鐵主要用于提煉釩，也可以用于煉鋼或鑄造等。
其他生鐵
麻口鐵
生鐵的一種。麻口鐵是同時(shí)具有煉鋼生鐵和鑄造生鐵組織。麻口鐵可用于制造犁鏵這一類的農(nóng)具，如滿城漢墓所出土的犁鐘就是中國(guó)歷史上最早的麻口鐵制品。麻口鐵的特點(diǎn)是其性能介于煉鋼生鐵和鑄造生鐵之間。
可鍛鑄鐵
可鍛鑄鐵也叫展性鑄鐵或韌性鑄鐵，是由煉鋼生鐵經(jīng)退火處理，使石墨呈絮狀的鑄鐵。可鍛鑄鐵的特點(diǎn)是具有較低的碳、硅含量，硬度較高，韌性亦較好，但是可鍛鑄鐵的生產(chǎn)工藝周期長(zhǎng)、工藝復(fù)雜、成本高。可鍛鑄鐵分白心和黑心兩種，白心可鍛鑄鐵是將煉鋼生鐵在氧化介質(zhì)中密封退火，使其中的碳擴(kuò)散到表面被氧化脫除，使鑄件組織的含碳量與鋼相近，其斷口呈現(xiàn)出白色；黑心可鍛鑄鐵是將白口鑄鐵在非氧化氣氛下進(jìn)行退火，使鑄件中滲碳體分解，形成絮狀石墨，其斷口心部呈暗黑色，周邊脫碳呈現(xiàn)出灰白色。可鍛鑄鐵可用于制造形狀復(fù)雜、承受沖擊、振動(dòng)及牛鉆復(fù)合載荷的鑄件，如洛陽(yáng)水泥制品所出戰(zhàn)國(guó)早期鐵鏟是最早的黑心可鍛鑄鐵產(chǎn)品，湖南長(zhǎng)沙和湖北大冶鍋綠山所出戰(zhàn)國(guó)中期的鐵鏟、鐵錘、鐵斧、鐵鋤均為可鍛鑄鐵，有白心的，也有黑心的，比國(guó)外早2000多年。戰(zhàn)國(guó)中期以后，可鍛鑄鐵工藝更加成熟，在中國(guó)農(nóng)業(yè)、手工業(yè)和日常生活中發(fā)揮了極為重要的作用。
冶煉生鐵
高爐法原理
生鐵的冶煉一般是在高爐里進(jìn)行的。高爐煉鐵已經(jīng)是技術(shù)成熟、生產(chǎn)穩(wěn)定的生產(chǎn)工藝，世界各國(guó)產(chǎn)出的生鐵基本上都是由高爐冶煉的，一些鋼鐵生產(chǎn)大國(guó)部分使用有效容積在5000平方米以上的巨型高爐。一般生鐵冶煉的生產(chǎn)系統(tǒng)包括：煉焦、鐵礦粉的精選和造塊、熱風(fēng)爐和高爐以及高爐煤氣的回收、利用系統(tǒng)。
高爐法主要是以赤鐵礦(Fe?O?)、褐鐵礦(nFe?O·mH?O)、磷鐵礦(Fe?O?)、菱鐵礦(FeCO?)等為主要原料，用焦炭作燃料和還原劑，碳酸鈣等作熔劑，按一定比例和順序加入高爐中，同時(shí)鼓入預(yù)熱空氣，經(jīng)還原、造渣、滲碳冶煉而成。
從上個(gè)世紀(jì)七十年代起，在奧地利、德國(guó)和美國(guó)等國(guó)家開(kāi)始致力于研究并開(kāi)發(fā)一種不用焦炭的“還原、熔融”工藝來(lái)制備生鐵，這種工藝可以用鐵礦石、燒結(jié)礦或球團(tuán)礦為原料，以煙煤替代焦炭作為燃料和還原劑，這種方法可以減少以往用焦炭作為燃料帶來(lái)的污染和雜質(zhì)的生成。
氧化法
這個(gè)方法是高純生鐵生產(chǎn)的方法之一，以鈦渣為原料，不僅能夠富集TiO（氧化鈦），而且還可回收鈦鐵礦中的鐵，由于在提煉鈦渣的同時(shí)也去除了鐵液中的雜質(zhì)元素，所以回收的金屬就是高純生鐵。
精料法
精料法是中國(guó)大多數(shù)高鐵純生和優(yōu)質(zhì)鑄造生鐵生產(chǎn)大的方法。均采用精選爐料、優(yōu)化高爐冶煉工藝的方法進(jìn)行生產(chǎn)，即精心選用磷、硫等有害雜質(zhì)元素都很低的優(yōu)質(zhì)精礦粉，對(duì)其進(jìn)行燒結(jié)。
分析方法
光度分析法
采用光度法可以分析生鐵中硅、磷、錳、釩、鈦元素，這種方法操作簡(jiǎn)便、分析決速、結(jié)果準(zhǔn)確，而且采用的試劑品種少、用量小，分析成本大幅度降低，避免了使用有劇毒的偏亞砷酸鈉試劑和復(fù)雜的操作步驟。
X射線熒光光譜法
用X射線熒光光譜法快速分析生鐵成分的方法，將生鐵試樣粉碎至過(guò)0.125mm篩網(wǎng)并混勻，設(shè)置好最佳的壓樣機(jī)的工作條件、各元素的最佳分析譜線以及相應(yīng)的最佳光譜儀工作參數(shù)；采用硼酸作為襯托材料制作出硼酸襯底和圍邊的粉末壓片，用質(zhì)地均勻的保鮮膜將粉末壓片緊密包裹，采用校準(zhǔn)曲線法制作各元素的分析程序，測(cè)定各元素特征X射線強(qiáng)度建立最終的分析程序和漂移校正程序，對(duì)儀器進(jìn)行漂移校正和驗(yàn)證分析確認(rèn)后再分析試樣，在平行試樣檢測(cè)結(jié)果之間偏差未超出允差范圍的情況下計(jì)算平均值報(bào)出結(jié)果。本發(fā)明可一次性分析出生鐵中硅、錳、磷、鎳、鉻、銅、、釩、鈦、錫等多種元素，分析結(jié)果從計(jì)算機(jī)直接讀出，操作簡(jiǎn)單，分析速度快。
能量色散型X熒光分析法
樣品放置于檢測(cè)位置，X射線管發(fā)出X射線激發(fā)樣品，使樣品中各個(gè)元素產(chǎn)生出各自的特征X射線，這些特征X射線進(jìn)入探測(cè)器產(chǎn)生脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)前置放大器送入脈沖放大器。經(jīng)脈沖放大器的放大與脈沖成形，送人模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，送人計(jì)算機(jī)接口，軟件通過(guò)控制接口電路進(jìn)行譜數(shù)據(jù)的采集與控制。X熒光分析軟件通過(guò)對(duì)各種特征X射線能量的分析可以得到定性的結(jié)果，即可知道樣品中含有何種元素，再通過(guò)對(duì)特征X射線的強(qiáng)度計(jì)算與分析，最終完成樣品中各元素含量的分析。
高頻紅外碳硫吸收法
礦石和焦炭中碳、硫含量的測(cè)定，大多采用經(jīng)典管式爐氣體容量法，此法操作不易掌握，且速度慢，而用高頻紅外碳硫吸收法，樣品能夠完全燃燒，碳和硫釋放完全，分析速度快，操作簡(jiǎn)單，準(zhǔn)確度符合要求，是比較理想的一種分析方法。
應(yīng)用領(lǐng)域
生鐵被廣泛運(yùn)用到建筑、機(jī)械制造、石油化工和國(guó)防等行業(yè)。
建筑方面
生鐵在建筑中一般被用于來(lái)制造輸水管、排氣管、石油管和暖片。
機(jī)械制造方面
生鐵在機(jī)械制造中一般用于制造機(jī)械零件，使用的生鐵種類一般是鑄造生鐵，如汽車、拖拉機(jī)中的連桿、曲軸、凸輪軸以及齒輪等。煉鋼生鐵一般在煉鋼生產(chǎn)中使用，是作為生產(chǎn)的原料。
其他應(yīng)用
生鐵還可以用來(lái)提煉金屬物質(zhì)，如含釩生鐵可以用于提煉釩。
參考資料 >