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一、硅铁是什么材料

硅铁是铁跟硅组成的一种铁合金材料。

硅铁的原料是焦炭、钢屑、石英等，是用电炉冶炼出来的铁硅合金，也是冶炼行业里面一种重要的合金品种。生产一吨的硅铁原料通常需要消耗1780至1850千克的硅石，890至930千克的焦炭，还有220至230千克的钢屑，用量是比较大的。

二、硅铁和焦炭有关联吗

硅铁和焦炭有关联，焦炭是硅铁的原材料。硅铁是铁和硅组成的铁合金，是以焦炭、钢屑、石英为原料，用电炉冶炼制成的铁硅合金。由于硅和氧很易化合成二氧化硅，因此硅铁常用于炼钢时作脱氧剂，同时由于SiO2生成时放出大量的热，在脱氧的同时，对提高钢水温度也是有利的。同时，硅铁还可作为合金元素加入剂，广泛应用于低合金结构钢、弹簧钢、耐热钢及电工硅钢之中，硅铁在铁合金生产及化学工业中，常用作还原剂。

关于煤炭、焦炭与钢铁冶炼，这一篇就够了

2024-09-1216:06·企业驱动一、煤炭

1、煤炭的形成

煤炭是千百万年来植物的枝叶和根茎，在地面上堆积而成的一层极厚的黑色的腐植质，由于地壳的变动不断地埋入地下，长期与空气隔绝，并在高温高压下，经过一系列复杂的物理化学变化等因素，形成的黑色可燃沉积岩，这就是煤炭的形成过程。

一座煤矿的煤层厚薄与这地区的地壳下降速度及植物遗骸堆积的多少有关。地壳下降的速度快，植物遗骸堆积得厚，这座煤矿的煤层就厚，反之，地壳下降的速度缓慢，植物遗骸堆积的薄，这座煤矿的煤层就薄。

又由于地壳的构造运动使原来水平的煤层发生褶皱和断裂，有一些煤层埋到地下更深的地方，有的又被排挤到地表，甚至露出地面，比较容易被人们发现。还有一些煤层相对比较薄，而且面积也不大，所以没有开采价值，有关煤炭的形成至今尚未找到更新的说法。

煤炭是这样形成的吗？有些论述是否应当进一步加以研究和探讨。一座大的煤矿，煤层很厚，煤质很优，但总的来说它的面积并不算很大。

如果是千百万年植物的枝叶和根茎自然堆积而成的，它的面积应当是很大的。因为在远古时期地球上到处都是森林和草原，因此，地下也应当到处有储存煤炭的痕迹；

煤层也不一定很厚，因为植物的枝叶、根茎腐烂变成腐殖质，又会被植物吸收，如此反复，最终被埋入地下时也不会那么集中，土层与煤层的界限也不会划分得那么清楚。

2、煤炭的构成

煤炭是地球上蕴藏量最丰富，分布地域最广的化石燃料。构成煤炭有机质的元素主要有碳、氢、氧、氮和硫等，此外，还有极少量的磷、氟、氯和砷等元素。

碳、氢、氧是煤炭有机质的主体，占95%以上；煤化程度越深，碳的含量越高，氢和氧的含量越低。碳和氢是煤炭燃烧过程中产生热量的元素，氧是助燃元素。

图1

煤炭燃烧时，氮不产生热量，在高温下转变成氮氧化合物和氨，以游离状态析出。硫、磷、氟、氯和砷等是煤炭中的有害成分，其中以硫最为重要。

图2

煤炭燃烧时绝大部分的硫被氧化成二氧化硫（SO2），随烟气排放，污染大气，危害动、植物生长及人类健康，腐蚀金属设备；当含硫多的煤用于冶金炼焦时，还影响焦炭和钢铁的质量。所以，“硫分”含量是评价煤质的重要指标之一。

煤中的有机质在一定温度和条件下，受热分解后产生的可燃性气体，被称为“挥发分”，它是由各种碳氢化合物、氢气、一氧化碳等化合物组成的混合气体。

挥发分也是主要的煤质指标，在确定煤炭的加工利用途径和工艺条件时，挥发分有重要的参考作用。煤化程度低的煤，挥发分较多。

如果燃烧条件不适当，挥发分高的煤燃烧时易产生未燃尽的碳粒，俗称“黑烟”；并产生更多的一氧化碳、多环芳烃类、醛类等污染物，热效率降低。因此，要根据煤的挥发分选择适当的燃烧条件和设备。

煤中的无机物质含量很少，主要有水分和矿物质，它们的存在降低了煤的质量和利用价值。矿物质是煤炭的主要杂质，如硫化物、硫酸盐、碳酸盐等，其中大部分属于有害成分。

二、煤炭和焦炭

上问题到，煤炭是古代植物埋藏在地下经历了复杂的生物化学和物理化学变化逐渐形成的固体可燃性矿物。煤炭是一种固体可燃有机岩，主要由植物遗体经生物化学作用，埋藏后再经地质作用转变而成。焦炭是烟煤在隔绝空气的条件下，加热到950-1050℃，经过干燥、热解、熔融、粘结、固化、收缩等阶段最终制成的，这一过程叫高温炼焦（高温干馏）。

由高温炼焦得到的焦炭用于高炉冶炼、铸造和气化。炼焦过程中产生的经回收、净化后的焦炉煤气既是高热值的燃料，又是重要的有机合成工业原料。

补充：炼焦是指炼焦煤在隔绝空气条件下加热到1000℃左右（高温干馏），通过热分解和结焦产生焦炭、焦炉煤气和其他炼焦化学产品的工艺过程。冶金焦炭含碳量高，气孔率高，强度大（特别是高温强度），是高炉炼铁的重要燃料和还原剂，也是整个高炉料柱的支撑剂和疏松剂。炼焦副产的焦炉煤气发热值高，是平炉和加热炉的优良气体燃料，在钢铁联合企业中是重要的能源组分。炼焦化学产品是重要的化工原料。因此炼焦生产是现代钢铁工业的一个重要环节。

图3

三、焦炭在炼铁中的作用

焦炭作为高炉炼铁的主要原料（还原剂），其作用主要包括以下几个方面：

补充概念“还原”：自然界中没有天然纯铁，在铁矿石中铁与氧结合在一起，成为氧化物，高炉炼铁就是要将矿石中的铁从氧化物中分离出来。铁氧化物失氧的过程叫还原过程，而用来夺取铁氧化物中的氧并与氧结合的物质就叫还原剂。

1、提供热量

焦炭在风口区燃烧生成二氧化碳并放出热量，这些热量几乎是高炉中矿石还原、融化的全部热源。焦炭灰分低、进入风口去仍保持一定块度是保证燃烧情况良好的必需条件。

2、还原剂作用

高炉中矿石的还原是通过间接还原和直接还原两种方式进行的。不论间接还原还是直接还原所需的还原气体CO均由焦炭提供。间接还原反应约从400℃开始，上升的炉气中的CO还原矿石，使氧化铁逐步从高价铁还原成低价铁，一直到金属铁，同时产生CO2。

3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2

Fe3O4+CO=3FeO+CO2

FeO+CO=Fe+CO2

直接还原在高炉中约850℃以上开始，由于高温时生成的CO2又立即与焦炭中的碳反应生成CO，所以可以认为是焦炭中的碳直接参与还原全过程。

FeO+CO=Fe+CO2

CO2+C=2CO

FeO+C=Fe+CO

不论间接还原或直接还原，都是以CO为还原剂。为了不断补充CO，需要焦炭有一定的反应性。

3、供炭作用

铁水中的碳元素主要来源于高炉冶炼过程的碳溶解过程，不同的碳含量赋予钢铁产品丰富多样的物理化学性能。焦炭中的碳从高炉软融带开始渗入生铁；在滴落带，滴落的液态铁与焦炭接触时，碳进一步渗入铁内，最后可使生铁的碳含量达到4%左右。

补充知识“铁和钢区别”：根据含碳量的不同，钢可以进一步细分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。低碳钢的碳含量一般小于0.25%，中碳钢的碳含量一般为0.25%至0.60%，而高碳钢的碳含量通常高于0.60%。生铁则是含碳量在2%至4.3%之间的铁碳合金

4.骨架支撑作用

焦炭远超其他固体燃料的冷热态强度赋予其优异的炉内支撑能力。在保证料柱完整性的同时，其块料间相互堆叠形成的疏松的骨架结构利于气体和熔融流体的通过。在高炉风口区以上，尤其是滴落带，铁矿石和熔剂都已熔化，此时只有焦炭是对高炉炉料起支撑作用的骨架，并承受着铁液、液渣的冲刷。高炉焦炭要求一定块度组成和强度指标，就是为了在高炉中有良好的透气性。

此外，焦炭在块状带参与物料的蓄热，以及在高温区参与Si、Mn、P的还原等也有一定作用。

高炉风口喷吹煤粉技术强化并逐渐普及后，焦炭的第1/2/3项作用可不同程度的被喷吹煤粉所替代，唯有骨架支撑作用负荷却因此进一步加剧。

补充知识“高炉喷吹”：高炉喷吹煤粉工艺是世界炼铁行业正在迅速发展的一项重大节能技术，其目的是在高炉冶炼过程中，扩大高炉燃料来源，从风口向高炉喷吹煤粉，以价格低的煤粉替代价格昂贵的冶金专用焦炭，改善高炉的操作条件；增加高炉的燃料调剂手段；最终达到节焦增产及降低生产费用的目的。

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