煉鐵過(guò)程實(shí)質(zhì)上是將鐵從其自然形態(tài)——礦石等含鐵化合物中還原出來(lái)的過(guò)程。煉鐵方法主要有高爐法、直接還原法、熔融還原法等，其原理是礦石在特定的氣氛中(還原物質(zhì)CO、H2、C;適宜溫度等)通過(guò)物化反應(yīng)獲取還原后的生鐵。生鐵除了少部分用于鑄造外，絕大部分是作為煉鋼原料。
1.高爐煉鐵的冶煉原理(應(yīng)用最多的)
(1)高爐冶煉用的原料
主要由鐵礦石、燃料(焦炭)和熔劑(石灰石)三部分組成。
通常，冶煉1噸生鐵需要1.5-2.0噸鐵礦石，0.4-0.6噸焦炭，0.2-0.4噸熔劑，總計(jì)需要2-3噸原料。為了保證高爐生產(chǎn)的連續(xù)性，要求有足夠數(shù)量的原料供應(yīng)。
(2)工藝流程
生鐵的冶煉雖原理相同，但由于方法不同、冶煉設(shè)備不同，所以工藝流程也不同。下面分別簡(jiǎn)單予以介紹。
高爐生產(chǎn)是連續(xù)進(jìn)行的。一代高爐(從開(kāi)爐到大修停爐為一代)能連續(xù)生產(chǎn)幾年到十幾年。生產(chǎn)時(shí)，從爐頂(一般爐頂是由料種與料斗組成，現(xiàn)代化高爐是鐘閥爐頂和無(wú)料鐘爐頂)不斷地裝入鐵礦石、焦炭、熔劑，從高爐下部的風(fēng)口吹進(jìn)熱風(fēng)(1000～1300℃)，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(lái)，得到鐵，這個(gè)過(guò)程叫做還原。鐵礦石通過(guò)還原反應(yīng)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分與加入爐內(nèi)的石灰石等熔劑結(jié)合生成爐渣，從出鐵口和出渣口分別排出。煤氣從爐頂導(dǎo)出，經(jīng)除塵后，作為工業(yè)用煤氣。現(xiàn)代化高爐還可以利用爐頂?shù)母邏?，用?dǎo)出的部分煤氣發(fā)電。
生鐵是高爐產(chǎn)品(指高爐冶煉生鐵)，而高爐的產(chǎn)品不只是生鐵，還有錳鐵等，屬于鐵合金產(chǎn)品。錳鐵高爐不參加煉鐵高爐各種指標(biāo)的計(jì)算。高爐煉鐵過(guò)程中還產(chǎn)生副產(chǎn)品水渣、礦渣棉和高爐煤氣等。
高爐煉鐵的特點(diǎn)：規(guī)模大，不論是世界其它國(guó)家還是中國(guó)，高爐的容積在不斷擴(kuò)大，如我國(guó)寶鋼高爐是4063m3，日產(chǎn)生鐵超過(guò)噸，爐渣4000多噸，日耗焦4000多噸。
目前國(guó)內(nèi)單一性生鐵廠(chǎng)家，高爐容積達(dá)到500左右m3以上，但多數(shù)仍維持在100-300m3之間，甚至仍存在100m3以下的高耗能高污染的小高爐，其產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，公布分散，不具有規(guī)模性，更不能與國(guó)際上的鋼鐵廠(chǎng)相比。中國(guó)寶鋼集團(tuán)總裁謝企華透露，中國(guó)政府已經(jīng)命令高爐容積小于200m3的小鋼鐵廠(chǎng)于2007年年底前關(guān)閉，使用技術(shù)過(guò)于陳舊的鋼鐵廠(chǎng)將在2010年之前逐步淘汰，如果鋼鐵價(jià)格下滑，這個(gè)最后期限還有可能提前。
2、什么是軋機(jī)
軋機(jī)是實(shí)現(xiàn)金屬軋制過(guò)程的設(shè)備。泛指完成軋材生產(chǎn)全過(guò)程的裝備﹐包括有主要設(shè)備﹑輔助設(shè)備﹑起重運(yùn)輸設(shè)備和附屬設(shè)備等。但一般所說(shuō)的軋機(jī)往往僅指主要設(shè)備。
3、軋機(jī)的發(fā)展史
據(jù)說(shuō)在14 世紀(jì)歐洲就有軋機(jī)﹐但有記載的是1480年意大利人達(dá)芬奇設(shè)計(jì)出軋機(jī)的草圖。1553年法國(guó)人布律列爾軋制出金和銀板材，用以制造錢(qián)幣。此后在西班牙﹑比利時(shí)和英國(guó)相繼出現(xiàn)軋機(jī)。1728年設(shè)計(jì)的生產(chǎn)圓棒材用的軋機(jī)為英國(guó)設(shè)計(jì)的生產(chǎn)圓棒材用的軋機(jī)。英國(guó)于1766年有了串行式小型軋機(jī)，19世紀(jì)中葉，第一臺(tái)可逆式板材軋機(jī)在英國(guó)投產(chǎn)，并軋出了船用鐵板。1848年德國(guó)發(fā)明了萬(wàn)能式軋機(jī)，1853年美國(guó)開(kāi)始用三輥式的型材軋機(jī)，并用蒸汽機(jī)傳動(dòng)的升降臺(tái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。接著美國(guó)出現(xiàn)了勞特式軋機(jī)。1859年建造了第一臺(tái)連軋機(jī)。萬(wàn)能式型材軋機(jī)是在1872年出現(xiàn)的;20世紀(jì)初制成半連續(xù)式帶鋼軋機(jī)，由兩架三輥粗軋機(jī)和五架四輥精軋機(jī)組成。
中國(guó)于1871年在福州船政局所屬拉鐵廠(chǎng)(軋鋼廠(chǎng))開(kāi)始使用軋機(jī);軋制厚15mm以下的鐵板，6～120mm的方﹑圓鋼。1890年漢冶萍公司漢陽(yáng)鐵廠(chǎng)裝有蒸汽機(jī)拖動(dòng)的橫列雙機(jī)架2450mm二輥中板軋機(jī)和蒸汽機(jī)拖動(dòng)的三機(jī)架橫列二輥式軌梁軋機(jī)以及350/300mm小型軋機(jī)。隨著冶金工業(yè)的發(fā)展﹐現(xiàn)已有多種類(lèi)型軋機(jī)。
4、軋機(jī)的主要設(shè)備有工作機(jī)座和傳動(dòng)裝置
(1)工作機(jī)座
由軋輥﹑軋輥軸承﹑機(jī)架﹑軌座﹑軋輥調(diào)整裝置﹑上軋輥平衡裝置和換輥裝置等組成。
a.軋輥：是使金屬塑性變形的部件。
b.軋輥軸承：支承軋輥并保持軋輥在機(jī)架中的固定位置。軋輥軸承工作負(fù)荷重而變化大，因此要求軸承摩擦系數(shù)小，具有足夠的強(qiáng)度和剛度，而且要便于更換軋輥。不同的軋機(jī)選用不同類(lèi)型的軋輥軸承。滾動(dòng)軸承的剛性大，摩擦系數(shù)較小，但承壓能力較小，且外形尺寸較大，多用于板帶軋機(jī)工作輥?；瑒?dòng)軸承有半干摩擦與液體摩擦兩種。半干摩擦軋輥軸承主要是膠木﹑銅瓦﹑尼龍瓦軸承，比較便宜，多用于型材軋機(jī)和開(kāi)坯機(jī)。液體摩擦軸承有動(dòng)壓﹑靜壓和靜-動(dòng)壓三種。優(yōu)點(diǎn)是摩擦系數(shù)比較小，承壓能力較大，使用工作速度高、剛性好，缺點(diǎn)是油膜厚度隨速度而變化。液體摩擦軸承多用于板帶軋機(jī)支承輥和其它高速軋機(jī)。
c.軋機(jī)機(jī)架：由兩片“牌坊”組成以安裝軋輥軸承座和軋輥調(diào)整裝置，需有足夠的強(qiáng)度和鋼度承受軋制力。機(jī)架形式主要有閉式和開(kāi)式兩種。閉式機(jī)架是一個(gè)整體框架，具有較高強(qiáng)度和剛度，主要用于軋制力較大的初軋機(jī)和板帶軋機(jī)等。開(kāi)式機(jī)架由機(jī)架本體和上蓋兩部分組成，便于換輥，主要用于橫列式型材軋機(jī)。此外，還有無(wú)牌坊軋機(jī)。
d.軋機(jī)軌座：用于安裝機(jī)架，并固定在地基上，又稱(chēng)地腳板。承受工作機(jī)座的重力和傾翻力矩，同時(shí)確保工作機(jī)座安裝尺寸的精度。
e.軋輥調(diào)整裝置：用于調(diào)整輥縫，使軋件達(dá)到所要求的斷面尺寸。上輥調(diào)整裝置也稱(chēng)“壓下裝置”，有手動(dòng)﹑電動(dòng)和液壓三種。手動(dòng)壓下裝置多用在型材軋機(jī)和小的軋機(jī)上。電動(dòng)壓下裝置包括電動(dòng)機(jī)﹑減速機(jī)﹑制動(dòng)器﹑壓下螺絲﹑壓下螺母﹑壓下位置指示器﹑球面墊塊和測(cè)壓儀等部件;它的傳動(dòng)效率低，運(yùn)動(dòng)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性大，反應(yīng)速度慢，調(diào)整精度低。70年代以來(lái)，板帶軋機(jī)采用AGC(厚度自動(dòng)控制)系統(tǒng)后，在新的帶材冷﹑熱軋機(jī)和厚板軋機(jī)上已采用液壓壓下裝置，具有板材厚度偏差小和產(chǎn)品合格率高等優(yōu)點(diǎn)。
f.上軋輥平衡裝置：用于抬升上輥和防止軋件進(jìn)出軋輥時(shí)受沖擊的裝置。形式有：彈簧式﹑多用在型材軋機(jī)上;重錘式，常用在軋輥移動(dòng)量大的初軋機(jī)上;液壓式，多用在四輥板帶軋機(jī)上。
g.為提高作業(yè)率，要求軋機(jī)換輥迅速﹑方便。換輥方式有C形鉤式﹑套筒式﹑小車(chē)式和整機(jī)架換輥式四種。用前兩種方式換輥靠吊車(chē)輔助操作，而整機(jī)架換輥需有兩套機(jī)架，此法多用于小的軋機(jī)。小車(chē)換輥適合于大的軋機(jī)，有利于自動(dòng)化。目前，軋機(jī)上均采用快速自動(dòng)換輥裝置，換一次軋輥只需5～8分鐘。
(2)傳動(dòng)裝置
由電動(dòng)機(jī)﹑減速機(jī)﹑齒輪座和連接軸等組成。齒輪座將傳動(dòng)力矩分送到兩個(gè)或幾個(gè)軋輥上。
(3)輔助設(shè)備
包括軋制過(guò)程中一系列輔助工序的設(shè)備。如原料準(zhǔn)備﹑加熱﹑翻鋼﹑剪切﹑矯直﹑冷卻﹑探傷﹑熱處理﹑酸洗等設(shè)備。
(4)起重運(yùn)輸設(shè)備
吊車(chē)﹑運(yùn)輸車(chē)﹑輥道和移送機(jī)等。
(5)附屬設(shè)備
有供﹑配電﹑軋輥車(chē)磨，潤(rùn)滑，供﹑排水，供燃料，壓縮空氣，液壓，清除氧化鐵皮，機(jī)修、電修、排酸，油﹑水﹑酸的回收，以及環(huán)境保護(hù)等設(shè)備。
5、軋機(jī)的命名
按軋制品種﹑軋機(jī)型式和公稱(chēng)尺寸來(lái)命名?！肮Q(chēng)尺寸”的原則對(duì)型材軋機(jī)而言，是以齒輪座人字齒輪節(jié)圓直徑命名;初軋機(jī)則以軋輥公稱(chēng)直徑命名;板帶軋機(jī)是以工作軋輥輥身長(zhǎng)度命名;鋼管軋機(jī)以生產(chǎn)最大管徑來(lái)命名。有時(shí)也以軋機(jī)發(fā)明者的名字來(lái)命名(如森吉米爾軋機(jī))。
6、軋機(jī)的選擇
按生產(chǎn)的產(chǎn)品品種﹑規(guī)格﹑質(zhì)量和產(chǎn)量的要求來(lái)選定成品或半成品軋機(jī)的類(lèi)型和尺寸，并配備必要的輔助﹑起重運(yùn)輸和附屬設(shè)備，然后根據(jù)各種因素的要求最后加以平衡選定。
7、軋機(jī)動(dòng)力設(shè)施
1590年英國(guó)開(kāi)始用水輪機(jī)拖動(dòng)軋輥，直到1790年還有用水輪機(jī)配以石制飛輪拖動(dòng)四輥式鋼板軋機(jī)的。1798 年英國(guó)開(kāi)始用蒸汽機(jī)拖動(dòng)軋機(jī)。現(xiàn)代的軋機(jī)均為直流或交流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，有單機(jī)拖動(dòng)，也有通過(guò)齒輪成組拖動(dòng)。
8、軋機(jī)的分類(lèi)
軋機(jī)可按軋輥的排列和數(shù)目分類(lèi)，可按機(jī)架的排列方式分類(lèi)，也可按生產(chǎn)的產(chǎn)品分類(lèi)。
9、軋機(jī)的發(fā)展
現(xiàn)代軋機(jī)發(fā)展的趨向是連續(xù)化﹑自動(dòng)化﹑專(zhuān)業(yè)化，產(chǎn)品質(zhì)量高，消耗低。60年代以來(lái)軋機(jī)在設(shè)計(jì)﹑研究和制造方面取得了很大的進(jìn)展，使帶材冷熱軋機(jī)﹑厚板軋機(jī)﹑高速線(xiàn)材軋機(jī)﹑H型材軋機(jī)和連軋管機(jī)組等性能更加完善，并出現(xiàn)了軋制速度高達(dá)每秒鐘115米的線(xiàn)材軋機(jī)﹑全連續(xù)式帶材冷軋機(jī)﹑5500毫米寬厚板軋機(jī)和連續(xù)式H型鋼軋機(jī)等一系列先進(jìn)設(shè)備。軋機(jī)用的原料單重增大，液壓 AGC﹑板形控制﹑電子計(jì)算器過(guò)程控制及測(cè)試手段越來(lái)越完善﹐軋制品種不斷擴(kuò)大。一些適用于連續(xù)鑄軋﹑控制軋制等新軋制方法，以及適應(yīng)新的產(chǎn)品質(zhì)量要求和提高經(jīng)濟(jì)效益的各種特殊結(jié)構(gòu)的軋機(jī)都在發(fā)展中。
