生铁水泥法

该法首先由L.P.Basset提出并研究成功，1931年首先在西班牙投入工业化生产，然后又在丹麦和法国等地得到应用。第二次世界大战期间，日本曾进行大规模试验，并改造几座水泥回转窑进行炼铁生产。1957年世界铁生产统计中，这种方法的产量为5万t，此后未见其他生产报道。1969年至1972年中国浙江省冶金研究所在浙江省肖山炼铁厂用∅1.9/1.4×26.5(m)回转窑，进行用黄铁矿烧渣作原料的炼铁试验，取得成功，并进行试生产。天津造纸厂也对该法进行试验和试生产 。

传统的生铁水泥法的原料处理中，要求水泥生产固相反应均匀，较强调炉料的混合与磨料细度。为此，物料必须先经干燥，再混合与磨细，较细的粉状混合料在窑内，极易吹损，特别是还原剂，易发生炉料的偏析现象。在肖山炼铁厂的试验中，采用润式球磨机磨料，物料不经干燥。试验中还将磨细料做成综合含碳球团，有效地防止了物料的吹损与偏析，也充分利用了含碳球团的强化还原作用。在正常冶炼时，炉料在窑内运行6~8h，完成炼铁及水泥熟料生产的一系列过程。铁氧化物的还原，主要是以固体碳的直接还原方式完成。还原反应生成的CO气体，覆盖料层表面，防止料层上部空间强氧化性气氛对还原铁的再氧化。在铁大量还原的料层里，仍须有一定量固体炭，除供还原铁的渗碳，也防止铁的大量氧化口冶炼过程生成的铁水，在窑的卸料端前一定距离的出铁口放出。铁水硫、磷含量极低，碳含量较高。炉渣(熟料)在越过铁口前的挡料圈后，在窑内仍有一段锻烧过程。过程的最高温度为1450~1500℃。炉渣的合适碱度(CaO/SiO₂)为3.2~3.5。当碱度过低时，炉渣脱硫能力变差，熔点降低，生成较多液相，易于粘结炉墙，或侵蚀炉衬。炉渣碱度过高时，熔点过高，其中有较多的游离CaO，使水泥质量降低。正常冶炼时的炉渣成分及其波动范围为：CaO60%~ 66%，SiO₂20%~25%，Al₂O₃3%~6%，Fe₂O₃2.5%~4.5%，这也是较好的水泥熟料的成分。

这种方法，由于液体铁水的冲刷，高温部分炉衬寿命很低。由于炉渣碱度很高，渣量较大，铁产量较低，生产规模难以扩大 。

生铁水泥法(Cast iron cement process)也叫巴塞法，是一种在回转窑内用固体碳高温还原处理高含硫铁矿石的非高炉炼铁方法，也是最早的铁矿石熔触还原炼铁法，因其产品为生铁和水泥熟料故名生铁水泥法 。

回转窑生铁水泥的设备与流程，与干法水泥生产相似。(见图1)铁矿石和还原剂煤炭，与大量的脱硫熔剂石灰石，经干燥后，按炼铁及水泥熟料生产两工艺要求，进行配料与磨料，磨料细度要求达到负200目90%~95%，装入回转窑。物料在斜度为2%~5%的窑中，随窑体回转与燃烧热气流逆向运行。进行物料的预热、石灰石分解、氧化铁还原、海绵铁渗碳、造渣，以及水泥熟料的锻烧，最后渣铁分离，得到生铁和水泥熟料。熟料中含有少量尚未分离小铁粒，在水泥生产的熟料磨细后磁选分离 。

生铁是含碳量2.11%-6.69%并含有非铁杂质较多的铁碳合金。可以通过降低碳含量来炼成钢。生铁的杂

质元素主要是硅、硫、锰、磷等。生铁质硬而脆，缺乏韧性，几乎没有塑性变形能力，因此不能通过锻造、轧制、拉拔等方法加工成形。但含硅高的生铁（灰口铁）的铸造及切削性能良好。生铁是高炉产品，按其用途可分为炼钢生铁和铸造生铁两大类。习惯上把炼钢生铁叫做生铁，把铸造生铁简称为铸铁。铸造生铁通过锻化、变质、球化等方法可以改变其内部结构，改善并提高其机械性能，因此，铸造生铁又可分为白口铸铁、灰口铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁和特种铸铁等品种。

生铁也可分为普通生铁和合金生铁，前者包括炼钢生铁和铸造生铁，后者主要是锰铁和硅铁。合金生铁作为炼钢的辅助材料，如脱氧剂、合金元素添加剂。普通生铁占高炉冶炼产品的98%以上，而炼钢铁又占中国普通生铁的80%以上，随着工业化水平的提高，这个比例还将逐渐增加。

从广义的角度讲，铁还分为化学纯铁（含C几乎为零），工业纯铁（含C小于0.0218%），以及海绵铁、粒铁等。但它们皆非高炉冶铁产品，而且用途也各异。当铁中含C在0.03%-1.2%范围时则为钢，含C1.2%-2.5%的铁缺乏实用性，一般不进行工业生产。

生铁是含碳量大于2.11%的铁碳合金，工业生铁含碳量一般 在2.11%--4.3%，并含C、Si、Mn、S、P 等元素是用铁矿石经高炉冶炼的产品。根据生铁里碳存在形态的不同，又可分为炼钢生铁、铸造生铁。

生铁性能：生铁坚硬、耐磨、铸造性好，但生铁脆，不能锻压。

生铁中除铁外，还含有碳、硅、锰、磷和硫等元素。这些元素对生铁的性能均有一定的影响。

碳（C）：在生铁中以两种形态存在，一种是游离碳（石墨），主要存在于铸造生铁中，另一种是化合碳（碳化铁），主要存在于炼钢生铁中，碳化铁硬而脆，塑性低，含量适当可提高生铁的强度和硬度，含量过多，则使生铁难于削切加工，这就是炼钢生铁切削性能差的原因。石墨很软，强度低，它的存在能增加生铁的铸造性能。

硅（Si）：能促使生铁中所含的碳分离为石墨状，能去氧，还能减少铸件的气眼，能提高熔化生铁的流动性，降低铸件的收缩量，但含硅过多，也会使生铁变硬变脆。

锰（Mn）：能溶于铁素体和渗碳体。在高炉炼制生铁时，含锰量适当，可提高生铁的铸造性能和削切性能，在高炉里锰还可以和有害杂质硫形成硫化锰，进入炉渣。

磷（P）：属于有害元素，但磷可使铁水的流动性增加，这是因为磷减低了生铁熔点，所以在有的制品内往往含磷量较高。然而磷的存在又使铁增加硬脆性，优良的生铁含磷量应少，有时为了要增加流动性，含磷量可达1.2%。

硫（S）：在生铁中是有害元素，它促使铁与碳的结合，使铁硬脆，并与铁化合成低熔点的硫化铁，使生铁产生热脆性和减低铁液的流动性，故含硫高的生铁不适于铸造细件。铸造生铁中硫的含量规定最多不得超过0.06%（车轮生铁除外）。

(1)、碳和硅元素是强烈的石墨化元素，含碳越高，析出的石墨越高，而硅又是强烈促进石墨化的元素，并且与铁原子结合力强，碳以石墨形式存在，碳与硅含量的调整可以使金属铸件内部金属组织改变，阳极组装浇注要求浇注的磷生铁环的强度，硬度适中为佳。

(2)、磷元素在磷生铁中顾名思义是阳极组装浇注中的关键元素，由于阳极组装浇注采用间断性方式，要求铁水的流动性较好，磷元素存在可以降低铁水的粘度，磷与铁二元素相结合所形成的晶体熔点温度为1050摄氏度，可知明显提高铁水的流动性硬度大，脆性强，易碎等。磷含量过大可导致磷生铁环的冷脆性增大，使浇注后的铁环产生裂纹，严重者导致脱落等状况。因此，既要保证磷元素足够的含量，使铁水有良好的流动性，又要使磷生铁环产生断纹，磷生铁中磷的适宜含量应控制在0.6-1.5%之间。

(3)、硫元素：硫是公认的有害性元素，也是在金属物质中存在的元素，由于硫在熔融铁水中无限溶解，而在固体铁中溶解度很小，因此，当含硫的铁水冷凝时要生成硫化铁，这种低熔点的晶体即铁锈，在这种晶粒间聚集使铸铁物产生裂纹断裂，同时硫的存在还阻碍了石墨化过程，能增大铁环的收缩性。

(4)、锰元素：在磷生铁中使溶解在铁水中的硫元素生成硫化锰MnS，硫化锰MnS的溶解度比硫化铁FeS在铁水中溶解度小，这样保证了向不熔物质(渣)硫向转移，由热力学分析可知，锰Mn与硫S化学亲和力远远大于铁Fe与硫S的化学亲和力(例如，人们都知道生铁表面的铁锈比锰铁表面的铁锈表现极为明显，但并不一定生铁里面的硫含量高于铁里面硫的含量)正如铁水在锰Mn与硫S将产生化学反应Mn S—MnS可知浮于渣中的硫化锰MnS，通过捞渣即可消除，同时锰元素在磷生铁化学成分范围内可以形成稳定的西化珠光体能使磷生铁环的强度、硬度适中。

(5)、磷生铁与磷生铁环在使用过程中各元素的变化。

磷生铁与磷生铁环各元素在1300°C的高温下各元素烧损量不同，碳和硅元素烧损量一般在0.4—0.7%，磷和锰元素一般在0.1—0.3%，硫元素的变化不定，如果控制除硫办法，就能把硫元素控制在范围内，否则起相反作用，硫上升标准超限，就会造成不良因素。