生铁

生铁（Pig Iron）是一种碳的质量分数大于2.14%的铁碳合金，也被叫做铸铁，工业里生铁中的碳的质量分数一般在2.5%~4%，并且里面还含有硅、锰、硫、磷等元素，是用铁矿石经高炉冶炼的产品，质地硬而脆，具有较高的耐压强度，但抗拉强度低。生铁按照用途不同可以分为炼钢用生铁、铸造用生铁和球墨铸铁用生铁、含钒生铁、铸造用磷铜钛低合金耐磨生铁等，生铁绝大部分用于炼钢，少部分用于铸造受压和耐磨部件。

人类最早发现和使用的铁，是天空中掉落下的陨铁，陨铁是铁和镍[niè]等金属的混合物，含铁量较高。地球上的天然铁是很少的，所以铁的冶炼和铁器的制造经历了一个很长的时期，中国是最早使用生铁的国家之一，淄博铁山就是中国冶铁的发源地，比欧洲至少早了16个世纪，公元前6世纪已炼出供浇铸的液态生铁，公元600年左右开始用煤炼生铁，1368~1644年已用焦炭炼生铁，1886年创办青豁铁厂，1894年年创办远东第一座钢铁联合企业湖北汉阳铁厂和大冶铁厂。二十世纪四十年代，瑞典罗伯特等人开发了O₂顶吹转炉炼钢工艺，全世界进入了钢、铁工业大发展的时期，粗钢的产量迅猛增长，炼钢生铁的需求量也随之增长。

生铁因为含碳太多，质硬而脆，具有较高的耐压强度，但抗拉强度低，没有延展性，不能焊接、不能塑性变形和机械加工。

生铁是由铁(Fe)与碳(C)以及其他少量元素组成的合金，通常铁的含量在94%左右，含碳量在4%左右，其余为硅、锰、磷、硫等少量元素，每种元素在生铁的制造过程中都有着不一样的作用。

碳和硅是生铁中形成石墨最基本的元素，它们的含量愈高，石墨化程度愈充分。这是因为随着含碳量增加，铁液中石墨晶核数增加，所以能促进石墨化。硅与铁原子的结合力较强，硅溶于铁素体中不仅会削弱铁、碳原子间的结合，而且还会使共晶电的含碳量减少，共晶转变温度提高，有利于石墨的析出。

锰是阻止石墨化的元素。锰的存在增强了铁碳原子间的结合力，降低碳原子的扩散速度，对第二阶段石墨化的影响尤为明显，有稳定珠光体的作用。锰还有另一个作用，锰和硫有很强的亲和力，两者结合形成MnS进入熔渣而被去除。当含锰量适当时，有利于石墨化。

磷是微弱促进石墨化的元素，从石墨化的角度看，略高的含磷量有益。但其作用微弱，一般不作为石墨化的调整元素。因磷使铸铁产生脆性，故生产中仍需严格控制。

硫硫是生铁中的有害元素，它能强烈阻止石墨化，过高的含硫量会使生铁出现白口组织。因此生产中应严格控制硫的含量。

生铁按照用途不同可以分为炼钢用生铁、铸造用生铁和球墨铸铁用生铁、含钒生铁、铸造用磷铜钛低合金耐磨生铁等。

炼钢用生铁俗称白口铁，是炼钢的金属原料生铁。炼钢生铁可用于制造犁铧[huá]之类的农具，如中国春秋晚期已使用白口铁制造器具，江苏六合程桥春秋晚期墓中所出铁块就是炼钢生铁，它是中国，也是世界上最早的生铁实物。炼钢生铁的特点是含硅量较低，含硫量较高，断口呈白色细小的晶粒，性质硬而脆，不适于铸造机件，但耐磨。

铸造用生铁也被叫做灰口铁、翻砂铁，是铸铁件的原料生铁。铸造用生铁可用于制造各种器物，湖北大冶锅绿山古矿井所出铁锤含有片状石墨，属铸造生铁，是中国最早的铸造用生铁制品。断口处结晶颗粒粗并呈灰色，含碳量大于3.3%，含硅量大于1.25%，锰、硫总量不超过2%，铸造用生铁铸造性能较好，凝固收缩小，脆性也较低，但炼出灰口铁所需温度较高。

球墨铸铁是一种析出的石墨呈球形的铸铁。球墨铸铁件主要用于生产球墨铸铁件，如河南渑池所出汉魏时期的铁斧经检验，经过脱碳退火处理，相当于含碳0.4%的钢，其组织没有絮状石墨，却发现有30颗球状石墨，显系球墨铸铁产品。南阳和巩县所出汉代铁器中也有这种球状石墨，表明中国球墨铸铁的发明比欧州早1000多年。球墨铸铁的特点是强度高，塑性和韧性较好，并有良好的铸造性能和加工性能。

铸造用磷铜钛低合金耐磨生铁主要用于内燃机汽缸套，火车车轮闸瓦，球磨机铁球等耐磨的机件。

含钒生铁主要用于提炼钒，也可以用于炼钢或铸造等。

生铁的一种。麻口铁是同时具有炼钢生铁和铸造生铁组织。麻口铁可用于制造犁铧这一类的农具，如满城汉墓所出土的犁钟就是中国历史上最早的麻口铁制品。麻口铁的特点是其性能介于炼钢生铁和铸造生铁之间。

可锻铸铁也叫展性铸铁或韧性铸铁，是由炼钢生铁经退火处理，使石墨呈絮状的铸铁。可锻铸铁的特点是具有较低的碳、硅含量，硬度较高，韧性亦较好，但是可锻铸铁的生产工艺周期长、工艺复杂、成本高。可锻铸铁分白心和黑心两种，白心可锻铸铁是将炼钢生铁在氧化介质中密封退火，使其中的碳扩散到表面被氧化脱除，使铸件组织的含碳量与钢相近，其断口呈现出白色；黑心可锻铸铁是将白口铸铁在非氧化气氛下进行退火，使铸件中渗碳体分解，形成絮状石墨，其断口心部呈暗黑色，周边脱碳呈现出灰白色。可锻铸铁可用于制造形状复杂、承受冲击、振动及牛钻复合载荷的铸件，如洛阳水泥制品所出战国早期铁铲是最早的黑心可锻铸铁产品，湖南长沙和湖北大冶锅绿山所出战国中期的铁铲、铁锤、铁斧、铁锄均为可锻铸铁，有白心的，也有黑心的，比国外早2000多年。战国中期以后，可锻铸铁工艺更加成熟，在中国农业、手工业和日常生活中发挥了极为重要的作用。

生铁的冶炼一般是在高炉里进行的。高炉炼铁已经是技术成熟、生产稳定的生产工艺，世界各国产出的生铁基本上都是由高炉冶炼的，一些钢铁生产大国部分使用有效容积在5000m²以上的巨型高炉。一般生铁冶炼的生产系统包括：炼焦、铁矿粉的精选和造块、热风炉和高炉以及高炉煤气的回收、利用系统。高炉法主要是以赤铁矿(Fe₃O₂)、褐铁矿(nFe₂O·mH₂O)、磷铁矿(Fe₃O₄)、菱铁矿(FeCO₃)等为主要原料，用焦炭作燃料和还原剂，石灰石等作熔剂，按一定比例和顺序加入高炉中，同时鼓入预热空气，经还原、造渣、渗碳冶炼而成。从上个世纪七十年代起，在奥地利、德国和美国等国家开始致力于研究并开发一种不用焦炭的“还原、熔融”工艺来制备生铁，这种工艺可以用铁矿石、烧结矿或球团矿为原料，以烟煤替代焦炭作为燃料和还原剂，这种方法可以减少以往用焦炭作为燃料带来的污染和杂质的生成。

这个方法是高纯生铁生产的方法之一，以钛渣为原料，不仅能够富集TiO（氧化钛），而且还可回收钛铁矿中的铁，由于在提炼钛渣的同时也去除了铁液中的杂质元素，所以回收的金属就是高纯生铁。

精料法是中国大多数高铁纯生和优质铸造生铁生产大的方法。均采用精选炉料、优化高炉冶炼工艺的方法进行生产，即精心选用磷、硫等有害杂质元素都很低的优质精矿粉，对其进行烧结。

采用光度法可以分析生铁中硅、磷、锰、钒、钛元素，这种方法操作简便、分析决速、结果准确，而且采用的试剂品种少、用量小，分析成本大幅度降低，避免了使用有剧毒的亚砷酸钠试剂和复杂的操作步骤。

用X射线荧光光谱法快速分析生铁成分的方法，将生铁试样粉碎至过0.125mm筛网并混匀，设置好最佳的压样机的工作条件、各元素的最佳分析谱线以及相应的最佳光谱仪工作参数；采用硼酸作为衬托材料制作出硼酸衬底和围边的粉末压片，用质地均匀的保鲜膜将粉末压片紧密包裹，采用校准曲线法制作各元素的分析程序，测定各元素特征X射线强度建立最终的分析程序和漂移校正程序，对仪器进行漂移校正和验证分析确认后再分析试样，在平行试样检测结果之间偏差未超出允差范围的情况下计算平均值报出结果。本发明可一次性分析出生铁中硅、锰、磷、镍、铬、铜、砷[shēn]、钒、钛、锡等多种元素，分析结果从计算机直接读出，操作简单，分析速度快。

样品放置于检测位置，X射线管发出X射线激发样品，使样品中各个元素产生出各自的特征X射线，这些特征X射线进入探测器产生脉冲信号，经过前置放大器送入脉冲放大器。经脉冲放大器的放大与脉冲成形，送人模数转换器，将模拟信号转换成数字量，送人计算机接口，软件通过控制接口电路进行谱数据的采集与控制。X荧光分析软件通过对各种特征X射线能量的分析可以得到定性的结果，即可知道样品中含有何种元素，再通过对特征X射线的强度计算与分析，最终完成样品中各元素含量的分析。

矿石和焦炭中碳、硫含量的测定，大多采用经典管式炉气体容量法，此法操作不易掌握，且速度慢，而用高频红外碳硫吸收法，样品能够完全燃烧，碳和硫释放完全，分析速度快，操作简单，准确度符合要求，是比较理想的一种分析方法。

生铁被广泛运用到建筑、机械制造、石油化工和国防等行业。

生铁在建筑中一般被用于来制造输水管、排气管、石油管和暖片。

生铁在机械制造中一般用于制造机械零件，使用的生铁种类一般是铸造生铁，如汽车、拖拉机中的连杆、曲轴、凸轮轴以及齿轮等。炼钢生铁一般在炼钢生产中使用，是作为生产的原料。

生铁还可以用来提炼金属物质，如含钒生铁可以用于提炼钒。