铁的锻造工艺(打铁锻造工艺方法)

1. 铁的锻造工艺

钢铁，其实是两个名词——“钢”和“铁”的合称。炼钢之前先要炼铁。「铁」分为生铁和熟铁。「钢」的含碳量介于生铁和熟铁之间。

「生铁」一般指含碳量在2~6.69%的铁的合金。又称铸铁。生铁里除含碳外，还含有硅、锰及少量的硫、磷等，它可铸不可锻。

「熟铁」是用生铁精炼而成的比较纯的铁。含碳量在0.02%以下，又叫锻铁、纯铁。纯铁要求碳、磷、硫等杂质元素含量很低，其冶炼难度较大，制造成本远大于生铁和钢。

铁的冶炼

炼铁方法主要有高炉法、直接还原法、熔融还原法等，其原理是矿石在特定的气氛中（还原物质CO、H2、C；适宜温度等）通过物化反应获取还原后的生铁。生铁除了少部分用于铸造外，绝大部分是作为炼钢原料。

「高炉炼铁」是现代炼铁的主要方法，钢铁生产中的重要环节。由于技术经济指标良好，工艺简单，生产量大，劳动生产率高，能耗低，高炉法生产的铁占世界铁总产量的95％以上。

▲ 高炉炼铁示意图

高炉是近似于圆柱形的炉子，它的外面包以钢板，内壁砌以耐火砖，整个炉子建筑在很深的混凝土基础上。

高炉生产时，从炉顶装入铁矿石、焦炭、造渣用熔剂（石灰石），从位于炉子下部沿炉周的风口吹入经预热的空气。在高温下焦炭中的碳同鼓入空气中的氧燃烧生成的一氧化碳和氢气，在炉内上升过程中除去铁矿石中的氧，从而还原得到铁。炼出的铁水从铁口放出。

铁矿石中不还原的杂质和石灰石等熔剂结合生成炉渣，从渣口排出。产生的煤气从炉顶导出，经除尘后，作为热风炉、加热炉、焦炉、锅炉等的燃料。

原料：铁矿石、溶剂、燃料

①铁矿石

自然开采的矿石，无论在化学成分、物理状态等各方面，都很难满足高炉冶炼的要求，必须经过破碎、筛分、选矿、造块、混匀等准备处理，以品位高、成分、粒度均匀稳定的状态供应高炉。

冶金工业常用的铁矿石有以下四种。

矿种

主要成分

理论含铁量

自然含铁量

赤铁矿

Fe2O3

70%

50%~60%

磁铁矿

Fe3O4

72.4%

40%~70%

褐铁矿

2Fe2O3·3H2O

59.8%

37%~55%

菱铁矿

FeCo3

48.2%

低

②溶剂

矿石中的脉石和燃料中的灰分，都含有一些熔点很高的化合物（如SiO2熔点为1625℃，Al2O3熔点为2050℃），它们在高炉冶炼的温度下，不能熔化成液体，因而不能使它们很好地与铁液分离，同时也使炉子的操作发生困难。

加入熔剂的目的在于其与这些高熔点的化合物形成低熔点的炉渣，以便在高炉冶炼温度下完全液化，并保持相当的流动性，以达到很好地与金属分离之目的，保证生铁的质量。

根据熔剂的性质，可分为碱性熔剂和酸性熔剂。采用哪一种熔剂要根据矿石中脉石和燃料中灰分的性质来决定。由于天然矿石中脉石大多数为酸性，焦炭灰分也都是酸性的，所以通常都使用碱性熔剂，如石灰石。酸性熔剂很少使用。

③燃料

高炉冶炼所需要的热量，主要是依靠燃料的燃烧而获得，同时燃料在燃烧过程中，还起着还原剂的作用，所以燃料是高炉冶炼的主要原料之一，常用的燃料主要是焦炭，还有无烟煤和半焦等。

理化过程：高温下的还原反应+造渣反应

高炉冶炼的目的，就是要把铁从铁矿石中还原出来，同时去除其中所含的杂质。整个冶炼过程中，最主要的是进行铁的还原反应以及造渣反应。

除此之外，还伴随着其他一系列复杂的物理化学反应，如水分及挥发物的蒸发、碳酸盐的分解、铁的碳化和熔化以及其他各种元素的还原等，而这一系列的反应，都只有在一定的温度下才能实现。因此，冶炼过程还需要有燃料的燃烧来作为必要的条件。

①燃料的燃烧

C＋O2→CO2

②炉料的分解

水分蒸发和结晶水分解；挥发物的排除；碳酸盐的分解。

③高炉内的还原反应

>>铁的还原

在高炉中，铁并不是直接从高价氧化物中还原出来的，而是要经过一个由高价氧化物还原成低价氧化物，再由低价氧化物还原出铁的过程：

Fe2O3→Fe3O4→FeO→Fe

铁的还原，主要依靠一氧化碳气体和固体碳作为还原剂来实现。通常把一氧化碳的还原称为间接还原，把固体碳的还原称为直接还原。

间接还原总反应为：

3Fe2O3＋9CO→6Fe＋9CO2

直接还原总反应为：

3Fe2O3＋C→2Fe3O4＋CO

>>铁的碳化

从矿石中还原出来的铁，是固体海绵状的，它的含碳量极低，通常不超过1％。由于CO在较低的温度下分解，而分解出的C具有很强的活性，当它与铁接触时，很容易形成铁碳合金。

因此，固态海绵状铁在较低的温度下（400℃～600℃）就开始了渗碳作用。其化学反应如下：

2CO＋3Fe→Fe3C＋CO2

或3Fe（液）＋C（固）→Fe3C

④造渣过程

造渣过程就是矿石中的脉石和燃料中的灰分与熔剂合在一起，从高炉中被清除出去的过程。高炉中的成渣情况常见的有以下两种：

用普通酸性矿石冶炼时，熔剂以石灰石形态装入高炉，熔剂中的CaO并不能与矿石中的酸性氧化物密切接触，因此最初形成的渣，主要是SiO2、Al2O3与一部分已还原的FeO生成的Fe2SiO4。由于渣中有FeO存在，降低了炉渣的熔点，并有较好的流动性，在它往下降落的过程（同时也是温度升高的过程）中，所含的FeO逐渐被还原而失去，而CaO的含量随之增多，最后形成末渣流入炉缸。

用自熔性矿石冶炼时，由于矿石中含有较多的CaO，并且它与酸性的SiO2能很好地接触，所以在冶炼开始时CaO就立即参加了造渣反应，尤其是采用自熔性烧结矿冶炼时，早在烧结过程中CaO就和SiO2、Al2O3等形成了炉渣，因此在这种矿石的初成炉渣中CaO的含量就较高，在下降过程中炉渣的成分变化也较小。

高炉产品：生铁+铁合金

高炉冶炼的产品主要是生铁、铁合金，副产品有炉渣、煤气和炉尘等。

①生铁

生铁是含碳量在2％以上的铁碳合金，其中还含有Si、Mn、S、P等杂质。

根据用途和成分，可将生铁分成两大类。一类是炼钢生铁：这种生铁中的碳以化合物形态存在，其断面为银白色，也叫做白口铁；另一类是铸造生铁：直接用来制造机器零部件的。

②铁合金

铁与任何一种金属或非金属的合金都叫做铁合金（有的也叫它合金生铁）。铁合金的种类很多，有硅铁、锰铁、铬铁、钼铁、钨铁等。

③炉渣、炉气和炉尘

炉渣、炉气和炉尘是高炉的副产品，以前作为废物而抛弃，现在已经广泛用于建筑材

2. 打铁锻造工艺方法

用大白话简单说一下吧。

铸造：将金属溶液直接注入铸模具而形成一定形状的金属成型工艺。质量稍微差一点。

压铸：是铸造的一种，如果是溶液自然流入铸模，可能铸件会产生气孔的缺陷，所以用一定的压力注射熔体，这样的话，会相应减少缺陷。

锻造：铸件或者其他工件，经过敲击捶打或者其他压力冲击等方式获得更好的强度的加工工艺。这样得到的产品，性能和强度上都强于铸造件。比如打铁，就是传统的锻造工艺。

冲压： 就是将一定形状的物体，放于冲压机下，冲压机上装有模具，用冲头冲出模具中设计好的产品。

3. 钢铁锻造工艺

1、折叠锻打：人工锤锻的方法将多种软硬材质不同的钢铁反复折叠锻打，使钢表面呈现出花纹，是专用于制作刀剑的钢材

2、覆土烧刃：以调配的泥土覆盖刀身不需要高硬度的位置，然后将刀剑加热至特定温度，当红热的刀身进入水中后，赤裸的部分迅速冷却，而有泥土覆盖的部位的温度变化不会非常明显，导致硬度与赤裸部位不同，从而达到刚柔并济的效果，在刀刃硬度高的情况下，依旧能保持刀身的良好韧性。

3淬火：两种淬火方式不同，水和油的比热容有差别，因此在淬火的时候冷却的激烈程度的不同因此热处理的效果也不同，相较之下，水淬比较激烈，产生高硬度的同时韧性方面有所牺牲，油淬稍微缓和，比较折中，不一定有出众的硬度，也不会太绵软。

5、璇焊：旋焊的花纹并无固定，似羽毛、似鱼肠、似菊花、似天梯，不一而同。旋焊也是一种折叠锻造，但它呈现的锻造纹理非常具有规律性，所呈现花纹绚烂，极具欣赏美感，这其中与工匠的锻造技法有很大关系，而锻造刀剑所用材料也有相当影响。

6、团打：这是一种非常大众的折叠锻造，相对工艺比较简单，省工省时，适合于大批量制造，所呈现纹理较粗犷，多似绵延山峦，刃口夹钢清晰可见。

7、流水：流水分粗细，多在锋尖处有折返，这也是判断此种锻造纹理的刀剑刃体是否有折损残缺的参考之一。流水粗者均匀流淌于刃身，细者多集中显现于刃体中间部位，也有于刀剑刃体间出脊而去者。流水纹理舒展顺畅，确似潺潺流水。

8、包钢：用一整块钢将一块钢“包”在中间，一侧露出被包的钢，即在刀刃上露出硬度较高的钢材，刀背及两侧则是一整块硬度低、韧性好的钢材。制作大型刀具的时候，一般是包钢的方法用的较多。

9、夹钢：就好像汉堡包一样，两侧是硬度低、韧性好的钢材，中间夹一块高硬度的钢材，其周边全部显露。其作双刃刀时，一般采用夹钢的方法。

10、花纹钢：花纹钢（折叠花纹钢和焊接花纹钢):折叠花纹钢是中国古代工匠用特殊工艺锻造出来能显示花纹的一种铁碳合金。

4. 铁的锻造工艺流程图

是用生铁精炼而成的比较纯的铁。含碳量在0.02%以下,又叫锻铁、纯铁。纯铁要求碳、磷、硫等杂质元素含量很低,其冶炼难度较大,制造成本远大于生铁和钢。炼出来的都是生铁，熟铁熔点太高，没法直接炼出来。熟铁应该是靠反复的加热锻打，加热锻打次数多了才得到。

还有就是把生铁熔化，拿搅棍不断搅拌，生铁中的碳不断跟氧气反应，最后得到熟铁

5. 铁的锻造过程

炼钢

　　制造钢的过程或业务

　　炼钢工艺过程

　　造渣：调整钢、铁生产中熔渣成分、碱度和粘度及其反应能力的操作。目的是通过渣——金属反应炼出具有所要求成分和温度的金属。例如氧气顶吹转炉造渣和吹氧操作是为了生成有足够流动性和碱度的熔渣，以便把硫、磷降到计划钢种的上限以下，并使吹氧时喷溅和溢渣的量减至最小。

　　出渣：电弧炉炼钢时根据不同冶炼条件和目的在冶炼过程中所采取的放渣或扒渣操作。如用单渣法冶炼时，氧化末期须扒氧化渣；用双渣法造还原渣时，原来的氧化渣必须彻底放出，以防回磷等。

　　熔池搅拌：向金属熔池供应能量，使金属液和熔渣产生运动，以改善冶金反应的动力学条件。熔池搅拌可藉助于气体、机械、电磁感应等方法来实现。

　　电炉底吹：通过置于炉底的喷嘴将N2、Ar、CO2、CO、CH4、O2等气体根据工艺要求吹入炉内熔池以达到加速熔化，促进冶金反应过程的目的。采用底吹工艺可缩短冶炼时间，降低电耗，改善脱磷、脱硫操作，提高钢中残锰量，提高金属和合金收得率。并能使钢水成分、温度更均匀，从而改善钢质量，降低成本，提高生产率。

　　熔化期：炼钢的熔化期主要是对平炉和电炉炼钢而言。电弧炉炼钢从通电开始到炉料全部熔清为止、平炉炼钢从兑完铁水到炉料全部化完为止都称熔化期。熔化期的任务是尽快将炉料熔化及升温，并造好熔化期的炉渣。

　　氧化期和脱炭期：普通功率电弧炉炼钢的氧化期，通常指炉料溶清、取样分析到扒完氧化渣这一工艺阶段。也有认为是从吹氧或加矿脱碳开始的。氧化期的主要任务是氧化钢液中的碳、磷；去除气体及夹杂物；使钢液均匀加热升温。脱碳是氧化期的一项重要操作工艺。为了保证钢的纯净度，要求脱碳量大于0.2％左右。随着炉外精炼技术的发展，电弧炉的氧化精炼大多移到钢包或精炼炉中进行。

　　精炼期：炼钢过程通过造渣和其他方法把对钢的质量有害的一些元素和化合物，经化学反应选入气相或排、浮入渣中，使之从钢液中排除的工艺操作期。

　　还原期：普通功率电弧炉炼钢操作中，通常把氧化末期扒渣完毕到出钢这段时间称为还原期。其主要任务是造还原渣进行扩散、脱氧、脱硫、控制化学成分和调整温度。目前高功率和超功率电弧炉炼钢操作已取消还原期。

　　炉外精炼：将炼钢炉（转炉、电炉等）中初炼过的钢液移到另一个容器中进行精炼的炼钢过程，也叫二次冶金。炼钢过程因此分为初炼和精炼两步进行。初炼：炉料在氧化性气氛的炉内进行熔化、脱磷、脱碳和主合金化。精炼：将初炼的钢液在真空、惰性气体或还原性气氛的容器中进行脱气、脱氧、脱硫，去除夹杂物和进行成分微调等。将炼钢分两步进行的好处是：可提高钢的质量，缩短冶炼时间，简化工艺过程并降低生产成本。炉外精炼的种类很多，大致可分为常压下炉外精炼和真空下炉外精炼两类。按处理方式的不同，又可分为钢包处理型炉外精炼及钢包精炼型炉外精炼等。

　　钢液搅拌：炉外精炼过程中对钢液进行的搅拌。它使钢液成分和温度均匀化，并能促进冶金反应。多数冶金反应过程是相界面反应，反应物和生成物的扩散速度是这些反应的限制性环节。钢液在静止状态下，其冶金反应速度很慢，如电炉中静止的钢液脱硫需30～60分钟；而在炉精炼中采取搅拌钢液的办法脱硫只需3～5分钟。钢液在静止状态下，夹杂物*上浮除去，排除速度较慢；搅拌钢液时，夹杂物的除去速度按指数规律递增，并与搅拌强度、类型和夹杂物的特性、浓度有关。

　　钢包喂丝：通过喂丝机向钢包内喂入用铁皮包裹的脱氧、脱硫及微调成分的粉剂，如Ca-Si粉、或直接喂入铝线、碳线等对钢水进行深脱硫、钙处理以及微调钢中碳和铝等成分的方法。它还具有清洁钢水、改善非金属夹杂物形态的功能。

　　钢包处理：钢包处理型炉外精炼的简称。其特点是精炼时间短（约10～30分钟），精炼任务单一，没有补偿钢水温度降低的加热装置，工艺操作简单，设备投资少。它有钢水脱气、脱硫、成分控制和改变夹杂物形态等装置。如真空循环脱气法（RH、DH），钢包真空吹氩法（Gazid），钢包喷粉处理法（IJ、TN、SL）等均属此类。

　　钢包精炼：钢包精炼型炉外精炼的简称。其特点是比钢包处理的精炼时间长（约60～180分钟），具有多种精炼功能，有补偿钢水温度降低的加热装置，适于各类高合金钢和特殊性能钢种（如超纯钢种）的精炼。真空吹氧脱碳法（VOD）、真空电弧加热脱气法（VAD）、钢包精炼法（ASEA-SKF）、封闭式吹氩成分微调法（CAS）等，均属此类；与此类似的还有氩氧脱碳法（AOD）。

　　惰性气体处理：向钢液中吹入惰性气体，这种气体本身不参与冶金反应，但从钢水中上升的每个小气泡都相当于一个“小真空室”（气泡中H2、N2、CO的分压接近于零），具有“气洗”作用。炉外精炼法生产不锈钢的原理，就是应用不同的CO分压下碳铬和温度之间的平衡关系。用惰性气体加氧进行精炼脱碳，可以降低碳氧反应中CO分压，在较低温度的条件下，碳含量降低而铬不被氧化。

　　预合金化：向钢液加入一种或几种合金元素，使其达到成品钢成分规格要求的操作过程称为合金化。多数情况下脱氧和合金化是同时进行的，加入钢中的脱氧剂一部分消耗于钢的脱氧，转化为脱氧产物排出；另一部则为钢水所吸收，起合金化作用。在脱氧操作未全部完成前，与脱氧剂同时加入的合金被钢水吸收所起到的合金化作用称为预合金化。

　　成分控制：保证成品钢成分全部符合标准要求的操作。成分控制贯穿于从配料到出钢的各个环节，但重点是合金化时对合金元素成分的控制。对优质钢往往要求把成分精确地控制在一个狭窄的范围内；一般在不影响钢性能的前提下，按中、下限控制。

　　增硅：吹炼终点时，钢液中含硅量极低。为达到各钢号对硅含量的要求，必须以合金料形式加入一定量的硅。它除了用作脱氧剂消耗部分外，还使钢液中的硅增加。增硅量要经过准确计算，不可超过吹炼钢种所允许的范围。

　　终点控制：氧气转炉炼钢吹炼终点（吹氧结束）时使金属的化学成分和温度同时达到计划钢种出钢要求而进行的控制。终点控制有增碳法和拉碳法两种方法。

　　出钢：钢液的温度和成分达到所炼钢种的规定要求时将钢水放出的操作。出钢时要注意防止熔渣流入钢包。用于调整钢水温度、成分和脱氧用的添加剂在出钢过程中加入钢包或出钢流中。

6. 可锻铸铁生产工艺

用铸308焊条。

用铸308焊条焊接的生铁材料是铸铁，铁锅那样的生铁材料这焊条是焊不了的。

把铸铁和熟铁材料焊接起来，除选用正确的焊条外，还要有恰当的焊接措施。

首先要给焊缝开坡口，最好开U形坡口，V形坡口不适合铸铁焊接。

预热缓冷焊接法比较麻烦，用冷焊法比较简单。用冷焊法焊接要准备个圆顶的小榔头，每次焊缝焊接长度不要超过1厘米，焊条不许左右摆动，避免焊缝过宽，放下焊钳后马上用小榔头轻敲焊缝，待焊缝摸着不太烫手时，再继续焊接。焊缝如果较长，分段焊接，A段B段C段轮流焊，一段焊缝不需一次焊完，A段凉了焊A段，B段凉了返回焊B段。焊接时还要准备一根钢锯条，用两把钳子把锯条拧断，用尖锐的断锯条剜掉焊缝里的焊渣，也可以用榔头敲击断锯条，剜掉焊缝里牢固的焊渣。

7. 铁的锻造工艺有哪些

铁：是一种化学元素，为晶体，它的化学符号是Fe，原子序数是26。是最常用的金属。它是过渡金属的一种，是地壳含量第二高的金属元素。

铁制物件发现于公元前3500年的古埃及。它们包含百分之7、5的镍，表明它们来自流星。

古代小亚细亚半岛的赫梯人在3500年前是第一个从铁矿石中熔炼铁的，这种新的、坚硬的金属给了他们经济和政治上的力量，铁器时代开始了。

中国也是最早发现和掌握炼铁技术的国家之一。1973年在中国河北省出土了一件商代铁刃青铜钺，表明3300多年以前中国人认识了铁，熟悉了铁的锻造性能，识别了铁与青铜在性质上的差别，把铁铸在铜兵器的刃部，加强铜的坚韧性。经科学鉴定，证明铁刃是用陨铁锻成的。

随着青铜熔炼技术的成熟，逐渐为铁的冶炼技术的发展创造了条件。另外人体中也含有铁元素。血红蛋白的成分，帮助氧气运输。

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