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百炼成钢化学方程式怎么写(钢铁究竟是怎样炼成的)

钢铁是怎样炼成的

这本启蒙读物想必大家都不陌生,他用鲜活的事例告诉了我们在革命道路上,钢铁般的意志是怎样铸就的。这本书,对孩子品行和人格的塑造是大有裨益的。

暑假给孩子买了这本书,打算让她好好研读一番。刚拿到书本的时候,孩子问了我一个哭笑不得的问题“我又不要去工厂里面炼钢,看这个干什么?”。这。。。我一时不知道该怎么回答。后来仔细斟酌一番,慷慨激昂地对孩子说:“钢铁坚硬吗?钢铁有用吗?你想拥有钢铁般的意志吗?你想像钢铁一般无坚不摧吗?你想成为钢铁一样的栋梁之材吗?如果你的回答是肯定的,就认真读一读这本书吧!”然后,孩子两眼放光地抱着书走进了书房。

想必,很多人小时候第一次看到这本书的时候,也会有类似的问题。估计父母也会有类似的说辞,所以在本文,深刻的内涵和教育意义我就不再探讨了,今天就聊一聊“钢铁是怎样炼成的”这句话的字面意思。

钢铁究竟是怎么来的?

点石成铁

铁是由铁矿石冶炼而来的

其基本化学原理就是一个简单的化学方程式

3CO + Fe2O3 == 2Fe + 3CO2

铁矿石有很多种:赤铁矿[主要成分是氧化铁(Fe2O3)]、黄铁矿[主要成分是硫化亚铁(FeS2)]、菱铁矿[主要成分是碳酸亚铁( FeCO3)]、磁铁矿[主要成分是四氧化三铁(Fe3O4)]等等,

上面的化学方程式就是赤铁矿的冶炼原理。在高温下,用具有还原性的一氧化碳与氧化铁发生反应,可以生成单质铁和二氧化碳。

那一氧化碳是怎么来的呢?小时候家里没有暖气,天冷的时候都烧煤炉取暖,煤炉上有一根长长的铁管子通向窗外,它将煤炭燃烧后的废气排到户外。正常情况下,白天烧火做饭取暖,炉子敞开着,大量氧气与煤炭充分反应,此时产生的废气就是二氧化碳。到了晚上,或者家里人都出门的时候,会把炉盖盖上,此时氧气量减少,煤炭发生不充分的燃烧,就会产生大量的一氧化碳。那个时候经常会有煤气中毒的事件发生。

炼铁需要的一氧化碳就是同样道理产生的。

一般炼铁,比较常见的方法就是高炉炼铁。所谓高炉,就是下面这个样子:

矿石,石灰石焦炭从炉顶倒入,炉下部鼓入热空气(1300℃以上),在炉体内与物料发生氧化还原反应,焦炭被氧化为一氧化碳,一氧化碳将铁从铁矿石中还原出来,以铁水的形式从炉底流出,石灰石和铁矿石中的杂质反应,形成炉渣漂浮于铁水之上,从出渣口清出。

大家注意示意图中的三条路径,紫色的是产生还原剂一氧化碳的过程,橘红色的是铁矿石还原出铁水的过程,灰色的是去除杂质的过程。

此时的铁称之为“生铁”,仍然含有较多的杂质(含碳量大于2%,还有很多其他杂质),很脆易断,距离“钢铁”还差得很远。

百炼成钢

生铁若要百炼成钢,还要改进杂质成分,不同杂质有增有减。其中最主要的是要要进一步将含碳量降低到2%以下。

炼钢,可以借助三种设备,转炉、平炉和电炉

转炉的工作方式相对比较简单,我们简单介绍一下。

炼钢开始时,向转炉内注入1200~1300 ℃的液态生铁以及一定量的废钢和生石灰,然后鼓入空气、转动转炉使其直立起来。在这一过程中,液态生铁表面会发生剧烈反应,使硅、锰元素氧化生成炉渣,并利用对流作用使反应充分进行。经过一段时间,钢液中只剩下少量的硅元素与锰元素时,碳元素开始氧化,生成一氧化碳并释放出大量热量,使钢液剧烈沸腾,溢出炉口的一氧化碳会燃烧产生巨大的火焰。最后,磷元素也会发生氧化反应并进一步生成磷酸亚铁。磷酸亚铁与生石灰反应生成磷酸钙和硫化钙从而形成炉渣。当磷元素、硫元素逐渐减少,火焰消退,炉口出现褐色的四氧化三铁蒸汽时,钢便已经炼成。最后,将转炉转到水平位置,钢水倾至钢水包内,再加入脱氧剂进行脱氧。

经历了高炉的千锤百炼,又在转炉里百转千回,一炉好钢才真正成材。

人又何尝不是如此,磨难的锤炼让人意志坚定,人情世故让人进退得当,好钢不仅坚固,更具韧性;人心既要内方,也要外圆。