Question

用高炉炼铁法炼铁时，为什么炼出的是生铁，而不是纯铁

虽然说氧化铁和碳混合在一起，但是氧化铁被还原后的铁单质因为高温直接变成铁水了，怎么会把碳混进来呢？希望这方面的高手解答... 虽然说氧化铁和碳混合在一起，但是氧化铁被还原后的铁单质因为高温直接变成铁水了，怎么会把碳混进来呢？ 希望这方面的高手解答 展开

Answer 1

生产时，从炉顶（一般炉顶是由料种与料斗组成，现代化高炉是钟阀炉顶和无料钟炉顶）不断地装入铁矿石、焦炭、熔剂，从高炉下部的风口吹进热风（1000～1300摄氏度），喷入油、煤或天然气等燃料。
装入高炉中的铁矿石，主要是铁和氧的化合物。在高温下，焦炭中和喷吹物中的碳及碳燃烧生成的一氧化碳将铁矿石中的氧夺取出来，得到铁，这个过程叫做还原。铁矿石通过还原反应炼出生铁，铁水从出铁口放出。
铁矿石中的脉石、焦炭及喷吹物中的灰分与加入炉内的石灰石等熔剂结合生成炉渣，从出铁口和出渣口分别排出。煤气从炉顶导出，经除尘后，作为工业用煤气。现代化高炉还可以利用炉顶的高压，用导出的部分煤气发电。
至于你说为什么会炼出生铁，是因为碳和铁在高温下反应生成碳化铁。
碳化铁也是铁冶金中的渗碳体，生铁和钢的很多性能都与碳化铁的存在有关。
碳化铁是一种比较特殊的碳化物。可以根据成键的特点把碳化物分成三类：
(1)离子型(盐型)碳化物，如CaC2、
Al4C3等。这类碳化物的热稳定性都很高，能被水、稀酸所分解：
CaC2+2H2O=C2H2+Ca(OH)2
Al4C3+12H2O=3CH4+4Al(OH)3
(2)金属型(间充型)碳化物，如TiC、WC等。这类碳化物有金属光泽，能导电，熔点高、硬度大，很难被水、稀酸所分解。
(3)共价型碳化物，如SiC、B4C等。这类化合物硬度大(接近金刚石)、熔点高，具有化学惰性。
碳化铁的键型是比较特殊的，被看作是介于典型的离子型碳化物和金属型碳化物之间的过渡情况。从性质上看，碳化铁像金属型碳化物那样，也能导电，但它们比金属型碳化物的熔点低、硬度小，化学活性也较大。它能被水、稀酸所分解，这一点与离子型碳化物相似，但不同于金属型碳化物。
从结构上来看，金属结构都是由金属原子紧密堆积而形成的晶体，在金属的晶格中存在有空隙。如果空隙的大小可以容纳1个碳原子的话，即可以形成间充型(金属型)碳化物。根据几何学的计算结果，如果金属原子的半径大于1.3×10-10m时，就可以在该金属的正八面体的空隙中容纳碳原子，即可以形成金属型碳化物。并且由于碳原子进入间充位置，使金属晶格进一步坚固，这也就是金属型碳化物的熔点高、硬度大的原因。铁的原子半径比1.3×10-10m稍小一些(钴、镍、锰、铬的原子半径也是如此)，因此它不能形成典型的金属型碳化物。相反地，碳原子挤入空隙时，使铁的晶格明显地发生畸变，结构变得复杂起来，甚至碳原子间也有了直接的相互作用。因此，在结构上可以认为它是含有碳链的畸变了的金属晶格，这可能也就是碳化铁具有不同于金属型碳化物的一些性质的原因。