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Fe3O4+CO===3FeO+CO2 FeO+CO===Fe+CO2

ii）固体碳还原铁的氧化物。固体碳的还原作用主要经CO的还原和碳的气化反应共同完成的，即

FeO+CO===Fe+CO2 CO2+C===2CO2

iii）氢还原铁的氧化物。反应式如下：

3Fe2O3+H2===2Fe3O4+H2O Fe3O4+ H2===3FeO+H2O FeO+ H2===Fe+H2O

2）锰的还原。矿石中锰也是以氧化物的形式存在，从氧化物中还原锰的过程与还原铁一样，CO依次将从锰的高价氧化物还原为锰的低价氧化物。然后再由固体碳直接将MnO还原成锰。由于MnO与C作用是一个强吸热反应，因此高温有利于锰的还原，其反应为

MnO+C=Mn+CO

3）硅的还原。硅一般存在于矿石中的SiO2氧化物内，SiO2很稳定，所以绝大部分进入炉渣，仅有少量被固体碳还原后进入生铁。SiO2被还原的程度与炉温有关，温度高，硅容易还原，其反应为

SiO2+2C=Si+2CO

4）磷的还原。磷一般存在于矿石中的磷酸钙内，在1000℃以上通过固体碳直接还原，其反应为

（CaO）3P2O5+5C=3CaO+2P+5CO

磷酸钙中的CaO可以与SiO2作用，使P2O5游离出来，从而加速上式还原，其反应为

2（3CaO·P2O5）+3Si02=3（2CaO·SiO2）+2P2O5

P2O5容易挥发，而且与焦炭的接触条件较好，故有利于P2O5的还原，其反应式为

2P2O5+10C=4P+10CO 磷除少量挥发外，大部分还原后都溶入铁液中。

5）脱硫反应。硫是钢铁材料中的有害元素之一。它主要来自于矿石和燃料焦炭，常以硫化铁的形式存在，当石灰石中CaO及固体碳作用后生成炉渣，可以使铁液脱硫。还原剂越多，温度越高，脱硫效果越佳。脱硫后大部分硫进入炉渣，一部分随炉气排出，其余溶于铁液中，其反应式为

FeS+CaO+C=Fe+CaS+CO 6)铁的溶碳过程。由高炉顶部加入的炉料，当下降至1000-1100℃温区时，从铁矿石中还原出来的铁与一氧化碳、焦炭互相作用会溶进大量的碳，使铁的溶点降低，铁在高炉下部开始熔化成铁液流入炉缸。

综上所述，炼铁过程主要发生的是还原反应，在铁被还原的同时，其它非铁

元素锰、硅、磷、硫也分别从它们的化合物中被还原，并与碳一起溶入铁中，故生铁中除了含有较高碳外，常常还有一定数量的锰、硅、磷、硫，其中磷硫属于有害元素，应在冶炼时严格控制其含量，因此它们的存在将增加钢铁材料的脆性。

（3）造渣 熔炼过程中，铁料表面的锈蚀物及粘附的泥沙、燃料中的灰分、金属元素氧化烧损成氧化物以及侵蚀剥落的炉材料等相互作用，结成炉渣，其主要成分为SiO2和Al2O3.这种粘滞的炉渣包覆在焦炭表面，不仅阻碍燃烧，而且不利于冶炼。主要采用的是石灰石，造渣时所发生的化学反应为

石灰石分解：CaCO3→CaO+CO2

硅酸盐的形成：CaO+SiO2→CaO·SiO2

熔剂石灰石不仅具有清除杂质和灰膜、加速燃烧反应进行的作用，同时炉渣还可以直接参与冶金反应。 4、产品

（1）生铁和铁合金 生铁是高炉冶炼的主要产品，根据不同的使用要求，其产品有两类：一是炼钢生铁，不同炼钢方法对生铁成分要求不同。二是铸造生铁，占生铁总产量10%-20%，用于生产各种铸造零件的原料。除此之外，高炉中还可以冶炼用于炼钢的脱氧剂和合金添加剂，如硅铁、锰铁等。

（2）炉渣和煤气 炉渣和煤气是高炉冶炼的副产品，炉渣成分与水泥类似，可用来制造水泥、渣砖、陶瓷等材料。高炉煤气可作为燃料，用于炼焦、炼钢和各种加热炉，具有较高的经济价值。

五、金属材料的成型工艺

各种方法制备的金属材料一般在经过铸造、压力加工、焊接和机加工成型，并进行材料改性工艺处理后才能满足不同条件下的服役要求。机加工成型的金属构件，只改变零件的形状和材料的内在质量均产生较大影响。但铸造、压力加工、焊接成型工艺则对零件的形状和材料的内在质量产生较大的影响，从而影响零件的使用寿命。下面简洁扼要介绍铸造、压力加工、焊接成型的基本工艺和应用。 1. 液态金属的成型方法（铸造）

液态金属的成型又称铸造，是机器零件毛坯成型的主要方法之一。将液态金属浇注到铸型型腔中，使其冷却凝固获得一定形状的毛坯或零件的方法称为铸造。这种成型工艺主要有以下优势：可以一次成型内腔、外形复杂的毛坯，这是其它金属成型方法极难实现的；工艺灵活，不受零件尺寸、形状、重量的限制，能满足各种金属材料的铸件生产；成本低，原材料可回收利用。

但铸造成型方法并非尽善尽美，它存在生产工序较多；工艺难控制；废品率高；铸件质量不稳定等问题。液态金属成型工艺根据造型材料不同，主要分为砂型铸造和特种铸造。 2. 金属压力加工

金属压力加工是借助外力的作用，使金属坯料产生塑性变形，从而获得一定形状、尺寸和力学性能加工方法。由于金属铸态组织往往存在晶粒粗大和组织部

均匀等缺陷，所以金属材料经冶炼烧注后，大多要进行各种压力加工，通过压力加工不仅改变了材料的外形，而且是铸锭内部原有的气孔、疏松等缺陷压合在一起，使金属更加致密，组织和性能由此也得到改善。各种钢和非铁合金都具有一定的塑性，因此它们均可以在热态和冷态下进行压力成型。

金属压力加工按加工目的可分为两大类：一类是主要用于生产建筑结构和塑性加工的等截面型材、管材和板材等；另一类主要是用于生产各种毛坯、半成品或成品零件。 3. 焊接

焊接是一种连接金属工艺方法，主要用于制造各种金属结构和机器零件。焊接过程其实质是通过加热或压力等手段，使金属原子扩散与结合，最终将分离的金属材料能够牢固地连接起来。

焊接的方法很多，按焊接过程的特点可分为熔化焊、压力焊、钎焊三大类。 （1）熔化焊 熔化焊简称熔焊，是利用局部加热的方法，将欲连接的两工件结合处加热到熔化状态，并与熔化的填充金属一起形成熔池，冷却结晶后形成牢固地焊接整体。根据热能来源的不同，熔焊又细分为气焊、电弧焊、电渣焊、等离子焊和电子束焊。

（2）压力焊 压力焊是在焊接时无论加热与否，必须对焊件施加压力，使被焊接工件的两接合面紧密接触。压力焊种类很多，其中常用的有电阻焊、摩擦焊、扩散焊等。

（3）钎焊 低于焊件熔点的钎料和焊件同时加热到钎料熔化温度后，利用液态钎料填充固态工件的隙缝使金属连接的焊接方法称为钎焊。钎焊时，首先要除去母材接触面上的氧化物和油污，以利于毛细管在钎料熔化后发挥作用，增加钎料的润湿性和毛细流动性。根据钎料熔点不同，钎焊又分为硬钎焊和软钎焊。

六、金属材料的应用情况及发展前景

金属制品行业包括结构性金属制品制造、金属工具制造、集装箱及金属包装容器制造、集装箱不锈钢及类似日用金属制品制造，船舶及海洋工程制造等。随着社会的进步和科技的发展，金属制品在工业、农业以及人们的生活各个领域的运用越来越广泛，也给社会创造越来越大的价值。

金属制品行业在发展过程中也遇到一些困难，例如技术单一，技术水平偏低，缺乏先进的设备，人才短缺等，制约了金属制品行业的发展。为此，可以采取提高企业技术水平，引进先进技术设备，培养适用人才等提高金属制品业的发展。

金属制品行业的产品将越来越趋向于多元化，业界的技术水平也将越来越高，产品质量会稳步提高，竞争与市场将进一步合理化。随着金属行业的进一步规范，以及相关行业优惠政策的实施，未来，金属制品行业将有巨大的发展空间。

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