加里·卡迪斯发自工程社区CR4

今天球墨铸铁用废钢的作用，我们继续

象征性地

电子专家以及爱好者或许会向咱暗示，咱正处在硅时代，然而咱周边的所有事物，皆是由钢铁打造而成的。咱日常使用的工具，出行乘坐的车辆，各类机械，家中的电器，横跨各处的桥梁，居住的住宅，连接各地的高速公路，还有众多工厂，无一不是依托于钢或者含有钢的材料建造起来的。需要留意的是，从2003年开始，全球铁矿石的产量实现了三倍的增长。

贱金属，像铁矿石、铜、铝以及镍等，是全球工业的命脉，据国际货币基金组织，也就是IMF网站上的一篇帖子所讲，生产与建设……钢和铁基合金因具备出色性能以及多功能性，从而被广泛运用，单就钢铁作为工业以及结构材料的重要程度而言，每个工程师都理应更深入地了解钢铁生产过程。

图1所示内容之范围为，自1950年起始一直到2015年这个时段，世界粗钢产量所采用的计量单位是以百万吨或者公吨来作为标准的情况。此图片的来源之处是worldsteel.org。

在2015年的时候，十大炼钢国产出了1.348亿公吨钢铁。钢铁制造商维持着钢铁创新的过往经历，目的在于使钢铁性能得到提升，提升其一致性以及质量。图1把炼钢的指数级增长和钢铁时代的持续发展很好地显示了出来。图2给出了全球一些主要钢铁生产商的钢铁产量水准。

图2，是关于2016年，排名处于前30位的炼钢公司的粗钢产量，其图片来源为worldsteel.org。

钢铁行业于减少温室气体排放方面，在GHG、废钢以及回收废钢这些范畴取得了显著的成绩及进展。在2016年的时候，有着6.5亿吨钢材被回收利用，从而使得能源消耗得以降低，废物量减少，温室气体排放也随之减少。钢铁行业在把原材料转化为占比64.4％的钢铁球墨铸铁用废钢的作用，32.9％的副产品，而仅仅只有2.7％的废物这一过程中，于减少废物方面已然具备了较高的成效。副产品包括炉渣、热气等，这些被用于制造肥料，用于产生电力，也就是利用废热产生的热能进而制造电力，也还用于制造水泥，制造铺路材料，制造油漆以及喷砂介质。钢厂通过把从还原矿石开始，历经炼铁，再到炼钢，最后到钢铁精整的过程予以结合，能够降低能源成本，这是由于可以消除在各个步骤之间重新加热材料的那种需求。

钢铁生产包括三个主要步骤：

把铁矿石还原，转变成生铁，或者变为铁水，还有海绵铁（DRI / HBI）这种状态，最终达成炼铁的目的。

炼钢—将铁水转化为钢，精炼和合金化以及连铸

成型和精加工—轧制，成型和处理

炼铁—从矿石到铁

钢铁生产的前期阶段，铁矿石到钢的工艺流水线存在着多种不同的路径选择。炼钢的起始环节是对铁矿石进行加工。具体运用磁辊，对含有铁矿石的岩石实施粉碎操作，通过这种粉碎方式，达成脉石与矿石的分离目的。与此同时，炼焦炉中的煤会经历一个去除杂质的过程，之后煤会被转化为焦炭，而焦炭几乎就是纯净的碳。

当今钢铁行业里，用于生产大多数生铁或高铁金属的，是一种混合物所起运用，这种混合物是高炉对氧化铁矿石以及石灰石熔剂加以使用而形成的。在高炉之中，对铁矿石、石灰石熔剂以及煤的混合物或者物料进行加热，目的是生产出铁水或者生铁，并且以此为基础制造钢。

采用新兴炼铁工艺，像冶炼还原和直接炼铁厂等，虽未被广泛运用，然而随着技术不断进步，以及对环境关注度持续提升，其应用范围正逐步扩大。把热铁加工成氧气转换器里的粗钢。在直接还原厂中用铁矿石生产出海绵铁，比如说直接还原铁即DRI，还有热压块铁即HBI，这些海绵铁会在电弧炉里转化成粗钢。钢材具备100％可回收特性，所以粗钢也是依靠在电弧炉里回收废钢来进行生产的。

炼钢-从钢铁到钢铁

铁水之中，碳含量是很高的，而且要制成钢的话，诸如硫，磷以及硅等杂质必须得还原才行。铁水含碳量，和铸铁或者球墨铸铁材料里的碳含量类似，然而对于钢来说，却太高了。高硫含量，在热成型过程里，会致使热脆，或者在晶界出现开裂情况。提纯或者精炼，是在转炉中开展的，像把氧气，铁水以及废钢，或者这些原料的组合，转变成钢的碱性氧气炉；还有电弧炉。有可能会进行二次精炼以及合金化，以此来生产特定的钢合金。

一旦钢水达到合金应有的规格标准，便要把钢水成型为目的成品或者半成品坯料形状。连铸乃是转换原始钢铁产品像板坯、薄板坯、方坯或者大方坯的主要途径。依旧把一些钢铸成锭，用以展开后续的轧制、锻造、挤压、粉末制备或者熔模铸造。

钢的成型和精加工工艺

运用热轧以及冷轧工艺，把铸锭或者连续铸造的板坯予以加工，从而制成各种各样的成品钢产品，把板坯轧制成钢板，还有钢带以及薄板，大梁，横梁以及其他结构形状一般是由水华制作而成，坯料被形成为条，杆或者刺穿呈现以形式，钢的精加工流水线涵盖轧制，成形，热处理以及涂层工艺单元，用以利用铸锭，板坯，钢坯以及大方坯生产半成品以及成品钢型。

先把钢坯于热轧时，在再热炉内加热到赤热状态（温度超过1,700°F），接着把它挤压在两个钢辊之间，此过程中热机械作用让微观结构细化，夹杂物被破坏，内部孔隙被消除，进行晶粒细化是因该过程在钢的重结晶温度之上开展，热轧钢具备良好的屈服强度、延展性以及可焊性，这使得它适用于诸多结构应用场合，通常会对其进行酸洗热浸处理，以此去除深色氧化物表面的污垢，随后上油或者镀锌来防止生锈腐蚀。

图3，是热轧过程里的红热钢，图片的来源，是Bonpertius（在左边），以及五矿（在右边）。

热轧钢能够开展额外的冷轧操作，以此来制造出更薄的钢板以及带钢，冷轧进程会针对钢实施冷加工或者回火处理，进而提升强度与硬度。冷轧工艺能够生产出具备尺寸公差以及较低表面光洁度（Ra）的钢材，依据所施加的特定温度，能够进行后续的退火工作，以此减轻应力，促使晶粒结构重结晶或者细化。

冷轧钢具备优异的成型性能，具备可涂性，具备可焊性。冷轧材料拥有出色的表面光滑度，拥有出色的尺寸公差控制。诸如Ulbrich Stainless Steels＆Special Metals，Inc.之类的特种冷轧机，惊人地把不锈钢冷轧到厚度为0.00039英寸（0.01毫米），用于汽车、太阳能、化学、医疗、制药、热处理（其中包含工具包装环节）、铝箔胶带、食品、包装、家电以及建筑行业的特殊应用场景。

图4，冷轧不锈钢，名为UltraLite®箔，其厚度，低至如下程度，达0.00039英寸，换算后，即0.01毫米。图片来源处，为Ulbrich。

在某些应用里，用于保护钢的附加精加工操作存在，像是酸洗以及上油，喷漆或者镀锌。不锈钢无需任何特殊的保护涂层，是因为连贯的氧化铬膜能够提供耐腐蚀性，且在切割后会重新生成。钢板还能够进行纹理化或者图案化，以便用于特定应用。

假如产出了具备高质量的钢坯料或者卷材，那么就能运用纵剪以及定尺切割工艺把钢材转变为制造客户所需要的宽度还有长度。客户通过钣金成型、冲压、锻造、挤压、熔模铸造、机械加工以及磨削等工艺去制造零件。终了，属于我们日常所用的电器、汽车以及许多别的产品皆是借助紧固件、焊接或者胶粘剂由钢制部件组装而成的。