普通煤炭不能直接用于炼铁,主要原因如下:
一、物理性质限制
透气性差
煤炭气孔度小、透气性差,燃烧时易碎裂,会导致高炉炉内料层堵塞,影响热量传递和反应效率。
成分缺陷
煤炭含硫、磷等有害杂质,直接用于炼铁会降低生铁的热脆性,使其无法锻造成形。
二、化学性质限制
还原能力不足
煤炭本身还原性较弱,无法直接将铁矿石中的氧化铁(Fe₂O₃)还原为金属铁(Fe)。 焦炭(主要成分为碳)在高温下能与氧化铁反应生成铁水:
$$3C + 2Fe₂O₃ \rightarrow 4Fe + 3CO₂$$
而煤炭需先转化为焦炭才能具备这种强还原性。
杂质影响
煤炭中的硫、焦油等有害物质会混入铁水中,导致钢材质量下降,甚至产生裂纹。
三、工业应用解决方案
焦炭的优越性
焦炭通过高温炼焦过程,去除了大部分水分、气体和有害物质,同时保留了高碳含量和强还原性,是炼铁的理想燃料和还原剂。
现代技术改进
部分钢铁厂采用喷吹煤技术,将煤粉直接喷入高炉,替代部分焦炭,减少了对焦炭的依赖,但需配合其他还原剂(如石灰石)使用。
总结
普通煤炭因物理和化学性质限制,无法直接用于炼铁。工业上通过炼焦工艺将煤炭转化为焦炭,利用其高碳含量和强还原性,同时去除有害杂质,从而实现高效炼铁。