焦炭和石灰石高炉炼铁示意图
高炉炼铁技术简介
烧结 工艺 流程
精矿、粉矿 （0~10mm）
石灰石、白云石 （80~0mm）
碎焦、无烟煤 （25~0mm）
破碎
>3mm
• 炉渣中氧化物的种类：碱性氧化物、酸性氧化物 和中性氧化物。以碱性氧化物为主的炉渣称碱性 炉渣；以酸性氧化物为主的炉渣称酸性炉渣。
• 炉渣的碱度(R)：炉渣中碱性氧化物和酸性氧化 物的质量百分数之比表示炉渣碱度：
• 高炉炉渣碱度一般表示式：R=w(CaO)／w (SiO2)
• 炉渣的碱度根据高炉原料和冶炼产品的不同，一 般在1.0～1.25之间。
消耗的（干）焦炭量（焦比一定的情况 下）
高炉每天消耗的焦炭量 I=
高炉的有效容积
• 生铁合格率：生铁化学成分符合国家标准的总量 占生铁总量的指标。
• 休风率：高炉休风时间（不包括计划大、中、小 修）占日历工作时间的百分数。
规定的日历作业时间=日历时间-计划大中修及
封炉时间
休风率=
高炉休风时间 规定的日历作业时间 ×100%
高炉炉渣与脱硫
• 高炉炉渣是铁矿石中的脉石和焦炭(燃料)中 的灰分等与熔剂相互作用生成低熔点的化 合物，形成非金属的液相。
– 高炉炉渣的成分 – 高炉炉渣作用 – 成渣过程 – 生铁去硫
• 高炉炉渣的来源：矿石中的脉石、焦炭(燃料)中 的灰分、熔剂中的氧化物、被侵蚀的炉衬等。
• 高炉炉渣的成分：氧化物为主，且含量最多的是 SiO2、CaO、Al2O3、MgO。
② 物理性能 包括机械强度和粒度组成等。高炉要求烧结矿机械 强度高，粉末少，粒度均匀。 烧结矿粒度小于5mm的称之为粉末。粉末含量对高 炉料柱透气性影响很大。粉末含量高，高炉透气性差， 导致炉况不顺，可能引起崩料或悬料。 反应机械强度的指标为：转鼓指数、抗磨指数、筛 分指数。 目前武钢烧结矿的转鼓强度大约在79%～80%左右。
高炉炼铁(附彩图)
本次将高炉炼铁工艺流程分为以下几部分: 一、 高炉炼铁工艺流程详解二、 高炉炼铁原理 三、高炉冶炼主要工艺设备简介 四、高炉炼铁用的原料、高炉炼铁工艺流程详解高炉炼铁工艺流程详图如下图所示:附：高炉炉本体主要组成部分介绍以及高炉操作知识料钾调控阙,-20 0V炉身V-E001C■-14001C炉腹，-leoor £小料牛 小料钟出铁口 , 900-1000V" 京铁加利面铁炉炉爆气首工艺设备相见文库文档:料风咀注,各类校珀均产生暖声:、高炉炼铁原理炼铁过程实质上是将铁从其白然形态一一矿石等含铁化合物中还原出来的过程。
铁矿石、焦炭、石炎石炼铁方法主要有高炉法、直接还原法、熔融还原法等，其原理是矿石在特定的气氛中（还原物质CO、H2、C;适宜温度等）通过物化反应获取还原后的生铁。
生铁除了少部分用于铸造外，绝大部分是作为炼钢原料。
高炉炼铁是现代炼铁的主要方法，钢铁生产中的重要环节。
这种方法是由古代竖炉炼铁发展、展了改进而成的。
尽管世界各国研究发很多新的炼铁法，但由于高炉炼铁技术经济指标良好，工艺简单, 生产量大,劳动生产率高，能耗低，这种方法生产的铁仍占世界铁总产量的95%以上。
炼铁工艺是是将含铁原料（烧结矿、球团矿或铁矿）、燃料（焦炭、煤粉等）及其它辅助原料（石灰石、白云石、锭矿等）按一定比例白高炉炉顶装入高炉，并由热风炉在高炉下部沿炉周的风口向高炉内鼓入热风助焦炭燃烧（有的高炉也喷吹煤粉、重油、天然气等辅助燃料），在高温下焦炭中的碳同鼓入空气中的氧燃烧生成的一氧化碳和氢气。
原料、燃料随着炉内熔炼等过程的进行而下降，在炉料下降和上升的煤气相遇，先后发生传热、还原、熔化、脱炭作用而生成生铁，铁矿石原料中的杂质与加入炉内的熔剂相结合而成渣，炉底铁水间断地放出装入铁水罐，送往炼钢厂。
同时产生高炉煤气，炉渣两种副产品，高炉渣铁主要矿石中不还原的杂质和石灰石等熔剂结合生成，白渣口排出后，经水淬处理后全部作为水泥生产原料；产生的煤气从炉顶导出，经除尘后，作为热风炉、加热炉、焦炉、锅炉等的燃料。
高炉结构图
高炉:炼铁一般是在高炉里连续进行的。
高炉又叫鼓风炉，这是因为要把热空气吹入炉中使原料不断加热而得名的。
这些原料是铁矿石、石灰石及焦炭。
因为碳比铁的性质活泼，所以它能从铁矿石中把氧夺走，而把金属铁留下。
高炉的主要组成部分:高炉炉壳：现代化高炉广泛使用焊接的钢板炉壳，只有极少数最小的土高炉才用钢箍加固的砖壳。
炉壳的作用是固定冷却设备，保证高炉砌体牢固，密封炉体，有的还承受炉顶载荷。
炉壳除承受巨大的重力外，还要承受热应力和内部的煤气压力，有时要抵抗崩料、坐料甚至可能发生的煤气爆炸的突然冲击，因此要有足够的强度。
炉壳外形尺寸应与高炉内型、炉体各部厚度、冷却设备结构形式相适应。
炉喉：高炉本体的最上部分，呈圆筒形。
炉喉既是炉料的加入口，也是煤气的导出口。
它对炉料和煤气的上部分布起控制和调节作用。
炉喉直径应和炉缸直径、炉腰直径及大钟直径比例适当。
炉喉高度要允许装一批以上的料，以能起到控制炉料和煤气流分布为限。
炉身：高炉铁矿石间接还原的主要区域，呈圆锥台简称圆台形，由上向下逐渐扩大，用以使炉料在遇热发生体积膨胀后不致形成料拱，并减小炉料下降阻找力。
炉身角的大小对炉料下降和煤气流分布有很大影响。
炉腰：高炉直径最大的部位。
它使炉身和炉腹得以合理过渡。
由于在炉腰部位有炉渣形成，并且粘稠的初成渣会使炉料透气性恶化，为减小煤气流的阻力，在渣量大时可适当扩大炉腰直径，但仍要使它和其他部位尺寸保持合适的比例关系，比值以取上限为宜。
炉腰高度对高炉冶炼过程影响不很显着，一般只在很小范围内变动。
炉腹：高炉熔化和造渣的主要区段，呈倒锥台形。
为适应炉料熔化后体积收缩的特点，其直径自上而下逐渐缩小，形成一定的炉腹角。
炉腹的存在，使燃烧带处于合适位置，有利于气流均匀分布。
炉腹高度随高炉容积大小而定，但不能过高或过低，一般为3．0～3．6m。
炉腹角一般为79～82 ；过大，不利于煤气流分布；过小，则不利于炉料顺行。
炉缸：高炉燃料燃烧、渣铁反应和贮存及排放区域，呈圆筒形。
炼铁工艺流程图
炼铁工艺流程图炼铁工艺流程图炼铁厂质量监视和测量过程一、高炉系统（一）工艺流程图（图1）焦炭烧结矿球团矿块矿辅料喷煤高炉★富氧、鼓风水渣煤气、炉尘铸铁铁水图1炼钢（二）监视和测量过程：1.监控入炉原燃料成分：对焦炭、烧结矿、球团矿、块矿、辅料的粒度、水份、含粉率、化学成分及原料配比进行监控。
2.对喷煤的粒度、水份、化学成分进行监控。
3.对铸块尺寸进行监控。
4.对煤气含尘、含水进行监控。
5.对高炉的生铁中含[Si]、[S]及炉渣碱度进行控制，使生铁质量符合标准要求。
（三）工艺参数：1．高炉炉缸安全容铁量炉容：380m3、449m3、329m3、402m3。
安全容铁量：112t、144t、97t、116t。
炉缸存铁量接近安全容铁量时禁止放上渣，并采取相应措施，防止事故发生。
2．炉顶温度不大于500℃，气密箱温度不大于70℃。
3．风、渣口冷却水压应高出热风压力0.05Mpa，水压下降低于0.1Mpa时高炉应立即组织休风。
4．铁水罐内最高铁水面应低于罐沿300mm。
6．休风时冷风管道及煤气系统应保持正压。
7．打水空料面时，H2含量应不大于6%，并至少每小时测定一次煤气成分。
当H2含量大于6%，O2含量大于2%时，应停止回收煤气。
8．高炉热风压力小于0.05Mpa时，必须关闭混风切断阀。
9．煤粉水分＜2%，最好在1%以下；筛分粒度：粒度级＜60μm＜50%粒度级＜100μm＜80%粒度级＜500μm＜20%粒度级＜200μm＜0%二、竖炉系统（一）竖炉系统工艺流程图（图2）配料混合造球筛分焙烧★球团矿仓高炉矿槽图2（二）监视和测量过程：1．监控生球水分、粒度、抗压强度和落下强度。
2．监控和测量球团矿转鼓指数。
3．监控焙烧过程的焙烧时间和温度，燃烧室温度和压力。
4．监控球团矿FeO含量。
（三）工艺参数：1．燃烧室压力≤19000Pa，压力超标，调整时间不超过15分钟。
1．燃烧室温度900℃～1050℃，温度超标，调整时间不超过60分钟。
炼铁的原理—工业炼铁
选择冶炼原料时，通常考虑 矿石的价格、金属的含量、安 全无污染等。
如何从铁矿石中得到铁呢? 以赤铁矿(主要成分Fe2O3)为例。
CO
Fe2O3 高温 Fe
【友情提示】
一氧化碳是一种无色，无味的气体，难溶于
水，密度略小于空气的密度。具有可燃性，
燃烧时发出蓝色火焰，生成二氧化碳。一氧
化碳还可以跟铁矿石中的氧化铁在高温时发
生反应，生产铁和二氧化碳。和一氧化碳化
学性质相似的物质还有单质碳、氢气。
(1)一氧化碳的物理性质:①
②、
③
④
.
化学性质： ① 可燃性、C 、H2 .
还原反应：氧化物中的氧被夺去的反应。 夺取氧的物质具有还原性可作还原剂。 夺取氧，具有还原性作还原剂 高温
化碳白白烧掉太浪费了，对装置又进行了改进。猜一 猜小明是怎样改进的？
C
A
B
Fe2O3+ 3CO 2Fe + 3CO2
我是还原剂！
C A
B
实验现象：
A处：固体由红色变成黑色； B处：澄清石灰水变浑浊。 C处：尾气燃烧发蓝色火焰
实验步骤：
给药品加热 通入CO
停止通入CO 停止加热
C
A
B
①通入CO ②给药品加热
③停止加热 ④停止通入CO
在探究用赤铁矿(主要成分Fe2O3 )炼铁的主要反应 原理时,老师设计的实验装置如图,实验中,小明发现一氧
三、炼铁的原理
工业炼铁
1.原料:
铁矿石 焦炭
石灰石
2.设备:
炼铁高炉
3.原理:
高温 Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2
炼铁高炉示意图
常见的几种铁矿石的成分
高炉炼铁(附彩图)
本次将高炉炼铁工艺流程分为以下几部分：一、高炉炼铁工艺流程详解二、高炉炼铁原理三、高炉冶炼主要工艺设备简介四、高炉炼铁用的原料附：高炉炉本体主要组成部分介绍以及高炉操作知识工艺设备相见文库文档：一、高炉炼铁工艺流程详解高炉炼铁工艺流程详图如下图所示：二、高炉炼铁原理炼铁过程实质上是将铁从其自然形态——矿石等含铁化合物中还原出来的过程。
炼铁方法主要有高炉法、直接还原法、熔融还原法等，其原理是矿石在特定的气氛中（还原物质CO、H2、C；适宜温度等）通过物化反应获取还原后的生铁。
生铁除了少部分用于铸造外，绝大部分是作为炼钢原料。
高炉炼铁是现代炼铁的主要方法，钢铁生产中的重要环节。
这种方法是由古代竖炉炼铁发展、改进而成的。
尽管世界各国研究发展了很多新的炼铁法，但由于高炉炼铁技术经济指标良好，工艺简单，生产量大,劳动生产率高,能耗低，这种方法生产的铁仍占世界铁总产量的95％以上。
炼铁工艺是是将含铁原料（烧结矿、球团矿或铁矿）、燃料（焦炭、煤粉等）及其它辅助原料（石灰石、白云石、锰矿等）按一定比例自高炉炉顶装入高炉，并由热风炉在高炉下部沿炉周的风口向高炉内鼓入热风助焦炭燃烧（有的高炉也喷吹煤粉、重油、天然气等辅助燃料），在高温下焦炭中的碳同鼓入空气中的氧燃烧生成的一氧化碳和氢气。
原料、燃料随着炉内熔炼等过程的进行而下降，在炉料下降和上升的煤气相遇，先后发生传热、还原、熔化、脱炭作用而生成生铁，铁矿石原料中的杂质与加入炉内的熔剂相结合而成渣，炉底铁水间断地放出装入铁水罐，送往炼钢厂。
同时产生高炉煤气，炉渣两种副产品，高炉渣铁主要矿石中不还原的杂质和石灰石等熔剂结合生成，自渣口排出后，经水淬处理后全部作为水泥生产原料；产生的煤气从炉顶导出，经除尘后，作为热风炉、加热炉、焦炉、锅炉等的燃料。
炼铁工艺流程和主要排污节点见上图。
三、高炉冶炼主要工艺设备简介高护炼铁设备组成有：①高炉本体；②供料设备；③送风设备；④喷吹设备；⑤煤气处理设备；⑥渣铁处理设备。
高炉炼铁原料
2、理化性质
（1）化学成分 主要有：固定碳、灰分、挥发分、硫、水分。 （2）化学性质 焦炭反应性（CRI）：指焦炭与CO2、H2O等 进行化学反应的能力； 焦炭抗碱性：指抵抗碱金属及其盐类作用的 能力。
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（3） 焦炭转鼓强度
测试方法GB/T 1996-2003 ：转鼓为直径及长度皆为 1m的密闭容器，鼓内平行于轴线方向，每隔90度在内壁 上焊1条长约1000mm，截面为100×50×10mm的角钢 挡板。
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3、冶炼对焦炭要求
（1）应具有较高的强度。
Ⅰ类焦M40 ≥80.0 M10 ≤8.0。 （2）固定碳含量要高、灰分含量低。一般干焦
含（质量分数）85%左右的固定碳，13%左右的灰分， 其余为挥发分及硫。
实践证明：焦炭灰分增加1%，焦比升高2%，产量 下降3%。
尤其对于1000M3以上的高炉，更应注重焦炭质量。
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（2）有害杂质S、P少。 （3）粒度均匀，粒度范围为20~50mm。入 炉前应筛除粉末及泥土杂质。 目前碱性熔剂主要在铁矿粉烧结工序中加入。
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2.1.3 高炉燃料
2.1.3.4 焦炭 1、 焦炭在高炉冶炼中的作用
（1）提供冶炼所需热量； （2）是高炉内主要的还原剂； （3）支撑料柱，起骨架作用； （4）铁水渗碳。 冶炼1吨生铁约需250～600Kg焦炭。
9
特点： 1）含铁量为37~55%，吸水性很强； 2）焙烧可去除结晶水，矿石气孔率和含铁量
增加，矿石还原性好； 3）呈浅褐色、深褐色或黑色，脉石常为砂质
粘土。
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（4）菱铁矿 为碳酸盐铁矿石，化学式为FeCO3，理论含铁
量48.2%。 特点： 1）含铁量不高，焙烧分解CO2后，含铁量提高，
高炉炼铁简介
高炉炼铁简介高炉炉前出铁高炉生产时从炉顶装入铁矿石、焦炭、造渣用熔剂(石灰石)，从位于炉子下部沿炉周的风口吹入经预热的空气。
在高温下焦炭（有的高炉也喷吹煤粉、重油、天然气等辅助燃料）中的碳同鼓入空气中的氧燃烧生成的一氧化碳和氢气，在炉内上升过程中除去铁矿石中的氧，从而还原得到铁。
炼出的铁水从铁口放出。
铁矿石中不还原的杂质和石灰石等熔剂结合生成炉渣，从渣口排出。
产生的煤气从炉顶导出，经除尘后，作为热风炉、加热炉、焦炉、锅炉等的燃料。
简史和近况早期高炉使用木炭或煤作燃料，18世纪改用焦炭，19世纪中叶改冷风为热风(见冶金史)。
20世纪初高炉使用煤气内燃机式和蒸汽涡轮式鼓风机后，高炉炼铁得到迅速发展。
20世纪初美国的大型高炉日产生铁量达450吨，焦比1000公斤/吨生铁左右。
70年代初，日本建成4197立方米高炉，日产生铁超过1万吨，燃料比低于500公斤/吨生铁。
中国在清朝末年开始发展现代钢铁工业。
1890年开始筹建汉阳铁厂，1号高炉（248米，日产铁100吨）于1894年5月投产。
1908年组成包括大冶铁矿和萍乡煤矿的汉冶萍公司。
1980年，中国高炉总容积约8万米,其中1000米以上的26座。
1980年全国产铁3802万吨，居世界第四位。
高炉炼铁面临淘汰中国钢铁业急需升级换代高炉炼铁技术，适合于那些工业化初步发展的国家，生产大路货、初级钢材，但在发达国家，高炉技术正面临淘汰。
电炉技术炼钢是当今世界趋势。
电炉炼铁可以提升钢材质量和特殊性能，减少原材料和电力等的浪费。
在订单经济时代，生产要根据市场需求变化，但高炉炼铁技术周期长，生产产品低级，且生产的产品还需要一道甚至更长的加工链条。
电炉炼钢则可缩短钢材冶炼周期，可根据订单安排生产，原材料和动力资源浪费少，不再如高炉炼铁那样存在大量的产品积压情况。
当今社会进入材料时代后，市场需要的钢材不再是传统的材料，高炉炼铁生存空间更大为缩小，且附加值很低，以中国钢铁业为例，全国钢铁产业利润还不如开采铁矿的赚钱，原因就是因为高炉炼铁技术低级落后，不能生产高附加值产品。
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①写出磁铁矿主要成分的化学式： Fe304 ②写出赤铁矿被还原成铁的化学方程式：
3CO + Fe2O3 ═Δ═ 2Fe +3CO2
③写出焦炭在高炉中参与反应的两个化学方程式
点燃 C + O2 === CO2 ；
高温 C + CO2 === 2CO
④写出CaCO高3所温参与反应的两个化学方程式 CaCO3 === CaO高+温CO2↑ SiO2 + CaO === CaSiO3(炉渣的主要成分)
一氧化碳是如何生成的？
焦炭在这里起了什么作用?
制还原剂、提供热能
石灰石的作用是什么？ 这除种Si方O2法（得作造到渣的剂是、什助么熔样剂的）铁产品？
高炉炼铁的废气中主要有哪些物质?
铁矿石、焦
高 炭和石灰石 炉 炼 铁 示 意 图
高炉煤 气出口
吹入热空气 (1000℃左右)
(CaSiO3)
黄铁矿(FeS2 )
常见的铜矿石
黄铜矿(CuFeS2 ) 孔雀石(Cu2(OH)2CO3 )
毛赤铜矿(Cu2O )
从氧化还原反应角度分析， 从 自然界存在的铁、铜转化为单质铁 和铜实质是一个什么样的过程？
根据所学的化学知识,你能写出一些 制得单质铁及单质铜的反应吗?把结果填 在课本P72表3-3中，并与同学交流讨论。
表3-3 铁、铜从化合态转化为游离态
生成铁的化学方程式
Δ
3H2+
Fe2O3
== Δ
2Fe
+ 3H2O
3CO + Fe2O3 == 2Fe + 3CO2
2Al + Fe2O3 高==温2Fe + Al2O3
Zn + FeSO4 =Δ= Fe+ ZnSO4 3C + 2Fe2O3 == 4Fe + 3CO2
汉代有记载“石胆能化铁为铜”
新型冶炼技术：
电解精炼
（1）高温冶炼黄铜矿(CuFeS2)
（2）生物炼铜等
高纯度铜
到现在为止我们学了哪些能冶炼出金 属的方法?分别适合于哪些金属?
2NaCl
2Na+Cl2↑ MgCl2
Mg+Cl2 ↑
2Al2O3 4Al+3O2 ↑
电解法
2Al+ Fe2O3
高温 Al2O3+2Fe
作业：上网查资料 1、随着科技的发展，新的炼铁方法是否已 应运而生？新的炼铁方法的优势何在？ 2、我国细菌冶金的研究和应用情况。 3、完成对应的作业本及每课练。
巩固练习
Fe是地壳中含量很丰富的元素，也是生物体所 必需的元素。自然界中铁矿石主要有赤铁矿和磁铁 矿，金属铁是在高炉中冶炼的，高炉炼铁除了加入 铁矿石外，还需加入焦炭和石灰石。请填空
这样冶炼得到的“铁”就是钢吗？
生铁与钢
铁合金 生铁 含碳量 2%--4.5%
钢 0.03%--2%
硫磷等
有害杂 相对较多
很少
质含量
拓展知识面： 不锈钢
为了防锈在钢中加入铬Байду номын сангаас镍，
这种钢称为不锈钢。不锈钢通常是指 含铬量在12—30%的合金钢。
工业上铜的冶炼
古代： 湿法炼铜
Fe + CuSO4 ═ Cu + FeSO4
生成铜的化学方程式
H2 + CuO =Δ= Cu + H2O CO + CuO Δ== Cu + CO2
高温
2Al +3CuO == 3Cu + Al2O3
Fe + CuSO4 == Cu + FeSO4 C + 2 CuO =Δ= 2Cu + CO2
工业炼铁选取什么还原剂最合适？
请带着下面的问题阅读课本P72相关内容 : 炼铁需要哪些原料？
现在你知道作者为什 么以“钢铁是怎样练成的” 为书名吗?
作者的回答：钢是在烈火 中铸造而成的，这样它才 能坚硬、什么都不惧怕。 我们这一代人也是在这样 艰苦的考验中锻炼出来的， 并学会了在生活面前从不 颓废。
人最宝贵的东西是生命,生命属于人只有一 次.一个人的一生应该是这样度过的：当他回 首往事的时候，他不会因为虚度年华而悔恨， 也不会因为碌碌无为而羞耻；这样，在临死 的时候，他就能够说：“我的整个生命和全 部精力，都已经献给世界上最壮丽的事业— —为人类的解放而斗争。”
3CO + Fe2O3
2Fe + 3CO2
热还原法
TiCl4 +4Na
Ti+4NaCl 等
2HgO 2Hg+O2↑ 2Ag2O 4Ag+ O2↑ 热分解法
如果工业要冶炼钙,会选用什么方法?
不同金属冶炼方法的选择
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb（H）Cu Hg Ag
电解法
热还原法
热分解法
司母戊铜方鼎
世界出土青铜器之冠
我国炼铁、炼铜技术历史悠久
汉代铜奔马
越王剑
游离态形式的铁和铜（自然界含量少）
铜在地壳中含量约为0.01%， 少量以单质铜形式存在
天然铜
铁在地壳中的含量仅 次于铝，游离态的铁 只能从陨石中得到。
陨铁
常见的铁矿石
赤铁矿(Fe2O3)
磁铁矿(Fe3O4)
褐铁矿(Fe2O3·nH2O )
《钢铁是怎样炼成的》
主人公： 保尔·柯察金
建筑中的杰作——鸟巢
重达42000吨的钢结构自立于地面
艺术与实用的结合 ——现代生活中的铁制品
铁 剪 纸
艺术与实用的结合 ——现代生活中的铜制品
我国炼铁、炼铜技术历史悠久
商朝,就能够制造出精 美的青铜器,春秋战国时期 就会冶铁炼钢.
我国炼铁、炼铜技术历史悠久
总反应式 高温
CaCO3+SiO2==CaSiO3+CO2 ↑ 能猜测此反应能顺利发生的原理吗?
难挥发物制易挥发物