炼铁生产的演变
炼钢的发展历史
04 炼钢技术发展展望
高纯净度钢的研发
高纯净度钢
随着科技的发展，高纯净度钢的需求量 越来越大，其研发成为炼钢技术的重要 发展方向。高纯净度钢具有更高的强度 、韧性和耐腐蚀性，广泛应用于汽车、 建筑、石油化工等领域。
VS
研发进展
目前，国内外钢铁企业正在加大高纯净度 钢的研发力度，通过优化炼钢工艺、选用 高品质原料、加强质量检测等方式，不断 提高高纯净度钢的性能和品质。
高效、低能耗炼钢技术
高效炼钢
为了提高炼钢效率，降低生产成本， 钢铁企业不断探索高效炼钢技术。通 过改进炼钢设备、优化炼钢流程、提 高自动化水平等方式，实现炼钢周期 的缩短和产量的提高。
生铁技术
生铁技术出现在公元前3世纪左 右，是中国古代炼钢技术的重 大突破。
生铁技术采用高炉炼铁，将铁 矿石和焦炭放入高炉中，通过 高温还原反应将铁矿石还原成 生铁。
生铁具有较高的碳含量和杂质 含量，需要通过反复锻打和渗 碳来提高质量。
熟铁技术
熟铁技术出现在公元10世纪左右，是 生铁技术的进一步发展。
电弧炉炼钢
总结词
灵活性、环保、高品质
详细描述
电弧炉炼钢是一种灵活性的炼钢方法，通过使用电弧炉将废钢铁熔化并除去杂质，得到高品质的钢水 。这种方法具有环保、高品质等优点，但成本相对较高，主要用于特殊钢材的冶炼。
03 现代炼钢技术
氧气顶吹转炉炼钢
氧气顶吹转炉炼钢技术是一种现代化的炼钢工艺，通过向熔 融钢液中吹入氧气，使钢液中的杂质和有害元素氧化，从而 得到纯净的钢水。这种技术具有高效、低耗、环保等优点， 已成为现代钢铁工业的主要炼钢方法之一。
高炉炼铁工艺的演变与创新从传统到现代
高炉炼铁工艺的演变与创新从传统到现代随着科学技术的不断发展，高炉炼铁工艺也经历了漫长的历史发展。
从传统到现代，高炉炼铁工艺在不断演变与创新，以适应和满足时代的需求。
本文将从多个方面探讨高炉炼铁工艺的发展历程，并分析其演变和创新对于铁工业的影响。
一、传统高炉炼铁工艺的特点及问题传统高炉炼铁工艺是指早期的高炉炼铁方法，其特点是炉容相对较小，燃料多为木炭或焦炭，矿石和燃料由上部装料口输入，铁水由炉底出口排出。
传统高炉炼铁工艺在一定程度上满足了当时的铁产量需求，但也存在一些问题：1. 低炉容限制了生产能力：由于传统高炉容积较小，无法进行大规模的生产，限制了铁产量的增长。
2. 能源利用效率低：燃料多为木炭或焦炭，其燃烧效率较低，导致能源浪费。
3. 铁矿石利用率较低：传统高炉炼铁工艺无法充分利用矿石中的铁资源，大量铁含量较低的矿石无法被利用。
二、现代高炉炼铁工艺的创新与改进为了提高铁产量、能源利用效率和矿石利用率，现代高炉炼铁工艺进行了一系列的创新与改进。
1. 高炉容积的增大：现代高炉的炉容相对较大，能够进行大规模的生产，提高了铁产量。
2. 燃料的改进：现代高炉炼铁工艺多采用煤炭作为主要燃料，相比木炭或焦炭，煤炭的燃烧效率更高，能源利用效率得到提升。
3. 热交换技术的应用：现代高炉工艺中引入了热交换技术，将高温废气中的热能回收，用于预热进料和蒸汽发电，提高了能源利用效率。
4. 炉渣处理技术的改进：现代高炉炼铁工艺采用了先进的炉渣处理技术，通过加入矿粉、炼钢炉渣等辅助剂，可以调整炉渣的性质，提高铁矿石利用率。
5. 连续铸造技术的应用：现代高炉炼铁工艺中广泛使用了连续铸造技术，将熔融的铁水直接注入连续铸造机，实现了自动连续生产，提高了生产效率。
三、高炉炼铁工艺演变与创新的影响高炉炼铁工艺的演变与创新对铁工业产生了深远的影响。
1. 提高产量和效益：现代高炉的产能大大提高，生产效率显著提升，使得铁工业能够满足不断增长的市场需求。
铁的冶炼发展历程
铁的冶炼发展历程人类利用铁的历史可以追溯到公元前1500年左右，当时人们开始掌握从铁矿石中提取铁的技术。
这个过程称为冶炼，铁的冶炼技术的发展经历了几个主要的阶段。
在早期，人们使用简单的冶炼技术，将矿石直接加热并用锤子敲打以去除杂质。
这个过程称为热锻，可以制造出一些简单的铁器。
然而，这种方法只能在矿石中存在足够高浓度的铁时才能使用，且无法生产高纯度的铁。
随着时间的推移，人们开始探索新的冶炼方法。
其中一种方法是使用木炭作为还原剂，即通过加热矿石以获得金属铁。
这种方法被称为木炭冶炼，使用广泛且有效。
然而，由于木炭的供应有限，当时的冶炼能力也受到了限制。
在17世纪，人们开始使用焦炭代替木炭进行冶炼。
焦炭是一种由煤炭制成的高碳物质，相较于木炭更容易获取。
使用焦炭作为还原剂，可以通过冶炼的方式大规模生产高质量的铁。
这个时期的冶炼技术被称为焦炭冶炼，标志着铁的大规模工业化生产的开端。
随着科技的进步，人们开始探索新的冶炼方式，其中最重要的一种是使用高炉。
高炉是一种能够高效冶炼铁的设备，通过将矿石、焦炭和石灰石放入高炉中进行还原反应，产生融化的铁和炉渣。
这种方法不仅提高了冶炼效率，还能够生产出更高纯度的铁。
随着工业化的快速发展，人们在19世纪末和20世纪初发明了新的冶炼技术，如开炉转炼、基本氧炉和电炉。
这些新技术的出现进一步提高了冶炼效率和铁的纯度，使得铁的生产更加便捷和可持续。
总的来说，铁的冶炼发展经历了从简单的热锻到木炭冶炼、焦炭冶炼，再到高炉和现代化的冶炼技术的演变。
这些技术的改进不仅改变了人类社会的发展，也促进了工业化进程的加速。
炼铁生产的演变
【7】O.Tsuge 等，Successful Iron Nuggets
Productionat ITmk3 Pilot Plant, Ironmaking Proceedings,2002,511-519。 【8】刘浏，熔融还原炼铁新工艺的发展与展望， 《钢铁工业的前沿技术》，
年
代
2020/8/3
图1，DRI产量占世界生铁产量的比例
0.0
12
表1 世界及主要国家直接还原铁产量，百万顿
年 代 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992
墨西哥
1.86 1.94 1.71 1.79 1.67 1.61 1.37 1.56 1.68 2.18 2.48 2.47 2.44
0
10－15
0－20
500-550 O2 99-% 100-200
金达尔2号炉
100-110 1470－1530 980-1060
10－15 0－20 500-550 O2 99-% 100-170
南非萨尔达 哈
85-95 1480－1520 1080-1120
10－13 78－83 580-600 O2 99-% 0-100
1.65 2.63 3.23 3.81 4.38 3.69 4.12 4.74 5 5.28 5.62 6.41 伊朗
沙特阿拉 2.01 2.11 2.13 2.3 2.11 2.27 2.36 3.09 2.88 3.29 3.29 3.41 伯
2.21 3.12 4.28 4.84 5.26 5.26 5.11 5.44 5.59 6.59 7.67 9.37 印度
钢铁材料生产全过程组织演变规律
钢铁材料生产全过程组织演变规律
钢铁材料生产的全过程包括以下几个步骤：
1. 高炉炼铁：这是生产铁元素的最基本方法，原材料主要是一些含铁的化合物。
这个过程会产生大量的二氧化碳排放。
2. 铁水氧化：在炼铁的过程中，通过向高炉内鼓入空气或者氧气，使得铁水和二氧化碳发生化学反应，生成氧化铁和一氧化碳。
这个步骤会进一步减少铁水中的碳含量。
3. 铁水脱硫：经过氧化的铁水仍然含有一定量的硫，为了得到高质量的钢铁产品，需要进一步进行脱硫处理。
通常使用的方法包括喷吹法、搅拌法、真空法等。
4. 钢水铸造：经过脱硫处理的铁水已经可以被称为钢水，下一步就是将钢水倒入钢锭模或者连铸机中，形成初步的钢铁形状。
5. 钢材加工：钢锭或者连铸坯经过压力加工或者切削加工等工艺，被加工成各种形状和尺寸的钢材。
在整个生产过程中，从高炉炼铁到最后的钢材加工，每个步骤都有其特定的组织演变规律。
然而，由于钢铁生产是一个复杂的工业过程，其组织演变规律可能因生产条件、工艺流程、设备性能等因素的不同而有所差异。
因此，具体的组织演变规律需要根据实际情况进行详细分析和研究。
钢铁是怎样炼成的简介
钢铁是怎样炼成的简介钢铁是一种广泛应用于工业和建筑行业的重要材料，它的制造过程经历了多个步骤和炼铁技术的进化。
本文将简要介绍钢铁的炼制过程及其演变。
1. 高炉炼铁高炉炼铁是传统的钢铁炼制方法之一。
首先，将铁矿石、焦炭和石灰石等原料放入高炉中。
高炉内的石灰石帮助去除杂质，而焦炭则作为还原剂，将铁的氧化物还原为金属铁。
通过高炉的高温和冷却过程，炉料中的石灰石和炉渣被分离出来，留下高纯度的铁。
这种方法虽然简单，但产品的纯度有限，因此后续还需要进一步加工和炼制。
2. 湿法炼铁湿法炼铁是一种比较新型的炼铁方法。
它使用铁矿石的浆液而非固体，通过浸泡和浸出过程将金属铁从矿石中分离出来。
这种方法减少了高温和高压的需求，降低了能耗和环境污染。
湿法炼铁的发展使得钢铁工业更加可持续和环保。
3. 水素冶金法水素冶金法是近年来出现的一种创新技术，其独特之处在于使用水蒸气和水素气体与铁矿石反应。
这种方法能够在较低的温度下将矿石中的金属铁分离出来，并生成水蒸气和氢气作为副产物。
水素冶金法具有高效、低能耗的特点，对环境友好。
4. 电炉炼钢电炉炼钢是将废钢或铁合金通过电弧炉加热至高温，使其融化后再制成新的钢材的工艺。
这种方法无需高炉和湿法炼铁中所需的大量能源，而且废钢的再利用也有助于减少资源浪费。
电炉炼钢成为能源消耗和碳排放更低的替代方法，在钢铁工业中得到了广泛应用。
总结起来，钢铁炼制经历了从传统高炉炼铁到创新的湿法炼铁、水素冶金法和电炉炼钢等技术的演变过程。
这些不同的制造方法带来了钢铁产业的发展和改进，使得钢铁的生产更加环保、高效和可持续。
随着科技的不断进步，未来还将有更多创新技术被应用于钢铁制造过程中，进一步提高钢铁的质量和制造效率。
炼铁的发展历史
炼铁的发展历史炼铁的历史早起源于公元前1800年的印度。
公元前约1500年，安纳托利亚的赫梯人开始冶炼铁。
公元前约1200年，赫梯王国灭亡，各部落带着他们的炼铁知识分散到欧洲和亚洲。
从此“铁器时代”开始了。
铁器时代的工匠们并不知道钢铁冶炼的化学过程。
冶炼过程十分神秘，结果也依赖于铁匠的技术。
技术比较高超的是南印度的铁匠们。
早在公元前3世纪，他们用木炭加热坩埚熔炼熟铁，冶炼出“乌兹钢”，至今这种材料仍以其质量而闻名。
中国的铁匠也冶炼出高品质的钢。
中国的炼钢历史可以追溯到公元前2世纪，其炼钢工艺接近于“贝塞麦酸性转炉炼钢法”，这是欧洲在公元19世纪发展起来的一种工艺。
在大约公元600-900年，唐朝已经广泛应用钢制农用工具。
在12世纪，诸如高炉炼钢等工艺已经在亚洲开始出现并广为人知。
那个时代的大部分炼钢工人已学会用渗碳工艺生产钢铁，即通过长时间加热在锻铁棒表层渗入碳粉以增加合金中的碳含量。
这个工艺可能需要持续数天或者数周。
在1740年，一位神秘并且极富创造力的英国青年，本杰明•亨斯曼（BenjaminHuntsman），向英格兰北部的剪商透露了新的坩埚制铁工艺。
应用粘土埚，也就是坩埚，使棒材的熔炼温度足够高，达到渗碳工艺的要求，同时能够将生产出的钢水铸造（倾到）出均匀、高质量的铸锭，相对过去，该工艺提高了产量。
尽管亨斯曼的发明还未实现低成本、高产量地生产高品质钢的目标，仍需要后人继续努力。
但正是他的技术推动英国谢菲尔德成为19到20世纪大的炼钢中心之一。
工业革命是一个技术革新和创造层出不穷的时代，亨斯曼的坩埚技术只是这个时期众多发明中的一项。
工业革命起源于英国，其对世界范围内的制造、贸易和社会各领域产生了巨大影响。
工业革命始于18世纪，那时铁在工业领域独领风骚。
而到20世纪末，钢成为新的霸主，成为现代世界位于核心地位的金属材料。
蒸汽泵驱动水车发电，即使在枯水期也能为高炉提供动力。
焦炭和生铁供应充足，铁逐渐替代了木材成为建筑材料的新秀。
制钢工艺从初步冶炼到钢铁完整的演变历程
制钢工艺从初步冶炼到钢铁完整的演变历程制钢工艺从初步冶炼到钢铁完整的演变历程随着科学技术的不断发展，钢铁制造工艺也在不断更新换代。
2023年，钢铁工业已经成为全球最重要的产业之一，钢铁的生产工艺也更加成熟。
初步冶炼阶段钢铁制造的初步冶炼阶段，最初起源于公元前6000年左右，时称为“铸铁时代”。
当时人们采用单一的炼铁方法，将铁矿石和木炭炼制成生铁。
这种生铁质地较为脆弱，无法直接应用于生产和建筑领域。
到了公元前500年左右，人们开始使用一种名为“风铸”的方法生产铸铁，并用于制造户外家具、锅炉和铁锤等器具。
这种方法常被用于生产装饰性的金属制品。
由于铸铁质地脆弱，在公元1400年左右，欧洲的钢铁冶炼工艺得以发明并取代前人的铸铁制造方法。
钢铁的质地强硬、灵活、易于加工，因此被广泛应用于舰船、武器、建筑、铁路、汽车等领域。
炼钢方法的发明随着时代的发展，钢铁制造的质量和效率成为人们关注的焦点。
18世纪，人们开始尝试利用高炉炼钢，但效果并不太好，炼制出的钢铁易于脆裂，并存在质量不均的问题。
19世纪初期，发明了“贾布斯法”，该方法顺利地解决了高炉炼钢中出现的问题。
贾布斯法是一种基于炉外排除氧气的方法，即首先将铁矿粉和焦炭混合后装入熔炉进行加热，采用喷吹技术通入含氧气的空气，原材料中的碳和铁被氧气氧化并排出炉外，同时会产生大量的热量，熔炉内的温度大大提高，钢铁得以熔化。
这种方法使钢铁的质量得到显著提高。
自动化生产的挑战21世纪的现在，钢铁制造技术已经高度自动化，从事钢铁生产的人员减少，自动化的生产设备更加高效。
智能制造技术对于工艺流程的监测、控制和优化等方面有着优异的表现。
在此过程中，智能设备不仅能够实现材料的自动调配，而且还能够自动监测过程中的参数以确保质量和工艺的稳健性，保证了生产线的持续性和效率。
这使得钢铁生产商能够实现产量的扩张，并高效地向客户提供产品，从而获得更大的收益。
未来的展望钢铁生产技术发生了重大变化，随着数字化和智能化技术的不断进步，钢铁生产的工艺进一步升级，并且将变得更加智能化和自动化。
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图1，DRI产量占世界生铁产量的比例
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表1 世界及主要国家直接还原铁产量，百万顿
年 代 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992
墨西哥
1.86 1.94 1.71 1.79 1.67 1.61 1.37 1.56 1.68 2.18 2.48 2.47 2.44
23.7 27.5
33.2 35.8
38.3 42.5 37.9 45.0 49.4 54.6
4 3 31.15 5 7 36.96 3 2 5 8 5 0 全世界
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2004年全球DRI产量5460万吨，
其中印度产957万吨，占第一位。 委内瑞拉、墨西哥、伊朗， 产量分别为第2、3、4位。
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图2，2004年主要生产过程的产品比例【5】
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表2，直接还原生产的主要流程
生产设施 还原剂 气基
流化床
FINMET （ICH）
煤基 CIRCOFER
竖炉
MIDREX HYL-Ⅲ HYL-Ⅰ
反应温度，℃ 700; ≤950
700-1000
回转炉
转底炉
SL / RN Jindal DRC DAV CODIR
印度
0.03 0.03 0.03 0.13 0.08 0.09 0.17 0.19 0.19 0.26 0.61 1.15 1.44
全世界
7.36 8.08 7.31 7.8 9.23 11.16 12.53 13.66 14.24 15.7 17.88 18.94 20.419
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27
熔融还原在很大程度上， 解决了高炉存在的环保问题【8】。
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表3，COREX炉生产指标
项目 产量，t/h 铁水温度℃
燃料比， kg/t
焦比，％ 块矿比，％
耗氧量， m3/t
粉矿，kg/t
浦项制铁 印度金达尔1号炉
80-100 148－1530 1000-1100
100-105 1460－1520 1000-1100
33
此法优点突出：
a)设施体积较小。 b)矿粉及煤粉直接喷吹入炉，无需造快。 c)矿石不受限制，可以用精矿粉，
也可用（处理）钢铁生产废料。 d)主要是用高温热风，
可以用富氧提高冶炼效果。 e)污染较轻。
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Байду номын сангаас
34
表4 生产成本及建设投资(人民币)【13】
年产量，万吨 单位投资，元 顿铁成本，元
1000-1100
FASTMET COMET
1200-1400
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17
前已讨论过高炉生产流程的根本缺陷：
1）必需焦炭，由此导致炼焦煤的危机 和焦化系统庞大。 2）炉料必需造块，导致生产系统复杂、庞大， 建设投资过大。 3（系统庞大，气、水、粉尘污染 及CO2排放，很难治理。
2020/11/19
/t
/t
高炉（1200m3）
90
1530
1000
HISMELT
90
580-827
695-785
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结语
1，高炉生产正处于辉煌的顶峰， 它的路还很长。 虽然高炉生产面临焦煤将要短缺、 生产流程过长和环境污染等问题， 改善的方法很多， 不断更深入研究，会有许多成功对策。
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4.51 4.71 4.72 5.34 5.36 5.06 5.05 6.69 6.18 6.89 6.9 7.83 委内瑞拉
0.85 0.78 0.85 0.83 1.19 1.61 1.67 2.11 2.37 2.53 2.87 3.02 埃及
0.87 0.98 0.95 0.9 1.09 1.05 1.16 1.53 1.56 1.55 1.54 1.63 南非
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24
北京科技大学自主开发了 “煤基热风转底炉法（CHARP）”
现在已开始在山西建一座年产10万吨的转底炉。
转底炉法投资很低，
仅相当于高炉系统（铁、烧、焦）的60－70％。 生产成本较高炉系统低20％以上。 此法适用我国，有相当发展前景。
1999年在日本神钢建成350kg/h 的转底炉试验厂
还要经过工业生产的考验和生产经验的积累 过程，还处于工业实验阶段，今天不应推广。
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38
4，不要急于否定高炉， 高炉生产的路还很长。 但高炉的严重缺点， 退出历史舞台，是不可避免的。
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39
参考文献
【1】白云翔，先秦两汉铁器的考古研究，
北京：科学出版社，2005年第22－29页。
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8
钢铁生产的长流程，遇到空前挑战， 各种新流程、新方法，不断涌现， 炼铁革命在悄悄的进行。
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9
2，直接还原——块炼铁的“复活”
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10
高炉出现，在世界范围迅速发展。 但在缺少焦煤的地区， 直接还原法一直存在。 高炉越发展，无需炼焦煤的炼铁方法， 越得到重视，几十钟新的方法被开发出来
【5】Midrex Technologies, Ine
2004 World Direction Reduction Statistics。
【620】20/11孔/19 令坛等，煤基热风转底炉炼铁法，
新的炼铁方法在迫切需要中诞生， 块炼炉被淘汰， 是生产发展的必然结果。
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4
1，高炉的发明——炼铁生产的第一次革命
2020/11/19
5
随着高炉容积扩大， 高炉有效高度也随之增高， 5580m3高炉的有效高度， 已经35公尺。
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6
由于高炉自身的发展，给高炉带来空前的 困难：
特立尼达 0.02 0.19 0.24 0.28 0.24 0.23 0.38 0.49 0.59 0.69 0.7 0.7 0.68
委内瑞拉 1.12 1.45 2 2.23 2.4 2.56 2.89 2.94 2.57 2.18 3.02 4.02 4.23
埃及
0.03 0.47 0.77 0.8 0.71 0.62 0.85
1），生产的烧结矿、球团矿，必须满足
大
高炉的要求，造成严重的粉尘
污染和大气污染。焦炭生产，造成严重
的大气、水及粉尘污染。
2020/11/19
7
2），高炉生产，耗用主焦煤太多， 而它的储量比例较少， 给高炉后续发展，带来危机感。
3），高炉规模大，铁、烧、焦生产设备庞大 、复杂，生产流程过长， 增加了投资，降低了竞争力。
18
取代高炉，必须克服高炉的上述缺点。 表中各过程，气基的污染较轻， 与高炉比较，有明显的优势。
2020/11/19
19
不需焦炭，克服了高炉所遇到的困难。 成熟的气基法是使用竖炉的MIDREX和YL-Ⅲ，
它们必须使用块矿； 而且气基生产，主要以天然气为还原剂， 这些方法，适用于盛产石油国家。 随着石油、天然气价格攀升， 这些方法也将受到挑战。
2020/11/19
20
气基流化法，使用粉矿， 是战胜高炉的较好方法。 矿粉通过喷吹，进入反应器， 省掉了造块工序，沿流化的路走下去， 是有希望取代高炉的方法。
2020/11/19
21
煤基方法：
不需焦炭， 我国煤的资源较多， 比气基有更广阔的使用天地。
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22
但它的污染，虽比高炉系统好许多， 依然较气基法差很多。
【2】L．Aitchison，A History of Metals，
London，1960，p．199－212．
【3】刘云彩，中国古代高炉的起源和演变，
文物，1978，N0.2，18—27.。
【4】刘云彩，中国古代冶金史话，
天津：天津教育出版社，1991年第53页；
台北：台湾商务印书馆，第1994年 63页。
36
2，新的炼铁方法不断涌现， 会有更好的技术、流程，逐渐取代高炉。 这一进程是漫长的。 直接还原法会继续发展。
其中流化法和转底炉法有更大的优越性， 但转底炉法较薄的料层，会影响生产效率， 难与高炉生产规模竞争。
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37
3，熔融还原正在革高炉的命
当前走在前面的FINEX法及HIsmelt 法， 有希望和高炉竞争。要想取代高炉， 首先必须克服它们各自的缺点。这两种方法，
1.65 2.63 3.23 3.81 4.38 3.69 4.12 4.74 5 5.28 5.62 6.41 伊朗
沙特阿拉 2.01 2.11 2.13 2.3 2.11 2.27 2.36 3.09 2.88 3.29 3.29 3.41 伯
2.21 3.12 4.28 4.84 5.26 5.26 5.11 5.44 5.59 6.59 7.67 9.37 印度
炼铁生产的演变
刘云彩
2020/11/19
1
1，高炉的发明——炼铁生产的第 一 次革命
2，直接还原——块炼铁的“复活”
3．熔融还原——炼铁二次革命、 革高炉的命
结语
2020/11/19
2
铁器时代，开启了人类的新纪元 早期生产铁用块炼炉
2020/11/19
3
块炼铁效率太低， 消耗太高， 质量难以稳定，
日本叫第三代炼铁法（Tmk3）【7】。
2020/11/19