材料的制备与成型加工

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5-1  材料的制备原理及方法
) L0 E2 v0 H: x2 k( g4 V5-1-1  金属材料的制备
1.       铁的制备
1 k) Q9 v* r# Y* M4 I, s3 m, g原理：
                               直接还原：以C为还原剂，FeO+C=Fe+CO，高炉下部高温区进行
①     还原（反应）                                                   
间接还原：以CO为还原剂   
$ a( m# c# r6 s" p' ]1 a
2 |4 n4 D% s& i: ?* Q- `  
②     造渣（反应）：加入一定量熔剂与矿石中
脉石和焦碳中灰份作用：生成一种多氧化物的熔体
目的是促使需要元素进入铁水，让有害杂质进入渣中除去
. `  G5 h/ K* W  R# R( X, e造渣反应十分复杂，总体上是酸性氧化物与碱性氧化物的中和反应。
主要熔剂：石灰石（CaCO3），锰矿石（脱氧、脱硫剂）等
2 c" I: E0 }& D+ }1 e. F- T高炉炼铁原料主要用铁矿石、焦碳、石灰石、锰矿石和一些铁石代用品组成。
铁矿石：Fe含量<30%无开采价值
              Fe含量>40%可直接冶炼，铁矿石主要有四种：
磁铁矿（Fe3O4）、赤铁矿（Fe2O3）、褐铁矿（FeCO3）、菱铁矿（Fe2O3·mH2O）
6 C: j0 i( c: `& f7 X5 ~* Y    焦碳要求：含炭量要高，灰份要少，含P、S愈低愈好，发热值愈高愈好，且有适当的气孔率以保证料柱的透气性和足够的机械强度
9 M6 ]2 Q4 b6 G  j) u8 s    高炉内型构造及作用，见图5-1和P448

% E% M7 T/ v; I2 w2.       钢的制备
钢是含碳量<2.11%，并含有少量C、Si、Mn、S、P元素的铁碳合金
( l5 q& B3 G! p2 f生铁含碳量较高（>2.11%），含Si、Mn、S、P、杂质量较高
! T2 B3 b% D" a+ p' y9 k炼钢的目的：①降低生铁中碳含量，②去除有害杂质，③添加适量的合金元素
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炼钢原理：
2Fe+O2→2FeO
4 L% l4 r. R" D7 {Si+2FeO→SiO2+2Fe            氧化后钢液中存在较
# a$ c3 O6 G$ u. G& k# K$ M① 杂质氧化（通入氧气）         Mn+FeO→MnO+Fe      →    多的FeO和大量的气
( z5 o- x) r" a4 @8 [C+FeO→CO+Fe                  泡，必须加以除去
+ a9 l2 H  x; R7 ^# `) k& E8 x* R* A2P+5FeO→P2O5+5Fe
5 c- K4 A- G2 b  \       2FeO+Si→SiO2+Fe
# x/ f8 M' c! Z. Z) w              ② 脱氧（还原）（加入脱氧剂）       FeO+Mn→MnO+Fe
+ R% l) ]  k3 H2 z                                                                      3FeO+2Al→Al2O3+3Fe
整个炼钢过程就是氧化和还原过程，关键是清除钢水中杂质，其中最主要的因素是造渣和除渣，仍需加入熔剂造渣
  w$ i* O) |' f" b; u                            平炉炼钢
, z# H2 P$ p+ m4 |% \  Q# N钢的制备方法       电炉炼钢
- i( p6 a/ b' f                            纯氧顶吹转炉炼钢（LD法），代表当前炼钢发展方向
炼钢原料：
/ {5 L1 k7 z. V       金属料：铁水、生铁块、废钢、铁合金
& |) P9 L2 z! u0 q- V/ W, a9 c       造渣材料：石灰、萤石、白之石
       氧化剂：氧气、铁矿石、氧化铁皮
       脱氧剂：硅、锰、铝及铁合金
       冷却剂：废钢、铁矿石、氧化铁皮
' e6 B3 ]  c7 f- D. z4 L4 ^% e. BLD法的设备及工艺见图5-2，P450-452
3.       非铁合金的制备
①     铜的制备
% {# F1 b6 w0 m% U火法炼铜法：冰铜的冶炼→粗铜的吹炼→铜的精炼
, p  w! e. a. N6 h2 M制备方法        
/ p/ c8 ?, H8 L; a" K4 o6 K湿法炼铜法：用溶液浸泡铜矿石，使铜从矿石中浸出，再从浸出液
1 |9 i) U5 ]& e中将金属铜析出
( ?% C5 D5 V2 H8 v    其中火法炼铜法占主导地位。具体工艺、设备见图5-4、5-3、5-5和P454-457
& d4 Q' ^7 v" F) \3 T* m②     铝的制备
2 ?( s+ E* U  I1 Ki）Al2O3的制备
- U. k4 G+ ?( Q% l" E                      湿碱法：铝矿石+NaOH溶液→2NaAlO2水溶液
制备方法                       Al(OH)3 Al2O3
" V  s7 I1 n2 }2 L                      干碱法：铝矿石+CaCO3+Na2CO3   烧结块
NaAlO2水溶液 Al(OH)3 Al2O3L
ii）Al2O3的电解
9 a, b& W3 ]  {8 o7 f                             Al++++3e→Al                               阴极       铝纯度达99.7%
: @0 z5 |+ y9 e! t. ]Al2O3
                             2AlO3––––6e→Al2O3+ O2 阳极
6 [9 o- X7 A6 d1 r7 L电解槽见图5-6