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5-1 材料的制备原理及方法; I5 y* m; b- g2 v
5-1-1 金属材料的制备
" y, B' ]1 }- F8 K7 ^" |) I% A9 v6 y1. 铁的制备
% v( W/ ?! S V' K/ v6 |( S0 b5 G原理：- N: v/ u& X" N& }
直接还原：以C为还原剂，FeO+C=Fe+CO，高炉下部高温区进行
0 h# c% ^9 B$ r6 N1 f" o( X① 还原（反应） $ j; Z0 @2 M( s6 [1 G# x" e
间接还原：以CO为还原剂
( I7 U+ ? s% g3 y N3 n% z
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1 G+ T" ~# H& z* K1 g6 g② 造渣（反应）：加入一定量熔剂与矿石中
1 q5 K: c1 U& ~& H& L2 X脉石和焦碳中灰份作用：生成一种多氧化物的熔体9 @6 d, f3 L, k
目的是促使需要元素进入铁水，让有害杂质进入渣中除去
; i4 q# C9 a& u; y! {& d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。6 _. c9 S* X# t7 n- X
主要熔剂：石灰石（CaCO3），锰矿石（脱氧、脱硫剂）等
: x' N; |! R& i5 r3 e- L- N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。. O9 B( A) D2 E7 t2 [
铁矿石：Fe含量<30%无开采价值
0 e9 B* r5 e( i0 c0 h Fe含量>40%可直接冶炼，铁矿石主要有四种：0 t& H: K8 q b" I# E
磁铁矿（Fe3O4）、赤铁矿（Fe2O3）、褐铁矿（FeCO3）、菱铁矿（Fe2O3·mH2O）1 K+ e q+ [( i$ a& M
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4 v) V% B5 X8 z8 @
高炉内型构造及作用，见图5-1和P4485 z7 Q. k6 c7 h" C% h" Q
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2. 钢的制备
- z* b# q, y1 Y+ m. {) `5 B4 f钢是含碳量<2.11%，并含有少量C、Si、Mn、S、P元素的铁碳合金
' y# k% \$ C3 y3 y! ~# D生铁含碳量较高（>2.11%），含Si、Mn、S、P、杂质量较高" N7 W; T e0 g# u
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! H7 B s, r7 h0 a5 y _
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炼钢原理：3 u) Q7 V! L |: G+ f, j
2Fe+O2→2FeO
6 C' l5 ?7 d# @( p& w7 U U PSi+2FeO→SiO2+2Fe 氧化后钢液中存在较
+ Q! j& }- _% j( P① 杂质氧化（通入氧气） Mn+FeO→MnO+Fe → 多的FeO和大量的气9 S/ e5 X% N# A4 V, R
C+FeO→CO+Fe 泡，必须加以除去9 ^ h( p3 O, U# [2 `9 }7 C0 S
2P+5FeO→P2O5+5Fe+ f. z% H1 D; [2 i
2FeO+Si→SiO2+Fe* U4 Y& Q L$ Y5 E
② 脱氧（还原）（加入脱氧剂） FeO+Mn→MnO+Fe
( D& P4 u+ P/ ]8 i5 |0 T* z. p 3FeO+2Al→Al2O3+3Fe) D9 w9 {* Z; J
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' g5 K, Q' r! b0 ^
平炉炼钢/ S( z- O! S q: R3 b% P2 D3 g
钢的制备方法 电炉炼钢
' r; J2 I6 j e4 |4 x1 c 纯氧顶吹转炉炼钢（LD法），代表当前炼钢发展方向
9 J! S5 s2 O* k# Y炼钢原料：
) q$ l8 x* ?8 R8 i" s 金属料：铁水、生铁块、废钢、铁合金 t) _2 v- ~; K P- u8 J0 A7 e( t# j" T
造渣材料：石灰、萤石、白之石/ N7 x0 n- m( d1 M7 ^, v
氧化剂：氧气、铁矿石、氧化铁皮 n1 U% z1 `: ^) u
脱氧剂：硅、锰、铝及铁合金' T% E' [8 N3 _' b& R, m7 `
冷却剂：废钢、铁矿石、氧化铁皮9 {4 w% I" e! I* K- l
LD法的设备及工艺见图5-2，P450-452
2 T5 e* w( ^ Q, `- X& v3. 非铁合金的制备: N3 q/ O8 T7 p# K! T
① 铜的制备
( m3 g, `- B* P2 T7 V! r$ {火法炼铜法：冰铜的冶炼→粗铜的吹炼→铜的精炼) n6 L. v e0 F) D6 |2 f7 N0 n
制备方法 " ?9 s* D7 ]9 A4 g9 o
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/ H) Z# f: W1 y' \* i) p/ H& u. Y
中将金属铜析出
0 ~( o$ Y8 `$ y 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
; { t* x2 V% d② 铝的制备6 N3 f: ~. C: D5 [- f H& l
i）Al2O3的制备# i+ x+ e9 ]1 C
湿碱法：铝矿石+NaOH溶液→2NaAlO2水溶液 / ~. W3 k/ U$ y2 J0 U( z
制备方法 Al(OH)3 Al2O3
1 @8 s9 Q" r8 x# P% @ 干碱法：铝矿石+CaCO3+Na2CO3 烧结块 ( l7 f; o' Z1 ?, h; N( w0 x
NaAlO2水溶液 Al(OH)3 Al2O3L, x- g4 \5 r G Y6 q, B- l) {
ii）Al2O3的电解
, U8 P- S- }, U6 c" @9 }+ N Al++++3e→Al 阴极 铝纯度达99.7%
5 P% s( ], {5 k1 T$ ]/ z. TAl2O3 , G% g7 Q. w. w
2AlO3––––6e→Al2O3+ O2 阳极
0 V$ R& n# K" G# A电解槽见图5-6 |
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发表于 2006-12-27 20:22:42