材料的制备与成型加工

sdlwsw

5-1  材料的制备原理及方法
& z/ z( s! O( j- ]6 u' u/ _( y! s5-1-1  金属材料的制备
1.       铁的制备
' x0 C; f. X  q, j) F原理：
4 h% C5 d+ j  j$ `0 V( ~8 b$ X& q                               直接还原：以C为还原剂，FeO+C=Fe+CO，高炉下部高温区进行
# L) |8 a* i# c( N5 [! g6 X+ w①     还原（反应）                                                   
5 l- ]  G% \) A* s( t6 v! [# X8 ~间接还原：以CO为还原剂   

  
3 Q0 W) g0 c3 z' ?  \+ t. M- w②     造渣（反应）：加入一定量熔剂与矿石中
  p" o. E; }  J' @6 o脉石和焦碳中灰份作用：生成一种多氧化物的熔体
8 o* F5 |- I# B- d目的是促使需要元素进入铁水，让有害杂质进入渣中除去
9 }+ a5 p6 @7 d; g4 `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。
2 c" ~/ I$ q+ E$ l# i( M" c主要熔剂：石灰石（CaCO3），锰矿石（脱氧、脱硫剂）等
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
" R4 \$ k/ y. J# F) K! L              Fe含量>40%可直接冶炼，铁矿石主要有四种：
  [% m! h3 y1 d磁铁矿（Fe3O4）、赤铁矿（Fe2O3）、褐铁矿（FeCO3）、菱铁矿（Fe2O3·mH2O）
    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
1 ^4 P5 i7 p3 P: n    高炉内型构造及作用，见图5-1和P448

/ d  a0 ]! ]: k8 g2.       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
% L$ S5 W: q  C1 z$ O生铁含碳量较高（>2.11%），含Si、Mn、S、P、杂质量较高
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
( Y8 w( j2 f" Q' t) O/ W) _  w
炼钢原理：
2Fe+O2→2FeO
3 t+ a7 R: }$ _( bSi+2FeO→SiO2+2Fe            氧化后钢液中存在较
① 杂质氧化（通入氧气）         Mn+FeO→MnO+Fe      →    多的FeO和大量的气
C+FeO→CO+Fe                  泡，必须加以除去
2P+5FeO→P2O5+5Fe
5 Z! L/ |# X9 }1 h       2FeO+Si→SiO2+Fe
% t8 O0 h- ?& x* d  d7 {              ② 脱氧（还原）（加入脱氧剂）       FeO+Mn→MnO+Fe
* [2 S6 C: I- x( N& A& i  j# P/ l                                                                      3FeO+2Al→Al2O3+3Fe
. e9 x  \5 n8 G' `! b2 V7 p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
) }7 g- c( e3 D2 R  Y                            平炉炼钢
* K6 Q0 D3 k6 l. K& W钢的制备方法       电炉炼钢
  h- G. m2 E7 G                            纯氧顶吹转炉炼钢（LD法），代表当前炼钢发展方向
' A+ W. \# _2 E3 G0 r炼钢原料：
       金属料：铁水、生铁块、废钢、铁合金
       造渣材料：石灰、萤石、白之石
0 R0 f/ n4 J5 m7 t0 m  y9 `       氧化剂：氧气、铁矿石、氧化铁皮
8 [; L6 {' h8 f5 v2 F1 G& Y7 L: l1 s       脱氧剂：硅、锰、铝及铁合金
       冷却剂：废钢、铁矿石、氧化铁皮
5 I# r" T2 s) O% _! s6 U* A  JLD法的设备及工艺见图5-2，P450-452
3.       非铁合金的制备
" c* j* B5 Y! U3 l6 E①     铜的制备
5 x4 W  i' V: N4 B# [火法炼铜法：冰铜的冶炼→粗铜的吹炼→铜的精炼
制备方法        
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
中将金属铜析出
# J# Z7 s- a  X% S" A    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
: k, s8 s8 ~6 o- v8 F, s②     铝的制备
8 e9 @& m1 h* i  vi）Al2O3的制备
) n/ q4 [* k$ W                      湿碱法：铝矿石+NaOH溶液→2NaAlO2水溶液
6 ]" D0 P% q. s. w% f# n制备方法                       Al(OH)3 Al2O3
: T7 b2 t* [' W/ T4 ^" M                      干碱法：铝矿石+CaCO3+Na2CO3   烧结块
) Q" ?  f3 Y- {% \! JNaAlO2水溶液 Al(OH)3 Al2O3L
ii）Al2O3的电解
+ B5 @, ?* f) F1 C                             Al++++3e→Al                               阴极       铝纯度达99.7%
Al2O3
                             2AlO3––––6e→Al2O3+ O2 阳极
电解槽见图5-6