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5-1 材料的制备原理及方法
* P& [* o6 j+ b: A3 m$ J3 H5-1-1 金属材料的制备
; d+ @# ~" r: B8 A0 Q: M) M1. 铁的制备. ^, K7 Y( }0 h
原理：. q, Q ], u6 e
直接还原：以C为还原剂，FeO+C=Fe+CO，高炉下部高温区进行
; a- b4 W, p+ ~. `& F& n9 v! V① 还原（反应）
3 ~5 Q, j/ i8 B/ I2 i间接还原：以CO为还原剂 . A- ~. m" \ [8 U/ U: n- Y
( B) l! p% p/ @, i( U' \; g
; [: c" C3 v3 O c② 造渣（反应）：加入一定量熔剂与矿石中
4 @3 c6 R, Y" f4 D- x& D3 y脉石和焦碳中灰份作用：生成一种多氧化物的熔体; M. |6 k4 n+ y8 @1 F- q
目的是促使需要元素进入铁水，让有害杂质进入渣中除去# ]& P! _6 N5 O( f& |
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。+ |; w2 R! f/ ~- {9 }2 N' [
主要熔剂：石灰石（CaCO3），锰矿石（脱氧、脱硫剂）等
7 n) a8 n6 u& \" l7 Z( f* R5 Y1 w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。
! f% ]% n) s% a' S* s) Q9 {铁矿石：Fe含量<30%无开采价值
5 ~9 l1 k* g- Z7 y( B$ x: ?6 h Fe含量>40%可直接冶炼，铁矿石主要有四种：7 F7 x; U9 Z. o$ r
磁铁矿（Fe3O4）、赤铁矿（Fe2O3）、褐铁矿（FeCO3）、菱铁矿（Fe2O3·mH2O）
- t% V4 X" h/ a! W6 E. f! B 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; Z7 q# A/ e- `! ~. H
高炉内型构造及作用，见图5-1和P4480 m, [" H; g8 H. F7 p2 r( @
$ ]( C" D) x7 b6 X" A7 B7 d
2. 钢的制备
$ W% t' R0 X8 p g. }5 R钢是含碳量<2.11%，并含有少量C、Si、Mn、S、P元素的铁碳合金
; [$ _- F6 }/ h+ n$ ]2 G2 n0 z生铁含碳量较高（>2.11%），含Si、Mn、S、P、杂质量较高
+ F# \2 T1 y& X3 V6 G* ^) t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0 E" O, Q: p: q" ~* h
9 r9 ?( I* t$ R4 `9 Q( ?炼钢原理：" Y" c: a3 V# S: R3 u
2Fe+O2→2FeO) f! }6 L, [( U' k" L4 p* S
Si+2FeO→SiO2+2Fe 氧化后钢液中存在较& J! E9 |7 b! t7 s% Z
① 杂质氧化（通入氧气） Mn+FeO→MnO+Fe → 多的FeO和大量的气' K5 a$ {( z' ]
C+FeO→CO+Fe 泡，必须加以除去1 o7 K5 K3 ?% @$ a
2P+5FeO→P2O5+5Fe% s! J' {, j+ \! K
2FeO+Si→SiO2+Fe+ ?: A& W7 n/ X# G. l" ?
② 脱氧（还原）（加入脱氧剂） FeO+Mn→MnO+Fe) j8 i8 u% R1 I) B5 X. Q, v+ M! O5 A
3FeO+2Al→Al2O3+3Fe5 }: y/ Q# C' l3 r# Z0 P7 X/ e/ c- X
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, f# o7 T2 C: @
平炉炼钢6 g( ~( q! x7 s
钢的制备方法 电炉炼钢7 h$ X% A* z: v: c0 T+ K3 I
纯氧顶吹转炉炼钢（LD法），代表当前炼钢发展方向, E: f4 C1 Y. u
炼钢原料：
, `4 a4 P# T1 S" q. R 金属料：铁水、生铁块、废钢、铁合金4 I& m0 _( b3 p# J
造渣材料：石灰、萤石、白之石* f: W2 F, S$ l0 A) K! ?
氧化剂：氧气、铁矿石、氧化铁皮
8 t5 \1 s, `" w% l, O- Z 脱氧剂：硅、锰、铝及铁合金
8 o8 V" g" e/ y3 a/ V$ u* M 冷却剂：废钢、铁矿石、氧化铁皮- _- B/ _% N8 Y/ }( U
LD法的设备及工艺见图5-2，P450-4529 O! K' y O/ y+ [: _- v4 ~) p
3. 非铁合金的制备2 {2 Y- V* ?2 F& r- I N" S
① 铜的制备$ k/ K5 y2 U! _5 ] v/ s0 A
火法炼铜法：冰铜的冶炼→粗铜的吹炼→铜的精炼5 g3 m5 W5 v% B
制备方法
0 j1 `' w v0 g" r$ s4 j1 |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
- J/ O) l" o3 @中将金属铜析出! Q+ q' p0 g9 W% [9 g) |$ i
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' \: U0 w5 c- ^* D8 g2 w" e: X
② 铝的制备! F7 @8 x' M; @* i$ b, n; i* U& y$ R
i）Al2O3的制备
" Y D8 D9 D/ }9 I 湿碱法：铝矿石+NaOH溶液→2NaAlO2水溶液 - N2 t5 m! V/ _* u; F9 |) {9 E
制备方法 Al(OH)3 Al2O3
6 _; g" S; M1 D" Q! t0 J. |7 s 干碱法：铝矿石+CaCO3+Na2CO3 烧结块
R# S, U- s nNaAlO2水溶液 Al(OH)3 Al2O3L
8 y2 \ I7 Y; q, ^/ A& L0 j& qii）Al2O3的电解, Q9 h) [/ n# H$ C+ p0 V) @% f
Al++++3e→Al 阴极 铝纯度达99.7%& F l$ Q- a8 d, ~% f1 Y" P
Al2O3 z2 h. n4 _( ]
2AlO3––––6e→Al2O3+ O2 阳极
. l! c0 ^! ]8 S电解槽见图5-6 |
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发表于 2006-12-27 20:22:42