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5-1 材料的制备原理及方法
- W3 b% i( ~4 W3 t2 b2 J J2 p5-1-1 金属材料的制备
8 _9 C& W" O4 G1. 铁的制备3 _/ \) Z3 Y3 h$ s4 i7 N5 v
原理：
9 a, l: ?+ _2 _9 a$ Y7 | 直接还原：以C为还原剂，FeO+C=Fe+CO，高炉下部高温区进行4 j$ \+ W" X( s8 n5 j
① 还原（反应） ' ]( ?' H1 N6 I) S# x
间接还原：以CO为还原剂
+ ~4 a5 K' V7 L) f7 V) e# z3 a! A( T" w! g/ c! H+ x: P
# n6 d6 m6 ^( Y② 造渣（反应）：加入一定量熔剂与矿石中
$ @# r# _3 u/ y6 v$ b8 O3 T# I脉石和焦碳中灰份作用：生成一种多氧化物的熔体
S$ L' u# Z M% I6 s8 ^目的是促使需要元素进入铁水，让有害杂质进入渣中除去
1 n/ Y( w2 `$ m# n, b7 s7 S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 w/ }% ?, h) q: s. ]) K
主要熔剂：石灰石（CaCO3），锰矿石（脱氧、脱硫剂）等% j6 D) ~% a% N" l4 g+ F# m7 d
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。' o0 r( J* h4 W. _6 p
铁矿石：Fe含量<30%无开采价值" }+ V. M, f. L2 {' {4 l5 z# X
Fe含量>40%可直接冶炼，铁矿石主要有四种：
% a, I5 P3 I$ n6 \% U磁铁矿（Fe3O4）、赤铁矿（Fe2O3）、褐铁矿（FeCO3）、菱铁矿（Fe2O3·mH2O）
9 Q) _/ h/ M) G, B& A 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+ F' L! D# z0 D
高炉内型构造及作用，见图5-1和P448
6 y9 K$ ~' N) E& P% T# l
1 m+ Y" B- m |$ s2. 钢的制备
3 r, ~: h: K a* Y钢是含碳量<2.11%，并含有少量C、Si、Mn、S、P元素的铁碳合金8 \8 Q H- x0 X, W$ }8 q a
生铁含碳量较高（>2.11%），含Si、Mn、S、P、杂质量较高
9 I0 I+ I% p* I# Y5 P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
2 C# i9 z" R" N2 d4 @# M/ r
; I" V+ g, g0 r2 \, ~6 Z炼钢原理： j/ t+ F4 q! a! Q0 G$ d$ {
2Fe+O2→2FeO
4 B& Z( W$ w& w+ C0 }4 u9 ?+ r& @Si+2FeO→SiO2+2Fe 氧化后钢液中存在较. w1 N }3 y" }2 n- G; b! j, L/ h
① 杂质氧化（通入氧气） Mn+FeO→MnO+Fe → 多的FeO和大量的气
& t8 s* e/ s9 J: I: x( f5 XC+FeO→CO+Fe 泡，必须加以除去 p7 e' a; z2 \1 z# O
2P+5FeO→P2O5+5Fe
7 H8 }6 E) Y) H3 x 2FeO+Si→SiO2+Fe
5 g3 s$ k% n, ]: q% ]3 d% d ② 脱氧（还原）（加入脱氧剂） FeO+Mn→MnO+Fe
n" h! Y, |# G9 f 3FeO+2Al→Al2O3+3Fe
7 j& S1 i6 t* C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' v& a8 z1 ^$ _+ E0 `
平炉炼钢
$ Y% ` ?# o/ m" v+ K钢的制备方法 电炉炼钢4 J) ?: u! k1 h( S$ }
纯氧顶吹转炉炼钢（LD法），代表当前炼钢发展方向
7 r; @; x4 C$ U" K: a炼钢原料：
( a7 \; Z S$ a3 L+ t' Y 金属料：铁水、生铁块、废钢、铁合金7 w C8 v/ O0 o5 _7 H9 d
造渣材料：石灰、萤石、白之石+ y/ y9 }0 M4 V
氧化剂：氧气、铁矿石、氧化铁皮
# \8 q6 L' `: P7 W' o2 K8 u 脱氧剂：硅、锰、铝及铁合金
8 [% ?% t' L) I: z4 [2 S& P [7 G2 \ 冷却剂：废钢、铁矿石、氧化铁皮
6 z* s, U- {/ s( [2 ~LD法的设备及工艺见图5-2，P450-452
+ E: ?, U) m" i# A, B3. 非铁合金的制备( w/ u# p9 Z: r4 t: {
① 铜的制备) \5 @; X; |' F7 r( H5 ?; y# [& i( T
火法炼铜法：冰铜的冶炼→粗铜的吹炼→铜的精炼1 |5 f* { r: C' r& |! T
制备方法 $ D" @: G% N+ G$ k* J
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
6 \! `2 ]( a0 m4 f6 q中将金属铜析出1 T" J9 C3 t3 s# d+ 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# z* E- W% }* |" C6 r5 @
② 铝的制备
+ N2 A( ?1 d' P2 G& ui）Al2O3的制备& \8 D' |1 @, {. w& g8 P
湿碱法：铝矿石+NaOH溶液→2NaAlO2水溶液
Z( k0 C5 i4 f) v& T制备方法 Al(OH)3 Al2O3, ~& e% u/ S5 r2 `1 T5 d2 g$ j
干碱法：铝矿石+CaCO3+Na2CO3 烧结块
+ f; ^0 b: D! ]) {& V) I( C+ BNaAlO2水溶液 Al(OH)3 Al2O3L
+ ^, j1 v" R; d+ r4 k; B7 e5 f* mii）Al2O3的电解: A3 X$ ]0 \( O7 D( a; D
Al++++3e→Al 阴极 铝纯度达99.7%
; V" n" r! l. d2 n" aAl2O3
' J E9 K* a; i7 U4 l 2AlO3––––6e→Al2O3+ O2 阳极! H/ t# O& J/ V- _
电解槽见图5-6 |
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发表于 2006-12-27 20:22:42