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
5-1-1  金属材料的制备
& M/ A* E5 o) V3 z1 ~( Q1.       铁的制备
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
* E: a! W  R$ `+ {①     还原（反应）                                                   
1 _5 x4 s, w+ k9 N+ V8 V  x7 @间接还原：以CO为还原剂   

* j1 X0 O  T% M# Z# N' B! O  
( l& v5 s5 V. ~1 s②     造渣（反应）：加入一定量熔剂与矿石中
1 R7 R* `$ l; I' W6 a. w  J# n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
+ s4 @  N" U6 o" D$ l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
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。
; k+ i/ F5 }, _9 g' Y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：
0 O% ~' W4 F7 ]  K' @. I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
    高炉内型构造及作用，见图5-1和P448
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2.       钢的制备
/ A# l- h# I; V$ L2 R. _$ V钢是含碳量<2.11%，并含有少量C、Si、Mn、S、P元素的铁碳合金
/ ]$ t2 B+ u/ Y5 s/ t5 V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

炼钢原理：
2Fe+O2→2FeO
- X# g* d0 ]8 I+ Y2 k8 k( ZSi+2FeO→SiO2+2Fe            氧化后钢液中存在较
, c' @% T, j2 M6 L  e1 i# F% X/ _① 杂质氧化（通入氧气）         Mn+FeO→MnO+Fe      →    多的FeO和大量的气
3 r+ ^( z9 s" |1 Z1 ]/ I. DC+FeO→CO+Fe                  泡，必须加以除去
& M2 F' b' Y. g1 B2 D; C2P+5FeO→P2O5+5Fe
       2FeO+Si→SiO2+Fe
              ② 脱氧（还原）（加入脱氧剂）       FeO+Mn→MnO+Fe
; V1 e/ t0 u! L+ g) x9 L# h                                                                      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
                            平炉炼钢
8 E' u! ]9 l; @! |7 A! c钢的制备方法       电炉炼钢
2 @4 S4 h; G  u9 ?1 ?. x5 r                            纯氧顶吹转炉炼钢（LD法），代表当前炼钢发展方向
8 L( y  o+ l3 b' e  B1 l炼钢原料：
       金属料：铁水、生铁块、废钢、铁合金
0 p6 u9 S9 X: {( L       造渣材料：石灰、萤石、白之石
( F- b6 V! J- e' K/ B4 g       氧化剂：氧气、铁矿石、氧化铁皮
. g" b. Z- r: ?3 r+ C! L/ e       脱氧剂：硅、锰、铝及铁合金
       冷却剂：废钢、铁矿石、氧化铁皮
! J  j$ y) q9 KLD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
4 c. j8 ~/ x7 o火法炼铜法：冰铜的冶炼→粗铜的吹炼→铜的精炼
% }6 t! |4 k3 ?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
+ J- s) U, \$ ~) b$ l! G5 q中将金属铜析出
( a9 L- `' s# ~6 |% ^: 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
②     铝的制备
i）Al2O3的制备
0 G, H# e$ p3 t- S- u                      湿碱法：铝矿石+NaOH溶液→2NaAlO2水溶液
制备方法                       Al(OH)3 Al2O3
- L3 b& m7 N' g, ~1 `4 M+ M                      干碱法：铝矿石+CaCO3+Na2CO3   烧结块
NaAlO2水溶液 Al(OH)3 Al2O3L
ii）Al2O3的电解
                             Al++++3e→Al                               阴极       铝纯度达99.7%
Al2O3
                             2AlO3––––6e→Al2O3+ O2 阳极
; |# C8 t4 g/ |电解槽见图5-6