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5-1 材料的制备原理及方法3 L" |- N! h& v/ j
5-1-1 金属材料的制备3 m. M/ b. q# e' N3 I! |3 R0 G
1. 铁的制备
. \, N9 C ?9 N9 ?# y# z% l原理：
8 A: |5 w7 C; h2 j E 直接还原：以C为还原剂，FeO+C=Fe+CO，高炉下部高温区进行' L$ t8 Q! k/ t3 z. ?3 c% O' z
① 还原（反应） ; r; F; {% l8 y4 T
间接还原：以CO为还原剂 $ G; b% L) Q4 L+ O
z9 w% |, l4 [
9 ?% N7 ^2 k* z8 E2 w8 y② 造渣（反应）：加入一定量熔剂与矿石中1 w* ~: z% p- k& a+ M6 r& j+ n
脉石和焦碳中灰份作用：生成一种多氧化物的熔体
2 s& H4 ?! m4 z i0 X8 ?目的是促使需要元素进入铁水，让有害杂质进入渣中除去
2 h8 g* I2 Q9 e7 Q; k% I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。0 ?4 b# r, r' l2 P
主要熔剂：石灰石（CaCO3），锰矿石（脱氧、脱硫剂）等/ {7 P# v$ W$ k- E1 \5 e
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。 N9 {1 n6 y5 `" r& {7 q
铁矿石：Fe含量<30%无开采价值
( a6 e* m5 _! n: g: `4 k Fe含量>40%可直接冶炼，铁矿石主要有四种：' S: U* z9 F4 Q3 o$ J$ X
磁铁矿（Fe3O4）、赤铁矿（Fe2O3）、褐铁矿（FeCO3）、菱铁矿（Fe2O3·mH2O）8 C! U! F* }8 C8 j9 M6 c
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
, @- ? l( m4 b( o# P4 l 高炉内型构造及作用，见图5-1和P448/ h4 q9 F* I D& G I# F
/ M4 F) j) k7 m: q2. 钢的制备7 X# s" C+ _# w8 E; ?
钢是含碳量<2.11%，并含有少量C、Si、Mn、S、P元素的铁碳合金
# e, [( V, M! T @生铁含碳量较高（>2.11%），含Si、Mn、S、P、杂质量较高
0 X- H) V1 p; I6 A4 y; A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 o8 ?" k$ c u: q* b6 W
2 p( P: B0 c' ~0 H炼钢原理：
8 n+ c, a! R/ w& V) l2Fe+O2→2FeO7 [7 U6 Z. i* ~6 q8 M
Si+2FeO→SiO2+2Fe 氧化后钢液中存在较
3 Q4 T6 t* E+ y: K① 杂质氧化（通入氧气） Mn+FeO→MnO+Fe → 多的FeO和大量的气
( o4 O4 n B3 w+ l5 QC+FeO→CO+Fe 泡，必须加以除去
$ W, E2 E( m7 x6 e* C0 e& M2P+5FeO→P2O5+5Fe+ @$ v/ H3 e3 `. b" |# T: E
2FeO+Si→SiO2+Fe
9 [; [( F7 E5 m" K `* h( i ② 脱氧（还原）（加入脱氧剂） FeO+Mn→MnO+Fe- }: b4 ~& H! a9 x& _; V
3FeO+2Al→Al2O3+3Fe
0 N h, l5 Q5 S' j: z+ J( b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) p. F* }% z4 p% g' J8 v1 D* i
平炉炼钢# N. I( U6 Z9 C/ \; s
钢的制备方法 电炉炼钢
# t \) ~- q1 V; L5 s 纯氧顶吹转炉炼钢（LD法），代表当前炼钢发展方向
' W, V5 w" ]: @ W炼钢原料：$ J- r6 o% F8 x& [" w
金属料：铁水、生铁块、废钢、铁合金) v) z+ L+ S- B) f- t- n' s
造渣材料：石灰、萤石、白之石
; i! [, }+ ~, v" f% p 氧化剂：氧气、铁矿石、氧化铁皮4 E/ Z- f e' ]
脱氧剂：硅、锰、铝及铁合金
+ H. S: ?2 P* b6 t 冷却剂：废钢、铁矿石、氧化铁皮
) X* U8 x6 O7 s4 K& LLD法的设备及工艺见图5-2，P450-452
4 T6 B; P8 S: X5 r3. 非铁合金的制备7 N% z- d7 y' p$ \! V
① 铜的制备0 j8 w! k. Z; e) B$ z: _
火法炼铜法：冰铜的冶炼→粗铜的吹炼→铜的精炼
; v' C" u- ^6 B制备方法 * S+ g7 N) Y% R6 i
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
/ y. {' @4 H) V9 T) x L$ _中将金属铜析出/ Y3 n6 E F6 P( g$ u7 ^1 R, }
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+ F; p& |2 W" ]: U* W
② 铝的制备
4 G, L0 {3 M1 p% F( Yi）Al2O3的制备
) k0 @& n, V, I$ l Q& K" m4 d0 F 湿碱法：铝矿石+NaOH溶液→2NaAlO2水溶液
5 f: z# A! Y) M, T, p0 m制备方法 Al(OH)3 Al2O39 N% ]4 \ T% H, D
干碱法：铝矿石+CaCO3+Na2CO3 烧结块 ( q" Y9 s) z. M
NaAlO2水溶液 Al(OH)3 Al2O3L
* t" @5 \+ d' A3 ?ii）Al2O3的电解
8 E/ O- p% ]6 a* D( @5 e, ~ Al++++3e→Al 阴极 铝纯度达99.7%* R; L% R1 p6 H4 v5 v
Al2O3 + w2 I% Z6 d1 @; z
2AlO3––––6e→Al2O3+ O2 阳极1 D8 G: O, D- U+ L ?+ c/ f3 F
电解槽见图5-6 |
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发表于 2006-12-27 20:22:42