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5-1 材料的制备原理及方法
2 ~! x# W/ @, o! `5-1-1 金属材料的制备
# }5 f3 {; r/ t: f. G- \9 @. e1. 铁的制备+ r8 V% N; j! r6 ]+ y' ?
原理：- \( b$ k; b* Y) U
直接还原：以C为还原剂，FeO+C=Fe+CO，高炉下部高温区进行
4 n5 |5 L& I/ ? G. X① 还原（反应） # L% z0 l' D2 m+ e' G
间接还原：以CO为还原剂
0 n/ G& c; [1 v2 g) Q; q7 k% r4 ]" t$ u) u
3 z$ R. s0 u5 Z2 }
② 造渣（反应）：加入一定量熔剂与矿石中4 M) n7 |3 L! I
脉石和焦碳中灰份作用：生成一种多氧化物的熔体6 G' I; K: I& w4 B0 Z% U: n
目的是促使需要元素进入铁水，让有害杂质进入渣中除去/ N( s. j, r/ w( y: N; B
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。
& U, i" n" X" p( L1 \主要熔剂：石灰石（CaCO3），锰矿石（脱氧、脱硫剂）等
! W/ [$ n, b+ g6 L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。1 M0 `7 y$ \1 B* k% |& g
铁矿石：Fe含量<30%无开采价值
6 `) X0 N, l( ~+ u' V3 d Fe含量>40%可直接冶炼，铁矿石主要有四种：& @- j1 D4 s, _" U0 {
磁铁矿（Fe3O4）、赤铁矿（Fe2O3）、褐铁矿（FeCO3）、菱铁矿（Fe2O3·mH2O）
/ C1 \5 P, ?+ H8 E( U! T7 O5 Y0 u% H8 U 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
, x- x; F% [9 O' M* C0 f* ?0 x 高炉内型构造及作用，见图5-1和P448
/ |. z9 {6 ~$ A4 z$ t% j
* O8 q1 H2 A' B/ D: A' ~: q2. 钢的制备
8 L# }/ M) A+ e$ f8 l6 M钢是含碳量<2.11%，并含有少量C、Si、Mn、S、P元素的铁碳合金
% e9 ~# _* g% W: _生铁含碳量较高（>2.11%），含Si、Mn、S、P、杂质量较高/ q, t2 G' {4 d. D4 O9 Z
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" _" `: d) _ I. t
& D% C5 R3 y4 D! R+ _. k h ?/ @
炼钢原理：
# [$ A5 W* z" _; `/ R# j4 }* P2Fe+O2→2FeO
! p" o1 }+ w5 N2 T: a b% CSi+2FeO→SiO2+2Fe 氧化后钢液中存在较0 T! c& |- s% O A3 ~, l; }
① 杂质氧化（通入氧气） Mn+FeO→MnO+Fe → 多的FeO和大量的气- s7 d% R# {9 y
C+FeO→CO+Fe 泡，必须加以除去3 a+ }+ D2 _ _$ g
2P+5FeO→P2O5+5Fe# x' q q0 n" T3 F4 D
2FeO+Si→SiO2+Fe+ s6 \9 c* K V
② 脱氧（还原）（加入脱氧剂） FeO+Mn→MnO+Fe! F2 O& @( c3 L4 J; G& O: |
3FeO+2Al→Al2O3+3Fe( g' w4 [, Q& Q+ v1 L% x; D6 M
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 e6 {+ J2 }; q) l
平炉炼钢
1 S$ N0 }$ E" `$ w钢的制备方法 电炉炼钢8 Z, ^+ J7 u; J, z7 P% }
纯氧顶吹转炉炼钢（LD法），代表当前炼钢发展方向
: |6 ]2 o. C) i2 Y, a; a炼钢原料：
0 ~! `) J6 C* U O 金属料：铁水、生铁块、废钢、铁合金
: i0 d4 i1 N4 z Z8 u7 A4 C 造渣材料：石灰、萤石、白之石! j, I& Q5 V* ^& M6 P# y, o
氧化剂：氧气、铁矿石、氧化铁皮
# k( ?5 `6 u& n+ ?6 A 脱氧剂：硅、锰、铝及铁合金
3 q$ }, k+ Y' |. u, \, t, r8 j 冷却剂：废钢、铁矿石、氧化铁皮
! B9 u- q* ]2 y. p" P( y8 MLD法的设备及工艺见图5-2，P450-452
0 \" k/ Y! J6 D0 L/ g5 U/ K3. 非铁合金的制备
5 ?9 R3 G" B& Z( H2 ]' w① 铜的制备
3 b1 j$ I5 L& k; v火法炼铜法：冰铜的冶炼→粗铜的吹炼→铜的精炼- g4 L& B, X: i* J7 N' L
制备方法
& M" n) y5 e `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( \ C6 t( G, R/ t
中将金属铜析出2 [% E& V9 c5 r2 [, _! O
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
" r. g7 `' P7 ^% ^② 铝的制备
0 D- g% q$ d+ ~5 t8 W; i, ki）Al2O3的制备
1 q7 g2 r0 ]* W+ `/ j; i$ P; g; ? 湿碱法：铝矿石+NaOH溶液→2NaAlO2水溶液
4 y$ ]2 e+ L/ s) c. ] {' }; Q% m2 ]制备方法 Al(OH)3 Al2O3
~5 E: M4 L. a 干碱法：铝矿石+CaCO3+Na2CO3 烧结块 ! i Y' E! G# ~
NaAlO2水溶液 Al(OH)3 Al2O3L2 Z! _& f: b2 E6 g( ^
ii）Al2O3的电解8 m) C3 f8 }6 x( l/ t- p
Al++++3e→Al 阴极 铝纯度达99.7%
0 ~* |4 j' Y4 o+ V7 W p. CAl2O3
$ F! F$ z' S2 v; {0 t3 \ 2AlO3––––6e→Al2O3+ O2 阳极
+ X! p+ c0 x; b9 R+ P6 b7 Z, P电解槽见图5-6 |
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发表于 2006-12-27 20:22:42