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5-1 材料的制备原理及方法1 e' T+ U1 [ N% R! b
5-1-1 金属材料的制备% H6 ~- U% X9 b2 {
1. 铁的制备
8 k! n: F) [/ u* R原理：" j i% G# u5 F, N9 ^
直接还原：以C为还原剂，FeO+C=Fe+CO，高炉下部高温区进行# c/ M) j/ ~ F" [) ^8 r4 v
① 还原（反应） 1 d& W. O& L! f% s
间接还原：以CO为还原剂
b4 C$ }) }: y% Q/ o; r
) p( @6 V! ?( o/ n& N# P / }3 h0 d( ?2 ^) g! R
② 造渣（反应）：加入一定量熔剂与矿石中# w3 h' s- u% M( q% K
脉石和焦碳中灰份作用：生成一种多氧化物的熔体' I" I- r; U3 Y8 X1 p
目的是促使需要元素进入铁水，让有害杂质进入渣中除去
% t( r; P( B$ [3 D1 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。3 d) N$ \- b, @' D& _3 ^; [
主要熔剂：石灰石（CaCO3），锰矿石（脱氧、脱硫剂）等1 }- e; [9 ]7 N4 y6 U# { R: T
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。
( Y( Q' Z- F3 u铁矿石：Fe含量<30%无开采价值
8 A! B: q% G7 ] Fe含量>40%可直接冶炼，铁矿石主要有四种：% ~5 x, R5 [% M) L$ R7 N' y$ r
磁铁矿（Fe3O4）、赤铁矿（Fe2O3）、褐铁矿（FeCO3）、菱铁矿（Fe2O3·mH2O）/ z, d- y% E7 Y# W- V
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# [; ]) r3 Z3 g( o4 p1 b
高炉内型构造及作用，见图5-1和P448
`$ w) q. Z1 X) h h1 T
% s8 Q! Y( y Z1 J2. 钢的制备7 k3 j; B+ D( n/ d. D
钢是含碳量<2.11%，并含有少量C、Si、Mn、S、P元素的铁碳合金
& c. O: \' z" y% ?: C生铁含碳量较高（>2.11%），含Si、Mn、S、P、杂质量较高/ ?$ s( I& v/ w) r
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$ _4 M1 l0 B0 J
: C$ k' u* W. P% c. Q; i炼钢原理：
- X1 v: T7 e$ }" X% n. n2Fe+O2→2FeO' z$ Q) b% c" g6 v- ]) A4 N
Si+2FeO→SiO2+2Fe 氧化后钢液中存在较- h4 W2 P4 l/ o* v
① 杂质氧化（通入氧气） Mn+FeO→MnO+Fe → 多的FeO和大量的气
?0 N5 t S( b* GC+FeO→CO+Fe 泡，必须加以除去8 @: |' u, v7 f0 K8 O
2P+5FeO→P2O5+5Fe0 t3 h* p$ I* U5 g4 a
2FeO+Si→SiO2+Fe2 a4 a( s! r O3 k
② 脱氧（还原）（加入脱氧剂） FeO+Mn→MnO+Fe
7 d3 i8 f8 L9 k' _1 { 3FeO+2Al→Al2O3+3Fe
5 R6 B+ c6 f* R% c& Z; v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! \$ T! K+ j0 H( n: ]
平炉炼钢
3 ?2 G7 T( s0 O& \0 j2 ^0 j钢的制备方法 电炉炼钢9 s% s# Q/ B1 n' c
纯氧顶吹转炉炼钢（LD法），代表当前炼钢发展方向: q: s4 o7 {) z8 H3 {
炼钢原料：
8 N% d2 { G6 F3 f5 r 金属料：铁水、生铁块、废钢、铁合金
) x, H+ m$ h" W+ R d 造渣材料：石灰、萤石、白之石
$ M, Z# c) z9 ~) I/ e 氧化剂：氧气、铁矿石、氧化铁皮) t0 E& T) S* V# G
脱氧剂：硅、锰、铝及铁合金
' q4 H+ U n! y9 q: u" h: [) E 冷却剂：废钢、铁矿石、氧化铁皮
1 Z& ~2 B9 ^9 p$ h; zLD法的设备及工艺见图5-2，P450-452
# `* r& O z! S/ j& e! F3. 非铁合金的制备 Z+ j7 H4 N- F9 ~
① 铜的制备
. K4 t4 \4 \/ w2 S* `; Z火法炼铜法：冰铜的冶炼→粗铜的吹炼→铜的精炼+ [) Z0 a* J* o. u6 F$ D# n* W* E5 M
制备方法
9 R+ l9 T& a7 Q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 v9 s- q, D$ L) U1 \5 ]. Y
中将金属铜析出
9 d( C, t2 N8 } `! W7 g 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
; } O7 }# G7 X2 {' y2 p) w② 铝的制备) |' q4 r. u; X6 t
i）Al2O3的制备2 g2 y* q: |, p g! L" p4 _- l
湿碱法：铝矿石+NaOH溶液→2NaAlO2水溶液
" |: |9 K& @: l7 A制备方法 Al(OH)3 Al2O3: w; Y& d1 r$ X' M1 r: @7 Y
干碱法：铝矿石+CaCO3+Na2CO3 烧结块 [ ^( M; i" I
NaAlO2水溶液 Al(OH)3 Al2O3L
6 F. m* ]0 m3 V, s0 kii）Al2O3的电解
c. e3 D9 T; s Al++++3e→Al 阴极 铝纯度达99.7%) V8 D! {1 @7 E2 E8 Q9 J
Al2O3 0 ^! r( [* w0 y
2AlO3––––6e→Al2O3+ O2 阳极
% B9 j4 p* R q5 t$ e电解槽见图5-6 |
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发表于 2006-12-27 20:22:42