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
0 \- H, l' d- k, |" O# P2 g5-1-1  金属材料的制备
1.       铁的制备
2 m7 e, p5 y7 S6 f/ A原理：
) }2 Q% m! J+ ~( L( `+ f: b3 l                               直接还原：以C为还原剂，FeO+C=Fe+CO，高炉下部高温区进行
; O6 H# b; Q* n①     还原（反应）                                                   
& z, F& T* A0 {, [+ ]& M# V间接还原：以CO为还原剂   

$ M* o6 Z5 Y( g4 |$ m% s  
9 ]: `3 \; R; |6 ]5 X( c/ Z②     造渣（反应）：加入一定量熔剂与矿石中
- t4 c# w5 ^( z2 W1 L. S8 r脉石和焦碳中灰份作用：生成一种多氧化物的熔体
6 O& q+ g2 r/ o& p! c目的是促使需要元素进入铁水，让有害杂质进入渣中除去
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
0 y* b1 I/ z2 V' r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。
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：
/ ^' h3 i$ }5 T, Y# r  ^- X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
. P2 |$ r, A$ p: u$ c
- ^+ P% H+ I+ T- i3 l2 A; L! T$ R2.       钢的制备
. G$ a2 a$ {8 m4 J- q$ S, 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
生铁含碳量较高（>2.11%），含Si、Mn、S、P、杂质量较高
. ]+ r4 f" V; I3 X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
' U, s9 u/ V( ~* \- b, J' S
炼钢原理：
' t, t& a2 ^2 W2 w8 L) K2Fe+O2→2FeO
Si+2FeO→SiO2+2Fe            氧化后钢液中存在较
① 杂质氧化（通入氧气）         Mn+FeO→MnO+Fe      →    多的FeO和大量的气
3 ?6 e& h/ y* x, B* TC+FeO→CO+Fe                  泡，必须加以除去
2P+5FeO→P2O5+5Fe
+ v  t  G/ S9 l       2FeO+Si→SiO2+Fe
              ② 脱氧（还原）（加入脱氧剂）       FeO+Mn→MnO+Fe
                                                                      3FeO+2Al→Al2O3+3Fe
4 `% o4 ]: r0 O; I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 a" n* v/ C1 W; a0 q                            平炉炼钢
8 b5 {3 j; s0 k9 k4 t3 a钢的制备方法       电炉炼钢
                            纯氧顶吹转炉炼钢（LD法），代表当前炼钢发展方向
炼钢原料：
% c& @; ?- B2 a1 K       金属料：铁水、生铁块、废钢、铁合金
       造渣材料：石灰、萤石、白之石
       氧化剂：氧气、铁矿石、氧化铁皮
       脱氧剂：硅、锰、铝及铁合金
       冷却剂：废钢、铁矿石、氧化铁皮
. F/ r5 V; d. [+ }% _LD法的设备及工艺见图5-2，P450-452
6 K$ f$ m" ~) ?3.       非铁合金的制备
①     铜的制备
: V- x$ U7 r" \火法炼铜法：冰铜的冶炼→粗铜的吹炼→铜的精炼
2 T* ~8 o$ r! n, u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
中将金属铜析出
    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
                      湿碱法：铝矿石+NaOH溶液→2NaAlO2水溶液
制备方法                       Al(OH)3 Al2O3
                      干碱法：铝矿石+CaCO3+Na2CO3   烧结块
NaAlO2水溶液 Al(OH)3 Al2O3L
- h: W8 W4 U: V0 s: Yii）Al2O3的电解
2 k2 l; ]' z5 k6 k5 W; B/ @% ^, k9 R                             Al++++3e→Al                               阴极       铝纯度达99.7%
$ C; D& }7 ]8 ?Al2O3
+ e0 F1 o: M+ D* l  t  t                             2AlO3––––6e→Al2O3+ O2 阳极
电解槽见图5-6