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
1.       铁的制备
1 t' V+ K: o! D2 ?4 H8 ?$ L) q原理：
1 e. y' y+ x0 V; z) t                               直接还原：以C为还原剂，FeO+C=Fe+CO，高炉下部高温区进行
' D8 T! v+ D. a3 M9 Q8 V①     还原（反应）                                                   
间接还原：以CO为还原剂   
9 _' i% I) g0 d! C
  
②     造渣（反应）：加入一定量熔剂与矿石中
% k- P4 K' u1 X# x2 @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
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
3 O) Q. [- f2 U0 H' Y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
+ M4 V- b; A: }# c  H& b. ^  w              Fe含量>40%可直接冶炼，铁矿石主要有四种：
磁铁矿（Fe3O4）、赤铁矿（Fe2O3）、褐铁矿（FeCO3）、菱铁矿（Fe2O3·mH2O）
2 n( L! {( ~0 g/ C2 [- E) }; 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
    高炉内型构造及作用，见图5-1和P448
" q3 z$ A. G9 J3 ^8 h1 r3 Z
& W1 e" i# N9 q7 G9 A. d  G9 Y2.       钢的制备
钢是含碳量<2.11%，并含有少量C、Si、Mn、S、P元素的铁碳合金
) w; F! ~; [) ]生铁含碳量较高（>2.11%），含Si、Mn、S、P、杂质量较高
% g. t" S2 m% Z' r/ j3 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

炼钢原理：
( ~" o+ Z; e! h, e8 F2Fe+O2→2FeO
# g0 l/ N7 [( p; F" ~0 @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
C+FeO→CO+Fe                  泡，必须加以除去
2P+5FeO→P2O5+5Fe
       2FeO+Si→SiO2+Fe
              ② 脱氧（还原）（加入脱氧剂）       FeO+Mn→MnO+Fe
3 G- Q2 x5 q  t9 `6 F1 R5 n                                                                      3FeO+2Al→Al2O3+3Fe
- G/ W' T' y; K3 p7 }" Y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
0 d  A5 i: B& j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：
! L" Q% l  D$ w7 k# G8 p, l       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
8 d' V- ]: [" w0 \       脱氧剂：硅、锰、铝及铁合金
       冷却剂：废钢、铁矿石、氧化铁皮
LD法的设备及工艺见图5-2，P450-452
3.       非铁合金的制备
8 N; ?* u8 c2 U  r- {( w①     铜的制备
火法炼铜法：冰铜的冶炼→粗铜的吹炼→铜的精炼
/ |+ Y/ q% s9 j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
3 x0 X. ?: A6 Q5 B: g: u% U, j- D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
% |6 ?/ e! z$ ~1 s4 `i）Al2O3的制备
3 q) b( s/ v& e- p                      湿碱法：铝矿石+NaOH溶液→2NaAlO2水溶液
制备方法                       Al(OH)3 Al2O3
  I0 J; y7 {% m' {: D; ~  C                      干碱法：铝矿石+CaCO3+Na2CO3   烧结块
NaAlO2水溶液 Al(OH)3 Al2O3L
8 A+ r9 g# [: a- [* ~- Cii）Al2O3的电解
                             Al++++3e→Al                               阴极       铝纯度达99.7%
Al2O3
                             2AlO3––––6e→Al2O3+ O2 阳极
) t4 S" K( w/ [* X: }) G电解槽见图5-6