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
! C1 D. y% J3 z9 X1 {# @1.       铁的制备
- j6 l9 F0 J& }6 N/ {# u4 U/ `原理：
                               直接还原：以C为还原剂，FeO+C=Fe+CO，高炉下部高温区进行
7 A& M8 S+ @4 y# q3 E①     还原（反应）                                                   
8 M9 @0 A  O1 a( v" Z) v间接还原：以CO为还原剂   
3 E7 i, d% D% c. ]. K4 x6 L
  
3 G0 X8 Z5 ^0 @2 }1 \9 y②     造渣（反应）：加入一定量熔剂与矿石中
9 N, B5 C" Q. p& W: f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
; H# e* E. }' f0 \! M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。
. X8 W9 Q- e* _8 q0 ^主要熔剂：石灰石（CaCO3），锰矿石（脱氧、脱硫剂）等
" o* `& j9 Q/ T3 n2 F9 p! m! ~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
' P" t4 _# x2 o- v              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）
    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
; T( o8 w& J2 V! }0 ]7 I
1 g8 f7 N2 Z/ z6 ?( S2.       钢的制备
2 W& K5 K$ f% f  r7 ?5 X1 {钢是含碳量<2.11%，并含有少量C、Si、Mn、S、P元素的铁碳合金
9 F& w6 u. p1 V* n( a生铁含碳量较高（>2.11%），含Si、Mn、S、P、杂质量较高
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
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8 L# r; c* t. K- b炼钢原理：
2Fe+O2→2FeO
- [; C  ]8 T; x. b; p7 d/ {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
, f2 M* r6 O; U( G- OC+FeO→CO+Fe                  泡，必须加以除去
! \$ X- q# U5 d  V4 K% x2P+5FeO→P2O5+5Fe
       2FeO+Si→SiO2+Fe
              ② 脱氧（还原）（加入脱氧剂）       FeO+Mn→MnO+Fe
4 o# w( l  `' s. p4 `: _                                                                      3FeO+2Al→Al2O3+3Fe
0 N+ z# v5 T& u% c& b# H- z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
- u& Y  M- M: W2 I" m8 N. z                            平炉炼钢
3 ?! [- h5 r4 |' ]5 g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：
6 G; B- H! p) }# t9 D) d- D       金属料：铁水、生铁块、废钢、铁合金
       造渣材料：石灰、萤石、白之石
( S: I8 w" C" {! [& D" H( I       氧化剂：氧气、铁矿石、氧化铁皮
# o- @) n8 n" a. O$ L$ D6 V) T$ p       脱氧剂：硅、锰、铝及铁合金
" ]6 D& N2 R- W; c6 ^1 b' T" T       冷却剂：废钢、铁矿石、氧化铁皮
. l1 M4 h- r  B7 {# m4 kLD法的设备及工艺见图5-2，P450-452
0 I, m+ K% D! A2 K# x3.       非铁合金的制备
% e% ?# q% ~, l①     铜的制备
火法炼铜法：冰铜的冶炼→粗铜的吹炼→铜的精炼
3 n3 O0 t+ H2 z' z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
8 y2 h! D) U& b5 Y" ai）Al2O3的制备
7 @; x2 D2 _* f0 }$ m7 W1 Q                      湿碱法：铝矿石+NaOH溶液→2NaAlO2水溶液
制备方法                       Al(OH)3 Al2O3
5 S( _2 d- ^# B7 _; w, w. k                      干碱法：铝矿石+CaCO3+Na2CO3   烧结块
NaAlO2水溶液 Al(OH)3 Al2O3L
' Q, H) b. s% X8 G: A/ |ii）Al2O3的电解
5 O. D% u5 w$ d" W! S* @/ O! n                             Al++++3e→Al                               阴极       铝纯度达99.7%
Al2O3
                             2AlO3––––6e→Al2O3+ O2 阳极
电解槽见图5-6