金属材料的制备—冶金.pptxVIP

金属材料的制备—冶金;主要内容;第一章 金属材料的制备—冶金;本章主要内容： 1.1 冶金工艺概述 1.2 钢铁冶炼 1.3 有色金属冶炼 重点：钢铁冶炼工艺 难点：无;1.1 冶金工艺概述;冶金工序： 首先通过各种方法将金属元素从矿物中提取出来，接着对粗炼金属产品进行精练提纯和合金化处理，然后浇注成锭，加工成形，才能得到所需成分、组织和规格的金属材料。 冶金工艺： 火法冶金、湿法冶金、电冶金等。;火法冶金; 工艺方法分类：;湿法冶金;电冶金;熔盐电解：直接利用高导电率、低熔点的熔盐作为电解质在熔池中进行电解。;1.2 钢铁冶炼;1.2.1 生铁冶炼;二、炼铁的原料 1、铁矿石 （1） 铁矿石的工业类型 赤铁矿（Fe2O3） 磁铁矿（Fe3O4） 褐铁矿（2Fe2O3·3H2O） 菱铁矿（FeCO3） （2）对铁矿石的质量要求： ;①含铁量愈高愈好 ②还原性好 ③粒度 ④脉石的成分 ⑤杂质含量要少 ⑥一定的强度 ;2、熔剂 （1）熔剂的种类 碱性熔剂 酸性熔剂 （2）熔剂的主要作用 ①降低脉石的熔点 熔剂与高熔点的脉石形成低熔点、流动性好的硅酸 盐矿渣，易于排除。 ②去硫 硫易与钙结合生成CaS进入渣中;3、燃料（焦炭） （1）燃料的作用 ①提供热量 ②还原剂 （2）对燃料的要求 ①含碳量高 ②有害杂质、水分、灰分、挥发分的含量低 ③足够的机械强度 ④气孔率大、粒度均匀;二、主要装置—高炉;三、主要反应过程 1、燃料的燃烧 C + O2 = CO2 CO2 + C = 2CO 2、 铁的还原 间接还原 3Fe2O3+CO=2 Fe3O4+CO2 Fe3O4 +CO=3FeO +CO2 FeO +CO=Fe +CO2 直接还原 FeO +C=Fe +CO;3、铁的增碳 最初还原出来的铁似海绵，含碳量低，熔点高，下降过程中吸收碳，熔点降低，1200℃开始熔化。 4、其它元素的还原 锰的还原：高炉中的锰是由矿石带进的，以MnO2, Mn2O3, Mn3O4的形式存在，锰的还原过程也是顺序由高价还原成低价，最后还原成金属锰。;硅的还原：硅是以SiO2的形式存在于脉石中，由于SiO2很稳定，所以绝大部分都进入炉渣，只有少量的SiO2在1450℃以上的高温被焦炭还原进入生铁。 磷的还原：磷是以Ca3(PO4)2的形式存在于矿石中，在1200~1500℃可被固态碳还原： Ca3(PO4)2 +5C=3CaO+2P+5CO;去硫：硫是钢铁材料中最有害元素之一。主要由焦炭带入，占到60~80%。硫主要以硫化铁的形式存在，与石灰石中的氧化钙反应生成硫化钙进入炉渣。 FeS+CaO=CaS+FeO 造渣：造渣是矿石中的废料、燃料中的灰分与熔剂的熔合过程。;四、高炉产品 生铁（主要产品）： 分为炼钢生铁和铸造生铁。 炉渣（副产品）：含SiO2、CaO和Al2O3的铝硅酸盐，主要用于生产水泥。 煤气（副产品）：含26％左右的CO，用作燃料。;第23页/共48页;1.2.2 钢的冶炼;1、炼钢的基本过程 （1）脱碳：脱碳反应是炼钢的最主要反应。 直接氧化：2C+O2=2CO 间接氧化: 2Fe+O2=2FeO C+FeO=Fe+CO ;第26页/共48页;（2）硅、锰的氧化 直接氧化：Si+O2=SiO2 2 Mn+O2=2MnO 间接氧化： Si +2FeO=2Fe+ SiO2 Mn +FeO=Fe+MnO 造渣 SiO2与FeO，MnO与SiO2反应形成炉渣。 SiO2+2FeO =2FeO ?SiO2 SiO2+2MnO=2MnO?SiO2;（3）脱磷 磷在钢中是以磷化铁(Fe2P)形态存在，在炼钢过程中与炉渣中的氧化铁和氧化钙结合生成磷酸钙。 2Fe2P+5FeO+4CaO=(CaO)4·P2O5+9Fe （4）脱硫 硫是以硫化铁的形式存在，当渣中有足够的氧化钙时： FeS+CaO=FeO+CaS;（5）脱氧 脱氧是用脱氧剂除去钢液中残留的氧化铁中的氧，还原出铁，脱氧剂则被氧化，脱氧产物聚集上浮到钢液表面。; ;电弧炉炼钢：利用石墨电极和金属炉料之间形成的电弧高温(通常5000℃一6000℃)加热和熔化金属。