【正文】 源進(jìn)行煉鋼 。對(duì)于熔煉金屬，電弧爐比其他煉鋼爐工藝靈活性大，能有效地除去硫、磷等雜質(zhì)，爐溫容易控制，設(shè)備占地面積小，適于優(yōu)質(zhì)合金鋼的熔煉。感應(yīng)加熱時(shí)產(chǎn)生的渦流，對(duì)熔體有攪動(dòng)作用，使鋼的成分均勻一致。 電爐煉鋼 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 電弧爐煉鋼： 利用石墨電極和金屬爐料之間形成的電弧高溫加熱和熔化金屬 ， 金屬熔化后加入鐵礦石 、 熔劑等 ，并吹氧 ， 以加速鋼中的碳 、硅 、 錳 、 磷等元素的氧化 。 ? 以廢鋼為原料的電爐煉鋼 ， 比之高爐轉(zhuǎn)爐法基建投資少 ， 同時(shí)由于直接還原的發(fā)展 ， 為電爐提供金屬化球團(tuán)代替大部分廢鋼 ， 因此就大大地推動(dòng)了電爐煉鋼 。 ? 在一定限度內(nèi) ， 爐容量越大 ， 經(jīng)濟(jì)效果越好 ， 因此頂吹轉(zhuǎn)爐迅速走向大型化 。 如果空氣是從爐低吹入 ， 那就是低吹轉(zhuǎn)爐 。磷酸亞鐵再跟生石灰反應(yīng)生成穩(wěn)定的磷酸鈣和硫化鈣 ， 一起成為爐渣 。 這時(shí)液態(tài)生鐵表面劇烈的反應(yīng) ， 使鐵 、 硅 、 錳氧化 (FeO,SiO2 , MnO) 生成爐渣 ，利用熔化的鋼鐵和爐渣的對(duì)流作用 ， 使反應(yīng)遍及整個(gè)爐內(nèi) 。 因此轉(zhuǎn)爐煉鋼不需要另外使用燃料 。 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 堿性平爐煉鋼：以液態(tài)生鐵或廢鋼為原料；利用爐氣和礦石供氧；以氣體或液體燃料供熱 。 近年來(lái) ， 除澆鑄大型鑄件或供水壓機(jī)等成材的大鋼錠 ， 平爐煉鋼仍在發(fā)揮其作用外 ， 由于純氧頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)的發(fā)展 ， 轉(zhuǎn)爐鋼的產(chǎn)量大幅度增長(zhǎng) ， 世界各國(guó)平爐鋼產(chǎn)量才逐年下降 。 也就是今天的平爐 ， 并用于煉鋼生產(chǎn) ， 平爐煉鋼法 ， 擴(kuò)大了原料的來(lái)源 ， 生鐵 ， 廢鋼 、 鐵屑 、 熟鐵 、 鐵礦石均可 。 同時(shí)除去其中的其他有害雜質(zhì) 。 造渣除 P、 S： 脫氧：消除鋼中的氧化雜質(zhì) ， 提高鋼的質(zhì)量 。 ? 目前各國(guó)采用的煉鋼方法有轉(zhuǎn)爐煉鋼、電爐煉鋼和平爐煉鋼等，而主要發(fā)展趨勢(shì)為純氧頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼。還原的金屬鐵滲碳，爐料熔化而使渣鐵分離。然后由下部的的螺旋給料器將金屬化的爐料連續(xù)均勻地輸入熔融制氣爐。 ? Corex 法是奧地利和德國(guó)于 20世紀(jì) 70年代末聯(lián)合開(kāi)發(fā)的，是目前惟一已形成生產(chǎn)能力的熔融還原煉鐵法，而且其投資、生產(chǎn)成本、鐵水質(zhì)量等幾個(gè)方面已經(jīng)基本上可以與傳統(tǒng)的焦炭高爐煉鐵法相竟?fàn)帯? 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 工藝流程 ? 熔融還原發(fā)展過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)兩種方法：一步法和二步法。 ? 熔融還原煉鐵法與直接還原煉鐵法不同，熔融還原的發(fā)展目標(biāo)是 代替高爐煉鐵法 ，產(chǎn)品是與高爐鐵水性質(zhì)相近的液態(tài)生質(zhì)，仍是轉(zhuǎn)爐煉鋼的原料；而直接還原煉鐵法產(chǎn)品是 海綿鐵 ，代替廢鋼供電爐煉鋼使用。 回轉(zhuǎn)窯所產(chǎn)生的廢氣從進(jìn)料端吸走 ， 高溫廢氣可余熱利用 。 窯頭外設(shè)有燒嘴燃燒燃料 。 ? 直接還原法煤基回轉(zhuǎn)窯中應(yīng)用最廣泛，而且最具有代表性的一種方法就是SL/RN法。 ? 煤燃燒所需要的空氣通過(guò)風(fēng)管沿軸向吹入窯中，風(fēng)管安裝在沿窯長(zhǎng)方向的不同部位。此法還原鐵礦石可按不同的作業(yè)溫度生產(chǎn)海綿鐵、粒鐵及液態(tài)鐵水，但以低溫作業(yè)的回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)海綿鐵最有意義。直接還原后的廢氣中仍含有大量的 CO和 H2（約占 70%），通過(guò)洗滌器從新返回到重整爐，然后進(jìn)入豎爐循環(huán)使用。 ? CH4 ＋ H2O →CO ＋ 3H2 (天然氣裂化反應(yīng) ) ? 球團(tuán)礦或天然塊礦從爐頂通過(guò)布料器（或多個(gè)加料管）合理地布入爐中，在還原區(qū)與 CO、 H2進(jìn)行還原反應(yīng)。它由供料系統(tǒng)、還原豎爐、煙氣處理、天然氣重整爐組成。天然氣和液化石油氣主要使用蒸汽轉(zhuǎn)化，生成 CO 和 H2；重油使用氧氣部分氧化法將碳?xì)浠衔镛D(zhuǎn)化為 CO和 H2。 ? 直接還原法煉鐵法對(duì)于還原性和軟化溫度也有嚴(yán)格要求。 直接還原鐵的生產(chǎn)主要在天然氣資源豐富的地區(qū) ， 拉丁美洲國(guó)家生產(chǎn)的海綿鐵占全世界產(chǎn)量的一半以上 。 原來(lái)只能使用雜質(zhì)少且品位高的天然富礦 ， 現(xiàn)在高品位鐵精礦粉制造的球團(tuán)礦 ， 其脈石含量可以降低到不需要在還原生產(chǎn)中脫除 ， 使直接還原技術(shù)簡(jiǎn)化 ， 而且產(chǎn)量提高 。 ? （ 3）廢鋼（多數(shù)是從社會(huì)收集的廢鋼）中往往含有某些對(duì)鋼性能不利的有色金屬，如銅、錫、砷、鉛等，無(wú)論用氧化熔煉或還原熔煉都無(wú)法去除它們。 電爐精煉的主要任務(wù)是熔化脫除雜質(zhì)和調(diào)整鋼的成分 ， 而不是氧化脫碳 。 Fe2O3＋ 3CO＝ 2Fe＋ 3CO2 高溫 CO還原氧化鐵 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 煉鐵： 鐵礦石（化合態(tài)） →鐵單質(zhì)（游離態(tài)） （ 1）基本反應(yīng)原理： 3CO+ Fe2O3=====2Fe+3CO2 高溫 利用氧化還原反應(yīng)，在高溫下，用還原劑（主要是 CO)從鐵礦石中還原出鐵。 ? 渣鐵處理系統(tǒng)： 處理好從渣鐵口排放的高溫液態(tài)渣鐵是保證高爐正常生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié) ， 它包括爐前出鐵場(chǎng)及設(shè)備 ， 渣鐵輸送設(shè)備 、 鑄鐵機(jī) ， 鐵水爐外處理設(shè)備 ， 水渣場(chǎng)等 。 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 ? 原料系統(tǒng)： 煉鐵原料主要包括鐵礦石、焦炭、石灰石（和白云石）、錳礦石和一些鐵礦石的替代品。 送風(fēng)系統(tǒng) 。 爐渣 （ 副產(chǎn)品 ） ：含 SiO CaO和 Al2O3的鋁硅酸鹽 ， 主要用于生產(chǎn)水泥 。 第二個(gè)發(fā)展階段 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 第三個(gè)發(fā)展階段 19世紀(jì)中期至今 ， 以生鐵為原料在高溫下精煉成鋼 ， 一直是鋼鐵生產(chǎn)的主要方法 。 第一個(gè)發(fā)展階段 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 13世紀(jì)末至 19世紀(jì)中葉 ， 隨著鐵的需要以及鼓風(fēng)技術(shù)的發(fā)展 ， 爐子越來(lái)越高 ， 逐漸形成現(xiàn)代高爐的雛形 木炭爐 。由于高爐煉鐵需要?dú)饬魍〞?， 所以只能加入塊礦 ， 精礦粉要通過(guò)燒結(jié)的辦法制成燒結(jié)礦或通過(guò)球團(tuán)的辦法焙燒成球團(tuán)礦 。 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 褐鐵礦 — 常為含不同分子結(jié)晶水的赤鐵礦，褐鐵礦吸附著大量水分，加熱時(shí)失去結(jié)晶水和游離水，使礦石氣孔率增加，故還原性好，同時(shí)，由于去掉了水分，相應(yīng)提高了礦石的品位。 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 鐵礦石 脈石 和硫磷雜質(zhì) 鐵化合物 Fe3O4(磁鐵礦石 ) Fe2O3(赤鐵礦石 ) FeS2 (黃鐵礦石 ) FeCO3(菱鐵礦石 ) 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 磁鐵礦 — Fe3O4 二、鋼鐵冶煉 主要礦物是磁鐵礦，呈黑色金屬光澤，磁性強(qiáng)（復(fù)合礦可通過(guò)磁選富集鐵分），在自然界中純磁鐵礦礦石較少，常含有TiO2及 V2O3組成復(fù)合礦石，即釩鈦磁鐵礦，由于受氧化作用，磁鐵礦易被氧化成赤鐵礦，有的仍保留著磁鐵礦石的結(jié)晶形態(tài)，但無(wú)磁性，被稱為假象赤鐵礦或半假象赤鐵礦。 為什么非常古老的鋼鐵有這樣強(qiáng)的生命力呢 ？ 這首先決定于鋼鐵的基體特性 。 一、冶金工藝概述 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 熔鹽電解： 直接利用高導(dǎo)電率、低熔點(diǎn)的熔鹽作為電解質(zhì)在熔池中進(jìn)行電解。 ? 工藝過(guò)程 ： 離 子 浸 取 固 液 分 離 金屬或化 合物提取 溶 液 富 集 一、冶金工藝概述 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 電冶金 ： 利用電能從礦石或其它原料中提取 、 回收 、 精煉金屬的冶金過(guò)程 。 一、冶金工藝概述 絕大多數(shù)金屬元素（除 Au、 Ag、 Pt外）都以 氧化物、碳化物等化合物的形式存在 地殼之中。 ?低共熔混合物 （ 低共熔合金 ） ：當(dāng)兩種金屬按一定組成比共熔時(shí) ，其熔點(diǎn)總比任何一組分金屬熔點(diǎn)要低 。Northeastern University 金屬材料的制備方法 （冶金） 第 3講 材料的制備方法 東北大學(xué) 2023 年 11 月 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 根據(jù)金屬所具性質(zhì)的不同，金屬的分類方法有多種。 ???有色金屬：其它金屬等、黑色金屬：金屬CrMnFe金屬的分類 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 定義： 具有金屬特性的多種元素的混合物 ?印刷鉛字是錫 、 鉛 、 銻合金； ? 青銅為銅 、 錫合金； 黃銅為銅 、 鋅合金； ?生鐵是鐵和碳的合金 ， 調(diào)節(jié)碳的比例就可精煉成鋼 。 合金 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 因此 ， 要獲得各種金屬及其合金材料 ． 必須首先通過(guò)各種方法將金屬元素從礦物中 提取 出來(lái) ， 接著對(duì)粗煉金屬產(chǎn)品進(jìn)行 精練提純 和 合金化處理 ， 然后 澆注成錠 ， 加工成形 ， 才能得到所需成分 、 組織和規(guī)格的金屬材料 。 ? 工藝過(guò)程 ： 礦石準(zhǔn)備 礦石冶煉 精煉提純 選礦、焙燒球化或燒結(jié) 金屬化合物的還原 除去雜質(zhì)提純金屬 一、冶金工藝概述 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 ? 工藝方法分類 ： 火法冶金 提取 冶金 真空 冶金 噴射 冶金 氯化 冶金 一、冶金工藝概述 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 濕法冶金 ： 利用一些化學(xué)溶劑的化學(xué)作用，在水溶液或非水溶液中進(jìn)行包括氧化、還原、中和、水解和絡(luò)合等反應(yīng)，對(duì)原料、中間產(chǎn)物或二次再生資源中的金屬進(jìn)行提取和分離的冶金過(guò)程。 水溶液電解 ：應(yīng)用 水溶液電解精煉金屬 的一種冶金方法。 而二十多年來(lái)的事實(shí)表明： ?鋼鐵生產(chǎn)需求接近飽和 ， 世界產(chǎn)鋼量沒(méi)有顯著增長(zhǎng) ， 但是也沒(méi)有萎縮； ?鋼鐵生產(chǎn)技術(shù)和冶金工程科學(xué)仍在不斷更新 ， 新技術(shù)層出不窮； ?鋼鐵材料品種繼續(xù)增多 ， 鋼的性能和品質(zhì)有大幅度提高 。 煉鐵的目的 就是使鐵從鐵的氧化物中還原 ， 并使還原出的鐵與脈石分離 。赤鐵礦石廣泛分布于自然界中，常形成巨大的礦床，就世界范圍而言，其儲(chǔ)量最多（占鐵礦石總儲(chǔ)量的 %），是煉鐵的最主要鐵礦石資源。 當(dāng)鐵礦石含鐵量過(guò)低 ， 就需要將它們粉碎(－ )， 然后富選成含鐵高的精礦粉 ， 一般精礦粉的含鐵量在 63%68%之間 。 其含碳量極低 ， 所以塑性較高 ， 經(jīng)鍛打成型 ， 制成器具 ， 在此時(shí)期 ， 冶煉工場(chǎng)在出產(chǎn)鐵礦石和木材豐富的山區(qū)非常發(fā)達(dá) 。 從此鋼鐵冶煉就開(kāi)始了一直沿用至今的二步冶煉法：第一步 ， 從礦石中冶煉出生鐵 ， 第二步把生鐵精煉成鋼 。 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 生鐵 （ 主要產(chǎn)品 ） ：分為煉鋼生鐵和鑄造生鐵 。 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 1 黑色金屬的生產(chǎn) 高爐冶煉生產(chǎn)過(guò)程 高爐附屬系統(tǒng)： 原料系統(tǒng) 。 渣鐵處理系統(tǒng) 。 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 ? 除塵系統(tǒng)： 從爐頂逸出的含塵高達(dá) 40100g/m3的高爐煤氣 ， 經(jīng)過(guò)一系列除塵設(shè)備 ， 包括粗除塵 (如重力除塵 )、 半精細(xì)除塵 (洗滌塔 )、 精細(xì)除塵 (文氏管 、 靜電除塵器 )等 ， 使其含塵量降到15mg/m3以資利用 。 3243 OFeOFeF eOFe ??? 3243 OFeOFeFe ??高爐內(nèi)的主要還原反應(yīng) 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 ①產(chǎn)生還原劑： C+O2=CO2 CO2+C=2CO （空氣，焦炭） ②還原鐵礦石： Fe2O3+3CO==2Fe+3CO2