【正文】 University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 （ 2） 放入汞鹽 形成鋁汞鹽 ]， 在潮濕的空氣中即長(zhǎng)出胡須狀的 “ 白毛 ” 立即放出大量的熱 ， 投入水中 ， 放出 H2。 鎂合金制造的汽車零部件 ， 可減輕汽車自重 、 提高燃料利用率 、 減少環(huán)境污染；采用鎂合金制造飛機(jī) 、 導(dǎo)彈 、 飛船 、 衛(wèi)星 、 輕武器等重要武器裝備零部件 ， 意味著武器射程 、 命中率和飛行器機(jī)動(dòng)性能的提高 ， 航天器發(fā)射成本的降低；鎂合金用于制造手機(jī) 、 筆記本電腦和數(shù)碼相機(jī)等數(shù)字產(chǎn)品的外殼 ,具有強(qiáng)度高 、 美觀及電磁屏蔽等優(yōu)點(diǎn) 。6H2O 2Ti + 6HCl = 2TiCl3 +3H2 三、有色金屬的生產(chǎn) Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 —— 鈦在高溫下可與碳 、 氮 、 硼反應(yīng)生成碳化鈦 TiC、 氮化鈦 TiN和硼化鈦 TiB。 蒸餾后的殘余物為二鈣硅酸鹽渣和鐵 。 分兩步進(jìn)行： 1．從鋁釩土中提取 Al2O3 Al2O3+2NaOH+3H2O=2Na[Al(OH)4] 2Na[Al(OH)4]+2CO2 = Al(OH)3↓+Na2CO3+H2O Al(OH)3 = Al2O3+ 3H2O 有色金屬的生產(chǎn) 有色金屬的生產(chǎn) 三、有色金屬的生產(chǎn) Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 CaO 鋁土礦 浸 漬 加熱 NaOH 蒸 發(fā) 加熱 沉 淀 冷卻 澄 清 晶種 水 洗 泥 紅泥 ? Al(OH)3 洗 滌 水 煅 燒 ?Al2O3 三、有色金屬的生產(chǎn) Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 金屬鋁的生產(chǎn)車間 金屬鋁電解池 2．電解 Al2O3得 Al 電解質(zhì)： Al2O3 ,2%8%冰晶石 Na2AlF6 10%CaF2作助熔劑，降低電解質(zhì)的溶融溫度(Al2O3bp2273K, 電解質(zhì) bp11731273K) ?陰極（鐵質(zhì)槽殼） :4Al3+ + 12e = 4Al（沉淀于槽底，定時(shí)放出） ?陽極（石墨） :6O2 12e = 3O2 三、有色金屬的生產(chǎn) Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 金屬鋁的生產(chǎn)車間 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 鋁的生產(chǎn)流程示意圖 純冰晶石 鋁 錠 螢 石 鋁 礦 石 生產(chǎn)氧化鋁 純氧化鋁 電 解 制 鋁 碳素材料 陽 極 糊 或 其 它 產(chǎn) 品 電極生產(chǎn) 選 礦 再熔或精煉 電 能 生產(chǎn)冰晶石 或 氟 化 物 三、有色金屬的生產(chǎn) Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 Al3＋ ＋ 3e → Al AlO33 6e → Al2O3 礦石（ Al2O3） NaAlO2 Al2O3?Na2O Al（ OH） 3 Al2O3 Al 礦石（ Al2O3） NaAlO2 Al（ OH） 3 NaOH NaOH Na2CO3 煅燒 950~1000℃ 165 ℃ 1100 ℃ CO2 900 ℃ 三、有色金屬的生產(chǎn) Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 金屬鎂及其合金具有密度小 、 比強(qiáng)度和比剛度高 、 導(dǎo)電導(dǎo)熱性能較好 、阻尼減震和電磁屏蔽性能良好 、 易于加工成型 、 廢料容易回收等優(yōu)點(diǎn) ， 廣泛應(yīng)用于航天航空 、 交通運(yùn)輸 、 電子技術(shù) 、 光學(xué)器材 、 精密機(jī)械 、 日用商品等領(lǐng)域 。 ? 2Al2O3 = 4Al＋ 3O2↑ 2NaCl = 2Na＋ Cl2↑ ? 對(duì)于某些不活潑金屬，如銅、銀等，也常用電解其鹽溶液的方法進(jìn)行精煉，但電解法要消耗大量電能，成本較高。該工藝在烏克蘭“新克拉瑪托夫斯克機(jī)械廠”已經(jīng)得以實(shí)現(xiàn)。已開發(fā)出的工藝技術(shù)有：電渣熔鑄、電渣澆注、電渣轉(zhuǎn)注、電渣熱封頂、電渣離心澆注、電渣復(fù)合熔鑄及快速電渣重熔等。當(dāng)自耗電極、爐渣和底水箱通過短網(wǎng)與變壓器形成供電回路時(shí)，便有電流從變壓器輸出通過液態(tài)熔渣。 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 電渣冶金 國(guó)外電渣冶金發(fā)展概況 一九四○年雖然霍普金斯已取得了發(fā)明專利，但是由于當(dāng)時(shí)技術(shù)上的封閉和不成熟，以及理論上存在著電渣冶金是埋弧過程的錯(cuò)誤的主導(dǎo)思想，致使電渣冶金的發(fā)展長(zhǎng)期處于停滯狀態(tài)。 2） 在常壓下適用的物理化學(xué)基本規(guī)律在高真空條件下 （ 如 1Pa） 仍然是適用的 。 （ 6） 過濾 利用陶瓷過濾器將中間包內(nèi)鋼液中的氧化物夾雜等過濾掉 。 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 （ 2） 真空 將鋼水置于真空室內(nèi) ， 由于真空作用使反應(yīng)向生成氣相方向移動(dòng) ，達(dá)到脫氣 、 脫氧 、 脫碳等目的 。 爐外精煉的方法 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 （ 1）降低鋼中氧、硫、氫、氮和非金屬夾雜物含量，改變夾雜物形態(tài)，以提高鋼的純凈度，改善鋼的機(jī)械性能。 ? 精煉 ：將初煉的鋼液在真空 、 惰性氣體或還原性氣氛的容器中進(jìn)行脫氣 、脫氧 、 脫硫 ， 去除夾雜物和進(jìn)行成分微調(diào)等 。 ? 出渣：電弧爐煉鋼時(shí)根據(jù)不同冶煉條件和目的在冶煉過程中所采取的放渣或扒渣操作。 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 ? 電弧煉鋼爐的爐體由爐蓋 、 爐門 、 出鋼槽和爐身組成 ， 爐底和爐壁用堿性耐火材料或酸性耐火材料砌筑 。 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 （ 1）電爐煉鋼的分類及功用 ? 電爐煉鋼是用電作為熱源進(jìn)行鋼鐵冶煉的方法，它有兩種形式：一是電弧爐，一是感應(yīng)爐。 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 轉(zhuǎn)爐的結(jié)構(gòu)圖 氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 ? 電爐煉鋼法主要利用電弧熱 ， 在電弧作用區(qū) ， 溫度高達(dá) 4000℃ 。 這時(shí)應(yīng)立即停止鼓風(fēng) ， 并把轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)到水平位置 ，把鋼水傾至鋼水包里 ， 再加脫氧劑進(jìn)行脫氧 。 轉(zhuǎn)爐的外形就像個(gè)梨 ， 內(nèi)壁有耐火磚 ，爐側(cè)有許多小孔 （ 風(fēng)口 ） ， 壓縮空氣從這些小孔里吹爐內(nèi) ， 又叫做側(cè)吹轉(zhuǎn)爐 。 一個(gè)年產(chǎn)1200萬噸鋼的鋼廠 ， 只要建成六個(gè) 250~300t的純氧頂吹轉(zhuǎn)爐就夠了 ，如果修建平爐卻需要 500t的大型平爐 30~40座 。 ?隨后 ， 又出現(xiàn)了蓄熱式爐 ， 由于這種煉鋼爐形狀低平又有一個(gè)平展的熔池 ， 所以被稱為 “ 平爐 ” 。 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 煉鋼的基本過程： 鐵元素的氧化： 2〔 Fe〕 ＋ ｛ O2｝ ＝ 2（ FeO） 〔 Si〕 〔 Mn〕 〔 P〕 〔 C〕 ＋ ( F e O） （ SiO2） （ MnO） （ P2O5） （ CO） ＋ 〔 Fe〕 鐵元素的再還原： 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 2P + 5FeO + 4CaO = 5Fe + 4CaO氧氣將其燃燒成 CO并放出熱量。二步法熔融還原在預(yù)還原爐內(nèi)進(jìn)行鐵礦石預(yù)還原，然后進(jìn)入終還原器內(nèi)進(jìn)一步還原和使渣鐵熔化分離，并產(chǎn)生還原性氣體供預(yù)還原使用。 此法由于作業(yè)率低 、 產(chǎn)量小 、 耐火材料消耗高等重在缺點(diǎn) ， 近年來逐漸被淘汰 。 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 ? 原料 （ 鐵礦石 、 煤粒 、 熔劑 ） 從窯尾加入圓形回轉(zhuǎn)窯中 。 ? 此法的重要設(shè)備是回轉(zhuǎn)窯。爐料在爐內(nèi)停留約 6小時(shí)，含鐵礦石被 CO和 H2還原，被還原的海綿鐵的金屬鐵含量在 92%以上。 ? 氣基法的典型代表是 Midrex法。所以直接還原煉鐵法使用的礦石要求 SiO Al2O3等的含量＜ 3% 5%。因而需要加入直接還原鐵來稀釋它們。 由于低溫還原 ， 得到的直接還原鐵未能充分滲碳 ， 因而含碳較低 (2%)，屬于鋼的成分 。 ? 燃料噴吹系統(tǒng)： 為緩解焦煤資源短缺而采用的噴出燃料技術(shù)已普及，它包括煤粉制備、儲(chǔ)存、空壓機(jī)、高壓泵及一系列管道閥門輸送設(shè)備及噴槍等。 煉鐵產(chǎn)品及副產(chǎn)品： ? 煉鋼的目的 ：除去生鐵中多余的碳和大量雜質(zhì)元素 ， 使其化學(xué)成分達(dá)到鋼的要求 。 后來將生鐵作原料和礦石 、 木炭一起在爐內(nèi)再進(jìn)行冶煉 ， 得到性能比生鐵好的粗鋼 （ 也叫熟鐵 ） 。 在自然界中 ， 有工業(yè)開采價(jià)值的菱鐵礦比其它三種礦石要少 ， 含鐵量不高 ， 但受熱分解放出 CO2后 ， 不僅含鐵量顯著提高 ， 而且也變得疏松多孔 ， 易還原 。 鐵礦石中除鐵的氧化物外 ， 還有其它元素的氧化物 (SiOMnO2 等 )， 這些 統(tǒng)稱為脈石 。電熱熔煉包括 電弧熔煉 、 等離子熔煉 和 電磁熔煉 等。 ?如鉍的熔點(diǎn)為 544K， 鎘的熔點(diǎn)為 594K， 含 40％ 鎘和 60％ 鉍的混合物為低共熔混合物 ， 其熔點(diǎn)為 413K。 在冶金工業(yè)上，常把金屬分為黑色金屬和有色金屬。 金屬的冶金工藝可以分為 火法冶金 、 濕法冶金 、 電冶金以及真空冶金 等 。 一、冶金工藝概述 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 應(yīng)用廣泛的金屬材料 — 鋼鐵 （ 1）鐵和鐵合金 （ 2）鋼鐵是怎樣煉成的 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 F18大黃蜂戰(zhàn)斗機(jī) 我軍陸戰(zhàn)王牌 99式主戰(zhàn)坦克 二、鋼鐵冶煉 軍事上離不開鋼鐵 中國(guó)九五式突擊步槍 海軍 109驅(qū)逐艦 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 神六 神五 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 我們的生活中也離不開鋼鐵 廣州丫髻沙大橋 雷諾汽車 生活用品 磁懸浮列車 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 自從 1980年阿爾溫 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 顏色呈紅色或紅褐色，故又稱為紅礦。 燒結(jié)礦和球團(tuán)礦統(tǒng)稱人造富礦 。 在此期間 ， 高爐鼓風(fēng)由熱風(fēng)代替冷風(fēng) ， 并建產(chǎn)了蓄熱式熱風(fēng)爐 ，鼓風(fēng)動(dòng)力采用電力 。 燃料噴吹系統(tǒng) 。 ? 大多數(shù)高爐采用沖成水渣的方式處理爐渣 ， 作為是制造水泥的原料 ， 或用壓縮空氣吹成渣棉 (可作隔音保溫材料 )， 也可用渣罐車送往棄渣場(chǎng) 。 直接還原法 電爐串聯(lián)生產(chǎn)鋼 ， 形成了一個(gè)新的鋼鐵冶金生產(chǎn)工藝流程 。 ? 從本世紀(jì) 70年代中期以來 ， 世界鋼產(chǎn)量一直在 7億噸左右 ， 而海綿鐵的產(chǎn)量卻逐年增加工廠 ， 60年代年產(chǎn)幾十萬噸到 1997年已發(fā)展到年產(chǎn) 3620萬噸 。因?yàn)檫€原性是影響直接還原煉鐵法生產(chǎn)率的最重要因素，因此這種方法只使用還原性好的球團(tuán)礦或塊礦。這種方法生產(chǎn)的海綿鐵占直接還原煉鐵法生產(chǎn)海綿鐵總量的 60%以上。反應(yīng)方程式為； ? Fe2O3 ＋ 3H2 →2Fe ＋ 3H2O ? Fe2O3 ＋ 3CO →2Fe ＋ 3CO2 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 （ 2）煤基法 ? 煤基法使用的煤以煙煤為宜，這種煤能夠與 CO2反應(yīng)生成 CO（生產(chǎn)中稱這種性能叫煤的反應(yīng)性），煤中灰分的熔化溫度一般要求在