【正文】 化為 CO和 H2。 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 。 ? （ 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。 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。 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。 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 。 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。 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 。 ? 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 。 ?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 。 ???有色金屬：其它金屬等、黑色金屬：金屬CrMnFe金屬的分類(lèi) 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 。 ? 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(lèi) ： 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。 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 。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。 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) 。 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 。 渣鐵處理系統(tǒng) 。 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 （鐵礦石） ③造渣（除脈石）： CaCO3===CO2+CaO CaO+SiO2=CaSiO3 （熔劑：石灰石） 煉鐵的主要反應(yīng)過(guò)程 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 現(xiàn)象： ____________________ 方程式： _________________ 固體由紅變黑 ,石灰水變渾濁。 ? （ 2）電爐煉鋼迅速發(fā)展，超高功率新技術(shù)的應(yīng)用使電爐煉鋼得到高速發(fā)展，合格的廢鋼供應(yīng)不足，大大擴(kuò)展了直接還原鐵的需求。 少量金屬化率較低的直接還原鐵還可用于高爐 ， 以提高產(chǎn)量和降低焦比 。 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 （ 1）氣基法 ? 氣基法中的煤氣常用天然氣、焦?fàn)t煤氣、液化石油氣、重油等轉(zhuǎn)化制造。 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 ? 天然氣進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐內(nèi)，在鎳基觸媒的催化下，通過(guò)天然氣裂化反應(yīng)將其轉(zhuǎn)化成煤氣和氫氣。 ? 回轉(zhuǎn)窯法是煤基法中最重要、最有價(jià)值、應(yīng)用較廣的工藝。通過(guò)控制向窯內(nèi)吹入的空氣量和噴煤量，可以有效控制窯內(nèi)的反應(yīng)。 回轉(zhuǎn)內(nèi)反應(yīng)溫度應(yīng)控制在 1100℃ 以下 ， 經(jīng) 810h完成還原反應(yīng)后出窯 。因此，熔融還原煉鐵法是具有相當(dāng)?shù)木範(fàn)幠芰蛷V闊的前景的煉鐵方法。 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 ? Corex法的預(yù)還原豎爐類(lèi)似于 Midrex直接還原煉鐵法的豎爐，采用天然富塊礦或球團(tuán)礦作為含鐵料，從熔融制氣爐來(lái)的還原煤氣（ CO+H2之和大于 95%，以 CO為主）將鐵礦石預(yù)還原，由于豎爐是高效率的還原反應(yīng)器，在短時(shí)間內(nèi)金屬化率就可達(dá)到 90%以上。 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 平爐煉鋼過(guò)程 ? 煉鋼的方法有很多種，其基本原理是相同的，所不同的是在冶煉過(guò)程中需要的氧和熱能來(lái)源不同，所用的設(shè)備和操作方法不同。 基本原理就是在冶煉過(guò)程中 ， 對(duì)生鐵進(jìn)行脫碳 。 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 ?五十年代以前 ， 平爐鋼占世界鋼產(chǎn)量的 85％ 。 在氧化的過(guò)程中放出大量的熱量 （ 含 1%的硅可使生鐵的溫度升高 200攝氏度 ） ， 可使?fàn)t內(nèi)達(dá)到足夠高的溫度 。 最后 ， 磷也發(fā)生氧化并進(jìn)一步生成磷酸亞鐵 。 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 ? 目前純氧頂吹轉(zhuǎn)爐隨著氧槍的多孔噴頭的研制成功 ， 大大提高了單位時(shí)間內(nèi)的供氧量 ， 并由于操作技術(shù)上的革新 （ 例如 ， 用電子計(jì)算技術(shù)來(lái)調(diào)節(jié) 、 控制冶煉過(guò)程 ） ， 不論轉(zhuǎn)爐容量的大小 ， 吹煉時(shí)間基本上相差不多 ， 即使 300t轉(zhuǎn)爐 ， 凈吹氧時(shí)時(shí)也可縮短到 12min左右 。 我國(guó)由于電力和廢鋼不足 ， 目前主要用于冶煉優(yōu)質(zhì)鋼和合金鋼 。氣體放電形成電弧時(shí)能量很集中，弧區(qū)溫度在 3000℃ 以上。 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 （ 2）電爐煉鋼的工藝流程 ? 造渣：調(diào)整鋼、鐵生產(chǎn)中熔渣成分、堿度和粘度及其反應(yīng)能力的操作。調(diào)節(jié)合金元素的含量 氧化 還原反應(yīng) 還原劑 還原出鐵 氧化 還原反應(yīng) 氧化劑 氧化雜質(zhì) 除去 鐵礦石、石灰石、 焦碳、空氣 生鐵（廢鋼）、純氧、 氧化鈣 煉鐵高爐 轉(zhuǎn)爐、平爐、電爐 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 （ 1）爐外精煉的含義 （ 2）爐外精煉的方法 （ 3）爐外精煉要完成的任務(wù) （ 4）精煉手段 電爐煉鋼及爐外精煉 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 ? 將煉鋼爐 （ 轉(zhuǎn)爐 、 電爐等 ） 中初煉過(guò)的鋼液移到另一個(gè)容器中進(jìn)行精煉的煉鋼過(guò)程 ， 也叫 二次冶金 。 ?真空處理：真空室處理（ VD）、真空澆注、循環(huán)脫氣（ RH）、提升脫氣（ DH）等； ?噴粉處理： SL、 TN、 KIP、 RHIJ等； ?吹氬：吹氬攪拌、罩下吹氬（ CAS）、 CASOB、 IRUT等。 爐外精煉要完成的任務(wù) 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 渣洗、真空、攪拌、噴吹和加熱 (調(diào)溫 ) 、過(guò)濾等 爐外精煉的手段 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 （ 1）渣洗 獲得潔凈鋼并能適當(dāng)進(jìn)行脫氧、脫硫的最簡(jiǎn)便的精煉手段。 加熱方法：電弧加熱法和化學(xué)加熱法 。 n摩爾氣體在溫度不變而氣體壓力變動(dòng)的情況下，吉布斯自由能的變化關(guān)系可用下式表達(dá)。因?yàn)?K和 m在一定溫度下是常數(shù)，所以真空可以使碳的脫氧能力提高。 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 ? 電渣冶金是金屬及其合金的一種特殊冶煉方法。 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 STRUCTURE AND SHAPE OF METAL POOL TYPICAL FOR VAR, STANDARD ESR AND ESR TC (simulation) VAR,ASR ESR ESR TC,LM Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 二、鋼鐵冶煉 ESR1952 Academician . Medovar 19162023 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 ? 進(jìn)入六十年代，出于航空航天及軍備競(jìng)賽的需要，蘇聯(lián)對(duì)電渣冶金開(kāi)展了大量的研究工作，并曾一度把發(fā)展電渣冶金作為蘇聯(lián)的第二黨綱，極大地推動(dòng)了電渣冶金的發(fā)展。 ? 上述科研方向一些實(shí)際的設(shè)計(jì)和應(yīng)用成果： ? 該研究室的科學(xué)研究成果前蘇聯(lián)時(shí)期在冶金和機(jī)械制造工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)簡(jiǎn)單介紹如下 冶煉金屬的方法 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 1．熱分解法 ? 有些不活潑金屬僅用熱分解法就能制得。 /kJ?mol1 245 1129 2Al + Fe2O3 = Al2O3 + 2Fe ΔrH0 () 溫度可達(dá) 3273K， 使鐵熔化 ， 焊熱鐵軌 ， 冶金上冶煉 Ni、 Cr、Mn、 V等難熔金屬 。 （ 2） 低真空加熱期：蓋上蒸餾罐的蓋子 ， 在低真空條件下加熱 。 鈦與氧反應(yīng)生成 TiO2 TiO2 TiC TiN ~TiO2 TiB TiCl4 Ti 三、有色金屬的生產(chǎn) Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 TiCl4的金屬熱還原法 ?? 將 TiO2或天然金紅石和碳粉混合加熱至 1000K?1100K，進(jìn)行氯化處理制備 TiCl4， 氯化反應(yīng)不能直接由 TiO2氯化制得 ， 必須有碳粉的參