在熔池中进行电解。
金属材料的制备—冶金
1.2 钢铁冶炼
➢ 钢铁冶炼包括从开采铁矿石到使之变成供制造零 件所使用的钢材和铸造生铁为止的全过程。
金属材料的制备—冶金
1.2.1 生铁冶炼
一、概述
➢ Fe在地壳中的含量及存在形式 5% 氧化物
➢ 脉石： MnO2 、SiO2
➢ 炼铁的目的：使铁从铁的氧化物中还原，并与脉 石分离。
金属材料的制备—冶金
二、炼铁的原料 1、铁矿石 （1） 铁矿石的工业类型
赤铁矿（Fe2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ3） 磁铁矿（Fe3O4） 褐铁矿（2Fe2O3·3H2O） 菱铁矿（FeCO3） （2）对铁矿石的质量要求：
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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
冶金工艺：
火法冶金、湿法冶金、电冶金等。
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火法冶金
➢ 定义：火法冶金是指利用高温从矿石中提取金属 或其化合物的方法。
➢ 工艺过程：
矿石准备 矿石冶炼
选矿、焙烧 球化或烧结
金属化合物 的还原
除去杂质
精炼提纯
提纯金属
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➢ 工艺方法分类：
提取 冶金
氯化 冶金
火法冶金
喷射 冶金
真空 冶金
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湿法冶金
➢ 定义：湿法冶金是指利用一些化学溶剂的化学作 用，在水溶液或非水溶液中进行包括氧化、还原、 中和、水解和络合等反应，对原料、中间产物或 二次再生资源中的金属进行提取和分离的冶金过 程。
➢ 工艺过程：
离子 浸取
固液 分离
溶液 富集
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第一篇 金属材料的制备及加工工艺
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 第二章 金属材料加工基础
金属材料的制备—冶金
第一章 金属材料的制备—冶金
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
金属材料的制备—冶金
金属材料的制备—冶金
➢ 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。
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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
➢ 直接还原 FeO +C=Fe +CO
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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。
金属材料的制备—冶金
➢ 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
金属或化 合物提取
电冶金
➢ 定义：利用电能从矿石或其它原料中提取、回收、 精炼金属的冶金过程。
➢ 工艺分类：
电热熔炼 ：直接用电加热生产金属的一种冶金方法。电
热熔炼包括电弧熔炼、等离子熔炼和电磁熔炼等。
水溶液电解：应用水溶液电解精炼或电解提取金属的一种
冶金方法。
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熔盐电解：直接利用高导电率、低熔点的熔盐作为电解质
1.1 冶金工艺概述
冶金的定义：
冶金是关于矿产资源的开发利用和金属材料生产 加工过程的工程技术。
冶金的原因：
自然界中大多数金属元素都不是单独存在，而是 以各种化合物或盐类的形式存在于各类矿物中， 因此要进行冶金。
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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。
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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
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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
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。
金属材料的制备—冶金
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1.2.2 钢的冶炼
➢ 炼钢实质是把炼钢生铁水或生铁块中的碳及杂质 元素降到规定的水平的过程。
➢ 降碳及杂质元素的方法是利用纯氧等氧化剂将杂 质元素氧化成气体或炉渣。
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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
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金属材料的制备—冶金
（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
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（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
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
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二、主要装置—高炉
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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