鋼鐵冶煉PPT學(xué)習(xí)教案

1、鋼鐵冶煉主要內(nèi)容第一章 金屬材料的制備冶金第二章 金屬材料加工基礎(chǔ)第1頁(yè)/共48頁(yè)第一章 金屬材料的制備冶金第2頁(yè)/共48頁(yè)本章主要內(nèi)容：1.1 1.1 冶金工藝概述1.2 1.2 鋼鐵冶煉1.3 1.3 有色金屬冶煉重點(diǎn)：鋼鐵冶煉工藝難點(diǎn)：無(wú)第3頁(yè)/共48頁(yè)1.1 1.1 冶金工藝概述冶金的定義： 冶金是關(guān)于礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)利用和金屬材料生產(chǎn)加工過(guò)程的工程技術(shù)。冶金的原因： 自然界中大多數(shù)金屬元素都不是單獨(dú)存在，而是以各種化合物或鹽類的形式存在于各類礦物中，因此要進(jìn)行冶金。第4頁(yè)/共48頁(yè)冶金工序： 首先通過(guò)各種方法將金屬元素從礦物中出來(lái)，接著對(duì)粗煉金屬產(chǎn)品進(jìn)行和，然后，才能得到所需成分、組織

2、和規(guī)格的金屬材料。冶金工藝： 火法冶金、濕法冶金、電冶金等。第5頁(yè)/共48頁(yè)火法冶金 ：火法冶金是指利用高溫從礦石中提取金屬或其化合物的方法。 ：選礦、焙燒球化或燒結(jié)金屬化合物的還原除去雜質(zhì)提純金屬第6頁(yè)/共48頁(yè) ：提取冶金真空冶金噴射冶金氯化冶金第7頁(yè)/共48頁(yè)濕法冶金：濕法冶金是指利用一些化學(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。 ：第8頁(yè)/共48頁(yè)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。 ： 第9頁(yè)/共48頁(yè)第10頁(yè)/共48頁(yè)1.2 鋼鐵冶煉鋼鐵冶煉包括從

3、開(kāi)采鐵礦石到使之變成供制造零件所使用的鋼材和鑄造生鐵為止的全過(guò)程。 第11頁(yè)/共48頁(yè)1.2.1 生鐵冶煉一、概述Fe在地殼中的含量及存在形式 5% 氧化物脈石： MnO2 、SiO2煉鐵的目的：使鐵從鐵的氧化物中還原，并與脈石分離。第12頁(yè)/共48頁(yè)二、煉鐵的原料1、鐵礦石（1） 鐵礦石的工業(yè)類型 赤鐵礦（Fe2O3） 磁鐵礦（Fe3O4） 褐鐵礦（2Fe2O33H2O） 菱鐵礦（FeCO3）（2）對(duì)鐵礦石的質(zhì)量要求：第13頁(yè)/共48頁(yè)含鐵量愈高愈好還原性好粒度脈石的成分雜質(zhì)含量要少一定的強(qiáng)度第14頁(yè)/共48頁(yè)2 2、熔劑（1）熔劑的種類 堿性熔劑 酸性熔劑（2）熔劑的主要作用降低脈石的熔點(diǎn)

4、 熔劑與高熔點(diǎn)的脈石形成低熔點(diǎn)、流動(dòng)性好的硅酸 鹽礦渣，易于排除。去硫 硫易與鈣結(jié)合生成CaS進(jìn)入渣中第15頁(yè)/共48頁(yè)3、燃料（焦炭）（1）燃料的作用提供熱量還原劑（2）對(duì)燃料的要求含碳量高有害雜質(zhì)、水分、灰分、揮發(fā)分的含量低足夠的機(jī)械強(qiáng)度氣孔率大、粒度均勻第16頁(yè)/共48頁(yè)二、主要裝置高爐第17頁(yè)/共48頁(yè)三、主要反應(yīng)過(guò)程1、燃料的燃燒 C + O2 = CO2 CO2 + C = 2CO2、 鐵的還原 間接還原 3Fe2O3+CO=2 Fe3O4+CO2 Fe3O4 +CO=3FeO +CO2 FeO +CO=Fe +CO2 直接還原 FeO +C=Fe +CO第18頁(yè)/共48頁(yè)3、鐵的

5、增碳 最初還原出來(lái)的鐵似海綿，含碳量低，熔點(diǎn)高，下降過(guò)程中吸收碳，熔點(diǎn)降低，1200開(kāi)始熔化。4、其它元素的還原 錳的還原：高爐中的錳是由礦石帶進(jìn)的，以MnO2, Mn2O3, Mn3O4的形式存在，錳的還原過(guò)程也是順序由高價(jià)還原成低價(jià)，最后還原成金屬錳。第19頁(yè)/共48頁(yè) 硅的還原：硅是以SiO2的形式存在于脈石中，由于SiO2很穩(wěn)定，所以絕大部分都進(jìn)入爐渣，只有少量的SiO2在1450以上的高溫被焦炭還原進(jìn)入生鐵。 磷的還原：磷是以Ca3(PO4)2的形式存在于礦石中，在12001500可被固態(tài)碳還原： Ca3(PO4)2 +5C=3CaO+2P+5CO第20頁(yè)/共48頁(yè) 去硫：硫是鋼鐵材

6、料中最有害元素之一。主要由焦炭帶入，占到6080%。硫主要以硫化鐵的形式存在，與石灰石中的氧化鈣反應(yīng)生成硫化鈣進(jìn)入爐渣。 FeS+CaO=CaS+FeO 造渣：造渣是礦石中的廢料、燃料中的灰分與熔劑的熔合過(guò)程。第21頁(yè)/共48頁(yè)四、高爐產(chǎn)品主要產(chǎn)品）： 分為煉鋼生鐵和鑄造生鐵。產(chǎn)品）：含SiO2、CaO和Al2O3的鋁硅酸鹽，主要用于生產(chǎn)水泥。產(chǎn)品）：含26左右的CO，用作燃料。第22頁(yè)/共48頁(yè)第23頁(yè)/共48頁(yè)1.2.2 鋼的冶煉煉鋼實(shí)質(zhì)是把煉鋼生鐵水或生鐵塊中的碳及雜質(zhì)元素降到規(guī)定的水平的過(guò)程。降碳及雜質(zhì)元素的方法是利用純氧等氧化劑將雜質(zhì)元素氧化成氣體或爐渣。第24頁(yè)/共48頁(yè)1、煉鋼的

7、基本過(guò)程（1）脫碳：脫碳反應(yīng)是煉鋼的最主要反應(yīng)。 直接氧化：2C+O2=2CO 間接氧化: 2Fe+O2=2FeO C+FeO=Fe+CO第25頁(yè)/共48頁(yè)第26頁(yè)/共48頁(yè)（2）硅、錳的氧化 直接氧化：Si+O2=SiO2 2 Mn+O2=2MnO 間接氧化： Si +2FeO=2Fe+ SiO2 Mn +FeO=Fe+MnO 造渣 SiO2與FeO，MnO與SiO2反應(yīng)形成爐渣。 SiO2+2FeO =2FeO SiO2 SiO2+2MnO=2MnOSiO2第27頁(yè)/共48頁(yè)（3）脫磷 磷在鋼中是以磷化鐵(Fe2P)形態(tài)存在，在煉鋼過(guò)程中與爐渣中的氧化鐵和氧化鈣結(jié)合生成磷酸鈣。 2Fe2P

8、+5FeO+4CaO=(CaO)4P2O5+9Fe（4）脫硫 硫是以硫化鐵的形式存在，當(dāng)渣中有足夠的氧化鈣時(shí)： FeS+CaO=FeO+CaS第28頁(yè)/共48頁(yè)（5）脫氧 脫氧是用脫氧劑除去鋼液中殘留的氧化鐵中的氧，還原出鐵，脫氧劑則被氧化，脫氧產(chǎn)物聚集上浮到鋼液表面。Si MnMnAlAlC C(FeO(FeO）（SiOSiO2 2）（MnOMnO）(Al(Al2 2O O3 3）（COCO）FeFe第29頁(yè)/共48頁(yè) 2、常見(jiàn)的煉鋼方法堿性平爐煉鋼：以液態(tài)生鐵或鐵塊和廢鋼為原料；利用爐氣和礦石供氧；以氣體或液體燃料供熱。第30頁(yè)/共48頁(yè)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

9、(通常5000一6000)加熱和熔化金屬。第31頁(yè)/共48頁(yè)氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼：以生鐵液為原料；高壓工業(yè)純氧供氧；無(wú)需燃料。已成為現(xiàn)代冶煉碳鋼和低合金鋼的主要方法。第32頁(yè)/共48頁(yè)1.3 有色金屬冶煉一、銅的冶煉 煉銅原料l 硫化礦：黃銅礦(CuFeS2)、斑銅礦(Cu3FeS2)、輝銅礦(Cu2S)、銅藍(lán)(CuS)l 氧化礦：孔雀石(CuCO3Cu(OH)2)、硅孔雀石(CuSiO32H2O)、赤銅礦(Cu2O)、膽礬(CuSO45H2O)第33頁(yè)/共48頁(yè) 煉銅方法l 火法煉銅：主要處理硫化銅礦火法煉銅的基本流程第34頁(yè)/共48頁(yè)造锍熔煉（冰銅的形成）基本原理：造锍熔煉的目的在于首先使?fàn)t料

10、中的銅盡可能全部以Cu2S進(jìn)入冰銅，部分鐵以FeS的形式也進(jìn)入冰銅，大部分鐵氧化成FeO與脈石礦物造渣；其次，使冰銅與爐渣分離。主要反應(yīng)：第35頁(yè)/共48頁(yè)冰銅轉(zhuǎn)爐吹煉冰銅吹煉的實(shí)質(zhì)是在一定壓力下將空氣送到液體冰銅中，使冰銅中的FeS氧化變成FeO與加入的石英熔劑造渣，而Cu2S則經(jīng)過(guò)氧化后又與Cu2S相互反應(yīng)變成粗銅。造渣反應(yīng)：造銅反應(yīng)：第36頁(yè)/共48頁(yè)粗銅的火法精煉 目的：進(jìn)一步除去銅中的少量雜質(zhì)。 原理：與煉鋼相似。 氧化過(guò)程 還原過(guò)程第37頁(yè)/共48頁(yè)銅的電解精煉 火法精煉銅作為陽(yáng)極，電解銅作為陰極，引入直流電后，陽(yáng)極銅進(jìn)行電化學(xué)溶解，純銅在陰極上析出，銅中的雜質(zhì)或進(jìn)入陽(yáng)極泥，或保留

11、在電解液中，從而實(shí)現(xiàn)銅和雜質(zhì)的分離。第38頁(yè)/共48頁(yè)l 濕法煉銅：主要處理氧化銅礦溶 解第39頁(yè)/共48頁(yè)二、鋁的冶煉 煉鋁原料l 鋁土礦：主要化學(xué)成分為Al2O3，另外還有SiO2、Fe2O3、TiO2和少量的CaO、MgO等。l 明礬石，霞石，高嶺土 鋁冶金特點(diǎn)l 不能從礦石中直接得到粗金屬l 包括兩個(gè)環(huán)節(jié)：氧化鋁的制取和氧化鋁的電解第40頁(yè)/共48頁(yè)氧化鋁的制備l 濕堿法（拜爾法）鋁土礦的浸出第41頁(yè)/共48頁(yè)晶種分解母液的蒸發(fā)與苛化氫氧化鋁的煅燒第42頁(yè)/共48頁(yè)l 干堿法（燒結(jié)法）氧化鋁的電解 l 熔鹽電解：用氧化鋁、冰晶石及其他氟化鹽等作為電解質(zhì)的電解過(guò)程。l 為什么鋁的電解要在冰晶石的熔鹽中進(jìn)行？ 降低電解溫度 電解質(zhì)熔體與金屬鋁的分層第43頁(yè)/共48頁(yè)l 電解反應(yīng) 陰極反應(yīng)： 陽(yáng)極反應(yīng)： 總反應(yīng)：第44頁(yè)/共48頁(yè)AlAl3 33e Al3e AlAlOAlO3 33- 3- - 6e Al- 6e Al2 2O O3 3礦石（Al2O3）NaAlO2Al2O3Na2OAl（OH）3Al2O3Al礦石（Al2O3）NaAlO2Al（OH）3NaOHNaOHNa2CO3煅燒 9501000165 0.35Pa1100 CO2900 鋁冶煉的主要過(guò)程：第45頁(yè)/共48頁(yè)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(yáng) 極