材料工程基础总结..doc

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材料工程基础总结.

第1章 材料的熔炼冶金工程是给予矿产资源的开发利用和金属材料的生产加工过程的工程技术。 人们通常将矿石或境况中提金属的工业叫做冶金工业。 本文主要介绍钢铁的冶金,说明金属冶金的一般过程。 钢铁的冶炼钢铁的实质为:钢和生铁的统称。 钢铁的基本成分都是铁,差别仅在于碳的含量不同。 钢铁冶金过程的热力学 铁矿石:铁的氧化物+脉石 炼铁的任务:使铁从铁的氧化物中还原;并使还原出的铁与脉石分离。 炼钢的任务: 以生铁为原料,通过冶炼降低生铁中的碳及其他杂质元素的含量。 二、生铁冶炼 1、炼铁原料:铁矿石 、熔剂、燃料 (1) 冶炼前对铁矿石的处理 a 破碎和筛分 b 选矿 c 烧结和造块 (2)熔剂 熔剂的作用:a 降低脉石熔点 b 去硫 熔剂种类 分类:碱性熔剂、酸性熔剂 熔剂成分:石灰石(CaCO3) () 燃料 (3) 燃料 常用燃料:焦炭 作用: 作为发热剂提供热量;还原剂;高炉料柱的骨架。 2、高炉生产 3、高炉冶炼的理化过程 燃料的燃烧 、化铁的还原、 非铁元素的还原 、 铁的增碳 、去硫 、 造渣 燃料的燃烧 CO2 + C → 2CO (吸热)CO2 +C → 2CO (吸热) 氧化铁的还原 Fe2O3→ Fe3O4 → FeO → Fe 还原剂:CO 气体(间接还原) 固体 C(直接还原) 3Fe2O3 + CO → 2 Fe3O4 + CO2 FeO + CO → Fe + CO2 Fe3O4 + 2CO → 6 FeO + 2CO2 CO2 + C ? 2CO FeO + CO → Fe + CO2 FeO + C → Fe + CO (吸热)非铁元素的还原 锰的还原: MnO2 → Mn2O3 → Mn3O4→ MnO → Mn 提高温度有利于锰的还原;提高炉渣的碱度也有利于锰的还原。 硅的还原: SiO 2 +2C → Si + 2CO (吸热)磷的还原:矿石中的磷主要以磷酸钙的形式存在 (CaO )3 P2O5 + 5C→ 3CaO + 2 P + 5CO (4)铁的增碳 从铁矿石中还原出的铁呈固体多孔状,几乎不含碳,称为海绵铁。 (5) 去硫: [ FeS ] + (CaO ) + C → [ Fe] + (CaS ) + CO (吸热) (6)造渣 :高炉炉渣主要由 SiO2、Al2O3 和 CaO 组成。 炉渣的种类: 酸性渣、碱性渣、中性渣 炉渣的作用:通过熔化各种氧化物控制金属的成分;防止金属过分氧化;防止热量 损失,起到绝热作用,保证金属不致过热。 4、高炉冶炼的产品 生铁 、 高炉煤气 、 炉渣 生铁:以 Fe、C、Si、Mn、S、P 等元素组成的合金。 高炉煤气:含有大量的 CO、CH4 和 H2 等,是可燃性煤气,可作为工业上的燃料。 炉渣 炼钢 炼钢: 以生铁为主要原料,通过一系列冶金过程,使其含碳量大幅度降至某一成分范围 (1.3%) ,并使各种杂质元素的含量降低的一定程度以下,得到钢。 炼钢原材料 主要材料:生铁、废铁和铁合金 辅助材料:造渣材料、熔 剂、氧 化 剂、还 原 剂、冷 却 剂 2、炼钢过程的基本反应 (1)氧化 [C ] + [O] → CO (放热) a、氧化脱碳: 2[C ] + O2 → 2CO (放热) [C ] + ( FeO) → [ Fe] + CO (吸热)b、硅的氧化: [ Si ] + 2[O] →( SiO2 ) (放热)[ Si ] + O2 → ( SiO2 ) (放热)[ Si ] + 2( FeO) → ( SiO2 ) + 2[ Fe] (放热) [ Mn] + 2[O] → ( MnO) (放热) c、锰的氧化: [ Mn] + O2 → ( MnO) (放热)[ Mn] + ( FeO) → ( MnO) + [ Fe] (放热) 1 (2)脱磷和脱硫 a、磷的危害:磷使钢的偏析严重、磷含量高时钢会发生冷脆、磷促使钢的回火脆性,使 钢的焊接性能变差。 第一步: 2[ P] + 5( FeO) = P2O5 + 5[ Fe] b、脱磷反应和回磷现象: 第二步: P2O5 + 4(CaO) = (4CaO P2O5 ) 或 P2O5 + 3(CaO) = (3CaO P2O5 ) 总反应式为: 2[ P] + 5( FeO) + 4(CaO) = (4CaO ? P2O5 ) + 5[ Fe] 或 2[ P] + 5( FeO) + 3(CaO) = (3CaO ? P2O5 ) + 5[ Fe] 脱磷的基本条件:低温; 适量

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