3.2 金属材料 课件 (2)

课件30张PPT。3.2 金属材料 钢铁的冶炼原料→烧结→炼铁→炼钢→轧钢
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焦炭（焦化厂）
工艺流程电解法热还原法热分解法不同金属冶炼方法的选择K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H)Cu Hg Ag活泼金属较活泼金属不活泼金属炼铁—反应原理利用高温从矿石中提取金属或其化合物
的冶金方法，在工业上称为火法冶金。炼铁—原料矿石中还含有脉石（主要成分：SiO2）和P、S等杂质。炼铁—烧结 要从赤铁矿中提取铁，需先将铁矿石水洗，烧结，以提供化学成分稳定，
粒度均匀，还原性好，冶金性能高的优质烧结矿。
烧结过程可以除去80～90%的S和F 等有害杂质，大大减轻了高炉冶炼
过程的脱硫任务，提高了生铁质量。
烧结过程中可以利用富矿粉、高炉炉尘、转炉炉尘、轧钢皮、铁屑、硫酸
渣等其他钢铁及化工工业的若干废料，使这些废料得到有效利用，做到变“废”
为宝，变“害”为利。？（1）还原剂的形成
C＋O2＝CO2
CO2＋C＝2CO
（2）铁的还原
Fe2O3＋3CO＝2Fe＋3CO2
（3）炉渣的形成
CaCO3＝CaO＋CO2
CaO＋SiO2＝CaSiO3炼铁--主要反应点燃高温高温高温高温问题：原料中焦炭和石灰石的作用是什么？答：焦炭的作用是作燃料和形成还原剂。石灰石的作用是作溶剂，除脉石。产物（1）生铁
（2）高炉煤气：
CO、CO2、SO2,NO2,
N2、大量灰尘等。
（3）炉渣：
主要是CaSiO3，少量
含C、P、S、Si、Mn
的化合物及SiO2等
高碳钢中碳钢低碳钢（C％ > 0.6％）（C％：0.25～0.6％）（C％ < 0.25％）生铁钢铁的合金碳素钢合金钢（特种钢）：锰钢、钨钢（普通钢）含碳量在2％～4.3％之间,
还含硅、锰及少量硫、磷含碳量↓根据含碳量原料
生铁或废旧钢材 氧气 脱氧剂 造渣料
反应原理
高温下，用氧化剂把生铁里过多的碳和其它杂质氧化成气体或炉渣而除去。

设备
转炉 电炉
炼钢的主要反应过程

炼钢脱碳: C+O2=2CO
2Fe+O2=2FeO
Fe+C=CO+Fe脱硫 FeS+CaO=CaS+FeO
脱氧 2FeO+Si==2Fe+SiO2
FeO+Mn==Fe+MnO
炼钢--主要反应 如果在碳钢中加入有益的元素如铬、
锰、硅、镍、钨、钒、钴、钛、铌、
铝、硼等就成为合金钢。合金元素在
钢中存在的形式和作用各不相同，主
要是为了改善钢的金相组织和力学性
能，以及有利于热处理。合
金钢的种类繁多，可以满足
不同用途的需要。炼铁和炼钢：铁矿石：铁来源
焦炭、空气：产生热量及还原剂CO
石灰石：熔剂（除脉石）生铁或废钢铁
氧化剂：O2、富氧空气、空气
生石灰：造渣、除Si、P
Si Mn Al：还原剂,除FeO,调整钢的成分高温下，用还原剂(CO)将铁矿石中的铁还原出来高温下，用氧化剂把生铁中过多的碳和其它杂质氧化成气体或炉渣除去都是利用氧化还原反应高 炉转炉、电炉高炉煤气（CO、CO2、N2等）棕色烟气（Fe2O3尘粒、CO等）主体工程污染因子包括：
废气
烧结：烟尘、SO2、NOx、CO、工业粉尘；
炼焦：烟尘、SO2、NOx、H2S、NH3、工业粉尘；
炼铁：烟尘、SO2、NOx、CO、工业粉尘；
炼钢：烟尘、CO、工业粉尘；
轧钢：烟尘、SO2、NOx、酸雾、碱雾、工业粉尘；
废水
炼焦：酚氰废水（含挥发酚、氰化物、硫化物、氨氮、COD、苯并芘、焦油）；
炼铁：高炉煤气洗涤水（含悬浮物、挥发酚、氰化物）；
炼钢：转炉煤气洗涤水（含悬浮物）；
轧钢：热轧废水（含悬浮物、油、酸性废水、碱性废水、含铬废水）；固体废弃物
炼焦：焦油渣、沥青渣、洗油再生渣、脱硫废水、酚氰废水处理污泥；
炼铁：瓦斯灰、高炉渣；
炼钢：钢渣、转炉洗气水污泥；
轧钢：氧化铁皮、废水处理后废油和污泥、废乳化液、废酸、含铬废水处
理后含铬污泥、锌渣；回顾已学过的化学知识，这些废弃物可以如何处理呢？谢谢生铁钢（含碳量在2％～4.3％之间,还含硅、锰及少量硫、磷 ）碳素钢{低碳钢（含碳0.3％～0.6％）高碳钢（含碳0.03％～0.3％）中碳钢（含碳0.6％～2％ ）合金钢：在碳素钢中加入铬、锰、钨、镍、钼、钴等合金元素(如不锈钢)钢的含碳量越低，韧性越好，硬度越低；
含碳量越高，韧性越差，硬度越高。钢:用量最大,用途最广的合金含碳量铁合金↓二、炼铁和炼钢：炉渣、尾气的回收处理：（1）炉渣：制水泥、渣砖等的原料含磷较多的炼钢炉渣加工成磷肥（2）尾气：Fe2O3尘粒回收炼钢CO作气体燃料反应原理
生产过程中原料的选择
反应条件的控制
三废（废渣、废水、废气）的处理
能量的充分利用化工生产的一般流程分析
各种含铁矿物按其矿物组成，主要可分为4大类：磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿和菱铁矿
赤铁矿
是广泛地分布在各种岩石中的副矿物，理论含铁量高达70℅, 。这种矿石在自
然界中经常形成巨大的矿床，从埋藏和开采量来说，它都是工业生产的主要矿石。并且
可以大量产出若要在经济上值得开采，就必须含有几千万吨赤铁矿，这种储量是大量规
模的沉积作用造成的，在前寒武系地层中有很多这种铁矿，它们通常含硅的杂质。
磁铁矿
理论含铁量为72.4%，是最重要的铁矿石。如矿石中含有害元素很少，可直接用于
平炉炼钢。不少磁铁矿中还伴有钛、钒、铬等元素，冶炼过程中可以综合利用。
褐铁矿
是含水氧化铁矿石，是由其他矿石风化
后生成的，在自然界中分布得最广泛，但矿床埋藏量大的并不多见。
菱铁矿
是一种分布比较广泛的矿物，它的成分是碳酸亚铁，当菱铁矿中的杂质不多时可以作
为铁矿石来提炼铁
方法：转炉、电炉、平炉。
氧气顶吹转炉炼钢法
（1）转炉的构造
（2）原料：生铁（液态）、氧气、适量的造渣材料（如生石灰等）、脱氧剂。
（3）热源：依靠熔融铁水中的杂质等被氧气氧化所放出的热量，不需要燃料。炼钢的方法问题1：为什么要用纯氧来代替空气炼钢？
问题2：炼钢过程中产生的大量棕色烟气其主成分是什么？能否直接排放？答1：因为用纯氧代替空气可以克服由于空气里的氮气的影响而使钢质变脆以及痰气排出时带走热量的缺点。
2：主要成分是氧化铁尘粒和高浓度的CO气体等。不能直接排放，必须净化回收，综合利用。反应原理：3CO+ Fe2O3=====2Fe+3CO2
高温利用氧化还原反应，在高温下，用还原剂（主要是CO)从铁矿石中还原出铁。设备：高炉原料：铁矿石，焦炭，空气，石灰石
炼铁的主要反应过程：
炼铁？高炉结构图C+O2=CO2CO2+C=2CO3CO+Fe2O3
=2Fe+3CO2