冶金 陈国钦

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1、第一节冶金工艺概述第二节钢铁冶炼第三节有色金属冶炼第一章金属材料的制备－冶金因此，要获得各种金属及其合金材料．必须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。第一节冶金工艺概述绝大多数金属元素（除Au、Ag、Pt外）都以氧化物、碳化物等化合物的形式存在地壳之中。冶金是一门研究如何经济地从矿石或其它原料中提取金属或金属化合物，并用各种加工方法制成具有一定性能的金属材料的科学。32）冶金分类提取冶金：物理冶金：研究提取

2、金属，存在化学反应研究金属材料成型过程41.2冶金学的支撑学科冶金学(理论基础)物理学流体力学化学物理化学(提供技术材料及研究课题)电子技术计算机技术51.3冶金工业发展历史人类社会发展史：原始社会→奴隶社会→封建社会→资本主义社会人类使用材料的历史：石器→青铜器→铁器→工业化(钢铁)→信息社会(多种新材料)6中国冶金的辉煌历史71.4现代冶金过程—冶炼过程8现代冶金过程—轧钢过程金属的冶金工艺可以分为火法冶金、湿法冶金、电冶金以及真空冶金等。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：

3、矿石准备矿石冶炼精炼提纯选矿、焙烧球化或烧结金属化合物的还原除去杂质提纯金属工艺方法分类：火法冶金提取冶金真空冶金喷射冶金氯化冶金湿法冶金定义：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：离子浸取固液分离金属或化合物提取溶液富集电冶金定义：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

4、熔炼等。水溶液电解：应用水溶液电解精炼金属的一种冶金方法。熔盐电解：直接利用高导电率、低熔点的熔盐作为电解质在熔池中进行电解。Fe在地壳中的含量为5％左右，在金属中仅次于铝，除陨石外，纯铁在地壳中还未见到，铁容易与其它元素化合，特别是与氧化合，因此铁矿石多以氧化物形式存在。铁矿石中除铁的氧化物外，还有其它元素的氧化物(SiO2、MnO2等)，这些统称为脉石。炼铁的目的就是使铁从铁的氧化物中还原，并使还原出的铁与脉石分离。第二节钢铁冶炼概述钢铁分类及其性能工业纯铁：C<0.02%生铁:C>2.11%(2%)钢:0.02%<

5、C<2.11%(2%)原料：脉石、熔剂（如CaCO3用于造渣）以及焦炭等。生铁冶炼主要反应过程：CO2＋C＝2COFe2O3－Fe3O4－FeO－Fe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。炼铁产品及副产品：钢铁冶炼炼钢的目的：除去生铁中多余的碳和大量杂质元素，使其化学成分达到钢的要求。炼钢的基本过程：铁元素的氧化：2〔Fe〕＋｛O2｝＝2（FeO）〔Si〕〔Mn〕〔P〕〔C〕｝＋(FeO）（SiO

6、2）（MnO）（P2O5）（CO）｝＋〔Fe〕铁元素的再还原：2P+5FeO+4CaO=5Fe+4CaO·P2O5FeS+CaO=FeO+CaS由于P、S元素的存在严重影响钢的性能，所以必须脱除。造渣除P、S：脱氧：消除钢中的氧化杂质，提高钢的质量。合金化：按照不同钢种对合金元素成分的要求，进行合金化处理。炼钢的常见工艺：碱性平炉炼钢：以液态生铁或废钢为原料；利用炉气和矿石供氧；以气体或液体燃料供热。电弧炉炼钢：利用石墨电极和金属炉料之间形成的电弧高温(通常5000℃一6000℃)加热和熔化金属，金属熔化后加入铁矿石、熔

7、剂等，并吹氧，以加速钢中的碳、硅、锰、磷等元素的氧化。当碳、磷含量合格时，扒去氧化性炉渣．再加入石灰、萤石、电石、硅铁等造渣剂和还原剂，形成高碱度还原渣，脱去钢中的氧和硫。氧气顶吹转炉炼钢：熔池搅拌；放热升温；无需燃料。已成为现代冶炼碳钢和低合金钢的主要方法。28钢铁资源与能耗1）我国主要自然资源现状我国的四类基本资源中，耕地、淡水人均占有量只分别相当于世界平均水平的1/3和1/4，森林和草地只分别相当于世界平均水平的1/7和1/3；能源资源中，煤炭、石油和天然气的人均探明储量分别只有世界平均水平的1/2、1/10和1/

8、20。矿产资源人均占有量只有世界平均水平的58%，排世界第53位;29在13种主要金属原料的地区分布前五位排名上，我国除锡（占14.8%）和钼（占6.0%）外，其余都榜上无名。302）我国主要自然资源使用现状我国是资源和能源利用率较低的国家之一。我国最终产品量仅占原料投入量的20%——30%，60%以上的原料变成了废