1第三讲材料的制备方法金属材料制备(1冶金)pptx

时间:2021-09-15 08:55来源:未知 作者:admin 点击:
0.8%)。 回转窑法是煤基法中最重要、最有价值、应用较广的工艺。此法还原铁矿石可按不同的作业温度生产海绵铁、粒铁及液态铁水,但以低温作业的回转窑生产海绵铁最有意义。回转窑的优点是能够直接使用固体煤作为能源,能有效地除去某些杂质;缺点是生产率低

  0.8%)。 回转窑法是煤基法中最重要、最有价值、应用较广的工艺。此法还原铁矿石可按不同的作业温度生产海绵铁、粒铁及液态铁水,但以低温作业的回转窑生产海绵铁最有意义。回转窑的优点是能够直接使用固体煤作为能源,能有效地除去某些杂质;缺点是生产率低,热效率也低,所以应用范围不广泛,仅适用于天然气等资源匮乏地区。 此法的重要设备是回转窑。;窑体稍有倾斜(4%的斜度),窑中装有耐火衬,在窑头、窑中、窑尾设有耐火材料挡圈以增加炉料停留时间。 煤燃烧所需要的空气通过风管沿轴向吹入窑中,风管安装在沿窑长方向的不同部位。煤不但是还原剂,同时还提供所需要的热量。 沿窑长方向分两个区:预热区-煤燃烧将原料的混合物加热至还原温度;还原区-煤进一步燃烧为生产海绵铁提供热量。通过控制向窑内吹入的空气量和喷煤量,可以有效控制窑内的反应。 直接还原法煤基回转窑中应用最广泛,而且最具有代表性的一种方法就是sl/rn法。sl/rn是由美国、德国、加拿大的4家创立此法的各公司名字的字首缩与而成的。;原料(铁矿石、煤粒、熔剂)从窑尾加入圆形回转窑中。窑缓慢旋转使矿和煤在被加热和还原的同时向出料端移动。窑头外设有烧嘴燃烧燃料。形成的废气则由窑尾排出。 炉料与炉气呈逆向运动,在运动过程中,炉料在预热段被加热,使水分蒸发和石灰石分解,达到800℃后,煤中的固体碳开始还原铁矿石中的氧化铁,直到获得海绵铁或铁料,而碳则转变成co气体,co在氧化区被燃烧成co2,放出热量以满足还原反应的要求,产品排出窑后进入回转冷却筒冷却得到海绵铁或粒铁,也可热送电炉直接炼钢。回转内反应温度应控制在1100℃以下,经8-10h完成还原反应后出窑。回转窑所产生的废气从进料端吸走,高温废气可余热利用。 若炉料在回转窑中经过预热和还原后,再进一步提高温度(1250℃)进入粒铁带,金属铁与炉渣开始软化,在半熔化状态下金属铁由小颗粒堆集成卵状粒铁,炉料出炉后经水淬冷却后很容易用磁选或重选把粒铁与脉石分开,这就是回转窑粒铁法。此法由于作业率低、产量小、耐火材料消耗高等重在缺点,近年来逐渐被淘汰。;熔融还原法是指不以焦炭为燃料,以煤炭为主要能源,使用天然富矿、人造富矿(烧结矿或球团矿)取代高炉生产液态生铁的方法。 熔融还原炼铁法与直接还原炼铁法不同,熔融还原的发展目标是代替高炉炼铁法,产品是与高炉铁水性质相近的液态生质,仍是转炉炼钢的原料;而直接还原炼铁法产品是海绵铁,代替废钢供电炉炼钢使用。 熔融还原的特点是在炼铁过程中,使炉渣和生铁熔化而分离,从而可以脱除煤灰分和矿石的脉石。这样它对原料、燃料的要求不像直接还原炼铁法那样严格。因此,熔融还原炼铁法是具有相当的竟争能力和广阔的前景的炼铁方法。 ;工艺流程 熔融还原发展过程中出现过两种方法:一步法和二步法。一步法熔融还原是在一个反应器内完成铁矿石还原和渣铁分离全部过程的方法。二步法熔融还原在预还原炉内进行铁矿石预还原,然后进入终还原器内进一步还原和使渣铁熔化分离,并产生还原性气体供预还原使用。在众多的试验中,一步法都没有获得成功,从20世纪70年代始,国内外研究开发的大多数是二步法。 corex 法是奥地利和德国于20世纪70年代末联合开发的,是目前惟一已形成生产能力的熔融还原炼铁法,而且其投资、生产成本、铁水质量等几个方面已经基本上可以与传统的焦炭高炉炼铁法相竟争。 corex 法由预还原竖炉子和熔融制气炉(也称为终还原炉或熔融气化炉)串联,再加上煤气除尘和调温系统组成。 ;1-熔融气化炉; 2-预还原竖炉; 3-煤仓; 4-热旋风除尘器; 5-煤气冷却器; 6-炉顶煤气冷却器; 7-铁矿石; 8-煤及石灰; 9-外供煤气; 10-氧; 11-铁水及炉渣; 12-原料气; 13-冷却气; 14-还原气; 15-炉顶煤气。;corex法的预还原竖炉类似于midrex直接还原炼铁法的竖炉,采用天然富块矿或球团矿作为含铁料,从熔融制气炉来的还原煤气(co+h2之和大于95%,以co为主)将铁矿石预还原,由于竖炉是高效率的还原反应器,在短时间内金属化率就可达到90%以上。然后由下部的的螺旋给料器将金属化的炉料连续均匀地输入熔融制气炉。 熔融制气炉类似于高炉的炉腹和炉缸部位,在上部连续均匀地输入金属氧化物的同时,煤块亦从上部加入,而从其下部炉缸风口鼓入氧气。氧气将其燃烧成co并放出热量。落下的炉料中残余的氧化铁在这里得到最终还原。还原的金属铁渗碳,炉料熔化而使渣铁分离。形成的煤气上升,从熔融制气炉上部逸出。逸出煤气经除尘后,部分煤气调温到800-850℃,再输入上部的预还原竖炉供矿石预还原使用,多余的部分煤气则外供给其它用户。;1.3 平炉炼钢过程;炼钢的基本过程:; 2p + 5feo + 4cao = 5fe + 4cao·p2o5 fes + cao = feo + cas;炼钢技术的发展,已有200多年的历史。基本原理就是在冶炼过程中,对生铁进行脱碳。同时除去其中的其他有害杂质。 现代炼钢方法中最先诞生的是空气转炉炼钢法或称贝斯曼炼钢法(1856年)。 随后,又出现了蓄热式炉,由于这种炼钢炉形状低平又有一个平展的熔池,所以被称为?“平炉”。这种炼钢法也称为?“平炉炼钢法”。也就是今天的平炉,并用于炼钢生产,平炉炼钢法,扩大了原料的来源,生铁,废钢、铁屑、熟铁、铁矿石均可。所以在20世纪60年代以前,得到迅速发展。进而发展成为风行世界的主要炼钢方法。;五十年代以前,平炉钢占世界钢产量的85%。近年来,除浇铸大型铸件或供水压机等成材的大钢锭,平炉炼钢仍在发挥其作用外,由于纯氧顶吹转炉炼钢技术的发展,转炉钢的产量大幅度增长,世界各国平炉钢产量才逐年下降。 平炉炼钢法的最大缺点是冶炼时间长(一般需要6~8h),燃料耗损大(热能的利用只有20~25%),基建投资和生产费用高。一个年产1200万吨钢的钢厂,只要建成六个250~300t的纯氧顶吹转炉就够了,如果修建平炉却需要500t的大型平炉30~40座。 虽然目前世界上仍在生产的平炉已普遍采用氧气炼钢,生产率有较大的提高,但除尘系统复杂,投资高昂,因此平炉炼钢不再发展,甚至有拆除改建为顶吹或底吹转炉的趋势。;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。 ;3.1.1.3 转炉炼钢过程 ; 几分钟后,当钢液中只剩下少量的硅与锰时,碳开始氧化,生成一氧化碳(放热)使钢液剧烈沸腾。炉口由于溢出的一氧化炭的燃烧而出现巨大的火焰。最后,磷也发生氧化并进一步生成磷酸亚铁。磷酸亚铁再跟生石灰反应生成稳定的磷酸钙和硫化钙,一起成为炉渣。 当磷与硫逐渐减少,火焰退落,炉口出现四氧化三铁的褐色蒸汽时,表明钢已炼成。这时应立即停止鼓风,并把转炉转到水平位置,把钢水倾至钢水包里,再加脱氧剂进行脱氧。整个过程只需15分钟左右。如果空气是从炉低吹入,那就是低吹转炉。随着制氧技术的发展,现在已普遍使用氧气顶吹转炉(也有侧吹转炉)。这种转炉如吹的是高压工业纯氧,反应更为剧烈,能进一步提高生产效率??钢的质量。;目前纯氧顶吹转炉随着氧枪的多孔喷头的研制成功,大大提高了单位时间内的供氧量,并由于操作技术上的革新(例如,用电子计算技术来调节、控制冶炼过程),不论转炉容量的大小,吹炼时间基本上相差不多,即使300t转炉,净吹氧时时也可缩短到12min左右。 在一定限度内,炉容量越大,经济效果越好,因此顶吹转炉迅速走向大型化。现在世界上最大的转炉为350t,并且正在研究建造400~450t转炉。 ;转炉的结构图;电炉炼钢法主要利用电弧热,在电弧作用区,温度高达4000℃。冶炼过程一般分为熔化期、氧化期和还原期,在炉内不仅能造成氧化气氛,还能造成还原气氛,因此脱磷、脱硫的效率很高。 以废钢为原料的电炉炼钢,比之高炉转炉法基建投资少,同时由于直接还原的发展,为电炉提供金属化球团代替大部分废钢,因此就大大地推动了电炉炼钢。世界上现有较大型的电炉约1400座,目前电炉正在向大型、超高功率以及电子计算机自动控制等方面发展,最大电炉容量为400t。 国外150t以上的电炉几乎都用于冶炼普通钢,许多国家电炉钢产量的60~80%均为低碳钢。我国由于电力和废钢不足,目前主要用于冶炼优质钢和合金钢。;电弧炉炼钢:;(1)电炉炼钢的分类及功用 电炉炼钢是用电作为热源进行钢铁冶炼的方法,它有两种形式:一是电弧炉,一是感应炉。 感应炉只发生熔化而不发生冶炼作用,因此可按照需要的成分预先配好人炉原料。感应加热时产生的涡流,对熔体有搅动作用,使钢的成分均匀一致。电炉可以冶炼各种性能的合金钢。 利用电极电弧产生的高温熔炼矿石和金属的电炉。气体放电形成电弧时能量很集中,弧区温度在3000℃以上。对于熔炼金属,电弧炉比其他炼钢炉工艺灵活性大,能有效地除去硫、磷等杂质,炉温容易控制,设备占地面积小,适于优质合金钢的熔炼。电弧炉按电弧形式可分为三相电弧炉、自耗电弧炉、单相电弧炉和电阻电弧炉等类型。?;电弧炼钢炉的炉体由炉盖、炉门、出钢槽和炉身组成,炉底和炉壁用碱性耐火材料或酸性耐火材料砌筑。 电弧炼钢炉按每吨炉容量所配变压器容量的多少分为普通功率电弧炉、高功率电弧炉和超高功率电弧炉。 电弧炉炼钢是通过石墨电极向电弧炼钢炉内输入电能,香港六合财神网以电极端部和炉料之间发生的电弧为热源进行炼钢。 电弧炉以电能为热源,可调整炉内气氛,对熔炼含有易氧化元素较多的钢种极为有利?。? 电弧炉炼钢发明后不久,就用于冶炼合金钢,并得到较大的发展。;(2)电炉炼钢的工艺流程 造渣:调整钢、铁生产中熔渣成分、碱度和粘度及其反应能力的操作。目的是通过渣——金属反应炼出具有所要求成分和温度的金属。例如氧气顶吹转炉造渣和吹氧操作是为了生成有足够流动性和碱度的熔渣,以便把硫、磷降到计划钢种的上限以下,并使吹氧时喷溅和溢渣的量减至最小。? 出渣:电弧炉炼钢时根据不同冶炼条件和目的在冶炼过程中所采取的放渣或扒渣操作。如用单渣法冶炼时,氧化末期须扒氧化渣;用双渣法造还原渣时,原来的氧化渣必须彻底放出,以防回磷等。;炼钢: 生铁 → 钢;;;(1)炉外精炼的含义 (2)炉外精炼的方法 (3)炉外精炼要完成的任务 (4)精炼手段;将炼钢炉(转炉、电炉等)中初炼过的钢液移到另一个容器中进行精炼的炼钢过程,也叫二次冶金。炼钢过程因此分为初炼和精炼两步进行。 初炼:炉料在氧化性气氛的炉内进行熔化、脱磷、脱碳和主合金化。 精炼:将初炼的钢液在真空、惰性气体或还原性气氛的容器中进行脱气、脱氧、脱硫,去除夹杂物和进行成分微调等。 将炼钢分两步进行的好处是:可提高钢的质量,缩短冶炼时间,简化工艺过程并降低生产成本。 炉外精炼的种类很多,大致可分为常压下炉外精炼和真空下炉外精炼两类。按处理方式的不同,又可分为钢包处理型炉外精炼及钢包精炼型炉外精炼等 。;(1)单元操作内容少,功效单一,处理时间短,适用于生产节奏快的情况。 真空处理:真空室处理(vd)、真空浇注、循环脱气(rh)、提升脱气(dh)等; 喷粉处理:sl、tn、kip、rh-ij等; 吹氩:吹氩搅拌、罩下吹氩(cas)、cas-ob、ir-ut等。 (2)有较多的单元操作,功效较全面,处理时间长,成本较高。 不锈钢脱碳:aod、vod、rh-ob等; 加热精炼;vad、asea-skf、lf等。;;;(1)渣洗;(2)真空 将钢水置于真空室内,由于真空作用使反应向生成气相方向移动,达到脱气、脱氧、脱碳等目的。真空是炉外精炼中广泛应用的一种手段。 (3)搅拌 通过搅拌扩大反应界面,加速反应物质的传递过程,提高反应速度。搅拌方法:吹气搅拌和电磁搅拌。 (4)加热 调节钢水温度的一项重要手段,使炼钢与连铸更好地衔接。加热方法:电弧加热法和化学加热法。;(5)喷吹 用气体作载体将反应剂加入金属液内的一种手段。喷吹的冶金功能取决于精炼剂的种类,它能完成脱碳、脱硫、脱氧、合金化和控制夹杂物形态等精炼任务。 (6)过滤 利用陶瓷过滤器将中间包内钢液中的氧化物夹杂等过滤掉。真空应用最广而且效果明显。吹氩时的氩气泡也可看作小的线 的分压均很小。;钢液的线)真空冶金的一般规律— 压力对化学平衡的影响;1)当反应生成物为气体时,降低系统的压力,反应仍具有自发进行的趋势,也就是提高真空度可使已达到平衡的反应向产生气体的方向继续进行。 2) 在常压下适用的物理化学基本规律在高线pa)仍然是适用的。 3)压力的变化使冶金物理化学理论分析增加了一个变量。 在常压下往往将相律公式简化为f=c-p+1,但当压力变化时,相律公式仍应恢复为f=c-p+2;(2)金属的真空脱氧;电渣冶金;;二、钢铁冶炼;;;;进入六十年代,出于航空航天及军备竞赛的需要,苏联对电渣冶金开展了大量的研究工作,并曾一度把发展电渣冶金作为苏联的第二党纲,极大地推动了电渣冶金的发展。而美国和西欧的一些国家,在真空电弧重熔与电渣金熔经历了七年激烈竞争后确认,电渣重熔不仅设备简单,易于操作,成本较低,在质量方面,除去气不及真空电弧重熔外,结晶组织、钢锭表面、脱硫及去除夹杂物的能力均优于真空电弧重熔。 多年来,国外电渣冶金已不满足于一般电渣锭的生产,在工业技术成熟的基础上向着更深更广的领域发展,形成了一个跨专业、跨行业的新学科。已开发出的工艺技术有:电渣熔铸、电渣浇注、电渣转注、电渣热封顶、电渣离心浇注、电渣复合熔铸及快速电渣重熔等。 尤其值得重视的是电渣熔铸异形件的发展,小到几十克重的不锈钢假牙齿,大到几十吨重的发电机转子,直至重量超过百吨的水泥回转窑炉圈等,均可不经锻造在异形水冷结晶器中直接熔铸成型。现在电渣熔铸的主要产品有大型发电机转子、水轮机叶片、船舶柴油机大型曲轴、各种高压容器、大型环件、各类轧辊、模具、透平涡轮盘、厚壁中空管、石油裂化管、齿轮毛坯、三通管、核电站压水堆主回路管道等。种类规格之多,形状之复杂不胜枚举。;乌克兰巴顿电焊研究所电渣工艺中的物理冶金研究室,由列夫.密多瓦尔博士领导,主要的科研方向是: -应用液态添加金属和电渣重熔钛和钛合金的电渣工艺的研究; -用于新型优质和安全(可靠)的金属结构材料的电渣过程及生产工艺的基础研究和应用研究。 上述科研方向一些实际的设计和应用成果: 该研究室的科学研究成果前苏联时期在冶金和机械制造工业中得到了广泛的应用。近些年其中最著名的一个成果就是带有高速钢表面层的轧机复合轧辊的制造,其寿命比普通的生铁轧辊高五倍多。其基本的工艺路线是电渣熔焊-液态金属添加。该工艺在乌克兰“新克拉玛托夫斯克机械厂”已经得以实现。 研究室开发出基于电渣重熔方法制造复合坯料的新工艺,这种新的流程能够将化学成分相差很大的不同材料复合在一起,并保证各层之间高质量的熔融,和最小稀释度。新工艺实现了工具钢-碳钢、含镍高温合金-碳钢、铜-钢复合双金属钢锭的生产。 ;;;macrostructure of ess lm hss roll billet ;d 740mm;(x 100);二、钢铁冶炼;冶炼金属的方法很多,其实质是用还原的方法,由于金属的化学活动性不同,金属离子得到电子还原成金属原子的能力也不同,因此就必须采取不同的冶炼方法。工业上冶炼金属一般用热分解法、热还原法或电解法。现简单介绍如下 ;1.热分解法 有些不活泼金属仅用热分解法就能制得。在金属活动性顺序中,位于氢后面的金属的氧化物受热就能分解,例如: 2hgo = 2hg+o2↑ 2ag2o = 4ag+o2↑;2.热还原法 多数金属的冶炼过程属于热还原法。常用的还原剂有焦炭、一氧化碳、氢气和活泼金属等,例如: mgo+c = mg+co↑ fe2o3+3co = 2fe+3co2 wo3+3h2 = w+3h2o cr2o3+2al==2cr+al2o3;3.电解法 在金属活动性顺序中,钾、钠、钙、铝等几种金属的还原性很强,这些金属都很容易失去电子,因此不能用一般的方法和还原剂使其从化合物中还原出来,而只能用通电分解其熔融盐或氧化物的方法来冶炼。kj1123开奖现场直播 2al2o3 = 4al+3o2↑ 2nacl = 2na+cl2↑ 对于某些不活泼金属,如铜、银等,也常用电解其盐溶液的方法进行精炼,但电解法要消耗大量电能,成本较高。;1.1 铝突出的化学性质(亲氧性);(2)放入汞盐 形成铝汞盐],在潮湿的空气中即长出胡须状的“白毛”立即放出大量的热,投入水中,放出h2。 3hgcl2+2al=2alcl3+hg, al+hg=al(hg) hg占据al表面,使al疏松 4al(hg)+3o2+2xh2o →2al2o3?xh2o (白毛)+ (hg) 2al(hg)+6 h2o →2al(oh)3↓+3h2↑+ (hg);(3)铝热法的基本原理: 2al + 3/2 o2 = al2o3 δfh?=-1669.7kj/mol δfh?1000k=-3339kj/mol 氧化物 cao mgo nio cr2o3 sio2 fe2o3 δfh? /kj?mol-1 -635.5 -601.8 -245 -1129 -859.4 -822.2 2al + fe2o3 = al2o3 + 2fe δrh

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