第一 材料的熔煉-1-1 鋼鐵冶金

冶金工藝火法冶金濕法冶金電冶金……火法冶金利用高溫從礦石中提取金屬或其化合物的方法稱為火法冶金；鋼鐵、銅、鎳、鉛、鋅等；缺點：污染環(huán)境；優(yōu)點：成本較低；基本過程：礦石準備--冶煉--精煉主要方法：提煉冶金、氯化冶金、噴射冶金、真空冶金等。

濕法冶金

濕法冶金是指利用溶劑的化學(xué)作用，在水溶液或非水溶液中進行包括氧化、還原、中和、水解和絡(luò)合等反應(yīng)，對原料、中間產(chǎn)物或二次再生資源中的金屬進行提取和分離的冶金過程；主要過程：浸取、固-液分離、溶液的富集、從溶液中提取金屬或化合物；世界上全部的氧化鋁、氧化鈾、約74％的鋅、12％的銅及多數(shù)稀有金屬都是用濕法冶金方法生產(chǎn)的；最大優(yōu)點：環(huán)境的污染較小，能處理低品位的礦石。電冶金

利用電能從礦石或其他原料中提取、回收、精煉金屬的冶金過程稱為電冶金；電冶金主要包括電熱熔煉、水溶液電解和熔鹽電解三方面內(nèi)容。生物冶金:生物浸出技術(shù)(“973”項目：微生物冶金的基礎(chǔ)研究）細菌冶金…….兩次工業(yè)革命都是以新材料的發(fā)明和廣泛應(yīng)用為先導(dǎo)的：第一次工業(yè)革命（18世紀）：鋼鐵工業(yè)的發(fā)展為蒸汽機的發(fā)明和應(yīng)用奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)；第二次工業(yè)革命（20世紀中葉以來）：單晶硅材料對電子技術(shù)的發(fā)明和應(yīng)用起了核心作用。

鋼鐵生產(chǎn)基本過程

（高爐的還原過程）（氧化過程）鐵礦石→煉鐵→煉鋼→鑄錠(連鑄)→

軋制→鋼材

鑄造生鐵

鑄造

新流程：直接氧化→電弧爐煉鋼→連鑄連軋

地殼中主要元素的平均質(zhì)量百分比(克拉克值）元素OSiAlFeCaNaKMgTiH質(zhì)量%46.0527.888.135.173.652.782.582.060.620.14鐵礦石鐵的氧化物：Fe2O3,Fe3O4,2Fe2O3?3H2O,FeCO3脈石：其他氧化物(SiO2、MnO2、Al2O3)等一、鋼鐵冶金的熱力學(xué)煉鐵主要是還原過程，煉鋼主要是氧化過程；理論基礎(chǔ)：氧化物生成自由能-溫度的關(guān)系圖（ΔGo-T圖)氧勢線ΔGo-T圖提供的信息：氧化物位置低的比位置高的穩(wěn)定，位置低的元素能還原位置高的元素，并且兩者相距越遠越好，相距越遠反應(yīng)進行得越徹底；穩(wěn)定性：CaO>MgO>Al2O3>SiO2>MnO>FeO>P2O5

特殊線：2C+O2=2CO

交點對應(yīng)溫度：C還原氧化物的最低溫度，高于此溫度，CO穩(wěn)定，作為還原劑；反之，作為氧化劑。還原劑的選擇還必須適應(yīng)大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的需要和經(jīng)濟效益的要求。顯然在高爐中不能用比鐵昂貴的Al、Mg、Ca、Si、Mn來作為還原劑。它們作為還原劑是不經(jīng)濟的。C、CO和H2是高爐煉鐵適宜的還原劑。它們由原料帶來，兼有熱能和化學(xué)能的雙重職能，焦炭還作為料柱骨架，滿足高爐冶煉過程的需要。只要溫度足夠高，CO幾乎能還原所有的元素；

高爐生產(chǎn)中，F(xiàn)eO、P2O5最不穩(wěn)定，全部被還原；MnO大部分被還原；SiO2小部分被還原；CaO，MgO，Al2O3幾乎不被還原；二、高爐煉鐵

從礦石中制取鐵的過程稱為煉鐵；煉鐵的爐子叫高爐；煉鐵原料：鐵礦石、熔劑、燃料產(chǎn)出：生鐵、煤氣、爐渣1、高爐煉鐵系統(tǒng)高爐煉鐵生產(chǎn)非常復(fù)雜，除了高爐本體以外，還包括有原燃料系統(tǒng)、上料系統(tǒng)、送風(fēng)系統(tǒng)、渣鐵處理系統(tǒng)、煤氣處理系統(tǒng)。通常，輔助系統(tǒng)的建設(shè)投資是高爐本體的4-5倍。生產(chǎn)中，各個系統(tǒng)互相配合、互相制約，形成一個連續(xù)的、大規(guī)模的高溫生產(chǎn)過程。高爐開爐之后，整個系統(tǒng)必須日以繼夜地連續(xù)生產(chǎn)，除了計劃檢修和特殊事故暫時休風(fēng)外，一般要到一代壽命終了時才停爐。高爐本體是冶煉生鐵的主體設(shè)備。由耐火材料砌筑成豎式圓筒形，外有鋼板爐殼加固密封，內(nèi)嵌冷卻設(shè)備保護；高爐內(nèi)部工作空間的形狀稱為高爐內(nèi)型。高爐內(nèi)型從下往上分為爐缸、爐腹、爐腰、爐身和爐喉五個部分，該容積總和為它的有效容積，反映高爐所具備的生產(chǎn)能力。高爐內(nèi)襯：高爐內(nèi)耐火材料砌筑的實體，其作用是形成高爐工作空間。高爐爐襯：陶瓷質(zhì)材料（包括粘土質(zhì)和高鋁質(zhì)等）、炭質(zhì)材料（炭磚、炭搗石墨等）高爐冷卻設(shè)備爐襯冷卻是將通有冷卻介質(zhì)的金屬冷卻器件插入砌體或置于砌體外緣表面，由冷卻介質(zhì)將進入爐襯的熱量帶走，從而使輸入和輸出爐襯的熱流平衡，保持爐襯工作表面穩(wěn)定。由于高爐各部位熱負荷不同，加上結(jié)構(gòu)上的要求，高爐冷卻設(shè)備有冷卻壁、冷卻水箱、外部噴水冷卻、水冷爐底等多種形式和方法。2、高爐原料（1）鐵礦石：含鐵礦物+脈石=機械混合物

天然鐵礦石按其主要礦物分為磁鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦和菱鐵礦等幾種赤鐵礦又稱紅礦，其主要含鐵礦物為Fe2O3，其中鐵占70%，氧占30%，常溫下無磁性。但Fe2O3有兩種晶形，一為α-Fe2O3

，一為γ-Fe2O3

，在一定溫度下，當α-Fe2O3轉(zhuǎn)變?yōu)棣?Fe2O3時，便具有了磁性。色澤為赤褐色到暗紅色，由于其硫、磷含量低，還原性較磁鐵礦好，是優(yōu)良的煉鐵原料。赤鐵礦的熔融溫度為：1580~1640℃。磁鐵礦主要含鐵礦物為Fe3O4，具有磁性。其化學(xué)組成可視為Fe2O3?FeO，其中FeO=30%，F(xiàn)e2O3=69%；TFe=72.4%，O=27.6%；磁鐵礦顏色為灰色或黑色，由于其結(jié)晶結(jié)構(gòu)致密，所以還原性比其它鐵礦差；磁鐵礦的熔融溫度為：1500~1580℃。在自然界中純磁鐵礦很少見，常常由于地表氧化作用使部分磁鐵礦氧化轉(zhuǎn)變?yōu)榘爰傧蟪噼F礦和假象赤鐵礦。所謂假象就是Fe3O4雖然氧化成Fe2O3，但它仍保留原來磁鐵礦的外形。它們一般可用TFe/FeO的比值來區(qū)分：

TFe/FeO=2.33 為純磁鐵礦石

TFe/FeO<3.5 為磁鐵礦石

TFe/FeO=3.5~7.0 為半假象赤鐵礦石

TFe/FeO>7.0 為假象赤鐵礦石式中，TFe－礦石中的總含鐵量（%），又稱全鐵；FeO－礦石中的FeO含量（%）。褐鐵礦通常指含水氧化鐵的總稱。如3Fe2O3·4H2O稱為水針鐵礦；2Fe2O3·3H2O稱褐鐵礦。這類礦石一般含鐵較低，但經(jīng)過焙燒去除結(jié)晶水后，含鐵量顯著上升。顏色為淺褐色、深褐色或黑色，硫、磷、砷等有害雜質(zhì)一般多。菱鐵礦又稱碳酸鐵礦石，因其晶體為菱面體而得名。顏色為灰色、淺黃色、褐色。其化學(xué)組成為FeCO3，亦可寫成FeO·CO2，其中FeO=62.1%，CO2=37.9%。常混入Mg、Mn等的礦物。一般含鐵較低，但若受熱分解放出CO2后品位顯著升高，而且組織變得更為疏松，很易還原。所以使用這種礦石一般要先經(jīng)焙燒處理。

鐵礦石開采：

露天開采：采用采掘設(shè)備在敞露的條件下，以山坡露天或凹陷露天的方式，一個階段一個階段地向下剝離巖石和采出有用礦物的一種采礦方法。

地下開采：礦床埋藏地表以下很深，無法露天開采時采用。鐵礦石質(zhì)量評價鐵礦石質(zhì)量直接影響高爐冶煉效果，必須嚴格要求。通常從以下幾方面評價：礦石品位：品位即鐵礦石的含鐵量，它決定著礦石的開采價值和入爐前的處理工藝。入爐品位愈高，愈有利于降低焦比和提高產(chǎn)量，從而提高經(jīng)濟效益。品位提高，意味著酸性脈石大幅度減少，冶煉時可少加石灰石造渣，因而渣量大大減少，既節(jié)省熱量，又促進爐況順行。例如鞍山地區(qū)的酸性貧鐵礦，含鐵30%，SiO250%，富選后精礦品位達到60%，SiO2降低到14%；含鐵量提高一倍，SiO2降低近3/4。生產(chǎn)1t生鐵的渣量和熔劑用量減少到原來的1/8。脈石成分：堿性脈石，如CaO、MgO；酸性脈石，如SiO2、Al2O3。一般鐵礦石含酸性脈石者居多，即其中SiO2高，需加入石灰石造成堿度CaO/SiO2為1.0左右的爐渣，以滿足冶煉工藝的需求。因此希望酸性脈石含量愈少愈好。而含CaO高的堿性脈石則具有較高的冶煉價值。如某鐵礦成分（%）

Fe45.30，CaO10.05，MgO3.34，SiO211.20

自然堿度（CaO/SiO2）=0.9，（CaO+MgO）/SiO2=1.2，接近爐渣堿度的正常范圍，屬自熔性礦石。有害雜質(zhì)和有益元素的含量有害雜質(zhì)通常指S、P、Pb、Zn、As等，它們的含量愈低愈好。Cu有時為害，有時為益，視具體情況而定。入爐鐵礦石有害雜質(zhì)的界限含量（%）硫是對鋼鐵危害大的元素，它使鋼材具有熱脆性。“熱脆”就是S幾乎不熔于固態(tài)鐵而與鐵形成FeS，而FeS與Fe形成的共晶體熔點為988℃，低于鋼材熱加工的開始溫度1150~1200℃。熱加工時，分布于晶界的共晶體先行熔化而導(dǎo)致開裂。因此礦石含硫愈低愈好。國家標準規(guī)定生鐵中S≤0.07%，優(yōu)質(zhì)生鐵S≤0.03%，就是要嚴格控制鋼中硫含量。磷是鋼材中的有害成分，使鋼具有冷脆性。磷能溶于α-Fe中（可達1.2%），固溶并富集在晶粒邊界的磷原子使鐵素體在晶粒間的強度大大增高，從而使鋼材的室溫強度提高而脆性增加，稱為冷脆。磷在鋼的結(jié)晶過程中容易偏析，而又很難用熱處理的方法來消除，亦使鋼材冷脆的危險性增加。鐵礦石中常共生有Mn、Cr、Ni、Co、V、Ti、Mo；包頭白云鄂博鐵礦還含有Nb、Ta及稀土元素Ce、La等。這些元素有改善鋼鐵性能的作用，故稱有益元素。當它們在礦石中的含量（%）達到一定數(shù)值時，如Mn≥5、Cr≥0.06、Ni≥0.2，Co≥0.03，V≥0.1~0.15，Mo≥0.3，Cu≥0.3，則稱為復(fù)合礦石，經(jīng)濟價值很大，應(yīng)考慮綜合利用。礦石的粒度和強度粒度過大會減少煤氣與鐵礦石的接觸面積，使鐵礦石不易還原；過小則增加氣流阻力，同時易吹出爐外形成爐塵損失；粒度大小不均，則嚴重影響料柱透氣性。因此，大塊應(yīng)破碎，粉末應(yīng)篩除，粒度應(yīng)適宜而均勻。一般要求粒度在5~40mm范圍。鐵礦石的強度是指鐵礦石耐沖擊、摩擦的強弱程度。隨著高爐容積不斷擴大，入爐鐵礦石的強度也要相應(yīng)提高。否則易生成粉末、碎塊，增加爐塵損失，使高爐料柱透氣性變壞。鐵礦石的還原性鐵礦石還原性是指鐵礦石被還原性氣體CO或H2還原的難易程度，是評價鐵礦石質(zhì)量的重要指標。還原性愈好，愈有利于降低焦比，提高產(chǎn)量。改善礦石還原性（或采用易還原礦石）是強化高爐冶煉的重要措施之一。影響鐵礦石還原性的因素主要有礦物組成、礦石結(jié)構(gòu)的致密程度、粒度和氣孔率等。礦石化學(xué)成分的穩(wěn)定性鐵礦石成分的波動會引起爐溫、爐渣堿度和性質(zhì)以及生鐵質(zhì)量的波動，造成爐況不順，使焦比升高，產(chǎn)量下降。同時，爐況的頻繁波動使高爐自動控制難以實現(xiàn)，因此，國內(nèi)外都嚴格控制爐料成分的波動范圍。穩(wěn)定礦石成分的有效方法是對礦石進行混勻處理。根據(jù)上述質(zhì)量要求，一般的鐵礦石很難完全滿足要求，須在入爐前進行必要的準備處理。對天然富礦（如含F(xiàn)e50%以上），須經(jīng)破碎、篩分，獲得合適而均勻的粒度。對于褐鐵礦、菱鐵礦和致密磁鐵礦還應(yīng)進行焙燒處理，以去除其結(jié)晶水和CO2，提高品位，疏松其組織，改善還原性，提高冶煉效果。對貧鐵礦的處理要復(fù)雜得多。一般都必須經(jīng)過破碎、篩分、細磨、精選，得到含鐵60%以上的精礦粉，經(jīng)混勻后進行造塊，變成人造富礦，再進行適當破碎，篩分后入爐。（2）熔劑熔劑的作用：降低脈石熔點、去硫高爐冶煉條件下，脈石及灰分不能熔化，必須加入熔劑，使其與礦石脈石和灰分作用生成低熔點化合物，形成流動性好的爐渣，實現(xiàn)渣鐵分離并自爐內(nèi)順暢排出。此外，一定堿度的爐渣，如CaO/SiO2=1.0~1.2，可去除生鐵中有害雜質(zhì)硫，提高生鐵質(zhì)量。熔劑的種類由于礦石脈石和焦炭灰分多系酸性氧化物，所以高爐主要用堿性熔劑，如石灰石（CaCO3）、白云石（CaCO3·MgCO3）等。石灰石資源豐富，使用最廣。白云石同時含有CaO和MgO，既可代替部分石灰石，又使渣中含有一定數(shù)量的MgO，改善渣的流動性和穩(wěn)定性，從而促進脫硫。在使用高Al2O3礦石，爐渣Al2O3高時其效果特別顯著。（3）燃料

焦炭是高爐冶煉的主要燃料，具有如下作用：

(1)燃料。燃燒后發(fā)熱，產(chǎn)生冶煉所需熱量。

(2)還原劑。焦炭中的固定碳和它燃燒后生成的CO都是鐵礦石還原所需的還原劑。

(3)料柱骨架。高爐內(nèi)是充滿著爐料和熔融渣、鐵的一個料柱，焦炭約占料柱體積的1/3~1/2，對料柱透氣性具有決定性的影響。特別是在高爐下部，礦石、熔劑已經(jīng)熔化、造渣，變成液態(tài)渣和鐵，只有焦炭仍保持固態(tài)，為渣、鐵滴落和煤氣上升以及爐缸內(nèi)的渣、鐵正常流通和排出，提供了必要條件，使冶煉過程得以順利進行。焦炭的這一作用目前尚不能為其他燃料所代替。噴吹用燃料向高爐內(nèi)噴吹的輔助燃料可代替部分焦炭，大幅度降低焦比。目前噴吹的燃料已占高爐全部燃料用量的10~30%，有的達40%。噴吹用燃料來源廣泛，可分為固（如無煙煤粉）、液（重油、柴油等）、氣體（如天然氣、焦爐煤氣）三種。3、高爐生產(chǎn)

進入高爐的有鐵礦石、熔劑、焦炭等原料，熱空氣經(jīng)環(huán)風(fēng)管吹入高爐；焦炭既作為燃料又是還原劑；石灰石與脈石反應(yīng)生成爐渣，并與礦石中的硫反應(yīng)，將其（CaS)帶入渣內(nèi)。高爐內(nèi)的狀況裝料：料斗-小料鐘-大料鐘在高爐底部爐缸和爐腹內(nèi)全是焦炭，在爐身中裝的是層層相間的鐵礦石、焦炭和石灰石，直到爐喉。每隔3-4h從爐中放一次鐵水，1-1.5h放一次爐渣。高爐一旦點火后，可持續(xù)工作10年以上才停爐大修。

高爐內(nèi)主要區(qū)域?qū)⒄谶\行中的高爐突然停爐并進行解剖分析，結(jié)構(gòu)表明，根據(jù)物料存在形態(tài)的不同，可將高爐劃分為五個區(qū)域：塊狀帶、軟熔帶、滴落帶、風(fēng)口前回旋區(qū)、渣體聚集區(qū)。塊狀帶：爐料中水分蒸發(fā)及受熱分解，鐵礦石還原，爐料與煤氣熱交換；焦炭與礦石層狀交替分布，呈固體狀態(tài)；以氣固相反應(yīng)為主。軟熔帶：爐料在該區(qū)域軟化，在下部邊界開始熔融滴落；主要進行直接還原反應(yīng)，初渣形成。滴落帶：滴落的液態(tài)渣鐵與煤氣及固體碳之間進行多種復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)。回旋區(qū)：噴入的燃料與熱風(fēng)發(fā)生燃燒反應(yīng)，產(chǎn)生高熱煤氣，是爐內(nèi)溫度最高的區(qū)域。渣鐵聚集區(qū)：在渣鐵層間的交界面及鐵滴穿過渣層時發(fā)生渣鐵反應(yīng)。4、高爐煉鐵的理化過程

1）燃燒過程:C＋O2——CO2↑CO2在上升過程中：CO2＋C——CO↑2）溶劑分解:CaCO3——CaO＋CO2↑3）鐵的還原:FeO＋CO——CO2＋Fe(間接還原)

FeO＋C——Fe＋CO（直接還原）

4）增碳：鐵水在與焦碳的接觸中會增碳－擴散過程，使鐵水被C所飽和。

5）其他元素的還原:

Mn，Si部分被還原，被還原后進入鐵水中

Al不被還原，只能和熔劑形成渣

6）去S:FeS＋CaO——CaS＋FeO

7）P還原：

Ca3(PO4)2＋5C－3CaO＋2P＋5CO8）造渣：SiO2、Al2O3、CaO等鐵水中：C飽和，溶有部分Mn，Si，S以及全部的P。渣中CaO/SiO2的比值稱為爐渣堿度，或二元堿度。把（CaO+MgO）/SiO2的比值稱為爐渣總堿度，或三元堿度。把（CaO+MgO）/（SiO2+Al2O3）的比值稱為爐渣全堿度或四元堿度。在一定冶煉條件下，Al2O3和MgO含量變化不大，也不常分析。因此，實際生產(chǎn)中常用堿度CaO/SiO2，而且習(xí)慣上常把CaO/SiO2>1的爐渣稱為堿性渣；CaO/SiO2<1的爐渣稱為酸性渣。爐渣堿度的選擇主要根據(jù)高爐冶煉鐵中的需要和對爐渣性能的要求而定。根據(jù)條件變化和冶煉要求，堿度可通過改變?nèi)蹌┘尤肓侩S時調(diào)整。我國各鋼鐵廠高爐渣堿度一般在0.95~1.2之間?？倝A度在1.10~1.40之間。MgO一般在7~8%。近年來一些工廠高爐渣MgO含量有明顯提高，如首鋼、武鋼、梅山均達10%左右。5、高爐產(chǎn)品（1）生鐵-----不是純鐵??！含F(xiàn)e、C、Si、Mn、P、S等元素組成的合金。w(C)在2%左右，實際上可達3.5%-4.5%鑄造生鐵：即灰口生鐵，碳以游離石墨形式存在，斷面呈灰色；煉鋼生鐵：即白口生鐵，碳以Fe3C形式存在，斷面呈銀白色；特種生鐵：高錳、高硅生鐵，作脫氧劑等；（2）高爐煤氣：含CO、CO2、CH4、H2等（3）爐渣6、高爐冶煉的技術(shù)經(jīng)濟指標高爐利用系數(shù)

t?m-3?d-1

n=P/V=每爐每晝夜產(chǎn)鐵量/有效容積冶煉強度

t?m-3?d-1

I=Q/V=一晝夜裝入的焦炭量/有效容積焦比

K=Q/P=一晝夜裝入的焦炭量/每爐每晝夜產(chǎn)鐵量高爐煉鐵的缺點：投資大、流程長、能耗高、焦煤儲量少價格高、環(huán)境壓力大發(fā)展：煙煤或天然氣作還原劑直接還原（directreduction)熔融還原（smeltingreduction）三、直接還原和熔融還原鐵煤基回轉(zhuǎn)窯直接還原將鐵礦石在固態(tài)直接還原成海綿鐵，稱直接還原煉鐵。氣基豎爐直接還原Midrex直接還原工藝是Midrex公司開發(fā)成功的。屬于氣基直接還原法，以天然氣經(jīng)催化裂解后得到的氣體(主要成分Ｈ2、ＣＯ)為還原劑，在800～900℃還原鐵礦得到海綿鐵。Ｍidrex法具有工藝成熟、操作簡單、生產(chǎn)率高、熱耗低、產(chǎn)品質(zhì)量高等優(yōu)點，因此在直接還原工藝中占統(tǒng)治地位。四、煉鋼

任務(wù)：煉鋼的基本任務(wù)就是將生鐵的碳、硅、錳氧化，煉到規(guī)格范圍內(nèi)，將有害元素硫、磷含量降到規(guī)格范圍內(nèi)。鋼和生鐵的最主要區(qū)別在于含碳量不同，鋼的含碳量在2.11%以下，大于此為生鐵。實際上，工業(yè)用鋼的碳含量一般均低于1.3%，而生鐵的含碳量可達3.5-4.5%。此外，生鐵中的Si、Mn、P、S等雜質(zhì)元素含量也比鋼中的含量高。1、鋼的分類按化學(xué)成分分類按是否加入合金元素將鋼分為碳素鋼和合金鋼兩大類。碳素鋼是指鋼中除含有一定量為了脫氧而加入硅（一般≤0.40%）和錳（一般≤0.80%）等合金元素外，不含其他合金元素的鋼。根據(jù)碳含量的高低又可分成低碳鋼（[C]≤0.25%），中碳鋼(0.25%≤[C]≤0.60%)和高碳鋼([C]>0.60%)。

合金鋼是指鋼中除含有硅和錳作為合金元素或脫氧元素外，還含有其他合金元素如鉻、鎳、鉬、鈦、釩、銅、鎢、鋁、鈷、鈮、鋯和稀土元素等，有的還含有某些非金屬元素如硼、氮等的鋼。根據(jù)鋼中合金元素含量的多少，又可分為低合金鋼，中合金鋼和高合金鋼。一般合金元素總含量小于3%的為普通低合金鋼，總含量為3%～5%的為低合金鋼，大于10%的叫高合金鋼，總含量介于5%～10%之間為中合金鋼。按鋼中所含有的主要合金元素不同可分為錳鋼、硅鋼、硼鋼、鉻鎳鎢鋼、鉻錳硅鋼等。

按冶煉方法和質(zhì)量水平分類按煉鋼爐設(shè)備不同可分為轉(zhuǎn)爐鋼、電爐鋼、平爐鋼。其中電爐鋼包括電弧爐鋼、感應(yīng)爐鋼、電渣鋼、電子束熔煉及有關(guān)的真空熔煉鋼等。按脫氧程度不同可分為沸騰鋼（不經(jīng)脫氧或微弱脫氧）、鎮(zhèn)靜鋼（脫氧充分）和半鎮(zhèn)靜鋼（脫氧不完全，介于鎮(zhèn)靜鋼和沸騰鋼之間）。按質(zhì)量水平不同可分為普通鋼、優(yōu)質(zhì)鋼和高級優(yōu)質(zhì)鋼。

按用途分類分三類：結(jié)構(gòu)鋼，工具鋼，特殊性能鋼

結(jié)構(gòu)鋼是目前生產(chǎn)最多、使用最廣的鋼種，它包括碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼，主要用于制造機器和結(jié)構(gòu)的零件及建筑工程用的金屬結(jié)構(gòu)等。碳素結(jié)構(gòu)鋼是指用來制造工程結(jié)構(gòu)件和機械零件用的鋼，其硫、磷等雜質(zhì)含量比優(yōu)質(zhì)鋼高些，一般[S]≤0.055%，[P]≤0.045%，優(yōu)質(zhì)碳素鋼[S]和[P]均≤0.040%。碳素結(jié)構(gòu)鋼的價格最低，工藝性能良好，產(chǎn)量最大，用途最廣。

合金結(jié)構(gòu)鋼是在優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上，適當?shù)丶尤胍环N或數(shù)種合金元素，用來提高鋼的強度、韌性和淬透性。合金結(jié)構(gòu)鋼根據(jù)化學(xué)成分（主要指含碳量）熱處理工藝和用途的不同，又可分為滲碳鋼、調(diào)質(zhì)鋼和氮化鋼。合金結(jié)構(gòu)鋼

滲碳鋼指用低碳結(jié)構(gòu)鋼制成零部件，經(jīng)表面化學(xué)處理，淬火并低溫回火后，使零件表面硬度高而心部韌性好，既耐磨又能承受高的交變負荷或沖擊負荷。

調(diào)質(zhì)鋼的含碳量大于0.25%，所制成的零件經(jīng)淬火和高溫回火調(diào)質(zhì)處理后，可得到適當?shù)母邚姸扰c良好的韌性。

氮化鋼一般是指以中碳合金結(jié)構(gòu)鋼制成零件，先經(jīng)過調(diào)質(zhì)或表面火焰淬火、高頻淬火處理，獲得所需要的力學(xué)性能，最后再進行氮化處理，以進一步改善鋼的表面耐磨性能。工具鋼

包括碳素工具鋼和合金工具鋼及高速鋼。碳素工具鋼的硬度主要以含碳量的高低來調(diào)整（0.65%≤[C]≤1.30%），為了提高鋼的綜合性能，有的鋼中加入0.35%～0.60%的錳。合金工具鋼不僅含有很高碳，有的高達2.30%，而且含有較高的鉻，鉻的含量可達到13%、鎢（達9%）、鉬、釩等合金元素，這類鋼主要用于各式模具。高速工具鋼除含有較高的碳（1%左右）外，還含有很高的鎢（有的高達19%）和鉻、釩、鉬等合金元素，具有較好的熱硬性。特殊性能鋼指的是具有特殊化學(xué)性能或力學(xué)性能的鋼，如軸承鋼、不銹鋼、彈簧鋼、高溫合金鋼等。2、煉鋼原理煉鋼實際是以生鐵為主要原料，通過一系列的冶金過程，使其碳含量大幅度降低至某一成分范圍，并使各種雜質(zhì)元素的含量降低到一定限度以下。由于C、Si、Mn、P與O的親和力比Fe大，故采用氧化的方法把它們除去。因此，將生鐵冶煉成鋼的過程主要是一個氧化過程，任何一種煉鋼方法，其實質(zhì)就是將生鐵中多余的各種雜質(zhì)通過有選擇的氧化、造渣和形成氣體等途徑來降低它們的含量。煉鋼溫度：1500-1700℃，此溫度下爐料處于熔化狀態(tài)供氧化反應(yīng)的氧的來源：工業(yè)純氧、空氣、氧化鐵皮等；煉鋼爐中進入鐵液的氧首先與鐵發(fā)生反應(yīng)（Fe在鐵液中濃度最高，根據(jù)質(zhì)量作用定律，化學(xué)反應(yīng)速度與反應(yīng)物濃度成正比）2Fe+O2=2FeO高溫FeO又能與生鐵中的C、Si、Mn、P等元素發(fā)生反應(yīng)，將其氧化，而鐵則被還原出來（在有些情況下也會發(fā)生直接的氧化反應(yīng)），反應(yīng)產(chǎn)物進入爐氣或轉(zhuǎn)入爐渣而排出。煉鋼過程的物理化學(xué)原理脫CSi、Mn的氧化脫P脫S脫O脫碳：脫碳反應(yīng)時煉鋼的最主要反應(yīng)，碳的氧化有兩種方式。直接氧化：2C+O2=2CO間接氧化：2Fe+O2=2FeO

C+FeO=Fe+COCO的產(chǎn)生有利于鋼液成分的均勻化，清除鋼液中的氣體和非金屬夾渣。Si、Mn的氧化：放熱反應(yīng)，低溫即可進行；直接氧化反應(yīng)：Si+O2=SiO22Mn+O2=2MnO間接氧化為主：Si+2FeO=SiO2+2Fe

Mn+FeO=MnO+Fe爐渣形成：SiO2+2FeO=2FeO?SiO2

SiO2+2MnO=2MnO?

SiO2脫P：P在鋼中是以Fe2P形態(tài)存在，煉鋼過程與爐渣的FeO和CaO相化合成為磷酸鈣；

Fe2P+5FeO+4CaO=(CaO)4?P2O5+9Fe該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，故低溫脫磷有利；高堿度和強氧化性也是脫P的重要條件，酸性爐去P困難。脫S：S是以FeS形式存在，當渣中有足夠的CaO時：FeS+CaO=FeO+CaS該反應(yīng)可逆，為避免此反應(yīng)向左進行，使S重新回到鋼液中，為克服此問題，可向渣中加入C：FeS+CaO+C=Fe+CaS+CO脫O：采用脫氧劑除去鋼液中殘留的FeO中的O，還原出Fe，脫氧劑則被氧化，脫氧產(chǎn)物聚集浮到鋼液表面。常用脫氧劑：錳鐵、硅鐵、鋁Me+FeO=MeO+Fe脫氧方法：沉淀脫氧和擴散脫氧沉淀脫氧：將脫氧劑直接加到鋼液中，使脫氧劑直接與鋼液的氧化亞鐵反應(yīng)進行脫氧。優(yōu)點：速度快缺點：脫氧產(chǎn)物MnO、SiO2、Al2O3易殘留在鋼液中。擴散脫氧：將脫氧劑加入到爐渣中，使脫氧劑與爐渣的FeO反應(yīng)。按照分配定律，在一定溫度下，F(xiàn)eO在爐渣和鋼液中的濃度之比是常數(shù)。當爐渣的FeO減少后，鋼液的FeO向渣中擴散，達到間接脫氧的效果。缺點是速度慢，但鋼液干凈。實際：錳鐵沉淀預(yù)脫氧，再用碳粉和硅鐵擴散脫氧，最后用鋁進行沉淀脫氧。既保證質(zhì)量，又縮短時間。3、煉鋼法轉(zhuǎn)爐煉鋼、電爐煉鋼、平爐煉鋼平爐煉鋼在20世紀50年代以前曾占主導(dǎo)地位，但自1952年頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐問世以來，平爐煉鋼便處于逐漸被取代的地位，這是由于其生產(chǎn)率、鋼錠成本、基建投資等無法與轉(zhuǎn)爐相比。目前世界先進國家除東歐和俄羅斯以外的西方工業(yè)發(fā)達國家已全部關(guān)閉了平爐，我國也即將在近期全部停止平爐煉鋼。轉(zhuǎn)爐煉鋼法

按爐襯耐火材料性質(zhì)—堿性轉(zhuǎn)爐和酸性轉(zhuǎn)爐按供入氧化性氣體種類—空氣和氧氣轉(zhuǎn)爐按供氣部位—頂吹、底吹、側(cè)吹及復(fù)合吹轉(zhuǎn)爐按熱量來源—自供熱和外加熱燃料轉(zhuǎn)爐

轉(zhuǎn)爐為梨形容器，因裝料和出鋼時需傾轉(zhuǎn)爐體而得名。

自貝塞麥發(fā)明酸性空氣底吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法起，開始了轉(zhuǎn)爐大量生產(chǎn)鋼水的歷史。上世紀50年代用氧氣代替空氣煉鋼是煉鋼史上的一次重大變革，70年代出現(xiàn)的氧氣底吹轉(zhuǎn)爐和頂吹復(fù)合轉(zhuǎn)爐，是氧氣轉(zhuǎn)爐在發(fā)展和完善通路上取得的豐碩成果。貝塞麥轉(zhuǎn)爐

貝塞麥肖像

從裝料到出鋼，倒渣，轉(zhuǎn)爐一爐鋼的冶煉過程包括裝料、吹煉、脫氧出鋼和倒渣幾個階段。一爐鋼的吹氧時間通常為12-18min，冶煉周期為30min左右。

頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝主要包含:(1)裝料

(2)供氧

(3)造渣

(4)溫度及終點控制

(5)脫氧頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝電弧爐煉鋼：依靠電極吧電流引入熔煉室，在電極和金屬爐料之間產(chǎn)生電弧使爐料熔化。過程：熔化期、氧化期、還原期五、連續(xù)鑄造

連續(xù)澆注最早由亨利·貝塞麥提出，并于1846年開始試驗，但是直到1937年才實現(xiàn)了銅合金的連鑄，1937年實現(xiàn)鋁合金的連鑄，1950年開發(fā)出鋼液的連鑄機。連鑄技術(shù)在鋼鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用是鋼鐵冶金工業(yè)的一次技術(shù)革命，它不僅大大提高了生產(chǎn)率，減少了材料消耗，并且提高了材料的質(zhì)量。此后還出現(xiàn)了連鑄連軋O.C.C技術(shù)。連鑄就是通過連鑄機直接把鋼液凝固成鋼坯，從而可以逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)的錠模澆注和鋼坯開坯工序，實現(xiàn)鋼鐵生產(chǎn)的連續(xù)化和自動化。連鑄機類型：立式、立彎式、弧型、橢圓形、水平式、旋轉(zhuǎn)式原理：鋼水連續(xù)澆入水冷結(jié)晶器中，并沿著結(jié)晶器周邊形成凝固層，用拉坯機從結(jié)晶器下部連續(xù)拉出，進入二次冷卻裝置，使坯殼內(nèi)的鋼液全部凝固，經(jīng)矯直機矯直后，切割成一定長度的鋼坯。連鑄工藝流程O.O.C連鑄—日本大野篤美發(fā)明

改變傳統(tǒng)連鑄中冷卻結(jié)晶器的方法，反而加熱結(jié)晶器。靠金屬液的表面張力將縫隙中的金屬液鎖住，從而改變了溫度場，成為單向凝固，有利獲得單晶。O.C.C連鑄-鑄型加熱傳統(tǒng)連鑄-鑄型不加熱鋼錠的液芯軋制傳統(tǒng)連鑄技術(shù)鋼錠在凝固過程不發(fā)生塑性變形，而液芯軋制過程鋼錠凝固尚未結(jié)束，芯部仍處于液態(tài)，可節(jié)約能源，細化晶粒，抑制偏析。（1）21世紀的鋼鐵工業(yè)仍是基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，決非“夕陽工業(yè)”，我國鋼鐵工業(yè)與國外有較大差距；（2）理解高爐煉鐵的基本原理、原料、設(shè)備及過程；（2）理解煉鋼的基本原理、設(shè)備及工藝。小結(jié)第一章材料的熔煉1.1鋼鐵是怎樣煉成的--鋼鐵冶金1.2鋁冶金與熔煉1.3銅冶金1.2鋁冶金與熔煉一、鋁的性質(zhì)和用途1、物理性質(zhì)：密度?。ㄝp金屬）、導(dǎo)熱、導(dǎo)電、延展性好2、化學(xué)性質(zhì)：活潑、抗腐蝕3、用途：純鋁、鋁合金由于早期煉鋁十分困難，所以鋁的價格十分昂貴，一度超越金銀之上，直至19世紀上半葉，鋁還是歐洲許多高級珠寶店的高檔貨。從美國化學(xué)家霍爾發(fā)明電解制鋁法后，制鋁工藝不斷改進，現(xiàn)在人們已經(jīng)熟練掌握了從鋁土礦中冶煉鋁的技術(shù)了，使得制鋁成本大大下降，鋁的價格也一降千丈，走入千家萬戶。1854年，１公斤鋁需1200盧布，而到了十九世紀末就降到1盧布。

二、煉鋁原料鋁土礦是一種以氧化鋁水合物為主要成分的復(fù)雜鋁硅酸鹽礦石，鋁土礦的主要化學(xué)成分有：Al2O3、SiO2、Fe2O3、TiO2，少量的CaO、MgO、硫化物、微量的鎵、釩、磷、鉻等元素的化合物。鋁土礦按其含有的氧化鋁水合物的類型可分為：三水鋁石型鋁土礦；一水軟鋁石型鋁土礦；一水硬鋁石型鋁土礦和混合型鋁土礦；三水鋁石化學(xué)活性最大、一水軟鋁石次之、一水硬鋁石較弱、剛玉則是非常穩(wěn)定的氧化鋁---決定其不同的溶出條件?。′X土礦中的二氧化硅是堿法處理鋁土礦制取氧化鋁過程中最有害的雜質(zhì)，鋁土礦的鋁硅比是衡量鋁土礦質(zhì)量的主要指標之一。鋁硅比是指鋁土礦中的氧化鋁和二氧化硅的質(zhì)量比：即

A/S=礦石中氧化鋁質(zhì)量/礦石中二氧化硅質(zhì)量寫為：A/S=Al2O3/SiO2我國鋁土礦資源豐富，儲量大；高鋁、高硅、低鐵；鋁硅比較低，中低品位鋁土礦居多；多數(shù)鋁土礦是一水硬鋁石型鋁土礦。A/S一般在4-7之間結(jié)果：我國氧化鋁的質(zhì)量、能耗及成本與國外有較大差距。鋁冶金特點鋁性質(zhì)活潑，易于與氧、鹵族元素結(jié)合成穩(wěn)定化合物；電負性大；鋁冶金過程：鋁土礦-氧化鋁-純鋁三、氧化鋁生產(chǎn)堿法：拜耳法、燒結(jié)法、聯(lián)合法拜耳法：奧地利化學(xué)家KarlJosel

Bayer（1847-1904）在1889-1892年發(fā)明；拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的基本原理（l）用NaOH溶液溶出鋁土礦，所得到的鋁酸鈉溶液在添加晶種、不斷攪拌的條件下，溶液中的氧化鋁呈氫氧化鋁析出，即種分過程。（2）分解得到的母液，經(jīng)蒸發(fā)濃縮后在高溫下可用來溶出新的鋁土礦，即溶出過程。交替使用這兩過程，就能夠每處理一批礦石得到一批氫氧化鋁，構(gòu)成所謂的拜耳法循環(huán)。用反應(yīng)方程式表示如下：Al2O3（3或1

）H2O＋2NaOH==2NaAl(OH)4溶出分解氧化鋁廠車間：原料堆及配料車間、球磨機車間、高壓溶出（浸出）車間、沉降分離車間、分解車間、分級車間、蒸發(fā)車間、煅燒車間等；關(guān)鍵工序：浸出、晶種分解、分解母液蒸發(fā)與苛化、氫氧化鋁煅燒鋁土礦選礦設(shè)備流程（1）鋁土礦選礦與原礦漿制備初步提高A/S比，除去部分雜質(zhì)，達到一定粒度（2）鋁土礦的溶出循環(huán)母液成分：NaOH、NaAlO2、Na2CO3等；氧化鋁：Al2O3?nH2O+2NaOH→2NaAlO2+nH2O二氧化硅：SiO2+2NaOH→Na2SiO3+H2O2Na2SiO3+2NaAlO2+4H2O→Na2O?Al2O3?2SiO2?2H2O↓+4NaOHSiO2以Na2O?Al2O3?2SiO2?2H2O↓的形式進入赤泥，從而造成苛性鈉和氧化鋁的損失，且這種損失與礦石中SiO2的含量成正比。故拜耳法僅適合于處理含SiO2較少、A/S大于7的鋁土礦。氧化鐵：浸出過程Fe2O3不與NaOH反應(yīng)，以固相形式進入殘渣，使殘渣成粉紅色，所以氧化鋁溶出殘渣稱赤泥。廣西平果鋁廠的赤泥堆場二氧化鈦：與配入的石灰作用生成不溶解的鈦酸鈣；碳酸鹽：礦石中碳酸鹽主要是CaCO3和MgCO3，它們與NaOH反應(yīng)，使NaOH變成Na2CO3，使堿液中苛性堿濃度降低，對氧化鋁的溶出不利。綜上：鋁土礦高壓溶出的結(jié)果是Al2O3進入溶液，SiO2、Fe2O3、TiO2等進入赤泥，借助機械的方法分離赤泥和溶液，從而達到Al2O3與雜質(zhì)分離的目的。注意：不同類型的鋁土礦，其溶出條件有很大差異。從而導(dǎo)致氧化鋁生產(chǎn)的能耗和成本與鋁土礦的類型有很大關(guān)系。三水鋁石型鋁土礦在105℃的條件下就可以較好地溶出，一水軟鋁石型鋁土礦在200℃的溶出溫度下就可以有較快的溶出速度，而一水硬鋁石型鋁土礦必須在高于240℃的溫度下進行溶出，其典型的工業(yè)溶出溫度為260℃。溶出時間不低于60分鐘。拜爾法赤泥沉降分離洗滌的簡單工藝流程（2）鋁酸鈉溶液的晶種分解直接影響產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量的關(guān)鍵工序種分機理：加入Al(OH)3晶種后NaAlO2+2H2O→Al(OH)3↓+NaOH分解率η=析出的Al2O3量/溶液中理論上的Al2O3的質(zhì)量×100%工業(yè)上一般為50%-53%影響鋁酸鈉溶液穩(wěn)定性的控制條件:溶液濃度、苛性比值、溶液溫度、結(jié)晶核心的存在和攪拌；種分過程：控制鋁酸鈉溶液中Al2O3的濃度145g/l左右，苛性比αk（溶液中Na2O與Al2O3小于1.7,溫度，接近溫度30℃，加入晶種Al(OH)3并機械攪拌，鋁酸鈉溶液自發(fā)水解析出Al(OH)3，同時獲得苛性比較高的種分母液，該種分母液濃縮后作為循環(huán)母液，返回溶出過程，溶出下一批鋁土礦，析出的Al(OH)3經(jīng)洗滌后送去煅燒。晶種分解的主要設(shè)備：冷卻設(shè)備：鼓風(fēng)冷卻塔、板式熱交換器及閃速蒸發(fā)換熱系統(tǒng)等；分解槽：空氣攪拌分解槽、機械攪拌分解槽。（3）氫氧化鋁的煅燒氫氧化鋁煅燒的目的是在一定溫度下把氫氧化鋁的附著水和結(jié)合水脫除，并發(fā)生分解反應(yīng)，形成氧化鋁，再進行晶型轉(zhuǎn)變，得到具有一定物理和化學(xué)性能的氧化鋁產(chǎn)品。氧化鋁的焙燒設(shè)備：回轉(zhuǎn)窯、循環(huán)焙燒爐主要反應(yīng)：Al2O3?3H2O→Al2O3?H2O+2H2OAl2O3?H2O→γ-Al2O3+H2Oγ-Al2O3→α-Al2O3225℃500-550℃900℃以上注意：適合電解鋁生產(chǎn)的是砂狀氧化鋁！?。?）母液的蒸發(fā)與苛化母液蒸發(fā)：保證循環(huán)母液濃度，平衡水量浸出過程發(fā)生反苛化反應(yīng)：2NaOH+CaCO3→Na2CO3+Ca(OH)2苛化反應(yīng)：Na2CO3+Ca(OH)2→2NaOH+CaCO3堿石灰燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁

基本原理：將鋁土礦與一定量的純堿、石灰（或石灰石）配成爐料在高溫下進行燒結(jié)，使氧化硅與石灰化合成不溶于水的原硅酸鈣2CaO·SiO2,氧化鋁與純堿化合成可溶于水的固體鋁酸鈉Na2O·Al2O3、而氧化鐵與純堿化合成可以水解的鐵酸鈉Na2O·Fe2O3，將燒結(jié)產(chǎn)物（熟料）用稀堿溶液溶出時Na2O·Al2O3便進入溶液，Na2O·Fe2O3水解放出堿，氧化鐵以水合物與原硅酸鈣一道進入赤泥。再用二氧化碳分解鋁酸鈉溶液便可以析出氫氧化鋁。經(jīng)過焙燒后產(chǎn)出氧化鋁。分離氫氧化鋁后的母液成為碳分母液（主要成分為Na2CO3），經(jīng)蒸發(fā)后返回配料。燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁工序生料漿的制備熟料燒結(jié)熟料溶出鋁酸鈉溶液脫硅碳酸化分解（碳分）氫氧化鋁分離、洗滌氫氧化鋁焙燒碳分母液蒸發(fā)金屬鋁的生產(chǎn)鋁電解用原材料：氧化鋁冰晶石

氟化鋁鋁電解用其它氟化鹽鋁電解用炭素材料氧化鋁是鋁電解生產(chǎn)中的主原料。它是一種白色粉狀物，熔點為2050℃，沸點為3000℃，真密度為3.6g/cm3。它不溶于水，能溶于冰晶石熔體中。鋁電解對于氧化鋁的要求，一是它的化學(xué)純度，再就是其物理性能。氧化鋁冰晶石（六氟鋁酸鈉）的分子式為Na3AlF6，它是溶劑的主要成分，與氧化鋁形成低熔共晶，使氧化鋁在1000℃以下進行電解。

鋁電解生產(chǎn)中所用的冰晶石分天然和人造兩種。天然冰晶石（3NaF·AlF3）屬于單斜晶系，是一種無色或雪白色晶體，比重2.95，硬度2.5，熔點1010℃。天然冰晶石的儲量很少，遠遠不能滿足鋁工業(yè)的需要，所以現(xiàn)代鋁工業(yè)采用人造冰晶石。冰晶石氟化鋁在鋁電解生產(chǎn)中，它是冰晶石-氧化鋁熔體的一種添加劑。氟化鋁是一種白色粉末，粒度比氧化鋁稍大，不粘手，在常壓下加熱不熔化，但在高溫下升華。它的作用是可以彌補電解質(zhì)中氟化鋁的損失，又可以調(diào)整電解質(zhì)的分子比，主要用于降低熔體的分子比，降低電解溫度。以保證生產(chǎn)技術(shù)條件的穩(wěn)定。鋁電解用炭素材料鋁工業(yè)上均采用炭素材料作電極-炭陽極和炭陰極。在電解過程中，炭陰極原則上是不消耗的，炭陽極由于直接參與電化學(xué)反應(yīng)而消耗。陽極的作用主要有兩種：導(dǎo)電和參加電解時的化學(xué)反應(yīng)和電化學(xué)反應(yīng)。

生產(chǎn)陽極的主要原料:石油焦、煤瀝青、改性瀝青等；在電解過程中，陽極是消耗的，其理論消耗是334kg/t·Al，而實際消耗一般為380~450kg/t·Al，這與陽極質(zhì)量、電解技術(shù)條件有關(guān)。降低陽極消耗可以提高鋁廠的電流效率、降低電耗和增加鋁產(chǎn)量，從而提高經(jīng)濟效益。鋁電解原理陰極：Al3+（絡(luò)合）+3e→Al陽極：2O2-（絡(luò)合）+C-4e→CO2總反應(yīng)：2Al2O3+3C→4Al+3CO2電解過程是氧化鋁和碳陽極不斷消耗，從陰極析出金屬鋁，陽極上產(chǎn)生CO2氣體。鋁電解槽系列是鋁生產(chǎn)的單元。每一個系列都有它額定的直流電源和電解槽數(shù)目。系列中電解槽串聯(lián)連接。直流電從整流器之正極經(jīng)鋁母線送到電解槽的陽極，經(jīng)電解質(zhì)和鋁液層流過陰極，然后進入下一臺電解槽的陽極，依次類推。從最后一臺電解槽陰極出來的電流，返回整流器的負極。電解廠房內(nèi)電解槽的配置方式有縱向排列和橫向排列兩種，每一種排列方式又可分為單行排列和雙行排列。鋁錠鑄造

由電解槽生產(chǎn)出來的鋁液，稱為原鋁液。原鋁液經(jīng)過處理，鑄成各種不同品位和形狀的鋁錠，然后經(jīng)過檢驗和打捆，再過秤入庫，作為下一步加工的半成品原料。鑄錠工藝現(xiàn)在鋁鑄造工藝一般采用澆鑄工藝，就是把鋁液直接澆到模子里，待其冷卻后取出。鑄造過程是一個由液態(tài)鋁冷卻、結(jié)晶成為固體鋁錠的物理過程。鑄錠成型的方法，目前我國廣泛采用的是：塊鐵模鑄錠法、連續(xù)及半連續(xù)鑄錠法和連續(xù)鑄軋法。1.3銅冶金有色金屬重金屬輕金屬貴金屬稀有金屬

重金屬一般指比重大于5.0的金屬，包括銅、鉛、鋅、鎳、錫等十多種金屬。一、銅的性質(zhì)和用途物理性質(zhì)：高導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性及良好的延展性化學(xué)性質(zhì)：銅綠用途：電器、機械制造、國防…..二、煉銅原料、方法及流程

原料：自然銅、硫化礦和氧化礦三種類型。自然銅在自然界中很少，主要是硫化礦和氧化礦。硫化礦分布最廣，是當今煉銅的主要原料。目前工業(yè)開采的銅礦石最低品位為0.4%~0.5%。開采出來的低品位礦石，經(jīng)過選礦富集，使銅的品位提高到10%~30％。煉銅方法銅的生產(chǎn)方法概括起來有火法和濕法兩大類。火法煉銅是當今生產(chǎn)銅的主要方法，世界上80％左右的銅是用火法煉銅方法生產(chǎn)的。干燥密閉鼓風(fēng)爐干燥電爐干燥反射爐硫化銅精礦干燥閃速爐干燥熔池熔煉爐連續(xù)煉銅爐冰銅轉(zhuǎn)爐或連續(xù)吹煉爐粗銅火法精煉爐陽極銅電解精煉電銅(99.95%~99.99%Cu)(99.5%Cu)(98.5%Cu)(30-55%Cu)(20-30%Cu)火法煉銅一般工藝三、火法煉銅基本理論造锍熔煉-吹煉-火法精煉-電解精煉1、冰銅的概念及其組成—锍

冰銅是在熔煉過程中產(chǎn)生的重金屬硫化物為主的共熔體，是熔煉過程的主要產(chǎn)物之一，是以Cu2S-FeS熔體（锍）為主并溶解少量其它金屬硫化物（如Ni3S2、Co3S2、PbS、ZnS等）、貴金屬（Au、Ag）、鉑族金屬、Se、Te、As、Sb、Bi等元素及微量脈石成分的多元系混合物。

Cu2S-FeS二元系相圖，在熔煉溫度下(1200℃)兩種硫化物均為液相，而且完全互溶形成均質(zhì)溶液。

FeS與金屬硫化物形成共熔體的重疊液相線圖，F(xiàn)eS-MeS共熔的特性就是重金屬礦物原料造锍熔煉的依據(jù)。

Cu2S-FeS-FeO狀態(tài)圖。圖中NB線可視為銅鐵硫化物形成的冰銅溶解FeO的溶解曲線。

當冰銅中Cu2S質(zhì)量分數(shù)增加時，冰銅中溶解的FeO量隨之減少，當冰銅成分接近于純Cu2S時，溶解的FeO量很少。這表明，冰銅溶解氧主要是FeS對FeO的溶解，而Cu2S對FeO幾乎不溶解。因此，低品位冰銅溶解氧的能力高于高品位冰銅。冰銅的主要性質(zhì)：

1）比重：4.4～4.7，遠高于爐渣比重（3～3.7）；

2粘度：η＝2.4×10-3Pa·s，比爐渣粘度低很多（0.5~2Pa·s）

3）表面張力：與鐵橄欖石（2FeO·SiO2）熔體間的界面張力約為20～60N/m，其值很小，由此可判斷冰銅容易懸浮在熔渣中。

4）冰銅的主要成分Cu2S和FeS都是Au和Ag的強有力的溶解劑?？傊?，造锍熔煉中，只要氧化氣氛控制得當，保證有足夠的FeS存在，可使銅以Cu2S進入冰銅。2、基本原理造锍熔煉的目的是使爐料中的銅盡可能全部進入冰銅，部分鐵以FeS形式也進入冰銅，使大部分鐵氧化成FeO與脈石礦物造渣；其次使冰銅與爐渣分離。原則：必須有足夠的硫來形成冰銅；爐渣中含SiO2接近飽和，使冰銅和渣分離。爐渣與冰銅的相平衡

冰銅熔煉過程中爐渣是以FeO-SiO2系、FeO-SiO2-CaO系及FeO-SiO2-Al2O3系等為主體的。右圖為FeO-SiO2-CaO系三元系相圖。圖中鐵全部認為是FeO，而Al2O3、CaO及MgO等均折合成CaO。

一般SiO2含量為35~42%時,既可保證爐渣與冰銅的良好分離。這是因為當無SiO2時，F(xiàn)eS與FeO完全互溶，但當SiO2存在時，反應(yīng)2FeO＋SiO2＝2FeO·SiO2很容易進行，可很好地使FeS與爐渣分離。渣中CaO和Al2O3均降低FeS等硫化物在渣中的溶解度，所以渣中一定量的CaO和Al2O3可改善渣與冰銅的分離。但不能過多，否則會增加粘度，冰銅容易夾雜在渣中，引起銅的損失。3、熔煉過程主要化學(xué)反應(yīng)

冰銅熔煉所用原料主要是銅精礦和含銅的返料，除了有Cu、Fe、S等元素外，還含有SiO2、CaO、MgO等。（1）高價硫化物、氧化物及碳酸鹽的分解在1200℃以上，所有高價化合物均會發(fā)生離解反應(yīng)。FeS2

＝FeS

＋0.5S2FenSn+1=nFeS+0.5S22CuFeS2=Cu2S+2FeS+0.5S22CuS=Cu2S+0.5S22Cu3FeS3=3Cu2S+2FeS+0.5S23NiS=Ni3S2+0.5S2氧化銅和碳酸鹽的離解反應(yīng)：2CuO=Cu2O+0.5O2CaCO3=CaO+CO2MgCO3=MgO+CO2

所有分解反應(yīng)均為吸熱反應(yīng)。離解生成的S2被爐中的氧化氣氛氧化為SO2。（2）硫化物氧化FeS+1.5O2=FeO+SO2FeS2+2.5O2=FeO+2SO23FeS+5O2=Fe3O4+3SO2Cu2S+1.5O2=Cu2O+SO2（3）鐵的氧化物及脈石造渣反應(yīng)2FeO+SiO2=2FeO·SiO23Fe3O4+FeS+5SiO2=5(2F