材料工程基础-第1章-金属材料的制备--冶金
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材料工程基础课件-金属材料加工工艺-第一章
金、物理性能、化学性能等方面的测试， 可以评估加工过程中材料的性能和质量。
金属材料加工的质量管理
金属材料加工的质量管理是确保产品符合要求的关键。它涉及工艺控制、设 备维护、操作规范等方面，以确保产品质量稳定和持续改进。
发展趋势及新技术
金属材料加工的发展趋势包括数字化、自动化、智能化等方向，新技术如激光加工、超声波加工等正不断推动 着行业的发展。
材料工程基础课件-金属 材料加工工艺-第一章
这是材料工程基础课件的第一章，介绍金属材料加工工艺的概述，包括分类、 过程、参数与指标、性能检测、质量管理，以及发展趋势和新技术。
材料加工工艺概述
材料加工工艺是指通过各种方法将原料加工成所需形状和尺寸的工艺过程。 它是实现材料的物理和化学特性转变的重要手段。
金属材料加工分类
金属材料加工可以分为锻造、压力加工、切削加工、焊接、粉末冶金等不同 类型。每种类型都有各自适用的场景和过程。
金属材料加工过程
金属材料加工过程涵盖了成形、切削、热处理、表面处理等多个阶段。不同 的材料和要求需要不同的加工过程来达到所需的性能和形状。
金属材料加工工艺的参数与指 标
金属材料加工工艺的参数与指标包括温度、压力、速度、材料损失、表面质 量等。优化这些参数可以提高加工效率和产品质量。
材料工程基础-第1章金属材料的制备--冶金
I、对原料的适应性强，可处理各种不同类型的原料， 甚至液态粗金属；
II、作业温度比其他火法冶金过程低； III、分离效率高，综合利用好。在高品位矿石资源逐 渐枯竭的情况下，对储量很大的低品位、成分复杂难 选的贫矿来说，氯化冶金将发挥它的作用。
1.1 冶金工艺
㈡、火法冶金的主要方法 ②氯化冶金 尚有三个问题待解决： I、氯化剂的利用效率和氯化剂的再生返回利用是关 键性问题； II、继续解决氯化冶金设备的防腐蚀； III、环境保护
A 形状控制：电磁铸造、金属薄膜的电磁成行，电磁 塑性成型，悬浮熔炼等
B 驱动金属液体：电磁搅拌，电磁泵 C 抑制流动：磁力制动，抑制波动 D 悬浮：非金属夹杂物的电磁分离 E 热量生成：感应熔炼，电磁加热、电弧熔炼、等离
子熔炼等 F 组织控制：晶粒细（粗）化，非晶金属制备
1.1 冶金工艺
三、电冶金 ㈠电热熔炼 ②电磁熔炼
的化合物析出或造
渣。
◆ 物理法 基于在两相平衡时杂质和主金属在两相
间分
配比的不同。
◇ 利用粗金属凝固或熔化过程中，粗金属中的杂质和主金
属在液–固两相间分配比的不同——熔析精炼、区域精
炼（区域熔炼）。
◇ 利用杂质和主金属蒸气压的不同，因而粗金属蒸发过程
中，其易蒸发的组份将主要进入气相，与难蒸发组分分
离——蒸馏精炼、升华精炼。
1.1 冶金工艺
㈠、火法冶金的基本过程 ②冶炼
氧势图（Ellingham）的形成原理
为了直观地分析和考虑各种元素与氧的亲和能力，了解不同 元素之间的氧化和还原关系，比较各种氧化物的稳定顺序， 埃林汉曾将氧化物的标准生成吉布斯自由能数值折合成元素 与1mol氧气反应的标准吉布斯自由能变化即，将反应：
II、作业温度比其他火法冶金过程低； III、分离效率高，综合利用好。在高品位矿石资源逐 渐枯竭的情况下，对储量很大的低品位、成分复杂难 选的贫矿来说，氯化冶金将发挥它的作用。
1.1 冶金工艺
㈡、火法冶金的主要方法 ②氯化冶金 尚有三个问题待解决： I、氯化剂的利用效率和氯化剂的再生返回利用是关 键性问题； II、继续解决氯化冶金设备的防腐蚀； III、环境保护
A 形状控制：电磁铸造、金属薄膜的电磁成行，电磁 塑性成型，悬浮熔炼等
B 驱动金属液体：电磁搅拌，电磁泵 C 抑制流动：磁力制动，抑制波动 D 悬浮：非金属夹杂物的电磁分离 E 热量生成：感应熔炼，电磁加热、电弧熔炼、等离
子熔炼等 F 组织控制：晶粒细（粗）化，非晶金属制备
1.1 冶金工艺
三、电冶金 ㈠电热熔炼 ②电磁熔炼
的化合物析出或造
渣。
◆ 物理法 基于在两相平衡时杂质和主金属在两相
间分
配比的不同。
◇ 利用粗金属凝固或熔化过程中，粗金属中的杂质和主金
属在液–固两相间分配比的不同——熔析精炼、区域精
炼（区域熔炼）。
◇ 利用杂质和主金属蒸气压的不同，因而粗金属蒸发过程
中，其易蒸发的组份将主要进入气相，与难蒸发组分分
离——蒸馏精炼、升华精炼。
1.1 冶金工艺
㈠、火法冶金的基本过程 ②冶炼
氧势图（Ellingham）的形成原理
为了直观地分析和考虑各种元素与氧的亲和能力，了解不同 元素之间的氧化和还原关系，比较各种氧化物的稳定顺序， 埃林汉曾将氧化物的标准生成吉布斯自由能数值折合成元素 与1mol氧气反应的标准吉布斯自由能变化即，将反应：
材料工程基础 总结
第一章材料的熔炼一、钢铁冶金（重点—看书/课件）1、炼铁主要是还原过程，炼钢主要是氧化过程2、高炉炼铁的原料（炉料）由矿石、溶剂和燃料组成。
3、直接还原：以气体、液体、煤为能源与还原剂，在铁矿石低于熔点温度时进行还原得到金属铁的炼铁工艺。
4、熔融还原：用铁矿石和普通煤作原料，在汽化炉流化床中将直接还原得到的海绵铁进一步加热融化，在熔融汽化炉底形成铁水与炉渣的熔池5、炉外精炼：将在转炉或电炉内初炼的钢液倒入钢包或专用容器内进行脱氧、脱硫、脱碳、去气、去除非金属夹杂物和调整钢液成分及温度的一种炼钢工艺6、常用的炉外精炼工艺：RH法-循环脱气法、LF法-钢包精炼法、VD法-真空脱气法7、炉外精炼的实施手段：一般炉外精炼方法都是渣洗、真空、搅拌、喷吹和加热等精炼手段的不同组合，采用一种或几种手段组成一种炉外精炼方法。
8、LF法的精炼过程将钢液、渣料及脱氧剂加入到LF炉，在还原性气氛下，通过电极埋弧造渣，炉底吹氩搅拌，完成钢液的脱硫、脱氧、合金化、温度及夹杂物的控制。
9、炼钢的方法：转炉炼钢法、平炉炼钢法、电炉炼钢法10、连铸连轧：把液态钢倒入连铸机中轧制出钢坯，然后不经冷却，在均热炉中保温一定时间后直接进入热连轧机组中轧制成型的钢铁轧制工艺。
优点：巧妙地把铸造和轧制两种工艺结合起来，相比于传统的先铸造出钢坯后经加热炉加热再进行轧制的工艺具有简化工艺、改善劳动条件、增加金属收得率、节约能源、提高连铸坯质量、便于实现机械化和自动化的优点。
应用：连铸连轧工艺现今只在轧制板材、带材中得到应用。
11、典型的薄板连铸连轧工艺流程：由炼铁（高炉或电炉）—炼钢（电炉或转炉）—炉外精炼—薄板坯连铸—连铸坯加热—热连轧六个单元工序组成。
二、Al冶金（重点—看书/课件）1、从铝土矿中制取铝常用碱法。
碱法分为拜耳法、烧结法、联合法等。
拜耳法又称湿碱法，典型湿法冶金的一种2、铝冶金特点：从铝矿石中提出纯净的化合物，再通过熔盐电解的方法得到纯铝。
材料工程复习思考题部分答案
材料工程基础》复习思考题第一章绪论1、材料科学与材料工程研究的对象有何异同？答：材料科学侧重于发现和揭示组成与结构，性能，使用效能，合成与加工等四要素之间的关系，提出新概念，新理论。
而材料工程指研究材料在制备过程中的工艺和工程技术问题，侧重于寻求新手段实现新材料的设计思想并使之投入使用，两者相辅相成。
6、进行材料设计时应考虑哪些因素？答：. 材料设计的最终目标是根据最终需求，设计出合理成分，制订最佳生产流程，而后生产出符合要求的材料。
材料设计十分复杂，如模型的建立往往是基于平衡态，而实际材料多处于非平衡态，如凝固过程的偏析和相变等。
材料的力学性质往往对结构十分敏感，因此，结构的任何细小变化，性能都会发生明显变化。
相图也是材料设计不可或缺的组成部分。
7、在材料选择和应用时，应考虑哪些因素？答：一，材料的规格要符合使用的需求：选择材料最基本的考虑，就在满足产品的特性及要求，例如：抗拉强度、切削性、耐蚀性等；二，材料的价格要合理；三，材料的品质要一致。
8、简述金属、陶瓷和高分子材料的主要加工方法。
答：金属：铸造（砂型铸造、特种铸造、熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、低压铸造、离心铸造、连续铸造、消失模铸造）、塑性加工（锻造、板料冲压、轧制和挤压、拉拨）、热处理、焊接（熔化焊、压力焊、钎焊）；橡胶：塑炼、混炼、压延、压出、硫化五部分；高分子：挤制成型、干压成型、热压铸成型、注浆成型、轧膜成型、等静压成型、热压成型和流延成型。
10、如何区分传统材料与先进材料？答：传统材料指已经成熟且已经在工业批量生产的材料，如水泥、钢铁，这些材料量大、产值高、涉及面广，是很多支柱产业的基础。
先进材料是正在发展，具有优异性能和应用前景的一类材料。
二者没有明显界限，传统材料采用新技术，提高技术含量、性能，大幅增加附加值成为先进材料；先进材料长期生产应用后成为传统材料，传统材料是发展先进材料和高技术基础，先进材料推到传统材料进一步发展。
材料工程基础的主要内容
平衡组织
铸态组织 非平衡态组织
单晶硅
尺寸 > 300mm 缺陷数 100-1000 个/cm2
近终型技术
先进的成型技术
定向凝固共晶材料
制成涡轮机叶片
非晶带材：制做变压器 细晶：高强材料 微晶：人们正在研究这
一新结构的意义和实用
准晶：正在研究
共晶组织
与其它材料要素的关系
与其它材料要素的关系
定向凝固共晶组织的生长----材料设计 生长界面
由此说明：材料科 学研究无论是在内 容上还是在空间上 都是无止尽的。
与其它材料要素的关系
在材料使用性能（产品）设计的同时， 力求改变传统的研究及设计路线，将材料性 质同时考虑进去，采取并行设计的方法。
与其它材料要素的关系
B-777上用的先进材料
与其它材料要素的关系
传统方式： 结构与功能 确定材料的性质 （选择材料）
材料工程的发展趋势
加
专
工
家
系
系
统 传感器 统
材料工程的发展趋势
我国在合成与加工方面同先进 国家的差距还很大，许多关键技 术落后的根源都归到这里。因此 提高材料合成与加工的技术水平
是我们的最重要的课题。
三束表面改性
材料工程基础的主要内容
三．材料表面工程 表面改性
合 金
金 激光束 --- 组织变化
属 元
素 电子束 ---组织变化
非均细 晶匀晶 化化化
化
离子束 --- 成分、组织变化
材料工程基础的主要内容
三．材料表面工程
离子束改性对表面应力状况的影响 表面改性
强度极限
疲劳极限
A A --- 原始受力状态
汽车喷油嘴的设计--方案二
材料工程基础-第一章
（1）性质：玫瑰红色；延展性好；导电、导热性好；液
态时易溶解某些气体；熔点1083℃，沸点2310℃，常温比
重8.96g/cm3。常温干燥空气中不易氧化，但在有CO2存在 的潮湿空气中易生成CuCO3· Cu(OH)2即铜绿，有毒； Cu在185℃时开始与氧作用，低于350℃时生成Cu2O， 高于350℃时生成CuO。
浸出
湿 法 冶 金
分离
过滤分离和沉降分离
富集
结晶、蒸馏、沉淀、置换、 溶液萃取、离子交换、膜 分离
电解、化学置换、还原
提取
1.3、电冶金
电冶金是利用电能提取和精炼金属的方法，按照电 电弧熔炼 能形式可分为电热冶金和电化学冶金。 电阻熔炼
电阻-电弧熔炼
电热冶金
等离子熔炼 感应熔炼
电 冶 金
电子束熔炼 溶液电解
2.2钢的冶炼
什么是炼钢？
钢和生铁的主要区别？ 从生铁到钢需要哪些工艺步骤？
钢和生铁的主要区别
项目 钢 生铁
含碳量 ≤2%，一般为0.04-1.7% ＞2%，一般为2.5-4.3% 含Si、Mn、P、S量 较少 较多 熔点 1450-1530℃ 1100-1150℃ 力学性能 强度、塑性、韧性好 硬而脆，耐磨性好 铸造性能 较好 好 锻造性能 好 差 焊接性能 好 差 可加工性能 好 好 热处理性能 好 差
②熔炼过程化学反应
高温下化学反应分两大类：高价硫化物，碳酸盐 、硫酸盐的热分解，各种化合物相互作用。具体如 下：
1)高价硫化物，碳酸盐、硫酸盐的热离解： 4CuFeS2→2Cu2S+4FeS+S2 ↑ 2Cu3FeS3→3Cu2S+2FeS+1/2S2 ↑ FeS2→FeS+1/2S2 ↑ CaCO3→CaO+CO2 ↑ ZnSO4→ZnO+SO2 ↑ +1/2O2 ↑ S+O2→SO2↑ 产物CO2 和SO2进入烟气中 2)各种化合物的相互作用及造锍、造渣： 3Fe3O4+FeS→10FeO+SO2 ↑ Cu2O+FeS→Cu2S+FeO ZnO+FeS→ZnS+FeO 造锍：Cu2S+FeS→Cu2S· FeS 造渣：FeO+SiO2→2FeO·SiO2 2CaO+SiO →2CaO·SiO
态时易溶解某些气体；熔点1083℃，沸点2310℃，常温比
重8.96g/cm3。常温干燥空气中不易氧化，但在有CO2存在 的潮湿空气中易生成CuCO3· Cu(OH)2即铜绿，有毒； Cu在185℃时开始与氧作用，低于350℃时生成Cu2O， 高于350℃时生成CuO。
浸出
湿 法 冶 金
分离
过滤分离和沉降分离
富集
结晶、蒸馏、沉淀、置换、 溶液萃取、离子交换、膜 分离
电解、化学置换、还原
提取
1.3、电冶金
电冶金是利用电能提取和精炼金属的方法，按照电 电弧熔炼 能形式可分为电热冶金和电化学冶金。 电阻熔炼
电阻-电弧熔炼
电热冶金
等离子熔炼 感应熔炼
电 冶 金
电子束熔炼 溶液电解
2.2钢的冶炼
什么是炼钢？
钢和生铁的主要区别？ 从生铁到钢需要哪些工艺步骤？
钢和生铁的主要区别
项目 钢 生铁
含碳量 ≤2%，一般为0.04-1.7% ＞2%，一般为2.5-4.3% 含Si、Mn、P、S量 较少 较多 熔点 1450-1530℃ 1100-1150℃ 力学性能 强度、塑性、韧性好 硬而脆，耐磨性好 铸造性能 较好 好 锻造性能 好 差 焊接性能 好 差 可加工性能 好 好 热处理性能 好 差
②熔炼过程化学反应
高温下化学反应分两大类：高价硫化物，碳酸盐 、硫酸盐的热分解，各种化合物相互作用。具体如 下：
1)高价硫化物，碳酸盐、硫酸盐的热离解： 4CuFeS2→2Cu2S+4FeS+S2 ↑ 2Cu3FeS3→3Cu2S+2FeS+1/2S2 ↑ FeS2→FeS+1/2S2 ↑ CaCO3→CaO+CO2 ↑ ZnSO4→ZnO+SO2 ↑ +1/2O2 ↑ S+O2→SO2↑ 产物CO2 和SO2进入烟气中 2)各种化合物的相互作用及造锍、造渣： 3Fe3O4+FeS→10FeO+SO2 ↑ Cu2O+FeS→Cu2S+FeO ZnO+FeS→ZnS+FeO 造锍：Cu2S+FeS→Cu2S· FeS 造渣：FeO+SiO2→2FeO·SiO2 2CaO+SiO →2CaO·SiO
《材料工程基础》课程教学大纲
五、课程考核方式
考核方式
考核内容
对应课程目标
评分依据
考核
占比
平时作业
能够将材料复合相关原理用于特定复合材料体系选择、复合材料合成及制备中涉及的复杂工程问题解决方案的比较与综合。（30分）
3
分等级评分表法
分等级评分，评分标准见附录
30%
期中考试
阐述金属Fe、Al冶炼及粉末材料的制备的基本原理和知识，并将其用于原料制备的配方设计、工艺实施和检测分析的表述。（13~17分）
能够将材料复合相关原理用于特定复合材料体系选择、复合材料合成及制备中涉及的复杂工程问题解决方案的比较与综合。
未能认识到复合材料合成及制备有多种方案可选择；未能获取可替代的解决方案。
3
授课
（3）
讨论
（1）
11金属复合材料制备与加工
能够辨别冶金复合、铸造凝固成型；认识喷射成型、轧制复合、挤压成型、拉拔复合法，认识到复合材料合成及制备有多种方案可选择。
PPT讲授
课堂提问
3
授课(2)
12陶瓷复合材料
12.1概述
12.2增强体的制备
12.3颗粒弥散
12.4晶须强韧化
12.5纤维增强基复合材料
一、课程简介
材料工程基础是材料科学与工程专业的专业必修课；是材料科学与工程专业的本科生在已经掌握有关的材料科学基础知识的基础上，进一步拓展材料工程方面理论和实践的基础知识的一门专业核心课程。本课程将以金属材料、无机非金属材料、高分子材料的工程特点为依据，归纳并按照其在材料制备、材料加工、材料改性、材料复合四个主要方面的基本理论知识和实践过程进行讲授。通过基础知识和理论讲解，并列举工程方法的实例、及成果，使学生理解三大材料体系的合成过程、评价及原理，了解各材料体系的基本加工过程及相关影响因素，了解材料的改性技术，并建立和了解材料复合的原理和途径及材料设计的基本思路。
考核方式
考核内容
对应课程目标
评分依据
考核
占比
平时作业
能够将材料复合相关原理用于特定复合材料体系选择、复合材料合成及制备中涉及的复杂工程问题解决方案的比较与综合。（30分）
3
分等级评分表法
分等级评分，评分标准见附录
30%
期中考试
阐述金属Fe、Al冶炼及粉末材料的制备的基本原理和知识，并将其用于原料制备的配方设计、工艺实施和检测分析的表述。（13~17分）
能够将材料复合相关原理用于特定复合材料体系选择、复合材料合成及制备中涉及的复杂工程问题解决方案的比较与综合。
未能认识到复合材料合成及制备有多种方案可选择；未能获取可替代的解决方案。
3
授课
（3）
讨论
（1）
11金属复合材料制备与加工
能够辨别冶金复合、铸造凝固成型；认识喷射成型、轧制复合、挤压成型、拉拔复合法，认识到复合材料合成及制备有多种方案可选择。
PPT讲授
课堂提问
3
授课(2)
12陶瓷复合材料
12.1概述
12.2增强体的制备
12.3颗粒弥散
12.4晶须强韧化
12.5纤维增强基复合材料
一、课程简介
材料工程基础是材料科学与工程专业的专业必修课；是材料科学与工程专业的本科生在已经掌握有关的材料科学基础知识的基础上，进一步拓展材料工程方面理论和实践的基础知识的一门专业核心课程。本课程将以金属材料、无机非金属材料、高分子材料的工程特点为依据，归纳并按照其在材料制备、材料加工、材料改性、材料复合四个主要方面的基本理论知识和实践过程进行讲授。通过基础知识和理论讲解，并列举工程方法的实例、及成果，使学生理解三大材料体系的合成过程、评价及原理，了解各材料体系的基本加工过程及相关影响因素，了解材料的改性技术，并建立和了解材料复合的原理和途径及材料设计的基本思路。
材料工程基础课件之金属冶炼篇
红色 黑色
炼
褐铁矿(2Fe2O3 ·3H2O)： 55.2~66.1% Fe 黄褐色
菱铁矿（FeCO3）： 42.8% Fe
淡黄色
脉石：SiO2、Al2O3、CaO、MgO等
赤铁矿
菱 铁 矿
磁铁矿
褐 铁 矿
对铁矿石的要求：
1.2
含铁量愈高愈好；30~70%，贫矿：Fe%＜45% 富矿：Fe%＞45%
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。 定义：金属冶金是研究如何从矿山或其它原料中提取金 属或金属化合物,并制成具有一定性能的金属材料的的工 程技术。 金属的冶金工艺可以分为：火法冶金、湿法冶金、 电冶金三大类。
冶
105℃以上，吸附水（游离水）可蒸发，对高炉无害。
200℃开始，褐铁矿（2Fe2O3.3H2O）分解，400～
炼 500℃分解速度最大。
约400℃高岭土（Al2O3.2SiO2.2H2O）开始分解，在 500～600℃才迅速进行。
1.2 ②燃料挥发分的挥发
焦碳中含挥发分0.7～1.3%，在风口被加热到1400
上料机
喷吹 燃料 燃料罐
高炉
热风
冷风
空气
热风炉
鼓风机
冶 炼
炉渣
生铁煤气水渣铸炼特渣棉
造钢殊
除尘
净煤气
生生生
铁铁铁
建
绝
筑
热
炉 尘
材
材
料
料
其它用途
（2）炼铁时高炉中的物理化学过程
1.2
1）燃料的燃烧
钢
C+O2CO2 C+O22CO CO2+C 2CO
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1.1 冶金工艺
㈠、火法冶金的基本过程 ②冶炼
氧势图（Ellingham）的形成原理
为了直观地分析和考虑各种元素与氧的亲和能力，了解不同 元素之间的氧化和还原关系，比较各种氧化物的稳定顺序， 埃林汉曾将氧化物的标准生成吉布斯自由能数值折合成元素 与1mol氧气反应的标准吉布斯自由能变化即，将反应：
I、对原料的适应性强，可处理各种不同类型的原料， 甚至液态粗金属；
II、作业温度比其他火法冶金过程低； III、分离效率高，综合利用好。在高品位矿石资源逐 渐枯竭的情况下，对储量很大的低品位、成分复杂难 选的贫矿来说，氯化冶金将发挥它的作用。
1.1 冶金工艺
㈡、火法冶金的主要方法 ②氯化冶金 尚有三个问题待解决： I、氯化剂的利用效率和氯化剂的再生返回利用是关 键性问题； II、继续解决氯化冶金设备的防腐蚀； III、环境保护
1.1 冶金工艺
㈠、火法冶金的基本过程 ③精炼
◆ 除去有害杂质，生产出具有一定纯度的金属； 当金属中的杂质含量超过一定限度时，其物 理、化学和机械性能会发生变化。
◆ 生产出含有各种规定量的合金元素的金属，使其具 有一定的物理、化学和机械性能；如合金钢的生产
◆ 回收其中具有很高经济价值的稀贵金属“杂质”。 如：粗铅、粗铜中的金、银及其他稀贵金属。
1.1 冶金工艺
㈡、火法冶金的主要方法 ②氯化冶金
氯化冶金就是将矿石（或冶金半成品）与氯化剂 混合，在一定条件下发生化学反应，使金属转变 为氯化物再进一步将金属提取出来的方法。 氯化冶金主要包括：氯化过程
氯化物的分离过程 从纯氯化物中提取金属
1.1 冶金工艺
㈡、火法冶金的主要方法 ②氯化冶金
优点：
2x y
M
2＋O2＝
2 y
M
xO
y
把上式的rGθ与温度T的二项式关系绘制成图。该图又称为 氧势图，或称为埃林汉姆图，或称为氧化物标准生成自由能 与温度的关系图。
1.1 冶金工艺
㈠、火法冶金的基本过程 ②冶炼
rGθ rH TrS
（1）斜率是反应的熵变 的负值
（2）转折点一定是在该 温度有反应物或产物的相 变 注意纵坐标是负数，越靠下， 表示ΔG<0 的程度越大，自 发进行的趋势越强。
㈠、火法冶金的基本过程
①矿石准备 选矿 焙烧 烧结(球化)
III、脱除杂质，如脱硫、脱除有机物和 吸附水等； IV、晶型转化，如焙烧二氧化钛使其改变晶型，改善 其使用性质。
1.1 冶金工艺
㈠、火法冶金的基本过程
①矿石准备 选矿 焙烧 烧结(球化)
高炉炼铁生产前，将各 种粉状含铁原料，配入 适量的燃料和熔剂，加 入适量的水，经混合和 造球后在烧结设备上使 物料发生一系列物理化 学变化，烧结成块的过 程。
1.1 冶金工艺
㈠、火法冶金的基本过程 ③精炼
利用主金属与杂质的物理和化学性质的差异， ◆ 形成与主金属不同的新相，将杂质富集于其中；
◆ 或者：将主金属全部转移至新相，而使杂质残留下
来。
1.1 冶金工艺
㈡、火法冶金的主要方法
◆ 化学法 基于杂质与主金属化学性质的不同，加
入某
种反应剂使之形成某种难溶于金属
目的：促进反应的发生
1.1 冶金工艺
㈠、火法冶金的基本过程 ②冶炼
气体还原剂还原 用CO或H2作还原剂还原金属氧化物。 固体碳还原 用固体碳作还原剂还原金属氧化物。 金属热还原 用位于 G－T 图下方的曲线所表示的金属作还原 剂，还原位于G－T 图上方曲线所表示的金属氧化 物（氯化物、氟化物）以制取金属。
㈠、火法冶金的基本过程
①矿石准备
选矿 焙烧 烧结(球化) 不加添加剂的焙烧，也称煅烧： I、分解矿石，如石灰石化学加工制成氧化钙，同时 制得二氧化碳气体； II、活化矿石，目的在于改变矿石结构，使其易于分 解，例如：将高岭土焙烧脱水，使其结构疏松多孔， 易于进一步加工生产氧化铝；
1.1 冶金工艺
金属材料的制备-冶金
目录
1.1、冶金工艺 1.2、钢铁冶炼 1.3、有色金属冶炼
1.1 冶金工艺
一、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。（干法冶金）
➢ 工艺过程：
矿石准备 冶炼
选矿、干燥 、焙烧、球
化或烧结
氧化还原提 取金属
精炼
除去杂质 提纯金属
1.1 冶金工艺
✓ 还原剂和被还原金属生成化合物的标准吉布斯自由能及生成 热应有足够大的差值，以便尽可能不由外部供给热量并能使 反应完全地进行；
✓ 还原剂在被提取金属中的溶解度要小或容易与之分离； ✓ 形成的炉渣应易熔，比重要小，以利于金属和炉渣的分离； ✓ 还原剂纯度要高，以免污染被还原金属； ✓ 应尽量选择价格便宜和货源较广的还原剂。
1.1 冶金工艺
㈡、火法冶金的主要方法
①提炼冶金（不一定完全包括以下步骤）
焙烧 烧结（促进氧化还原反应） 还原熔炼（还原出金属、含巨多杂质） 氧化熔炼（烧掉一部分杂质） 造渣（用造渣剂把杂质变成渣后排出） 造锍（把要提取的金属以硫化物的形态富 集于锍中，贵金属及其他有价成分也随之富 集于其中，脉石则熔合成渣而与锍分离。） 精炼
1.1 冶金工艺
㈠、火法冶金的基本过程 ②冶炼 • 氧势图用于判断氧的走向：从上往下走
• 除了氧势图，实际生产中还有碳、硫、氯、 磷势图
1.1 冶金工艺
㈠、火法冶金的基本过程 ②冶炼
火法冶金常用的燃料
固体燃料 煤和焦碳，其可燃成分为C 气体燃料 煤气和天然气，其可燃成分主要为CO和H2 液体燃料 重油等，其可燃成分主要为CO和H2
的化合物析出或造
渣。
◆ 物理法 基于在两相平衡时杂质和主金属在两相
间分
配比的不同。
◇ 利用粗金属凝固或熔化过程中，粗金属中的杂质和主金
属在液–固两相间分配比的不同——熔析精炼、区域精
炼（区域熔炼）。
◇ 利用杂质和主金属蒸气压的不同，因而粗金属蒸发过程
中，其易蒸发的组份将主要进入气相，与难蒸发组分分
离——蒸馏精炼、升华精炼。
1.1 冶金工艺
㈠、火法冶金的基本过程 ②冶炼
火法冶金常用的还原剂
固体还原剂 煤、焦碳等，其有效成分为C； 气体还原剂 CO和H2等 液体还原剂 Mg、Na等 ➢ C、CO、H2为冶金反应提供所需要的热能 ➢ C、CO、H2是金属氧化物的良好还原剂
1.1 冶金工艺
㈠、火法冶金的基本过程 ②冶炼
还原剂的选择