炼钢炼铁-沪教版.doc

炼钢炼铁一、生铁和钢的区别合金成分性能生铁碳(2-4.3%)；硫(0.05-0.07%)；磷(0.25-0.40)硬、脆普通钢碳(0.03-2%)；硫(0.01-0.05)；磷(0.03-0.04)硬而韧、有弹性特种钢锰钢碳、锰（13%）坚硬耐磨、有韧性、可被磁铁吸引钨钢碳、钨耐热、熔点高、坚硬不锈钢碳、铬、镍( 12%)抗腐蚀性强、坚硬【思考】1、自然界存在的铁矿石种类很多，重要的有赤铁矿（主要成分是Fe2O3）、磁铁矿（主要成分是Fe3O4）、菱铁矿（主要成分是FeCO3）、褐铁矿（主要成分是2Fe2O33H2O）等（依次见下图），如何把自然界里存在的铁矿石冶炼成铁呢？2、常用的还原剂有哪些？工业炼铁最佳的还原剂是什么呢？焦炭3、铁矿石除含铁的化合物外，还含有脉石（主要成分SiO2）、硫、磷等杂质。如何除去杂质呢？SiO2熔点高，很难熔化，可与石灰石结合成熔点较低的硅酸钙，液态硅酸钙不溶于液态生铁，密度又小，可从生铁中分离出来。二、铁的冶炼：1、反应原理：用CO作还原剂把铁矿石里的铁还原出来2、主要原料：铁矿石、焦炭、石灰石、空气3、设备：高炉4、反应步骤：高炉中主要反应：（1）生成还原剂：C+O2CO2 CO2+ C 2CO（2）还原铁矿石：FeO+CO Fe+ CO2Fe2O3+3CO 2Fe+ 3CO2Fe3O4+4CO3Fe+ 4CO2（3）形成炉渣：CaCO3CaO+CO2CaO+SiO2CaSiO35、炼铁“副产物”的处理：（1）高炉煤气（CO、CO2、N2、灰尘）：除去尘粒后作燃料、回收发电（2）炼铁炉渣（CaSiO3）：制造硅肥、制造水泥、渣砖、制环保节能净化粉等三、炼钢：1、炼钢的目的：_降低_生铁里的含碳量，并除去_大部分_硫、磷等有害杂质，调整钢里合金元素含量到规定范围之内。2、炼钢原理：利用氧化还原反应，在高温下，用氧化剂把生铁里过多的碳和其他杂质氧化成气体或炉渣除去。3、主要原料：生铁、氧化剂（空气、富氧空气或纯氧）、生石灰（造渣材料）、脱氧剂（还原剂，如硅铁、锰铁等）。4、设备方法：转炉、电炉、平炉等，现在多采用氧气顶吹转炉炼钢法。5、反应步骤： （1）生成还原剂：氧化造渣2FeO22FeOQ 2FeOSiSiO22FeQFeOMnFeMnOQ FeOCCOFe生成的二氧化硅、氧化锰与造渣材料生石灰相互作用成为炉渣。反应生成的一氧化碳很容易从铁水排至炉气中而被除掉。生成的二氧化硅、氧化锰、氧化亚铁互相作用成为炉渣浮在钢水面上。生铁中硫、磷这两种元素在一般情况下对钢是有害的，在炼钢过程中必须尽可能除去。那么，如何去除硫、磷呢？在炼钢炉中加入生石灰(CaO)，可以去除硫、磷（2）去硫、磷FeS+CaOFeO+CaS2P+5FeO+3CaO5Fe+Ca3(PO4)2【讲解】在使碳等元素降到规定范围后，钢水中仍含有大量的氧，是有害的杂质，使钢塑性变坏，轧制时易产生裂纹。故炼钢的最后阶段必须加入脱氧剂(例如锰铁、硅铁和铝等)，以除去钢液中多余的氧（3）脱氧：用硅铁、锰铁或金属铝来还原钢水中含有的少量FeO2FeO+SiSiO2+2Fe 3FeO+2Al3Fe+Al2O3 FeO+MnFe+MnO【讲解】生成的二氧化硅等大部分形成炉渣而除去，部分的硅、锰等留在钢里以调整钢的成分。钢水合格后，调整好钢液的成分和温度，达到要求可出钢，把钢水浇成钢的铸件或钢锭，钢锭可以再轧成各种钢材。6、炼钢的方法：主要有转炉、电炉和平炉三种。平炉炼钢的主要特点是可搭用较多的废钢(可搭用钢铁料的2050的废钢)，原料适应性强，但冶炼时间多。我国目前主要采用平炉炼钢。电炉炼钢是用电能作热源进行冶炼。可以炼制化学工业需要的不锈耐酸钢，电子工业需要的高牌号硅钢、纯铁，航空工业需要的滚珠钢、耐热钢，机械工业用轴承钢、高速切削工具钢，仪表工业需要的精密合金等。 转炉炼钢广泛采用氧气顶吹转炉，生产速度快(1座300吨的转炉吹炼时间不到20分钟，包括辅助时间不超过1小时，而300吨平炉炼1炉钢要7个小时)，品种多、质量好，可炼普通钢，也可炼合金钢。 【板书】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。【思考】1、为什么要用纯氧来代替空气炼钢？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氮气排出时带走热量的缺点。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？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。【思考与讨论】炼铁和炼钢的主要反应原理有什么异同？ 相同点：都是利用氧化还原反应。 不同点：炼铁主要是用还原剂把铁从铁矿石中还原出来（侧重还原），而炼钢主要是用氧化剂把生铁中过多的碳和其它杂质氧化而除去（侧重氧化）。【练习】2、下列有关炼铁和炼钢的说法中，错误的是（ B ） A.炼铁是铁矿石被还原的过程 B.炼钢是生铁被氧化的过程 C.炼铁高炉中加入石灰石的目的是除脉石 D.炼钢转炉中加入的生石灰是造渣剂3、在炼铁和炼钢中都有碳参加反应。下列有关碳参加反应的说明错误的是（ AD ）A.两个过程中碳都是被氧化,都只起着提供热量的作用B.炼铁过程中碳被氧化,既起产生热量的作用,又起产生CO的作用C.炼钢过程中碳被氧化,从而达到降低含碳量的目的D.炼铁过程中碳参加反应,只起着产生CO的作用【知识结构图表】1、 金属冶炼的原理在一定条件下，用还原剂使金属化合物中的金属离子得到电子变成金属原子。2、 金属冶炼的方法由于金属阳离子得到电子还原成金属原子的能力不同，冶炼方法也有所不同（见下表）。金属活动顺序表K Ca Na Mg AlZn Fe Sn Pb （H） CuHg AgPt Au冶炼方法电解法热还原法热分解法富集电解电解法：电解是最强的氧化还原手段。在金属活动顺序表中铝和铝前面的几种轻金属用电解熔融化合物来制取，铝后面的金属可以用电解其盐的水溶液来制取电解MgCl2（熔融）=Mg+Cl2冰晶石2Al2O3（熔融）=4Al+3O2热还原法：大量的冶金过程属于此法。C、CO、H2和一些活泼金属都是良好的还原剂。用碳资源丰富，又价廉。但用碳还原得到的金属往往混有碳和金属碳化物，得不到纯金属。 SnO2+2C=Sn+2CO ZnO+C=Zn+CO PbO+C=Pb+CO用纯度高的H2和金属氧化物为原料就能制得很纯的金属，但Al2O3、MgO等不能用H2还原。 CuO+H2=Cu+H2 Fe2O3+3H2=2Fe+3H2O WO3+3H2=W+3H2O点燃铝价廉，难挥发，且反应时强烈放热，工业上常用来冶炼难熔金属。缺点易和许多金属生成合金。点燃 Cr2O3+2Al=Al2O3+2Cr 3Fe3O4+8Al=9Fe+4Al2O3高温活泼金属如Na、Ca、Mg等作还原剂，工业上主要用作冶炼某些稀有金属。高温 TiCl4+4Na=Ti+4NaCl TiCl4+2Mg=Ti+2MgCl2热分解法：在氢后面的金属，加热其化合物就可得到。 HgS=Hg+S 2Ag2O=4Ag+O2Pt、Au以游离态存在于自然界中，可采用物理方法富集。【重点难点导学】1、工业上制镁用氯化镁电解 ，而制铝却用氧化铝电解 ，为什么？ 镁、铝均为活泼金属，它们的制备方法是电解熔融的离子化合物。工业上常用电解熔融MgCl2的方法制金属镁，电解Al2O3的方法制金属铝。因为MgO的熔点远远高于MgCl2的熔点（如下表数据），电解熔融状态的MgO需要更高的温度，消耗更多的能量，对条件、设备的要求更高，不利于操作；AlCl3是共价化合物，熔点虽然低（如下表数据），但易升华，熔化时不电离，不导电，无法进行电解，故不能用来电解制铝；只能使用Al2O3离子化合物，以冰晶石（）作助熔剂，使Al2O3在熔化，电离为和而被电解。 MgOAl2O3MgCl2AlCl3熔点（）38522072712190沸点（）3600298014181802、电解Al2O3时，为什么要加冰晶石？氧化铝属原子晶体，熔点高约2000，需要合适的助熔剂才能减少在高温下电解的困难并降低电耗，加入冰晶石后，使Al2O3熔化温度降至1000左右，且导电能力明显加强，而冰