有色金属熔炼与铸锭ppt课件

有色金属熔炼与铸锭一、有色金属熔炼的基本原理二、有色金属铸锭凝固的基本原理三、铝锂合金熔炼与铸造的特点有色金属熔炼与铸锭 主要内容 有色金属在熔炼和铸锭过程中与炉气、炉衬、溶剂、涂料、空气和水蒸气等环境因素相互作用的基本规律 熔铸工艺参数对熔体中的气体及夹渣含量和铸锭的凝固过程、结晶组织、溶质再分布及偏析、裂纹等缺陷所产生的影响及变化规律有色金属熔炼的基本原理1、氧化的热力学原理2、氧化的动力学机制3、影响氧化烧损的因素及降低氧化烧损的方法4、金属氧化精炼的原理5、挥发及挥发损失6、夹渣和除渣精炼 金属氧化的热力学 趋势问题金属氧化的趋势各合金元素的氧化顺序氧化程度决定因素：金属与氧的亲和力大小也与合金成分、温度和压力有关金属氧化的动力学 速度问题一、 金属氧化机理和氧化膜结构（重点了解三个环节）1.氧由气相通过边界层向氧 -氧化膜界面扩散（即外扩散）VD=DA/ *(C 0O2-CO2)D 氧在边界层中的扩散系数， A、 边界层面积和厚度C0O2、 CO2 边界层外和相界面上氧的浓度图 1-22.氧通过固体氧化膜向氧化膜 -金属界面扩散（即内扩散）VD=DA/ *(C O2-CO2)D 氧在氧化膜中的扩散系数， 氧化膜的厚度CO2 反应界面上的浓度3.在金属 -氧化膜界面上，氧和金属发生界面化学反应，与此同时金属晶格转变为氧化物VK=KACO2 K 反应速度常数， CO2 金属 -氧 化膜界面上氧的浓度 氧化膜的性质决定以上哪一个环节是限制性环节，而氧化膜的主要性质是其致密度 : a=MV/AV MV 氧化物的分子体积， AV 氧化物的金属原子体积举例说明： aAl2O3=MVAl2O3/2AVAl 当 a1时，氧化膜致密、连续，有保护性当 aK, x = K CO2t-受结晶化学变化控制a1， D1，氧化烧损小Au、 Ag、 Pt与氧亲和力小， a1，故很难氧化例外情况： a1，但线膨胀系数与基体金属不相适应则易产生分层，断裂而脱落 显然也属于易氧化烧损金属二、熔炼温度 温度升高，氧化速度加快如， 4000C以下，氧化铝膜强度高，线膨胀系数与铝接近，膜保护良好（抛物线规律），但高于 5000C则按直线氧化规律， 7500C时易于断裂三、炉气性质存在诸如 O2、 H2O、 CO2、 CO、 H2、 CmHm、 SO2、 N2等气体 体系对金属是氧化性还是还原性或中性应视具体情况而定金属的亲和力大于 C、 H与氧的亲和力则含有 CO2、 CO或 H2O的炉气就会使其氧化四、其他因素如料的表面积、熔炼炉设备等降低氧化烧损的方法：主要从熔炼设备和熔炼工艺两方面来考虑：1.选择合理炉型（熔池面积小、加热速度快） 2.采用合理的加料顺序和炉料处理工艺（如中间合金、锂最后加入）3.采用覆盖剂 4.正确控制炉温5.正确控制炉气性质 6.合理的操作方法7.加入少量 a1的表面活性元素金属的氧化精练原理火法精练 电解提纯（湿法电解、熔盐电解）火法精练采用氧化精练应具备三个条件：1.基体金属的氧化物能溶解于自身金属液中，并能氧化 杂质元素2.杂质元素氧化物不溶于金属液中，并易与后者分离3.基体金属氧化物可用其他元素还原铝、镁等不适合上述条件，铁、铜、镍符合杂质的吸收和积累：1.从炉衬中吸收杂质 2.从炉气中吸收杂质3.从溶剂和熔炼添加剂中吸收杂质 4.从炉料及炉渣中吸收杂质减少杂质污染金属的途径：1.选用化学稳定性高的耐火材料 2.尽可能采用纯度较高的新金属料3.火焰炉应选用低硫燃料4.工具采用不会带入杂质的材料制作和采用涂料保护5.变料或转换合金时要清洗熔炉 6.注意辅助材料的选用7.加强炉料管理，杜绝混料现象三、杂质元素的氧化：氧化精练的实质是利用氧将金属中的杂质氧化成渣或生成气体而排除的过程四、金属脱氧：1.脱氧原理及脱氧剂脱氧就是向金属液中加入与氧亲和力比基体金属与氧亲和力更大的物质，将基体金属氧化物还原，本身形成不溶于金属熔体的固态、液态或气态脱氧产物而被排除的工艺过程脱氧剂应满足下列要求：（ 1）脱氧剂与氧的亲和力应明显地大于基体金属与氧的亲和力（ 2）脱氧剂在金属中的残留量应不损害金属性能(3）脱氧剂要有适当的熔点和比重(4）脱氧产物应不溶于金属熔体中，易于凝聚、上浮而被除去(5）脱氧剂不稀贵，且无毒2.脱氧方法及特点：沉淀脱氧： 5Cu2O+2P=P2O3+10Cu扩散脱氧：脱氧剂加在金属熔体表面或炉渣中，脱氧反应仅在炉渣 -金属熔体界面上进行（溶于金属中的氧会不断地按分配定律向界面扩散而脱氧真空脱氧：蒸气压低的氧化物先逸出来挥发及挥发损失挥发热力学：了解蒸气压高、蒸发热小、沸点低的金属较易挥发挥发动力学：挥发速率随着体系趋于平衡状态而减小Vr=b/P*(P Me- P0Me) Vr 挥发速率， P 外压P Me 金属蒸气压， P0Me 实际分压影响金属挥发损失的因素和降低挥发损失的方法：1.熔体温度 2.金属及合金元素3.炉膛压力 4.其他因素夹渣和除渣精练1.非金属夹渣物的种类和来源氧化物、氮化物、硫化物、硅酸盐等非金属化合物在金属中都以独立相存在 统称为非金属夹杂物。（简称夹杂或夹渣） 按化学成分可分为：氧化物、复杂氧化物、氮化物、硫化 物、氯化物、氟化物、硅酸盐、碳化物、氢化物、磷化物等； 按形态可分为：薄膜状和团块状（粒状） 按来源可分为：外来夹杂和内生夹杂2.除渣精炼原理(1)比重差作用 (2)吸附作用(3)溶解作用 (4)化合作用(5)机械过滤作用3.除渣精炼方法(1)静置澄清法 (2)浮选法(3)溶剂法（上溶剂法、下溶剂法）(4)过滤法（网状过滤法、填充过滤法、刚性微球过滤法 )4.影响溶剂除渣精炼效果的因素(1)精炼温度 (2)溶剂(3)精炼时间 (4)其他因素液态金属吸气与脱气精炼 联合在线精炼技术 (1)联合在线精炼技术 (2)有色金属铸锭凝固基本原理1、液体金属流动与凝固传热2、铸锭晶粒组织及其细化3、铸锭常见缺陷分析液体金属流动与凝固传热液体金属的流动：1）液体金属的对流：动量对流、自然对流、强制对流2）支晶间液体金属的流动：3）对流对结晶过程的影响：铸锭的凝固传热：1）金属性质2）锭模和涂料性质3）浇注工艺（浇注温度、浇注速度、冷却强度）绝热模（如砂模）中铸锭凝固时的温度分布：铸锭凝固以凝壳热阻为主时（如水冷模）的温度分布铸锭凝固以界面热阻为主时（如水冷模）的温度分布影响凝固传热的因素 :(1)金属性质导温系数 a代表导热能力 , a大 ,铸锭温度